1、第五章第五章 螺纹连接和螺旋传动螺纹连接和螺旋传动中国矿业大学中国矿业大学机电工程学院机电工程学院螺纹联接螺纹联接螺纹连接工程应用螺纹连接工程应用飞机机翼飞机机翼汽车轮胎汽车轮胎化工管道化工管道机床机床锁紧螺母锁紧螺母发动机汽缸发动机汽缸螺纹联接螺纹联接螺纹连接螺纹连接学习要求学习要求：1)了解螺纹连接的基本知识，如螺纹种类、主要参数、应用特点，螺纹了解螺纹连接的基本知识，如螺纹种类、主要参数、应用特点，螺纹连接的类型、结构特点及防松方法等；连接的类型、结构特点及防松方法等；2）掌握在各种载荷情况下，螺栓组受力分析，确定单个螺栓的最大工）掌握在各种载荷情况下，螺栓组受力分析，确定单个螺栓的最大
2、工作载荷，合理进行螺栓组结构设计；作载荷，合理进行螺栓组结构设计；3）掌握普通螺栓、配合螺栓的强度计算方法，了解提高螺栓连接强度）掌握普通螺栓、配合螺栓的强度计算方法，了解提高螺栓连接强度的措施的措施;4)了解螺旋传动的类型了解螺旋传动的类型与应用与应用,掌握滑动螺旋传动的设计计算掌握滑动螺旋传动的设计计算.本节课研讨的问题本节课研讨的问题1 1、螺纹螺纹的主要类型有哪些？主要用途是什么？的主要类型有哪些？主要用途是什么？表征螺纹的基本参数主要有哪几个表征螺纹的基本参数主要有哪几个？2 2、螺纹连接的主要类型有哪几种？螺纹连接的主要类型有哪几种？普通螺栓普通螺栓连连 接与接与配合螺栓配合螺栓连
3、接、连接、双头螺柱双头螺柱连接与连接与螺钉螺钉连接连接 有何区别有何区别？其螺栓？其螺栓(纹纹)孔的加工有何特点？孔的加工有何特点？3 3、螺纹连接为什么要螺纹连接为什么要预紧预紧？如何控制预紧力？如何控制预紧力？4 4、螺纹连接螺纹连接防松防松的原理是什么？常用的防松方的原理是什么？常用的防松方 法有哪些法有哪些？试举例说明？试举例说明？螺纹联接螺纹联接螺螺 纹纹 的的 形形 成成5-1 螺螺 纹纹螺螺纹纹的的主主要要类类型型有有哪哪些些？螺螺纹纹的的主主要要用用途途是是什什么么？螺纹联接螺纹联接按位置按位置：外螺纹：外螺纹在圆柱（锥）体的外表面形成的螺纹在圆柱（锥）体的外表面形成的螺纹 内
4、螺纹内螺纹在圆柱（锥）孔的内表面形成的螺纹在圆柱（锥）孔的内表面形成的螺纹一、螺纹类型一、螺纹类型按牙型按牙型：三角形螺纹、管螺纹三角形螺纹、管螺纹 连接螺纹连接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹传动螺纹螺纹联接螺纹联接三三角角形形矩矩形形梯梯形形锯锯齿齿形形螺纹联接螺纹联接根据螺纹根据螺纹线数线数：单线螺纹（单线螺纹（n=1）；双线螺纹（双线螺纹（n=2）；）；多线螺纹（多线螺纹（n2）用于连接用于连接 用于传动用于传动 根据螺旋线根据螺旋线绕行方向绕行方向：右旋右旋 左旋左旋螺纹联接螺纹联接二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数1）大径）大径d（D）与外螺纹牙顶相重合
5、的假想圆柱面直径，亦称与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径，亦称公称直径公称直径2）小径）小径d1(D1)与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径3）中径）中径d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，d20.5（d+d1）表征表征螺纹螺纹的基本参数主要有哪几个的基本参数主要有哪几个？螺纹联接螺纹联接4）螺）螺 距距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离5）导程）导程Ph 同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两同一螺旋线上相邻两牙在
6、中径圆柱面的母线上的对应两 点间的轴向距离点间的轴向距离6）线）线 数数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造螺纹螺旋线数目，一般为便于制造 n 4 螺距、导程、线数之间关系：螺距、导程、线数之间关系：Ph=nP tan =Ph/d2=nP/d2 参数参数 、P、Ph、n、d2之间的关系之间的关系：（5-1）7）螺纹升角）螺纹升角 中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的 平面的夹角平面的夹角螺纹联接螺纹联接8）牙型角）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9）接触高度）接触高度h 内外螺纹旋合后的接触面的径向
7、高度内外螺纹旋合后的接触面的径向高度螺纹联接螺纹联接 查设计手册查设计手册 P111 国标：国标：GB/T193-2003螺纹联接螺纹联接1varctancostanff)tan(tanv螺旋副的螺旋副的自锁条件自锁条件为：为：螺旋副的螺旋副的传动效率传动效率为：为：克服轴向力克服轴向力Q匀速上升所需的匀速上升所需的圆周力圆周力：2)tan(2)tan(2v2vdQdFTQF当量摩擦角当量摩擦角当量摩擦系数当量摩擦系数问题问题:自锁时的效率自锁时的效率？机械原理知识：机械原理知识：螺纹联接螺纹联接5-2 螺纹连接的主要类型螺纹连接的主要类型1、螺栓连接、螺栓连接a)普通螺栓连接普通螺栓连接 被
8、连接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带被连接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。应用较广。螺纹连接螺纹连接的主要类型有哪几种？的主要类型有哪几种？螺纹联接螺纹联接b)配合螺栓连接配合螺栓连接 装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合作定位用，采用基孔制配合铰制孔用螺栓连铰制孔用螺栓连接接。普通螺栓普通螺栓连接与连接与配合螺栓配
9、合螺栓连接有何区别？连接有何区别？其螺栓孔的加工方法有何不同？其螺栓孔的加工方法有何不同？螺纹联接螺纹联接2、双头螺柱连接双头螺柱连接 螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被连接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被连接件之一连接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被连接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺柱从被连接较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺柱从被连接件中拧出。件中拧出。螺纹联接螺纹联接3、螺钉连接、螺钉连接 适于被连接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉适于被连接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，
10、不需螺母，适于受载较小情况。头，不需螺母，适于受载较小情况。双头螺柱双头螺柱连接与连接与螺钉螺钉连接有何区别？连接有何区别？其螺纹孔的加工有何特点？其螺纹孔的加工有何特点？螺纹联接螺纹联接4、紧定螺钉连接、紧定螺钉连接 拧入后，利用末端顶住另一零件表面或旋拧入后，利用末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置，入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置，可传递不大的轴向力或扭矩。可传递不大的轴向力或扭矩。螺纹联接螺纹联接特殊结构螺纹连接特殊结构螺纹连接地脚螺栓连接地脚螺栓连接 吊环螺钉连接吊环螺钉连接 T T型槽螺栓连接型槽螺栓连接 常用标准螺纹连接件见手册常用标准螺纹连接件见
11、手册P118P134螺纹联接螺纹联接5-3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧一、螺纹连接的预紧一、螺纹连接的预紧在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受预紧力在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受预紧力F0 0预紧目的预紧目的 增强连接增强连接的可靠性和紧密性，防止受的可靠性和紧密性，防止受载后被连接件间出现缝隙或载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。发生相对移动。F0F0螺纹连接为什么要螺纹连接为什么要预紧预紧？如何控制预紧力？如何控制预紧力？螺纹联接螺纹联接2)tan(2v01dFT)(31202030300c2dDdDFfT拧紧力矩拧紧力矩 T=T1+T2 其中：其中：T1螺旋副间的摩擦阻力矩；螺
12、旋副间的摩擦阻力矩；T2螺母环形端面与被连接件间的摩擦阻力矩。螺母环形端面与被连接件间的摩擦阻力矩。)(32)tan(21 20203030cv2021dDdDfdFTTT对于对于M10M64的螺栓的螺栓dFT02.0 二、预紧力与拧紧力矩二、预紧力与拧紧力矩（5-3）（5-6）（5-7）螺纹联接螺纹联接三、预紧力三、预紧力F0 0的控制的控制碳素钢螺栓：碳素钢螺栓：F0 （0.6.7）s A1 合金钢螺栓：合金钢螺栓：F0 （0.5.6）s A1 测力矩板手测力矩板手 测出预紧力矩。测出预紧力矩。测力矩扳手测力矩扳手 A1=d12/4（5-2）图5-8预紧力不得超过其材料屈服极限的预紧力不得
13、超过其材料屈服极限的80%！螺纹联接螺纹联接定力矩扳手定力矩扳手图5-9定力矩板手定力矩板手 达到固定的拧紧力矩达到固定的拧紧力矩T 时，弹簧受压将自动打滑时，弹簧受压将自动打滑 测量预紧前后螺栓伸长量测量预紧前后螺栓伸长量，精度较高。精度较高。螺纹联接螺纹联接5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹连接松动，如经反复作用，螺纹连接就会松驰而失效。因此，必纹连接松动，如经
14、反复作用，螺纹连接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。二、防松原理二、防松原理 防止螺旋副在受载时发生相对转动，或增大相对运动的难度。防止螺旋副在受载时发生相对转动，或增大相对运动的难度。三、防松方法及措施三、防松方法及措施（见表见表5-3）防松的方法，按其工作原理分为防松的方法，按其工作原理分为摩擦防松摩擦防松、机械防松机械防松和和破坏螺旋破坏螺旋 副运动关系放松副运动关系放松（也称为（也称为永久防松永久防松）。）。一、防松目的一、防松目的 螺纹连接螺纹连接防松防松的原理是什么？常用的原理是什么？常用的防松方法有哪些？试
15、举例说明？的防松方法有哪些？试举例说明？螺纹联接螺纹联接 摩擦防松摩擦防松(轴向压紧轴向压紧)对顶螺母对顶螺母 弹簧垫圈弹簧垫圈（手册（手册P133）锁紧垫圈锁紧垫圈 螺纹联接螺纹联接摩擦防松摩擦防松(径向压紧径向压紧)非金属嵌件锁紧螺母非金属嵌件锁紧螺母 扣紧螺母扣紧螺母 自锁螺母自锁螺母 螺纹联接螺纹联接机械防松机械防松开槽螺母与开口销开槽螺母与开口销 圆螺母圆螺母 双耳双耳 串联钢丝串联钢丝 单耳单耳 注注意意方方向向！螺纹联接螺纹联接永久防松永久防松铆铆 焊焊 粘粘 螺纹联接螺纹联接5-5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计工程中螺栓皆成组使用，极少单个使用。工程中螺栓皆成组使用，极少单
16、个使用。螺栓组连接设计的顺序螺栓组连接设计的顺序选布局、定数目、力分析、设计尺寸选布局、定数目、力分析、设计尺寸。一、螺栓组结构设计原则一、螺栓组结构设计原则 1、尽量对称分布，圆周偶数布、尽量对称分布，圆周偶数布置，螺栓组中心与连接结合面形置，螺栓组中心与连接结合面形心重合（有利于分度、划线、钻心重合（有利于分度、划线、钻孔），以受力均匀孔），以受力均匀。螺纹联接螺纹联接2、受剪螺栓组（配合螺栓连接）时，不要在外载作用方向布置、受剪螺栓组（配合螺栓连接）时，不要在外载作用方向布置8个个上，以免螺栓受力太不均匀，受弯矩或扭矩作用的螺栓组，要上，以免螺栓受力太不均匀，受弯矩或扭矩作用的螺栓组，要
17、适当靠接缝边缘布局，减少螺栓受力。适当靠接缝边缘布局，减少螺栓受力。3、合理间距，适当边距，以利扳手装拆（见表、合理间距，适当边距，以利扳手装拆（见表5-4及手册）。及手册）。螺纹联接螺纹联接二、螺栓组连接的受力分析二、螺栓组连接的受力分析 目的目的求受力最大载荷的螺栓求受力最大载荷的螺栓 前提（假设）：前提（假设）：被连接件为刚性不变形，只有地基变形被连接件为刚性不变形，只有地基变形;各螺栓材料、尺寸、预紧力均相同各螺栓材料、尺寸、预紧力均相同;受力后螺栓材料变形在弹性范围内受力后螺栓材料变形在弹性范围内;接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面
18、仍保持平面。仍保持平面。问题问题1.普通螺栓组连接中普通螺栓组连接中受横向受横向 载荷时载荷时螺栓的受力特点螺栓的受力特点？如何如何 计算计算F0？受转矩时受转矩时如何计算？如何计算？问题问题2.普通螺栓普通螺栓 组连接中组连接中受轴受轴 向载荷时向载荷时螺栓螺栓 的受力特点的受力特点？总拉力总拉力F2计算计算 特点？特点？受转矩受转矩 时时如何计算？如何计算？螺纹联接螺纹联接1 1、配合螺栓组配合螺栓组连接连接 （1）连接受载为连接受载为横向力横向力F 设螺栓个数为设螺栓个数为z，则每个螺，则每个螺栓受到的工作剪力为：栓受到的工作剪力为：z/FF（5-9）横横向向布布置置不不要要超超过过8个
19、个螺螺栓！栓！螺纹联接螺纹联接zzii2211r/Fr/Fr/Fr/F（2）连接受载为连接受载为旋转力矩旋转力矩T 设设z个螺栓到旋转中心之距个螺栓到旋转中心之距r1 1,r2 2,ri,rz，每个螺栓受到的工，每个螺栓受到的工作剪力为作剪力为F1 1,F2 2,Fi,Fz ：变形协调条件：变形协调条件：力矩平衡条件：力矩平衡条件：TrFrFrFrFzzii22112z2i2221iirrrrrTF剪力剪力Fi（变形）与距离（变形）与距离ri成正比成正比（5-14）螺纹联接螺纹联接2、普通普通螺栓组螺栓组连接连接 （1）连接受载为连接受载为横向力横向力F )/(s0i zfFKF 即s0FKz
20、iFf接合面不滑移条件：接合面不滑移条件：（5-10）f 接合面的摩擦系数；接合面的摩擦系数；i 接合面数接合面数；Ks 防滑系数，防滑系数，Ks=1.11.3。螺纹联接螺纹联接TKrFfrFfrFfsz0i010（2）连接受载为连接受载为旋转力矩旋转力矩T 接合面不滑移条件：接合面不滑移条件：)(zi21s0rrrrfTKF（5-11）f 接合面的摩擦系数；接合面的摩擦系数；ri 第第i 个螺栓的轴线到螺栓组对称中个螺栓的轴线到螺栓组对称中 心心O的距离的距离；Ks 防滑系数，防滑系数，Ks=1.11.3。螺纹联接螺纹联接（3）连接受载为连接受载为轴向力轴向力F 单个螺栓工作载荷为：单个螺栓
21、工作载荷为：F=F /z F 轴向外载荷轴向外载荷 z 螺栓个数螺栓个数 （5-15）螺栓杆受的总拉力螺栓杆受的总拉力F2=F?螺纹联接螺纹联接MLFLFLFzz2211maxmaxii11LFLFLF（4）连接受载为连接受载为倾覆力矩倾覆力矩M 特点：特点：M在铅直平面内，绕在铅直平面内，绕O-O回转，只能用普通螺栓连接，取板为回转，只能用普通螺栓连接，取板为受力对象，由受力对象，由静力平衡条件静力平衡条件：和变形协调条件：和变形协调条件：拉力拉力压力压力有有 ziLMLF12imaxmax（5-18）螺纹联接螺纹联接被联接件挤压应力计算被联接件挤压应力计算 为了防止被连接件结合面受压最大处
22、被为了防止被连接件结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，应该检查受压碎或受压最小处出现间隙，应该检查受载后底板结合面压应力的最大值不超过允载后底板结合面压应力的最大值不超过允许值，最小值不小于零，即有许值，最小值不小于零，即有 00pminp0pmaxWMAzFWMAzF拉力拉力压力压力（5-22）（5-23）其中：其中：A为接合面的有效面积；为接合面的有效面积；W 为接合为接合面的有效抗弯截面系数；面的有效抗弯截面系数；p 为底板接合面为底板接合面的许用挤压应力，查表的许用挤压应力，查表5-6。实例分析：习题实例分析：习题5-4、5-5、5-6机械设计总论机械设计总论第五章第五章 实例
23、分析实例分析1图图5-49 底板螺栓组连接底板螺栓组连接12122211 x bM=F xh-F y l题题5-4 解解:机械设计总论机械设计总论第五章第五章 实例分析实例分析2图图5-50 龙门起重机导轨托架龙门起重机导轨托架 x题题5-5 解解:采用铰制孔用螺栓。采用铰制孔用螺栓。因为托架所受的载荷有较大变动，铰制孔用螺栓连接能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷，增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对位移，而普通螺栓连接靠结合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩，连接不牢靠。T=R300=6000 kN mmFi=R/8=2.5 kNR=20 kNFj=T co
24、s45 /(8 75)=7.07 kNF=F2i+F2j+2FiFjcos45 =9 kN机械设计总论机械设计总论第五章第五章 实例分析实例分析3F MFi=10NFj=20NF MFi=10NFjM=250 60=15000 Nm图图5-51 螺栓的两种布置形式螺栓的两种布置形式Fmax=33.6N 已知一个托架的边板用已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相连接。托架受一与个螺栓与相邻的机架相连接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行，距离为边板螺栓组的垂直对称轴线相平行，距离为250mm，大小为，大小为60kN的载的载荷作用。现有如图所示的两种螺栓布置形式，设采用配合螺栓连接，荷作
25、用。现有如图所示的两种螺栓布置形式，设采用配合螺栓连接，试问哪一种布置形式所用的螺栓直径最小？为什么？试问哪一种布置形式所用的螺栓直径最小？为什么？F =60kN题题5-6 解解:N4.2412imaxjmaxnirMrF螺纹联接螺纹联接一、松螺栓连接强度计算一、松螺栓连接强度计算421dF5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算螺纹连接的螺纹连接的强度计算准则强度计算准则 受拉螺栓受拉螺栓:主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生疲劳断裂主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生疲劳断裂,设计准则为设计准则为保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。受剪螺栓：受剪螺栓：主要破坏形式是螺栓杆
26、和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓主要破坏形式是螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断，设计准则为杆被剪断，设计准则为保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度。（5-24）41Fd（5-25）如吊钩结构中的如吊钩结构中的普通螺普通螺栓连接栓连接，工作前不拧紧，工作前不拧紧，无预紧力，只有工作载荷无预紧力，只有工作载荷F 起拉伸作用。起拉伸作用。螺栓小径的设计：螺栓小径的设计：问题问题1.受拉螺栓的主要破坏形式是什么受拉螺栓的主要破坏形式是什么？发生？发生 在什么部位？还可能有哪些失效？在什么部位？还可能有哪些失效？螺纹联接螺纹联接 1.仅承受预紧力仅承受预紧力F0
27、（普通螺栓连接）（普通螺栓连接）预紧力预紧力F0 0 产生拉伸应力产生拉伸应力4/210dF螺纹摩擦力矩螺纹摩擦力矩T1 1 产生切应力产生切应力 5.04/5.064M10M4/2)tan(16/2/)tan(210210123120dFdFddddFvv螺栓对于二、紧螺栓连接强度计算二、紧螺栓连接强度计算（5-26）（5-27）（5-28）当紧螺栓连接受载为当紧螺栓连接受载为横向力横向力F 或或旋转力矩旋转力矩T 时，螺栓只受到预紧时，螺栓只受到预紧力力F0的作用，此时，的作用，此时，螺栓杆截面处于拉伸和扭转的复合应力状态下。螺栓杆截面处于拉伸和扭转的复合应力状态下。问题问题2.紧螺栓连接
28、在只承受预紧力紧螺栓连接在只承受预紧力F0时时 的强度条件计算特点是什么的强度条件计算特点是什么？螺纹联接螺纹联接根据第四强度理论根据第四强度理论：31322ca.强度条件为：强度条件为：（5-29）（5-30）螺栓小径的设计：螺栓小径的设计：mm螺纹联接螺纹联接工作特点：工作特点：工作前拧紧，有工作前拧紧，有F0；工作后加上工作载荷；工作后加上工作载荷F 工作前、工作中载荷变化工作前、工作中载荷变化工作原理：工作原理：靠螺杆拉伸强度传递外载靠螺杆拉伸强度传递外载F解决问题：解决问题：a)保证安全可靠的工作，保证安全可靠的工作，F0=？b)工作时螺栓总载荷，工作时螺栓总载荷，F2=？当紧螺栓连
29、接受载为当紧螺栓连接受载为轴向力轴向力F 或或倾覆力矩倾覆力矩M 时，螺栓既受到预紧时，螺栓既受到预紧力力F0的作用又受到工作拉力的作用又受到工作拉力F 的作用，此时，螺栓杆截面也处于拉的作用，此时，螺栓杆截面也处于拉伸和扭转的复合应力状态下。伸和扭转的复合应力状态下。2.既受预紧力既受预紧力F0又受工作拉力又受工作拉力F（普通螺栓连接）（普通螺栓连接）问题问题3.紧螺紧螺栓连接栓连接既承受既承受预紧力预紧力F0，又，又受工作受工作拉力拉力F时，螺时，螺栓承受栓承受的总拉的总拉力力F2应应如何计如何计算算？螺纹联接螺纹联接分析受力变形分析受力变形:预紧前预紧前 无无F0预紧力预紧力 F0工作时
30、工作时F+F1工作失效工作失效 F1 0。有密封要求的连接：有密封要求的连接：F1=（1.51.8）F 一般联接：一般联接：F1=（0.61.0）F 工作载荷不稳定时工作载荷不稳定时 F1=（0.20.6）F 工作载荷稳定时工作载荷稳定时 地脚螺栓连接：地脚螺栓连接：F1 FF1的取法的取法:（5-35）螺栓拉伸强度条件：螺栓拉伸强度条件：（5-36）螺栓小径的设计：螺栓小径的设计：为什么有为什么有1.3？螺纹联接螺纹联接 若工作载荷若工作载荷F 为变载荷为变载荷,还需进行螺栓的还需进行螺栓的疲劳强度精确疲劳强度精确校核校核 mbb2121a24/2/cccdFdF图图5-27 承受轴向变载荷
31、的紧螺栓连接承受轴向变载荷的紧螺栓连接)2)()(2minamin1caKKS min=4F0/(d12)=C(5-39)(5-38)(5-37)螺纹联接螺纹联接420idF3、承受挤压和工作剪力、承受挤压和工作剪力F（配合螺栓连接）（配合螺栓连接）失效形式：螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断失效形式：螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断螺栓的剪切强度条件为：螺栓的剪切强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：pmin0PLdF（5-40）（5-41）d0 螺杆或孔的直径螺杆或孔的直径mmLmin 被联接件中受挤压孔壁的最小长度被联接件中受挤压孔壁的最小
32、长度mm i 螺栓抗剪面数螺栓抗剪面数图图5-28 承受工作剪力承受工作剪力 的紧螺栓连接的紧螺栓连接螺纹联接螺纹联接5-7 螺栓连接件材料及许用应力螺栓连接件材料及许用应力一、螺纹连接件的材料一、螺纹连接件的材料 钢材钢材:Q215,10,Q235,35,45,15Cr,40Cr,35CrMnSi等等 螺母、螺栓强度级别螺母、螺栓强度级别(查表查表5-8,表表5-9)：1）根据机械性能分级并以数字表示螺纹连接件的强度级别根据机械性能分级并以数字表示螺纹连接件的强度级别;2）所依据机械性能为抗拉强度极限）所依据机械性能为抗拉强度极限B 和屈服极限和屈服极限S螺栓级别螺栓级别:带点数字表示带点数
33、字表示 ，点前数字为点前数字为100/B点后数字为点后数字为BS/10螺母级别螺母级别:100/B注意：螺母的强度级别注意：螺母的强度级别b b不低于相配螺栓的强度级别，螺母的不低于相配螺栓的强度级别，螺母的 硬度稍低于螺栓的硬度（均低于硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HBS）问问题题 5.螺螺栓栓的的性性能能等等级级是是如如何何表表示示的的？它它与与螺螺栓栓材材料料的的 B和和 s有有何何关关系系？螺纹联接螺纹联接二、螺栓连接件的许用应力二、螺栓连接件的许用应力 pBppSpSSS/S/S/S/铸铁钢：S、S、Sp 螺纹连接安全系数螺纹连接安全系数 查表查表5-10（5-42）（5-43
34、）（5-44）（5-45）总总 结结 螺纹连接设计思路：螺纹连接设计思路：螺栓组螺栓组结构设计结构设计（布局、数目）（布局、数目）螺栓组螺栓组受力分析受力分析（载荷类型、（载荷类型、状态、形式）状态、形式）求单个螺栓的求单个螺栓的最大工作载荷最大工作载荷（判断哪个最大）（判断哪个最大）按最大载荷的按最大载荷的单个螺栓设计单个螺栓设计（求（求d1选标准）选标准）全组全组采用同样尺寸采用同样尺寸螺栓连接件（互换的目的）。螺栓连接件（互换的目的）。螺纹联接螺纹联接实实 例例 分分 析析 图图5-40所示为一固定在所示为一固定在钢制立柱上的铸铁托架，钢制立柱上的铸铁托架，已知总载荷已知总载荷F=480
35、0N，其，其作用线与垂直线的夹角作用线与垂直线的夹角 50，底板高，底板高h=340mm，宽宽b=150mm，试设计此螺，试设计此螺栓组连接。栓组连接。hb220280K160150F K图图5-40 托架底板螺栓组连接托架底板螺栓组连接问题问题1 1 螺栓组受力分析如何？螺栓组受力分析如何？问题问题2 2 单个螺栓受力状态如何？单个螺栓受力状态如何？问题问题3 如何求单个螺栓的如何求单个螺栓的F0 和和F2？螺纹联接螺纹联接布布 置置 习习 题题pD2D1F 7d题题5-85-8、题、题5-95-9、题、题5-105-10（z z=12=12、无垫片无垫片、螺栓、螺栓6.86.8、变载荷变载
36、荷）题题5-10图图本节课研讨的问题本节课研讨的问题1 1、提高螺栓连接强度的措施有哪些提高螺栓连接强度的措施有哪些？每种措施？每种措施 可举出可举出1-2个实例。个实例。2 2、滑动螺旋滑动螺旋、滚动螺旋滚动螺旋和和静压螺旋静压螺旋的本质区别的本质区别是什么是什么？各有何特点？各有何特点？3 3、滑动螺旋的主要失效形式是什么滑动螺旋的主要失效形式是什么？一般应进？一般应进行哪些强度校核计算？行哪些强度校核计算？4 4、螺旋起重器螺旋起重器的设计步骤是什么的设计步骤是什么？螺纹联接螺纹联接1、降低影响螺栓疲劳降低影响螺栓疲劳 强度的应力幅强度的应力幅a,Fc则bb1)降低螺栓刚度降低螺栓刚度m
37、bb2121a242cccdF/d/F5-8 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施螺纹联接螺纹联接2)增大被联接件刚度增大被联接件刚度a,F,c则mm螺纹联接螺纹联接3)同时使用同时使用cb,cm同时适当增加同时适当增加F0螺纹联接螺纹联接特殊结构螺栓特殊结构螺栓 弹性元件弹性元件 密封圈结构密封圈结构 刚性垫片刚性垫片 螺纹联接螺纹联接2、改善螺纹牙上载荷、改善螺纹牙上载荷 分布不均的现象分布不均的现象悬置螺母悬置螺母 内斜螺母内斜螺母 环槽螺母环槽螺母 弹性螺套弹性螺套 螺纹联接螺纹联接3、避免附加弯曲应力，、避免附加弯曲应力，减小应力集中的影响减小应力集中的影响球面垫圈球面垫圈
38、斜面垫圈斜面垫圈 腰环螺栓腰环螺栓 表面凸台表面凸台 沉头座沉头座 螺纹联接螺纹联接4、采用合理的制造工艺方法、采用合理的制造工艺方法1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高劳强度提高3040%;2）采用氰化、氮化、喷丸等处理可提）采用氰化、氮化、喷丸等处理可提高疲劳强度高疲劳强度;3）热处理后再进行滚压螺纹，强度提）热处理后再进行滚压螺纹，强度提高高70100%.螺纹联接螺纹联接5、采用减载装置、采用减载装置剪切销剪切销剪切套剪切套剪切键剪切键螺纹联接螺纹联接5-9 螺旋传动螺旋传动1、螺旋传动的应用、螺旋传动的应用千斤顶千斤顶拆卸器拆卸器管口钳管口钳台钳
39、台钳螺旋压力机螺旋压力机圆规圆规二维数控台二维数控台举出几种螺旋传动的应用实例举出几种螺旋传动的应用实例螺纹联接螺纹联接螺旋传动螺旋传动2、螺旋传动的类型、螺旋传动的类型 1)按用途分按用途分：(1)传力螺旋传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋 特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁 (2)传导螺旋传导螺旋机床进给机构：传递运动和动力机床进给机构：传递运动和动力 特点：特点：速度高、连续工作、精度高速度高、连续工作、精度高 (3)调整螺旋调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋 特点特点：是受力较小且
40、不经常转动：是受力较小且不经常转动 螺纹联接螺纹联接螺旋传动螺旋传动2)按摩擦性质分按摩擦性质分(1)滑动螺旋传动滑动螺旋传动摩擦性质为滑动摩擦性质为滑动 摩擦。摩擦。构造简单、传动比大，承载构造简单、传动比大，承载 能力高，加工方便、传动平稳、工能力高，加工方便、传动平稳、工 作可靠、易于自锁。作可靠、易于自锁。缺缺 点点：磨损快、寿命短，摩擦损耗：磨损快、寿命短，摩擦损耗大，传动效率低（大，传动效率低（3040%）传动精度低。传动精度低。滑动螺旋滑动螺旋、滚动螺旋滚动螺旋和和静压螺旋静压螺旋的的 本质区别是什么本质区别是什么？各有何特点？各有何特点？螺纹联接螺纹联接图图5-42 螺旋起重器
41、螺旋起重器螺纹联接螺纹联接螺旋传动螺旋传动(2)滚动滚动螺旋传动螺旋传动滚动摩擦性质。滚动螺旋传动是滚动摩擦性质。滚动螺旋传动是 在具有在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体，圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体，当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环两种。循环方式有：内循环、外循环两种。螺纹联接螺纹联接螺旋传动螺旋传动特点：传动效率高（可达特点：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵活平稳，工作），起动力矩小，传动灵活平稳，工作寿命长，正逆运动效率相同，可实现逆传动。寿命长，正逆
42、运动效率相同，可实现逆传动。缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺要缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺要求高，成本较高。求高，成本较高。螺纹联接螺纹联接螺旋传动螺旋传动(3)静压螺旋传动静压螺旋传动液体摩擦性质。靠外部液压系统提供压力液体摩擦性质。靠外部液压系统提供压力 油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使 螺杆、螺母螺纹牙间产生压力油膜而分隔开。螺杆、螺母螺纹牙间产生压力油膜而分隔开。螺纹联接螺纹联接螺旋传动螺旋传动特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，磨损小，寿命长。特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定
43、，磨损小，寿命长。螺母结构复杂（需密封），需一稳压供油系统、成本螺母结构复杂（需密封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机床中进给和分度机构较高。适用于精密机床中进给和分度机构。螺纹联接螺纹联接设计实例设计实例题题5-11:5-11:设计简单千斤顶设计简单千斤顶图图5-42 千斤顶千斤顶 已知千斤顶的起重量为已知千斤顶的起重量为40000N，起重高起重高度为度为200mm,试设计螺杆和螺母的主要尺寸并试设计螺杆和螺母的主要尺寸并画装配图（画装配图（3号图纸、说明书）。号图纸、说明书）。螺旋起重器螺旋起重器的设计步骤是什么的设计步骤是什么？螺纹联接螺纹联接螺旋传动设计螺旋传动设计3、滑动螺
44、旋传动的设计、滑动螺旋传动的设计 1）滑动螺旋的）滑动螺旋的结构结构 传动螺纹：传动螺纹：矩形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹梯形螺纹、锯齿形螺纹；、锯齿形螺纹；螺母结构：螺母结构：整体螺母结构、组合螺母结构、整体螺母结构、组合螺母结构、剖分螺母结构、开合螺母结构。剖分螺母结构、开合螺母结构。滑动螺旋的主要滑动螺旋的主要失效形式失效形式是什么是什么？一般应进行哪些一般应进行哪些强度校核强度校核计算？计算？螺纹联接螺纹联接螺旋传动设计螺旋传动设计 2）螺杆和螺母的材料）螺杆和螺母的材料 螺杆材料要求有足够的强度和耐磨性；螺杆材料要求有足够的强度和耐磨性；螺母材料除要有足够的强度外，还要求在螺母材料除要有
45、足够的强度外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦系数小和耐磨。与螺杆材料配合时摩擦系数小和耐磨。螺旋传动常用的材料见表螺旋传动常用的材料见表5-11螺杆螺母Q235、Q275、45、5040Cr、65Mn、T12、40WMn、20CrMnTi9Mn2V、CrWMn、38CrMoAlZCuSn10Pl、ZCuSn5Pb5Zn5（铸锡青铜）ZCuAl9Fe4Ni4Mn2（铸铝青铜）ZCuZn25Al6Fe3Mn3（铸铝黄铜）材料不经热处理，适用于经常运动，受力不大，转速材料不经热处理，适用于经常运动，受力不大，转速较低的传动较低的传动 材料需经热处理，以提高其耐磨性，适用于重载、转材料需经热处理，以提高
46、其耐磨性，适用于重载、转速较高的重要传动速较高的重要传动 材料需经热处理，以提高其尺寸的稳定性，适用于精材料需经热处理，以提高其尺寸的稳定性，适用于精密传导螺旋传动密传导螺旋传动 材料耐磨性好，适用于一般传动材料耐磨性好，适用于一般传动 材料耐磨性好，强度高，适用于重载、低速的传动。材料耐磨性好，强度高，适用于重载、低速的传动。对于尺寸较大或高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，对于尺寸较大或高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内孔浇注青铜或巴氏合金内孔浇注青铜或巴氏合金螺纹联接螺纹联接螺旋传动设计螺旋传动设计 3）滑动螺旋传动的设计计算）滑动螺旋传动的设计计算（1）耐磨性计算）耐磨性计算 p=F/
47、A=F/d2hu =FP/d2hH p N/mm2 令令 =H/d2，则，则 设计计算：设计计算：mm 对于矩形、梯形螺纹和对于矩形、梯形螺纹和30 锯齿形螺纹分别锯齿形螺纹分别以以h=0.5P 和和 h=0.75P 代入即可。代入即可。（5-46）2phFPd（5-47）式中式中 螺纹工作圈数螺纹工作圈数u=H/P，H为螺母高度；为螺母高度；高径比高径比 对整体螺母取对整体螺母取1.22.5，剖分螺母和，剖分螺母和 兼作支承的螺母取兼作支承的螺母取 2.53.5。螺纹联接螺纹联接螺旋传动设计螺旋传动设计（3）螺杆的强度计算）螺杆的强度计算 N/mm2431212cadTFA式中：式中：F 螺
48、杆所受的轴向压力（或拉力），螺杆所受的轴向压力（或拉力），N A 螺杆螺纹段的危险截面面积：螺杆螺纹段的危险截面面积：A=d12/4，mm2;T 螺杆所受的扭矩，螺杆所受的扭矩，Nmm;螺杆材料的许用应力，螺杆材料的许用应力，N/mm2，见表，见表5-13。（5-52）（2）螺旋副的自锁性计算）螺旋副的自锁性计算 自锁条件自锁条件 v=arctan(f/cos )=arctan fv（5-51）式中：式中：螺纹升角；螺纹升角；螺纹斜角；螺纹斜角；f 摩擦系数，摩擦系数，见表见表5-12。螺纹联接螺纹联接（5）螺杆的稳定性计算）螺杆的稳定性计算 Fcr/F 2.5 4（5-55）临界载荷临界载荷
49、 Fcr=2EI/(l)2（5-56）式中：式中：E 螺杆材料的拉压弹性模量，螺杆材料的拉压弹性模量，N/mm2；I 螺杆危险截面的惯性矩，螺杆危险截面的惯性矩，I=d14/64，mm4。螺杆的长度系数，螺杆的长度系数，见表见表5-14。（4）螺母螺纹牙的强度计算）螺母螺纹牙的强度计算 剪切强度条件剪切强度条件 =F/Dbu N/mm2 弯曲强度条件弯曲强度条件 =6Fl/Db2u b N/mm2式中：式中：b 螺杆牙根部的厚度，螺杆牙根部的厚度，mm l 弯曲力臂，弯曲力臂，l=(D-D2)/2，mm;和和 许用应力，许用应力，N/mm2，见表，见表5-13。（5-53）（5-54）螺旋传动
50、设计螺旋传动设计螺纹联接螺纹联接一、螺旋起重器设计步骤一、螺旋起重器设计步骤螺旋起重器设计螺旋起重器设计 选用螺母、螺杆材料选用螺母、螺杆材料 耐磨性计算耐磨性计算螺杆螺纹强度校核螺杆螺纹强度校核螺母螺母螺纹牙强度校核螺纹牙强度校核自锁条件校核自锁条件校核螺杆稳定性校核螺杆稳定性校核螺母外径及凸螺母外径及凸缘设计缘设计 手柄设计手柄设计底座设计底座设计顶头设计。顶头设计。二、螺旋起重器装配图设计二、螺旋起重器装配图设计 主视图（装配图）主视图（装配图）外形尺寸、配合尺寸、螺纹尺寸外形尺寸、配合尺寸、螺纹尺寸零件序零件序号号明细表明细表技术要求等。技术要求等。三、螺旋起重器说明书内容三、螺旋起重
