1、第5章 螺纹联接和螺旋传动,5-1 概述,5-2 螺纹联接的类型,5-3 螺纹联接的预紧和防松,第五章 螺纹联接和螺旋传动,第二篇 联接,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,5-5 单个螺栓强度计算,5-6 提高螺纹联接强度的措施,5-7 螺旋传动,5-1 概述,5-1 概述,5-1 概述,一.螺纹的主要参数,d大径,d1小径,d2中径,(公称直径),P螺距,n线数,S导程, S=nP,升角,,牙型角,旋向,5-1 螺纹副的受力、效率和自锁,5-1 概述,二.螺纹副的受力、效率和自锁,效率,拧紧时:,松开时:,拧紧时:,松开时:,自锁条件:,5-1 螺纹的牙型和特点(三角、管螺纹),5-1 概述
2、,三.螺纹的类型和特点,1.三角螺纹(普通螺纹),2.管螺纹,主要用于联接。,自锁性好,效率低,强度高,粗牙,细牙,用于水、煤气、润滑管道等的联接。,5-1 螺纹的牙型和特点(矩形、梯形、锯齿形),5-1 概述,3.矩形螺纹,4.梯形螺纹,5.锯齿形螺纹,矩形螺纹尚未标准化,其它螺纹已标准化。,用于传动,效率最高,强度低,间隙不能调整。,用于传动,效率略低于矩形螺纹,强度高,间隙可调,常用。,用于单向传动。,5-2 螺纹联接的类型(螺栓联接),5-2 螺纹联接的类型,5-2 螺纹联接的类型,一.螺栓联接,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,两被联接件都较薄且都是通孔。,Md,d0=d+1,d,Md
3、,5-2 螺纹联接的类型(双头螺栓联接),5-2 螺纹联接的类型,二.双头螺栓联接,两被联接件,一个较薄光孔,一个较厚螺纹孔,用于常拆时,5-2 螺纹联接的类型(螺钉联接),5-2 螺纹联接的类型,三.螺钉联接,两被联接件,一个较薄光孔,一个较厚螺纹孔,用于不常拆时,5-2 螺纹联接的类型(紧定螺钉联接),5-2 螺纹联接的类型,四.紧定螺钉联接,5-3 螺纹联接的预紧,5-3 螺纹联接的预紧和防松,5-3 螺纹联接的预紧和防松,一.预紧力F0和拧紧力矩T,拧紧后,被联接件受压,螺栓受拉,拧紧的目的,拧紧力矩:T=T1+T20.2F0d,式中:,T1螺纹副中摩擦力矩,T2螺母与支承面间的摩擦力
4、矩,5-3 防松,5-3 螺纹联接的预紧和防松,控制T的方法,力矩法,测螺栓变形量,若采用不控制拧紧力矩,则螺栓直径不宜小于M12。,二. 防松,松动的原因在冲击、振动或温度变化大时,螺纹副中摩擦力可能瞬时消失。,防松的根本问题防止螺母与螺栓相对转动。,5-3 防松装置,5-3 螺纹联接的预紧和防松,常见的防松装置,1.摩擦防松使螺纹副中始终存在不随外载变化的正压力。,弹簧垫圈,优点:简单,方便。,缺点:偏载,在冲击振动下不可靠。,5-3 双螺母,5-3 螺纹联接的预紧和防松,双螺母,优点:结构简单,防松可靠。,缺点:尺寸大,不美观。,横向锁紧螺母,5-3 开口销,5-3 螺纹联接的预紧和防松
5、,2.机械防松利用机械装置将螺母与螺栓联成一体。,开口销与槽形螺母,工作可靠,装拆方便,用于有振动的机械上,但销易断。,5-3 圆螺母,5-3 螺纹联接的预紧和防松,圆螺母与带翅垫片,工作可靠,常用于滚动轴承的轴向定位。,止动垫圈,结构简单,使用方便,防松可靠。,5-3 串联钢丝,5-3 螺纹联接的预紧和防松,串联钢丝,3.永久防松,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,一.结构设计,二.受力分析,目的求出受力最大的螺栓,以进行单个螺栓强 度计算。,假设:各螺栓直径、长度、材料和预紧力F0相同;,受载后结合面仍为平面;,螺栓的变形
6、在弹性范围内。,5-4 螺栓组受横向载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,1.螺栓组受横向载荷FR,采用普通螺栓,FR,FR,FR,FR,靠结合面的摩擦平衡外载荷FR,而螺栓仅受预紧力和力矩作用。,5-4 螺栓组受横向载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,靠剪切和挤压平衡外载荷FR,铰制孔用螺栓,单个螺栓工作载荷:,FR,FR,5-4 螺栓组受扭矩,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,2.螺栓组受转矩T,底板绕中心O转动。,采用普通螺栓,靠结合面的摩擦力矩平衡外载荷T,而螺栓仅受预紧力和力矩作用。,5-4 螺栓组受扭矩,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,采用铰制孔用螺栓,靠剪切、挤压力矩平衡
7、外载荷T。,变形协调条件:,最大工作载荷:,5-4 螺栓组受轴向载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,3.螺栓组受轴向载荷FQ,总载荷FQ:,单个螺栓工作载荷:,注意:只能用普通螺栓,不能用铰制孔用螺栓。,p,螺栓受预紧力F0,5-4 螺栓组受倾覆力矩,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,4.螺栓组受倾覆力矩M,1,2,3,4,8,7,6,5,底板绕O-O轴线转动,拧紧后,工作前:,受M后,左侧螺栓被拉紧,轴向力,右侧螺栓被放松,轴向力,变形协调条件:,最大工作拉力:,注意:只能用普通螺栓,不能用铰制孔用螺栓。,5-4 受力分析小结,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,小结:,受拉,受剪,5-4
8、 螺栓组受复合载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,5.螺栓组受复合载荷作用,1)铰制孔用螺栓受FR+T,FR,T,关键:受力图一定要画对。,5-4 螺栓组受复合载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,2)普通螺栓,受FR+T,FR,T,螺栓2、3处横向力最大:,5-4 螺栓组受复合载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,受FQ+M,FQ,M,工作拉力,5-4 螺栓组受复合载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,受FR(或T)+FQ,FQ,FR,残余预紧力,单个螺栓受的总拉力,工作拉力,5-4 螺栓组受复合载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,受FR(或T)+M,M,FR,预紧力,受力最大
9、螺栓的总拉力,工作拉力,5-4 螺栓组受复合载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,受FR(或T)+FQ+M,FQ+M,FR,受力最大螺栓的总拉力,工作拉力,残余预紧力,5-4 螺栓组受力分析步骤,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,螺栓组受力分析步骤:,1.判别螺栓类型,普通螺栓,铰制孔用螺栓不能受FQ、M,2.外载荷是否作用在形心,是正交分解,否将外载荷向形心简化,3.分析螺栓组受几种载荷作用?哪些螺栓受力最大?,4.求最大载荷,普通螺栓,铰制孔用螺栓,FQ、M Fmax,FR、T F1,FR、T,5-4 讨论题,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,讨论:,请分析图示螺栓组受几种外载荷作用?
10、FR、T 、 FQ、M,螺栓组仅受T作用,5-5 单个螺栓强度计算,5-5 单个螺栓强度计算,5-5 单个螺栓强度计算,一.失效形式和设计准则,普通螺栓,静载:杆断,牙坏或塑变保证静拉伸强度,变载:疲劳断裂保证疲劳强度,铰制孔用螺栓:剪断、压溃保证剪切、挤压强度,5-5 普通螺栓(仅受工作载荷),5-5 单个螺栓强度计算,二.螺栓静强度计算,1.普通螺栓,仅受工作载荷,例:性能等级 5.6表示,松联接,螺栓材料,取标准Md,例:d117.123mm,取 M20:d=20mm, d1=17.294mm,5-5普通螺栓(仅受预紧力),5-5 单个螺栓强度计算,仅受预紧力F0,取标准Md,F0,T1
11、,当量应力,1.3的意义考虑扭剪应力的影响,把拉应力增大30% 。,5-5普通螺栓(受预紧力和工作载荷),5-5 单个螺栓强度计算,受预紧力F0和工作载荷F,主要问题:求螺栓受的总拉力F2=?,原因:属静不定问题。,5-5普通螺栓(受预紧力和工作载荷),5-5 单个螺栓强度计算,拧紧后,工作前,栓受拉:,被联接件受压:,合并两图:,受工作载荷F,栓:,被联接件:,变形协调条件:,5-5普通螺栓(受预紧力和工作载荷),5-5 单个螺栓强度计算,变形协调条件:,相对刚度系数,螺栓静力平衡条件:,5-5普通螺栓(受预紧力和工作载荷),5-5 单个螺栓强度计算,强度计算:,取标准Md,5-5 铰制孔用
12、螺栓强度计算,5-5 单个螺栓强度计算,2.铰制孔用螺栓受横向力F,取标准Md,剪切强度:,挤压强度:,取大值,取最小值,例:d012.67mm,取 M12:d=12mm,d0=13mm,5-5 螺栓强度计算小结,5-5 单个螺栓强度计算,小结:,单个螺栓强度计算,普通螺栓,铰制孔用螺栓,松联接,紧联接,取标准Md,仅受预紧力,受预紧力+工作载荷,剪切,挤压,d0取大值,取标准Md,作业一,作业一,作业:,P98/6.修改:已知。现有如图5-51所示的三种螺 栓布置型式,设采用铰制孔用螺栓联接,其=136MPa,求:1.哪一种布置方式最合理,为什么? 2.三种方案中螺栓直径各为多大?,5-6
13、提高螺纹联接的措施,5-6 提高螺纹联接强度的措施,5-6 提高螺纹联接强度的措施,一.改善螺纹牙间载荷分配不均的现象,原因:,螺栓杆受拉,螺距增大,螺母受压,螺距减小,变形不协调,靠螺纹牙来协调,5-6 (改善螺纹牙载荷分布),5-6 提高螺纹联接的措施,提高螺纹联接的措施,钢丝螺套,均载螺母,5-6 (减小应力幅),5-6 提高螺纹联接的措施,二.减小螺栓应力幅,注意:螺栓max一定时,a越小,疲劳强度越高。,脉动循环,非对称循环,5-6 (减小应力幅),5-6 提高螺纹联接的措施,强度条件:,减小a的措施:,1. cb,5-6 (减小应力幅),5-6 提高螺纹联接的措施,2. cm,5-
14、6 (减小应力幅),5-6 提高螺纹联接的措施,三.避免螺栓产生附加弯曲应力,5-6 (减小应力集中、合理工艺),5-6 提高螺纹联接的措施,四.减小应力集中,五.合理的制造工艺,习题课,习题课,习题课,目的,特点,步骤 :,1.定联接类型,合理布局螺栓; 2.受力分析,求受力最大螺栓的载荷; 3.强度计算; 4.校核螺栓组安全工作条件。,对于普通螺栓联接:,螺栓要有足够的强度(不断);,底板不滑移(不滑);,底板与基座不分离(不松);,底板与基座不压溃(不碎)。,习题课,习题课,图示为一钢支架,用四个普通螺栓联接,固定在铸铁的基座上,支架结构尺寸如图示,f=0.15,试设计此螺栓联接。,解:
15、,一.螺栓组受力分析,螺栓组受,轴向力,横向力,倾覆力矩,习题课,习题课,螺栓4受力最大,最大工作载荷:,首先保证底板不滑移,讨论:,1.若仅受FR作用:,二.求预紧力F0和总拉力F2,2.若同时受FR+FQ作用:,且:,3.若同时受FR+FQ+M作用:M对摩擦力无影响,此时,支架对底板总压力仍为:,习题课,习题课,三.计算螺栓直径,最大总拉力:,式中:,选螺栓材料为Q235,4.6级,取M16,习题课,习题课,四.校核螺栓组安全工作条件,1.底板与基座不分离,2.底板与基座不压溃,习题课,习题课,讨论:,1.如何改进结构使螺栓受力减小?,2.哪一种结构合理?,习题课,习题课,3.图示夹紧螺栓
16、中,已知螺栓数为2,螺纹为M20,螺栓材料 为35纲,=126MPa,轴径D=50mm,杠杆长L=400mm,f=0.15,求W的允许值。,解:,不滑移条件:,强度条件:,式中:,作业二,作业二,作业:,P98/5-7; 5-8; 5-9; 5-10(修改:p=2MPa,提示:螺栓间距见P77/ 表5-5,扳手空间查手册。),思考: 5-1;5-2;5-3;5-4;5-5;5-10(p=01MPa)。,5-7 螺旋传动(类型),5-7 螺旋传动,5-7 螺旋传动,一.类型,按用途分,传力螺旋,传导螺旋,调整螺旋,按摩擦状态分,滑动螺旋,滚动螺旋,静压螺旋,5-7 螺旋传动(失效形式、设计准则)
17、,5-7 螺旋传动,二.滑动螺旋失效形式、设计准则和材料,1.工作情况,传力螺旋,2.失效形式,断,牙磨损,杆失稳,杆断,牙断,强度,耐磨性,稳定性,3.设计准则,传导螺旋,按杆的强度设计,再校核耐磨性、牙的强度、杆的稳定性和自锁性。,按耐磨性设计,再校核杆的强度、稳定性。,5-7 螺旋传动(材料),5-7 螺旋传动,螺母材料,4.材料,螺杆材料,要求,杆和螺母要有足够的强度。,材料组合应有较高的耐磨性和减摩性。,一般传动:Q235,Q275,45,重要传动:40Cr,20CrMnTi,精密传动:CrWMn,一般传动:ZCuSn10P1, ZCuSn5Pb5Zn5,低速、重载: ZCuAl10
18、Fe3,低速、轻载:耐磨铸铁,5-7 螺旋传动(设计计算,杆强度计算),5-7 螺旋传动,三.滑动螺旋的设计计算,1.强度计算,杆的强度,杆受,拉力F ,扭矩T1 ,取标准Trd,5-7 螺旋传动(牙强度计算),5-7 螺旋传动,牙的强度,剪切强度,弯曲强度,针对螺母,5-7 螺旋传动(耐磨性),5-7 螺旋传动,2.耐磨性,磨损发生在螺母,螺距的选取:,如:d=32mm,P=10、6、3mm,矩形、梯形螺纹:,锯齿形螺纹:,注意:u10,不必取整;H应取整。,5-7 螺旋传动(耐磨性),5-7 螺旋传动,令,整体螺母,剖分螺母,矩形、梯形螺纹:,锯齿形螺纹:,标准Trd,5-7 螺旋传动(稳定性、自锁性、总效率),5-7 螺旋传动,3.杆稳定性计算,式中:,=2,4.自锁性,5.总效率,作业三,作业三,大作业:,螺旋千斤顶,