螺纹连接的结构设计

一．紧固力方向

通过螺纹连接可以限制被连接件之间的相对运动自由度，使被连接件之间保持紧密接触，当被连接件之间只通过一个平面接触时，螺纹连接的紧固力的方向应垂直于接触面的法线方向；当两个被连接件之间有多个接触面时，不同接触面的定位功能是不同的，设计螺纹连接应使螺纹连接的紧固力指向限制自由度最多的接触面。

二．螺栓数量及位置

同一组螺栓的数量应尽量取偶数，同一组螺栓的直径、长度、材料应相同。这样，不但可以降低设计分析的难度，而且可以降低加工、装配、维修工作的难度。

螺栓的位置对螺栓组的承载能力有很大的影响，通过分析可知，受扭转力矩和翻倒力矩作用的螺栓组连接，螺栓分布距离形心或轴线越远，承载能力就越大；承受横向载荷的铰制孔用螺栓组连接应避免在载荷作用方向上布置多排螺栓，因为这样会造成多排螺栓的载荷分布不均。

螺栓与相邻的螺栓、与被连接件边缘、与台阶应留有合理的间距，使加工和装配更方便。

三．被连接件结构

被连接件的形状应简单对称，使加工装配更方便，设计中也可更容易地确定对称线和形心，更容易使外载荷的作用位置与螺栓的形心相重合，从而使各个螺栓的受力更均匀。

结构设计应使螺栓所受的预紧力通过螺栓轴线，避免螺栓承受偏心拉伸。

承受偏心拉伸的螺栓连接(可以通过对被连接件与螺纹连接件之间的接触面进行加工的方法使接触面与螺纹连接件的轴线垂直)

加工被连接件接触面(也可以在被连接件上放置斜垫圈或球面垫圈的方法消除偏心拉伸)

斜垫圈和球面垫圈(也可以在被连接件上放置斜垫圈或球面垫圈的方法消除偏心拉伸)

受横向载荷的普通螺栓组连接的减载结构(对于承受较大横向载荷的普通螺栓组连接，可以采用销、键、套筒等零件承担横向载荷)

四．提高螺纹连接承载能力的措施

对于承受轴向变载荷或翻倒力矩变载荷的螺栓组连接，应通过设计尽可能降低螺栓所受到的应力幅。

通过分析可知，通过提高垫片的刚度以及在不降低螺栓强度的前提下，降低螺栓的刚度可以有效地降低螺栓受到的应力幅。1/2 12下一页尾页

通过在不降低螺栓强度的条件下减小螺栓截面积，增大螺栓长度的方法可以降低螺栓的刚度。

提高垫片刚度

通过增大螺栓长度降低螺栓刚度

通过减小螺栓截面积降低螺栓刚度

螺纹连接通常需要拧紧，拧紧后的螺纹连接在螺纹拉力的作用下外螺纹受拉伸长，螺距增大，内螺纹受压缩短，螺距减小；受力后，由于内、外螺纹的受力方向不同，螺距变化的方向也不同。螺距的变化使内、外螺纹牙不能均匀接触，造成各圈螺纹间载荷分布不均的现象。

螺纹牙间载荷分布不均现象

下图所示为有10圈螺纹承载时总载荷在各圈螺纹牙之间的分布情况。

具有10圈工作螺纹的载荷分布情况

采用悬置螺母、环槽螺母可以使螺母上的螺纹牙承受拉伸应力，使内外螺纹的应变方向一致，可以有效地缓解螺纹牙间载荷分布不均的现象。

悬置螺母、环槽螺母

螺栓上尺寸发生急剧变化的部位会发生应力集中，为缓解应力集中的现象，螺栓结构设计中应使这些部位的尺寸缓慢过渡，图a在螺栓杆与螺栓头之间有较大的圆角，但圆角尺寸应不使其与被连接件发生干涉（图b），为此图c采用了使圆角向实体内凹陷的圆角结构，图d采用较大的圆角过渡，这种结构效果较好，但加工难度较大，成本较高。

在螺纹连接件批量加工中常采用少切削或无切削的加工工艺，这类加工工艺不但可以提高加工效率，降低成本，节省材料，减少应力集中，而且加工后的材料内部的纤维组织未被切断，材料表面保留有对承载有利的残余压应力，可使螺纹连接件的疲劳强度有较大的提高。