1、吕苇白吕苇白第五章螺纹联接和螺旋传动第五章螺纹联接和螺旋传动51螺纹螺纹52螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件53螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧55螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计57螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力58提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施59螺旋传动螺旋传动54螺纹联接的防松螺纹联接的防松56单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算吕苇白吕苇白一、螺纹的形成一、螺纹的形成5 51螺螺 纹纹二、螺纹的分类二、螺纹的分类按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表
2、面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹吕苇白吕苇白(3)(3)中径中径d d2 2d d1 1d d2 2d d(1)(1)大径大径d d(2)(2)小径小径d d1 1(4)(4)螺距螺距P P(5)(5)导程导程S SS=nPS=nP三、螺纹的主要几何参数三、螺纹的主要几何参数S SP PP P/2/2P P/2/2(6)螺纹线数螺
3、纹线数n(7)螺纹升角螺纹升角(8)牙型角牙型角 (9)接触高度接触高度 h(10)旋向旋向吕苇白吕苇白5 52螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件一、一、螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接：螺栓联接：基基本本类类型型铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓 受拉螺栓受拉螺栓(普通普通)螺钉联接：螺钉联接：双头螺柱联接双头螺柱联接：紧定螺钉联接紧定螺钉联接吕苇白吕苇白螺螺纹纹紧紧固固件件垫圈垫圈 螺母螺母 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓专用螺纹联接专用螺纹联接二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件吕苇白吕苇白5 53螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧预紧力：预紧力：预紧的目的：
4、预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，防止受载后增强联接的可靠性和紧密性，防止受载后 被联接件间出现缝隙或发生相对移动。被联接件间出现缝隙或发生相对移动。一、概述一、概述二、二、拧紧力矩拧紧力矩简化公式简化公式 ，适用于适用于M10M10 M60M60的粗牙螺纹。的粗牙螺纹。T 0.20.2F F0 0 d三、预紧力控制方法三、预紧力控制方法:(1)(1)凭手感经验凭手感经验(2)(2)测力矩扳手测力矩扳手(3)(3)定力矩扳手定力矩扳手(4)4)测定伸长量测定伸长量吕苇白吕苇白尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母防松的方法防松的方法(或：防松原理或：防松原理)：1.利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防
5、松弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母5 54螺纹联接的防松螺纹联接的防松防松防松防止螺旋副相对转动。防止螺旋副相对转动。冲点防松法冲点防松法2.其它方法防松其它方法防松11.5P用冲头冲用冲头冲2至至3点点粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂吕苇白吕苇白开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母串联钢丝串联钢丝3.采用专门防松元件防松采用专门防松元件防松圆螺母用止退垫圈圆螺母用止退垫圈止动垫圈止动垫圈吕苇白吕苇白5 55 5螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计 在设计螺栓组联接时，在设计螺栓组联接时，关键关键是联接的结构设计。是联接的结构设计。根据被联接件的结构和联接的用途，确定螺栓数目和根据被联接件
6、的结构和联接的用途，确定螺栓数目和分布形式。分布形式。联接接合面几何形状设计成联接接合面几何形状设计成一、螺栓组联接的结构设计一、螺栓组联接的结构设计基本原则：基本原则：轴对称的简单几何形状轴对称的简单几何形状 螺栓布置应使各螺栓的受力合理螺栓布置应使各螺栓的受力合理螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分 布在同一圆周上的螺栓数目取成布在同一圆周上的螺栓数目取成4 4、6 6、8 8等偶数。等偶数。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同同一螺栓组中的螺栓
7、的材料、直径、长度应相同避免螺栓承受附加的弯曲载荷避免螺栓承受附加的弯曲载荷吕苇白吕苇白二、螺栓组联接的受力分析二、螺栓组联接的受力分析 受力分析的受力分析的目的目的:根据联接的结构和受载情况，根据联接的结构和受载情况，找找出出受力最大的螺栓并受力最大的螺栓并求出求出其所受的力，以便进行单个螺其所受的力，以便进行单个螺栓联接的强度计算。栓联接的强度计算。受力分析时所作受力分析时所作假设假设:(1)(1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；(3)(3)受载后联接接合面仍保持为平面。受载后联接接合面仍保持为平面。受力分析的受力分析的类型类型：(2)(
8、2)螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受转矩受转矩受横向载荷受横向载荷受轴向载荷受轴向载荷受倾覆力矩受倾覆力矩M M吕苇白吕苇白（1 1）对于对于铰制孔铰制孔用螺栓联接，每个螺栓所受工作剪力为用螺栓联接，每个螺栓所受工作剪力为式中式中z z为螺栓数目。为螺栓数目。1 1受横向载荷受横向载荷的螺栓组联接的螺栓组联接zFF铰制孔铰制孔用螺栓用螺栓 FFFF 吕苇白吕苇白（2 2）普通螺栓）普通螺栓，当承受横向工作载荷时，当承受横向工作载荷时，预紧力预紧力F F0 0导致接合面所产生的摩擦力导致接合面所产生的摩擦力 应大于横向载荷应大于横向载荷F F。K
9、 KS S 可靠性系数，常取可靠性系数，常取 K KS S=1.1=1.1 1.31.3预紧力预紧力F F0 0 f f 摩擦系数摩擦系数i i 结合面数结合面数F FF F0SfFziK FS0K FFfziF F0 0F F0 0 FFFF 普通螺栓普通螺栓吕苇白吕苇白潘存云教授研制TO潘存云教授研制O2受转矩的螺栓组联接受转矩的螺栓组联接01020zsF frF frF frK T1,zi iiFrT采用采用普通螺栓普通螺栓，是靠联接预，是靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩来抵抗转矩T T。采用采用铰制孔铰制孔用螺栓，是靠用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺
10、栓与孔壁的挤螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩压作用来抵抗转矩T T。maxmax,iiFFrrmaxmax21ziiTrFrS01ziiK TFfrTrmaxFmaxr1f F0f F0r2riFi，iirrFFmaxmax吕苇白吕苇白3受轴向载荷的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接若作用在螺栓组上轴向总载荷若作用在螺栓组上轴向总载荷F F作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为每个螺栓所受轴向工作载荷为通常，各个螺栓还承受预紧力通常，各个螺栓还承受预紧力F F0 0的
11、作用，当联接的作用，当联接要有保证的残余预紧力为要有保证的残余预紧力为F F1 1时，每个螺栓所承受的总时，每个螺栓所承受的总载荷载荷F F2 2为为zFFF F2 2=F F1 1+F FD Dp pFF FF F 作用在缸体上的总载荷为作用在缸体上的总载荷为4F2Dp吕苇白吕苇白加预紧力后加预紧力后 螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b被联接件受压缩短被联接件受压缩短m加载加载 F 后后:螺栓总伸长量增加为螺栓总伸长量增加为 总拉力为总拉力为 被联接件压缩量减少为被联接件压缩量减少为 残余预紧力减少为残余预紧力减少为 F1 很显然很显然 F1F0 被联接件放松了被联接件放松了+bm-松弛松弛状态状态
12、 预紧预紧 状态状态F0F0F0F0bm受载受载变形变形F1F1FF F2F2F2=F+F1吕苇白吕苇白b被联接件变形被联接件变形力力螺栓变形螺栓变形力力FbFm变形变形力力F2F1FF0F0F0barctanCbarctanCmmm螺栓刚度：螺栓刚度：被联接件刚度：被联接件刚度：Cbtanb：Cmtanm：螺栓螺栓相对刚度系数相对刚度系数Cb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0 F 1 1-吕苇白吕苇白5 56单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算螺栓联接螺栓联接的主要失的主要失效形式效形式滑扣滑扣 受拉螺栓受拉螺栓塑性变形：塑性变形：疲劳断裂：疲劳断裂：受剪螺栓受剪螺栓
13、剪断剪断压溃：压溃：螺杆和孔壁的贴合面螺杆和孔壁的贴合面经常拆卸：经常拆卸：轴向变载荷轴向变载荷断裂断裂螺纹部分螺纹部分吕苇白吕苇白一、松螺栓联接强度计算一、松螺栓联接强度计算强度条件强度条件a21/4Fd式中：式中：d1 螺纹小径螺纹小径 mm，许用应力许用应力FaFa设计公式设计公式a14 Fd二、紧螺栓联接强度计算二、紧螺栓联接强度计算1.仅承受预紧力的紧螺栓联接仅承受预紧力的紧螺栓联接2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接3.承受工作剪力的紧螺栓联接承受工作剪力的紧螺栓联接吕苇白吕苇白1.仅承受预紧力的紧螺栓联接仅承受预紧力的紧螺栓联接 对于对于M10 M
14、64普通螺纹的钢制紧螺栓联接，在拧紧普通螺纹的钢制紧螺栓联接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和转矩的联合作用，但在计算时，时，虽然同时承受拉伸和转矩的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大预紧力增大30%来考虑转来考虑转矩的影响。矩的影响。0ca211.3/4Fd强度条件强度条件2.受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接DpFF2ca211.3/4Fd静强度条件静强度条件2141.3Fd设计公式设计公式吕苇白吕苇白重要场合的螺栓联接，还应进行疲劳强度校核。重要场合的螺栓联接，还应进行疲劳强度校核。当工作拉力在当工作拉力在0F之
15、间变化时，之间变化时，F2 F0 m bF 若不考虑摩擦力矩的影响，有若不考虑摩擦力矩的影响，有2max21/4Fd最大拉应力：0min21/4Fd最小拉应力：maxminba2bm122CFCCd应 力 幅：2102minmax)(22dFFm平均应力：螺栓所受总拉力在螺栓所受总拉力在F0 F2之之间变化。间变化。吕苇白吕苇白DI 因为因为min=const,应力工作点应力工作点M落在落在ODG I区域区域内，依据疲劳强度理论有内，依据疲劳强度理论有-1tcmincaamin2()()(2)KSSK其中其中 -1tc 螺栓材料的螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限。对称循环拉压疲劳极限。疲劳极限疲
16、劳极限-1 -1tc10 160220 120 150Q215 170220 12016035 220300 17022045 250340 19025040Cr 320440 240340材材 料料 材料特性系数材料特性系数碳素钢碳素钢 =0.10.2合金钢合金钢 =0.30.3min-1e-1amOCAS GMM3K 综合影响系数综合影响系数S 安全系数安全系数吕苇白吕苇白 3 3承受工作剪力的紧螺栓联接承受工作剪力的紧螺栓联接螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为 螺栓杆的剪切强度条件为螺栓杆的剪切强度条件为 F 螺栓所受的工作剪力，单位N；PP0minFd L 204
17、FdLminmin铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓FFd0设计时应使设计时应使 Lmin1.25d0d0 螺栓剪切面的直径(可取被 联接件孔直径)，单位mm；Lmin 螺栓杆与孔壁挤压面的最 小高度，单位为mm。吕苇白吕苇白5 57螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力一、螺纹联接件一、螺纹联接件材料材料螺栓、螺柱、螺钉常用材料：螺栓、螺柱、螺钉常用材料：Q215Q215、Q235Q235、3535、4545等碳素钢；等碳素钢；特殊用途特殊用途(防磁、导电防磁、导电):):特殊钢、铜合金、铝合金等。特殊钢、铜合金、铝合金等。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为1010级。级。
18、3.6，4.6，4.8，5.6，5.8，6.8，8.8，9.8，10.9，12.9冲击振动场合用：冲击振动场合用：15Cr15Cr、40Cr40Cr、30CrMnSi30CrMnSi等合金钢。等合金钢。普通垫圈：普通垫圈：Q235Q235、1515、3535，弹簧垫圈：弹簧垫圈：65Mn 65Mn 螺母的性能等级分为螺母的性能等级分为7 7级：级：4，5，6，8，9，10，12选用原则：选用原则：一般用途：通常选用一般用途：通常选用4.84.8级左右的螺栓，级左右的螺栓，重要场合：要选用高的性能等级，重要场合：要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用如在压力容器中常采用8.88.8级的螺栓。级
19、的螺栓。吕苇白吕苇白二、螺纹联接件的许用应力二、螺纹联接件的许用应力 螺纹联接件的许用应力与载荷性质螺纹联接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷静、变载荷)、装配情况装配情况(松、紧联接松、紧联接)、材料、结构尺寸有关。、材料、结构尺寸有关。许用拉应力许用拉应力 许用剪切应力和挤压应力许用剪切应力和挤压应力 S SS SSPPS被联接件为钢被联接件为钢PBPS被联接件为铸铁被联接件为铸铁S S,S Sp p 安全系数，其取值详见表安全系数，其取值详见表5 51010。吕苇白吕苇白5 58提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式
20、：疲劳断裂疲劳断裂容易断裂部位：容易断裂部位：一、一、降低螺栓总拉伸载荷降低螺栓总拉伸载荷F2的变化范围的变化范围轴向工作载荷轴向工作载荷F的变化范围的变化范围 0 FCb+CmCbF0 F0+F总拉伸载荷的总拉伸载荷的F2变化范围变化范围 Cb 或或 Cm F2变化范围变化范围F 65%20%15%吕苇白吕苇白F0 m b措施一：措施一：降低螺栓刚度（降低螺栓刚度（Cb Cb,b b）F F F1 F2 虽然F=F但有FF强调残余预紧力减小F2F FF1 b F0 m bF F F1 F2 措施二：措施二：提高被联接件刚度（提高被联接件刚度（CmCm,m m）FF强调残余预紧力减小F=FF2
21、FF F1m F0 bF F F1 F2 m FF措施三：措施三：综合措施（综合措施（Cb Cb ,Cm Cm,F0 F0）bF0m F=F，F1=F 1FF1F吕苇白吕苇白 普通螺母普通螺母二、二、改善螺纹牙间的载荷分布改善螺纹牙间的载荷分布措施措施:采用均载螺母采用均载螺母加厚螺母不能提高联接强度！加厚螺母不能提高联接强度！加厚螺母加厚螺母螺螺栓栓杆杆螺螺栓栓杆杆F F螺螺栓栓杆杆F F均载螺母均载原理均载螺母均载原理 螺母体螺母体螺螺母母体体螺螺栓栓杆杆螺螺母母体体螺螺栓栓杆杆F Fa aF F5 5/2/2F F4 4/2/2F F3 3/2/2F F2 2/2/2F F1 1/2/2
22、F F5 5/2/2F F4 4/2/2F F3 3/2/2F F2 2/2/2F F1 1/2/2螺螺母母体体螺螺栓栓杆杆F FF F=F F1 1+F F2 2+F F3 3+F F4 4+F F5 5F F1 1F F2 2F F3 3F F4 4F F5 5吕苇白吕苇白1015悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母1015内斜与环槽螺母内斜与环槽螺母均载原理相同均载原理相同螺母也受拉螺母也受拉力的作用点外移，使载荷上移。力的作用点外移，使载荷上移。均载均载元件元件悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母：内斜螺母：内斜螺与环槽螺母内斜螺与环槽螺母 加工复杂，仅限于用在加工复杂
23、，仅限于用在重要场合或大型联接。重要场合或大型联接。吕苇白吕苇白采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构 三、减小应力集中三、减小应力集中1.1.增大过渡圆角增大过渡圆角2.2.切制卸载槽切制卸载槽r r四、避免或减小附加应四、避免或减小附加应力力3.3.卸载过渡结构卸载过渡结构要从结构、制造与装配精度采取措施。要从结构、制造与装配精度采取措施。切削加工支承面切削加工支承面吕苇白吕苇白五、采用特殊制造工艺五、采用特殊制造工艺冷镦头部、辗压螺纹冷镦头部、辗压螺纹疲劳强度提高疲劳强度提高30%表面处理：表面处理：氰化、氮化也能氰化、氮化也能提高疲劳强度。提高疲劳强度。吕苇白吕苇白一、螺旋传动的类型和应用一、螺旋传动的类型和应用调整螺旋调整螺旋静压螺旋静压螺旋类类型型运动形式有运动形式有5 59螺旋传动螺旋传动螺母固定，螺杆转动并移动螺母固定，螺杆转动并移动 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。作用：回转运动作用：回转运动 直线运动，同时传递动力。直线运动，同时传递动力。螺杆转动，螺母移动螺杆转动，螺母移动 刀架刀架 按用按用途分途分传力螺旋传力螺旋传导螺旋传导螺旋滑动螺旋滑动螺旋滚动螺旋滚动螺旋按摩擦按摩擦性质分性质分传递动力传递动力 传递运动传递运动,要求精度高要求精度高调整相对位置调整相对位置
