螺纹联接设计：提高螺栓联接强度的措施
机械设计基础——螺纹连接的强度计算
烟台工程职业技术学院课程单元设计教案任务二螺栓连接的强度计算为了便于机器的制造、安装、维修和运输，在机器和设备的各零、部件间广泛采用各种联接。
联接分可拆联接和不可拆联接两类。
不损坏联接中的任一零件就可将被联接件拆开的联接称为可拆联接，这类联接经多次装拆仍无损于使用性能，如螺纹联接、链联接和销联接等。
不可拆联接是指至少必须毁坏联接中的某一部分才能拆开的联接，如焊接、铆钉联接和粘接等。
螺纹联接和螺旋传动都是利用具有螺纹的零件进行工作的，前者作为紧固联接件用，后者则作为传动件用。
一、单个螺栓连接的强度计算单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。
根据联接的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓。
针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算的依据和出发点。
1.失效形式工程中螺栓联接多数为疲劳失效受拉螺栓——螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓——螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断2.失效原因：应力集中应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程3、设计计算准则与思路受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度（一）受拉螺栓连接1、松螺栓联接这种联接在承受工作载荷以前螺栓不拧紧，即不受力，如图所示的起重吊钩尾部的松螺接联接。
螺栓工作时受轴向力F 作用，其强度条件为[]σπσ≤==4210d FA F 式中d1为螺栓危险截面的直径(即螺纹的小径)，单位为mm ；[σ]为松联接的螺栓的许用拉应力，单位为MPa 。
由上式可得设计公式为[]σπFd 41≥计算得出dl 值后再从有关设计手册中查得螺纹的公称直径d 。
2、紧螺栓联接⑴只受预紧力的紧螺栓联接 工作前拧紧，在拧紧力矩T 作用下： 复合应力状态：预紧力F0 →产生拉伸应力σ 螺纹摩擦力矩T1→产生剪应力τ按第四强度理论：()σσστσσ3.15.0332222=+=+=e ∴强度条件为：][43.121σπσ≤=d F e设计公式为：[]σπ013.14F d ⨯≥由此可见，紧联接螺栓的强度也可按纯拉伸计算，但考虑螺纹摩擦力矩T 的影响，需将预紧力增大30％。
提高螺栓强度的措施
提高螺栓强度的措施引言螺栓是一种常用的连接元件，广泛应用于各种工程领域中。
螺栓的强度是保证连接可靠性和安全性的关键因素之一。
本文将介绍几种提高螺栓强度的常见措施，以帮助读者在工程设计和制造中选取适用的方法。
1. 选用高强度材料选择高强度材料是提高螺栓强度最直接的措施之一。
常用的高强度材料包括合金钢和不锈钢等。
这些材料具有较高的抗拉强度和抗剪强度，能够提供更大的连接力和承载能力。
2. 优化螺栓的几何形状螺栓的几何形状也会对其强度产生重要影响。
有以下几种优化螺栓几何形状的措施可以考虑：•增加螺纹截面积：增加螺纹的截面积可以增加螺纹的抗拉强度和抗剪强度。
可以通过增大螺纹的直径或增加螺纹的数量来实现。
•改变螺纹形状：选择合适的螺纹形状可以增加螺纹的紧固力和抗扭转能力。
常见的螺纹形状包括V型螺纹和三角形螺纹。
•增加螺栓的长度：增加螺栓的长度可以增加连接的稳定性和承载能力。
但需要注意螺栓长度过长可能导致螺栓过度伸长，造成连接松动。
3. 严格控制螺栓的制造工艺螺栓的制造工艺对其强度和质量也有很大影响。
以下是几个可以提高螺栓强度的制造工艺控制措施：•精密锻造：通过精密锻造工艺可以提高螺栓的密度和强度，减少内部缺陷和晶界间隙。
•确保热处理的合理性：适当的热处理可以提高螺栓的硬度和强度。
必须确保热处理的温度、时间和冷却速度等参数控制合理。
•严格的表面处理：螺栓的表面处理可以提高其耐腐蚀性和摩擦特性。
通过镀锌、镀镍等表面处理方式，可以延长螺栓的使用寿命。
4. 适当选择螺栓的使用环境螺栓的使用环境也会对其强度产生一定影响。
以下是选择螺栓使用环境的几个关键因素：•温度：高温环境下螺栓往往容易产生退火、脆化等问题。
在高温环境中需要选用耐高温材料或采取其他保护措施。
•湿度和腐蚀性：潮湿和腐蚀性环境容易导致螺栓的腐蚀和疲劳破坏，因此需要选用耐腐蚀材料或采取腐蚀防护措施。
•振动和冲击：振动和冲击会对螺纹造成额外的负荷，导致螺栓松动和断裂。
螺纹联接复习题
螺纹联接一、是非题N 1、受预紧力和轴向工作载荷的螺栓，其总拉力为预紧力与工作拉力之和。
N 2、在螺栓工作拉力与残余预紧力不变的情况下，增加螺栓和被联接件的刚度,可以收到提高螺栓疲劳强度的效果。
N 3、在螺栓工作拉力和剩余预紧力不变的情况下，增加螺栓的刚度和减少被联接件的刚度，都可以收到提高螺栓疲劳强度的效果。
N 4、联接受轴向载荷后，螺栓的总拉力等于预紧力与工作拉力之和。
N 5、为提高联接螺栓的疲劳强度，可以加大螺栓直径。
N 6、受横向载荷的普通螺栓所受的载荷是工作载荷加剩余预紧力。
N 7、在受轴向变载荷的螺栓联接中，为了提高螺栓的疲劳强度，可采用增大螺栓刚度的办法来实现。
N 8、受横向变载荷的普通螺栓中，螺栓所受力为静载荷。
Y 9、对受轴向载荷的普通螺栓联接适当预紧可以提高螺栓的抗疲劳强度。
N 10、铰制孔用螺栓适用于承受轴向载荷的联接。
Y 11、在λ相同的前提下，梯形螺纹较三角螺纹的传动效率高。
N 12、紧螺栓联接的螺栓强度公式中，1.3是安全系数。
Y 13、对于受轴向载荷的紧螺栓联接，当螺栓、被联接件刚度和预紧力都不变时，增大工作载荷，残余预紧力必然减小。
Y 14、振动冲击较方应采用机械防松。
N 15、细牙普通螺纹，牙细不耐磨，容易滑扣，所以自锁性能不如粗牙普通螺纹。
N 16、受交变横向载荷作用的普通螺栓联接，在正常工作时螺栓杆所受到的拉力不变。
N 17、受横向载荷普通螺栓连接，是靠螺栓受剪切和挤压平衡外载荷。
N 18、粗牙螺纹的螺距和升角较大，所以容易自锁。
N 19、在承受轴向变载荷的紧螺栓连接中，采用空心杆螺栓的作用是减轻连接的重量。
Y 20、对于受扭矩作用的螺栓组连接，螺栓布置得越远离螺栓组中心越好。
二、选择题1、采用凸台或沉头座作为螺栓头或螺母的支承面，是为了 A 。
A、避免螺栓受弯曲应力B、便于防止垫圈C、减少预紧力D、减少挤压应力2、通常螺纹联接采用 A 。
A、单线右旋三角形螺纹B、单线左旋三角形螺纹C、单线右旋梯形螺纹D、单线右旋矩形螺纹3、联接螺纹一般采用三角形螺纹是因为其 D 较好。
提高螺栓连接强度的措施
提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施在工业制造和建筑领域中，螺栓连接被广泛应用于各种结构和装配。
螺栓连接的强度对于确保结构的稳定性和安全性至关重要。
为了提高螺栓连接的强度，我们可以采取以下措施：1. 使用合适的材料：选择适合特定应用的高强度材料，如合金钢或不锈钢。
这些材料具有较高的抗拉强度和耐腐蚀性，能够提供更可靠的连接。
2. 控制螺栓预紧力：螺栓连接的强度主要依赖于预紧力，即将螺栓拉伸并施加预压力。
确保正确的预紧力是提高螺栓连接强度的关键。
可以使用专用工具，如扭矩扳手或液压扳手，来控制预紧力的准确施加。
2.1 根据使用要求正确调整预紧力，过低的预紧力可能导致螺栓松动和连接失效。
过高的预紧力则可能导致螺栓损坏或连接部件的变形。
2.2 使用正确的预紧力公式或手册指南来计算所需的预紧力。
3. 螺纹加工和润滑：螺纹加工的质量对于螺栓连接的强度至关重要。
确保螺栓和螺母的螺纹都具有正确的规格和正确的加工方法，以确保良好的匹配和紧固效果。
使用适当的润滑剂来减少螺纹摩擦，提高螺栓连接的效果。
4. 使用垫片和嵌套件：在一些情况下，使用垫片或嵌套件可以增强螺栓连接的强度。
垫片可以填充不均匀的表面，提供额外的紧固支撑。
嵌套件可以用于增加连接部件的厚度，减少螺栓变形和负荷集中。
5. 定期检查和维护：螺栓连接的强度与时间和使用条件有关。
定期检查连接部件的紧固状态和螺栓的松动程度，及时紧固或更换受损的螺栓。
对于长期使用的连接，定期进行维护和润滑以保持其良好的工作状态。
总结：提高螺栓连接强度的措施是多方面的，需要从材料选择、预紧力控制、螺纹加工和润滑等方面综合考虑。
正确选择适合特定应用的材料，并严格控制螺栓的预紧力，以及确保螺纹加工质量和适当的润滑剂使用，都可以显著提高螺栓连接的强度和可靠性。
在特定情况下使用垫片和嵌套件，以及定期检查和维护螺栓连接的状态，也是确保连接强度的重要步骤。
通过以上措施的综合应用，我们可以提高螺栓连接的强度，确保结构和装配的稳定性和安全性。
机械设计螺纹计算题答案
1、一方形盖板用四个螺栓与箱体连接，其结构尺寸如图所示。
盖板中心O 点的吊环受拉力F Q =20000N ，设剩余预紧力F ″=0.6F, F 为螺栓所受的轴向工作载荷。
试求： （1）螺栓所受的总拉力F 。
，并计算确定螺栓直径（螺栓材料为45号钢，性能等级为6.8级）。
（2）如因制造误差，吊环由O 点移到O ′点，且 OO ′=52mm,求受力最大螺栓所受的总拉力F 。
，并校核（1）中确定的螺栓的强度。
解题要点：（1）吊环中心在O 点时：此螺栓的受力属于既受预紧力F ′作用又受轴向 工作载荷F 作用的情况。
根据题给条件，可求出 螺栓的总拉力： F 0=F ″+F=0.6F+F=1.6F而轴向工作载荷F 是由轴向载荷F Q 引起的，故有： 题15—7图N N F FQ50004200004===∴N N F F 800050006.16.10=⨯==螺栓材料45号钢、性能等级为6.8级时，MPa s 480=σ ，查表11—5a 取S=3，则σσ=][s /S=480/3MPa=160MPa ,故[]mm mm F d 097.916080003.143.1401=⨯⨯⨯=⨯≥πσπ查GB196-81，取M 12（d 1=10.106mm ＞9.097mm ）。
（2）吊环中心移至O′点时：首先将载荷F Q 向O 点简化，得一轴向载荷F Q 和一翻转力矩M 。
M 使盖板有绕螺栓1和3中心连线翻转的趋势。
mm N mm N O O M FQ•=•⨯='•=4.1414212520000显然螺栓4受力最大，其轴向工作载荷为 N N r M F F FFQM Q550010010024.14142142000024422=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=+=+=∴ N N F F 880055006.16.10=⨯== ∴ []MPa MPa MPa d F e 1606.1424/106.1088003.14/3.12210=<=⨯⨯==σππσ故吊环中心偏移至O ′点后，螺栓强度仍足够。
邱宣怀《机械设计》(第4版)(章节题库 螺纹联接)【圣才出品】
第6章 螺纹联接一、选择题1．在常用的螺纹联接中，自锁性能最好的螺纹是（）。
A．三角形螺纹B．梯形螺纹C．矩形螺纹D．锯齿形螺纹【答案】A2．当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔且需要经常拆装时，往往采用（）。
A．螺栓联接B．螺钉联接C．双头螺柱联接D．紧定螺钉联接【答案】C3．螺纹联接防松的根本问题在于（）。
A．增加螺纹联接的刚度B．增加螺纹联接的轴向力C．增加螺纹联接的横向力D．防止螺纹副的相对转动二、填空题1．三角形螺纹的牙型角α=______，适用于______。
而梯形螺纹的牙型角α=______，适用于______。
【答案】60°；连接；30°；传动2．螺旋副的自锁条件是______。
【答案】螺旋升角小于当量摩擦角3．螺纹连接防松的实质是______。
【答案】防止螺纹副相对转动4．受轴向工作载荷F的紧螺栓连接，螺栓所受的总拉力Q等于______和______之和。
【答案】剩余预紧力；工作拉力5．承受横向工作载荷的普通螺栓连接，螺栓受______应力和______应力作用，可能发生的失效形式是______。
【答案】拉；扭剪；断裂（拉断或扭断）6．承受横向工作载荷的铰制孔螺栓连接，靠螺栓受______和______来传递载荷，可能【答案】剪切；挤压；螺杆被剪断；工作面被压溃7．若螺纹的直径和螺纹副的摩擦因数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的______和______。
【答案】线数升角8．在螺栓连接中，当螺栓轴线与被连接件支承面不垂直时，螺栓中将产生附加______应力，而避免其发生的常用措施是采用______和______作支承面。
【答案】弯曲凸台；沉头座9．螺纹连接的防松，按其防松原理分为______防松、______防松和______防松。
【答案】摩擦；机械；破坏螺纹副关系10．______螺纹主要用于联接，而______螺纹主要用于传动。
【答案】三角；矩形、梯形和锯齿形11．螺纹的______亦称为公称直径；在强度计算中常用作危险剖面的计算直径是螺纹的______。
机械设计基础提高螺栓连接强的措施
第八节 提高螺栓连接强度的措施分析影响螺栓连接强度的因素，从而提出提高联接强度的措施。
这对于螺纹联接的设计也是很重要的。
螺纹联接的强度，主要取决于螺栓的强度。
影响螺栓强度的因素很多，有材料、结构、尺寸、制造、工艺等。
实际设计中，通常主要是以下几个方面考虑来提高联接的强度。
一、减小应力幅（可提高疲劳强度）大家知道，影响疲劳强度的主要因素是变应力中的应力幅↑a σ，则越易产生疲劳破坏。
↓a σ，则可以提高疲劳强度。
由螺栓总拉力：F C C C F F mb b++=02可以看出，当工作拉力F 变化时，只会引起（F C C C mb b+）这一部分是变化的。
此部分减小，就可以使↓a σ。
显然：相对刚度mb bC C C +越小，则可提高疲劳强度。
由此可见：措施为；① 减小b C （见教材上的图） ② 增大m C （见教材上的图） 这样可以使mb bC C C +↓，从而使↓a σ。
但是由F C C C F F mb b++=02可知，在F 0给定的条件下，减小螺栓的刚度C b 或增大被联接件刚度C m ，都将引起残余预紧力F 1减小，从而降低了联接的紧密性。
因此，若在减小C b 或增大C m 的同时,适当增加预紧力F 0，就可以使F 1不致减小太多或保持不变。
减小螺栓的刚度的方法：（1）适当增加螺栓的长度（2）采用腰状杆螺栓和空心螺栓（3）在螺母下面安装上弹性元件腰状杆螺栓和空心螺栓在螺母下面安装上弹性元件增大被联接件的刚度（1）不用垫片或采用刚度较大的垫片（2）采用刚度较大的金属垫片或密封环软垫片密封密封环密封二、改善螺纹牙之间的受力分布：对于普通螺母如图示。
工作中螺栓受拉，使螺距增大，而螺母受压，其螺距减小。
导致螺栓、螺母产生了螺距差。
这样，旋合的螺栓和螺母的各圈螺纹牙不能都保持良好的接触，那末各圈螺纹牙所分担的载荷就不相等。
（如图所示）。
理论分析和实践都表明：从螺母支撑面算起第一圈受载荷最大。
以后各圈依次减小。
螺纹连接与螺旋传动习题
第六部分螺纹连接与螺旋传动习题一．填空题1．螺纹联接的主要类型有：联接、联接、联接和联接。
2、螺纹按照用途的不同，一般分为_________和_________两大类。
3、螺纹代号M20×2表示。
4、螺旋传动按其用途可分为、、三种类型。
5、螺旋传动可方便地把主动件的运动转变为从动件的运动。
6、地脚螺栓用于将设备在地基上。
7、吊环螺钉用于零部件。
8、T形槽螺栓连接常用于及试验装置固定用的平台，便于沿T形槽的的位置。
9、螺栓预紧的目的是为了增强连接的、、，提高连接的防松能力。
10、在工程实际中，常用扭力扳手或扭力扳手来控制拧紧力矩。
二．选择题1．适用于被联接件之一较厚且经常装拆的场合的螺纹联接是。
A．螺栓联接 B．双头螺柱联接 C．螺钉联接 D．紧钉螺钉联接2．属于摩擦防松的是。
A．双螺母防松 B．焊接防松 C．止动垫片防松 D．胶接防松3．适用于被联接件之一较厚且不经常装拆的场合的螺纹联接是。
A．螺栓联接 B．双头螺柱联接 C．螺钉联接 D．紧钉螺钉联接4．被联接件厚度不大，被联接件加工成光孔的螺纹联接应采用。
A．螺栓联接 B．双头螺柱联接 C．螺钉联接 D．紧钉螺钉联接5．普通螺纹的牙型为。
A．三角形 B．梯形 C．矩形 D．锯齿形6．螺栓联接的结构设计中，被联接件与螺母和螺栓头接触处需要加工，是为了。
A．不致损伤螺栓头和螺母 B．增大接触面积，不易松脱C．防止产生附加偏心载荷 D．便于装配7、设计螺栓组时常把螺栓布置成轴对称的均匀的几何形状，这主要是为了。
A．美观 B.受力最小 C.联接方便 D.接合面受力较均匀8、单向受力的螺旋传动机构广泛采用（）A、三角螺纹B、梯形螺纹C、矩形螺纹D、锯齿螺纹9、螺纹传动机构（）A、结构复杂B、传动效率高C、承载能力高D、传动精度低10、防松方法简单方便，但只能用于不甚重要的连接和载荷平稳的场合。
A、机械B、摩擦C、破坏螺纹副关系11、防松适用于受冲击、振动的场合和重要的连接。
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大多数情况下，受拉螺栓联接的强度决定于螺栓的强度。
影响螺栓强度的因素很多，有材料、结构、尺寸参数、制造和装配工艺等等。
下面介绍一些提高螺栓强度的常见措施。
1. 改善螺纹牙间的载荷分布
采用普通螺母时，轴向载荷在旋合螺纹各圈间的分布是不均匀的，如图15.13a所示，从螺母支承面算起，第一圈受载最大，以后各圈递减。
理论分析和试验证明，旋合圈数越多，载荷分布不均的程度也越显著，到第8～10圈以后，螺纹几乎不受载荷。
所以，采用圈数多的厚螺母，并不能提高联接强度。
若采用图15.13b的悬置（受拉）螺母，则螺母锥形悬置段与螺栓杆均为拉伸变形，有助于减少螺母与栓杆的螺矩变化差，从而使载荷分布比较均匀。
图15.13c为环槽螺母，其作用和悬置螺母相似。
图15.13
2. 避免或减小附加应力
由于设计、制造或安装上的疏忽，有可能使螺栓受到附加弯曲应力（图15.14），这对螺栓疲劳强度的影响很大，应设法避免。
例如，在铸件或锻件等未加工表面上安装螺栓时，常采用凸台或沉头座等结构，经切削加工后可获得平整的支承面（图15.15）。
图15.14
图15.15
3. 减小应力集中
螺纹的牙根、螺栓头部与栓杆交接处，都有应力集中，是产生断裂的危险部位。
其中螺纹牙根的应力集中对螺栓的疲劳强度影响很大。
可采取增大螺纹牙根的圆角半径、在螺栓头过渡部分加大圆角（图15.16a）或切制卸载槽（图15.16b、c）等措施来减小应力集中。
图15.16
4. 减小应力幅
螺栓的最大应力一定时，应力幅越小，疲劳强度越高。
在工作载荷和剩余预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度或增大被联接件的刚度都能达到减小应力幅的目的（见图15.17），但预紧力则应增大。
图15.17
减小螺栓刚度的措施有：适当增大螺栓的长度；部分减小栓杆直径或作成中空的结构即柔性螺栓。
在螺母下面安装弹性元件（图15.18），也能起到柔性螺栓的效果。
柔性螺栓受力时变形量大，吸收能量作用强，也适于承受冲击和振动。
图15.18
为了增大被联接系统的刚度，不宜用刚度小的垫片。
图15.19所示的密封连接以用密封圈为佳。
图15.19
5. 改善制造工艺
制造工艺对螺栓的疲劳强度有很大影响。
对于高强度钢制螺栓，更为显著。
采用輾制螺纹时，由于冷作硬化的作用，表
层有残余压应力，金属流线合理，螺栓疲劳强度比车削的高。
碳氮共渗、氮化、喷丸处理都能提高螺栓疲劳强度。
(end)。