1、机械设计精品课程课机械设计精品课程课件第件第5章章2第五章 螺纹联接与螺旋传动 螺纹有内外之分，内外螺纹共同组成螺纹联接和螺旋传动。螺纹有内外之分，内外螺纹共同组成螺纹联接和螺旋传动。对螺纹的总要求是有足够的强度和良好的工艺性，针对螺纹的总要求是有足够的强度和良好的工艺性，针对不同的螺纹提出不同的要求。对不同的螺纹提出不同的要求。对联接螺纹：自锁、紧密性对联接螺纹：自锁、紧密性 对传动螺纹：效率，耐磨、强度对传动螺纹：效率，耐磨、强度 3一、螺纹的形成一、螺纹的形成5 51 1 螺螺 纹纹d2螺旋线螺旋线-一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋
2、转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹螺纹-一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹4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5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
3、分按回转体的内外表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6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螺纹副螺纹副7外螺纹外螺纹内螺纹内螺
4、纹潘存云教授研制潘存云教授研制8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螺旋传动螺旋传动9联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制10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
5、按螺旋线的根数分 按回转体的内外表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11圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制管螺纹管螺纹12螺纹的类型与特点2二、二、普通普通螺纹的主要参数螺纹的主要参数大径大径d即螺纹的公称直径。即螺纹的公称直径。小径小径d1常用于联接的强度计算。常用于联接的强度计算。中径中径d2常用于联接
6、的几何计算。常用于联接的几何计算。螺距螺距P螺纹相邻两个牙型上对应点间的螺纹相邻两个牙型上对应点间的 轴向距离。轴向距离。牙型角牙型角a a螺纹轴向截面内，螺纹牙型两螺纹轴向截面内，螺纹牙型两 侧边的夹角。侧边的夹角。升角升角y y螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线 的平面间的夹角。的平面间的夹角。线数线数n螺纹的螺旋线数目。螺纹的螺旋线数目。导程导程S螺纹上任一点沿同一条螺旋线转螺纹上任一点沿同一条螺旋线转 一周所移动的轴向距离，一周所移动的轴向距离，S=nP。升角升角y y的计算式为：的计算式为：22arctanarctandnPdSy13 普通螺纹以大径普通螺纹以大
7、径d d为为公称直径，公称直径，同一公称直径可以有多种同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹粗牙螺纹，其余的统称为，其余的统称为细牙螺细牙螺纹。纹。60螺纹的精度等级螺纹的精度等级:A级级B级级C级级公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的联接；受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的联接；用于一般联接，最常用。用于一般联接，最常用。粗牙螺纹粗牙螺纹应用应用最广最广细牙螺纹的优点：细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点：缺
8、点：不耐磨易滑扣。不耐磨易滑扣。应用：应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙14梯形梯形螺纹：螺纹：梯梯 形形锯齿形锯齿形30330锯齿形螺纹锯齿形螺纹:常用于传动。常用于传动。=15=3 粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。后续各表（或查阅相关机械设计手册）。螺纹的基本尺寸：螺纹的基本尺寸：15潘存云教授研制d dd d2 2d d1 1P P用螺纹密封的管用螺纹密封的管螺纹螺纹普通细牙普通细牙螺纹螺纹管管螺纹螺纹非螺纹密
9、封管非螺纹密封管螺纹螺纹（圆柱管壁（圆柱管壁=55）用螺纹密封管用螺纹密封管螺纹螺纹（圆锥管壁（圆锥管壁=55）60圆锥管圆锥管螺纹螺纹公称直径公称直径-管子的公称通径。管子的公称通径。55 55 非螺纹密封的管非螺纹密封的管螺纹螺纹d dd d2 2d d1 1P P21652 螺纹联接的类型及螺纹联接件 一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接a)普通螺栓联接被联接件不太厚，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，应用较广。b)精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联
10、接a(a)d(b)l1d0a(a)d(b)l1d0172、双头螺柱联接、双头螺柱联接用两头均有螺纹的杆柱和螺母把被联接件固定起来被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔适用于被联接件之一厚度很大，而又不宜钻通孔，但又经常拆卸的地方，183 3、螺钉联接、螺钉联接 被联接件同上。只用螺栓，不用螺母，直接把螺钉拧进缸体的螺钉孔中。适用于载荷较轻，且不经常装折的场合。常用于轴承盖螺钉联接。19四、紧定螺钉联接四、紧定螺钉联接 利用拧入被联接件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面，达到固定零件的相对位置，可传递不大的力或扭矩。还有地脚螺钉、吊环螺钉、T型槽螺钉 螺纹联接件应用广泛，所以结构、形状、尺寸都制定
11、有国家标准，见手册。20特殊联接：地脚螺栓联接,吊环螺钉联接(a)(b)(a)(b)21二、螺纹联接件1）螺栓 普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角头，大六角头,内六角 铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺母klgklsdsda1530rlsde辗制末端222）双头螺柱两端带螺纹 A型有退刀槽 B型无退刀槽bmB型XA型bm辗制末端X倒角端lbXdsdl辗制末端Xbdsd倒角端233）螺钉 与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹nbXdktldRnbXdktldR244）紧定螺钉 锥 端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 平 端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸 圆柱端压
12、入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板nRld90t255）螺母 六角螺母：标准，扁，厚 emsd3015emsd3015圆螺母+止退垫圈带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈266）垫圈DC1120b
13、tHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈作用：增加支撑面积以减作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。伤表面、防松。275 螺纹联接的预紧和防松 一、预紧预紧目的保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大刚性等。增大刚性增加联接刚度、紧密性和提高防松能力预紧力QP预先轴向作用力（拉力）螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用 紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力Q
14、P预紧过紧拧紧力QP过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松拧紧力QP过小，工作不可靠 28拧紧时螺母：T=T1+T2T拧紧力矩 T1螺纹摩擦阻力矩 T2螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩2)(21dtgQTvP)(31202130312dDdDQfTpc)(32)(21 20213031221dDdDftgdQTTTcvp)(32)(21202130212dDdDdftgddKcvdKQTP 一般 K=0.10.3 拧紧力矩系数由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接不宜小于M10M14T2TT129预紧力QP的控制：测力矩板手测出预紧力矩，如左图定力矩板手达到固定的拧紧
15、力矩T时，弹簧受压将自动打滑，如右图测量预紧前后螺栓伸长量精度较高 12图4-12 测力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手1234301、防松目的实际工作中，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，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故 2、防松原理消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。二、螺纹防松 313、防松办法及措施1）摩擦防松 双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等 上螺母螺栓下螺母上螺母螺栓下螺母322）机械防松：开槽螺母与开口销，圆螺母
16、与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等(a)正确(b)不正确(a)正确(b)不正确开槽螺母与开口销圆螺母与止动垫圈串联钢丝(a)正确(b)不正确33343）永久防松：端铆、冲点、点焊4）化学防松粘合 35思考题思考题、在重要的普通螺纹联接中，为什么应尽可能不采用小在重要的普通螺纹联接中，为什么应尽可能不采用小于于Ml2的螺栓的螺栓?。常用螺纹有哪几种类型。常用螺纹有哪几种类型?各用于什么场合各用于什么场合?对联接螺纹对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不同和传动螺纹的要求有何不同?3。联接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防联接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防松装置
17、松装置?试各举出两个机械防松和摩擦防松的例子。试各举出两个机械防松和摩擦防松的例子。36试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。图。a)螺钉联接 b)双头螺柱联接 c)铰制孔用螺栓联接3755 单个螺栓联接的强度计算 第二讲：第二讲：【教学目标教学目标】1 掌握受剪螺栓联接强度计算方法；掌握受剪螺栓联接强度计算方法；2掌握受拉螺栓联接强度计算方法。掌握受拉螺栓联接强度计算方法。【教学难点教学难点】既受预紧力又受工作载荷的受拉紧螺栓联接强度既受预紧力又受工作载荷的受拉紧螺栓联接强度计算。计算。3855 单个螺栓联接的强度计算 针对不同零件的不同失效
18、形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。1、失效形式和原因 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b）失效原因：应力集中 a）失效形式 工程中螺栓联接多数为疲劳失效 65%20%15%39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 2、设计计算准则与思路40、松螺栓联接F如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无QP，只有工作载荷F起拉伸作用强度条件为：421dF41Fd 验算用 设计用 d1螺杆危险截面直径（mm）许用拉应力 N/mm2(MPa)nS/Ss材料屈服极限Mpa表4-8
19、 N 安全系数，表4-941紧螺栓联接紧螺栓联接二二 紧螺栓联接强度计算紧螺栓联接强度计算 （有（有0 0）M10M64的螺栓：05预紧状态的应力：ca=有预紧力，还有工作拉力有预紧力，还有工作拉力只有预紧力，无工作拉力只有预紧力，无工作拉力紧螺栓紧螺栓拧紧拧紧拧紧力矩拧紧力矩剪应力剪应力拧紧拧紧预紧拉力预紧拉力拉应力拉应力3.1322421、横向载荷的紧螺栓联接计算主要防止被联接件错动 特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力(F0)产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠(不产生相对滑移)的条件为：普通螺栓联接FKFfiS0f 接缝面间的摩擦系数 i接缝界面数目 KS防滑系数（可靠性系数）KS=1.
20、11.3 F0F0FFifFKFS043F0F0FF 21043.1dFca式中：F0 预紧力（N）1.3系数将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续，故又称简化计算法 1、横向载荷的紧螺栓联接计算44 当联接承受较大的横向载荷F时，由于要求F0Ff（f=0.2），即F05F，因而需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径的增加，可采用减载措施。45工作特点：工作前拧紧，有F0；工作后加上工作载荷F 工作前、工作中载荷变化工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F解决问题：a)保证安全可靠的工作，F0=？b)工作时螺栓总载荷，
21、F2=？FDDp2 2 受轴向载荷的紧螺栓联接强度受轴向载荷的紧螺栓联接强度 462、轴向载荷紧螺栓联接强度计算分析：图1，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态 QpQpQpQpQpQpQpQpFbmbm2 2 受轴向载荷的紧螺栓联接强度受轴向载荷的紧螺栓联接强度 47 图，拧紧预紧状态 凸缘压mF0 栓杆拉b F0 48FFFFbbbb120从 图3，加载F后工作状态栓杆继续拉凸缘放松10FFmmmm从残余预紧力总载49 作图，为了更明确以简化计算（受力变形图）设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比 单个紧螺栓联接受力变形图从图线可看出，螺栓受工作载荷F时，螺栓总载荷：50(c)(b)(a)QpbO
22、bb变形Qp力mb变形mObb mmmF1变形力力F2FF0mFb由图可知，螺栓刚度：FFCFtgCbbbbb0被联接件刚度：FFFCFtgCmmmmm0mbbmbmbCCCFFCCFFFtantanFKFCCCFcmbbmbbcCCCK称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度 F 部分工作载荷 51对残余预紧力的要求，为保证受载后接合面联接的紧密性应使01FF1的取法:F1=（1.51.8）F有密封要求 一般联接 F1=（0.20.6）F 载荷稳定 F1=（0.61.0）F 载荷不稳定 F1F 地脚螺栓联接52讨论：）最不利的情况)1(02CmbKFFFCC)0(20CmbKFFCC）最理想
23、的情况）不允许的情况有缝隙存在，漏气 FF01F 0即）降低螺栓受力的措施：a)必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈）b)加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高强度）为联接紧密、不漏气，要求F1 0 F2=F+F1=F0+F F=FmbbCCC53静强度公式：212123.1443.1FddF6）计算时可根据已知条件选择其一进行计算a）轴向静力紧螺栓联接强度计算 静力F不变，F2为静力，但考虑补充拧紧防断 543.轴向变载荷紧螺栓联接强度计算 55螺纹联接的强度计算4三承受工作剪力的紧螺栓联接 铰制孔用螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。铰制孔用螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在联接结合
24、面处，螺栓杆则受剪切。在联接结合面处，螺栓杆则受剪切。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：式中：F螺栓所受的工作剪力，单位为N；d0螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm；Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计时应使Lmin1.25d0Pmin0PLdF 204dFFFd0Lmin 56小结：小结：按照螺栓联接承载机理、失效形式、受力特点，按照螺栓联接承载机理、失效形式、受力特点，确定其强度计算的方法。确定其强度计算的方法。）仅受预紧力的紧螺栓联接，是螺栓强度计算的基础，式）仅受预紧力的紧螺栓联接，是螺栓强度计算的基础，式5-14是基本式，要熟记，要注
25、意式中的是基本式，要熟记，要注意式中的1.3系数的含义。以后的系数的含义。以后的各种受力情况下的强度设计，实际上就是求出螺栓所受最大拉各种受力情况下的强度设计，实际上就是求出螺栓所受最大拉力的过程，将最大拉力代替式中的力的过程，将最大拉力代替式中的F0即可进行要求的计算。即可进行要求的计算。）承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接，重点是受力变形图。）承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接，重点是受力变形图。承受工作载荷的紧螺栓联接中，螺栓实际承受的最大拉力承受工作载荷的紧螺栓联接中，螺栓实际承受的最大拉力F2不等不等于预紧力于预紧力F0与工作载荷与工作载荷F的和，即：的和，即：F2F0+F，而是残余预紧
26、力，而是残余预紧力F1与工作载荷与工作载荷F的和，即：的和，即：F2=F1+F。）承受工作剪力的紧螺栓联接，按挤压和剪切强度计算。）承受工作剪力的紧螺栓联接，按挤压和剪切强度计算。57思考题：思考题：.普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要失效形式是什么失效形式是什么?计算准则是什么计算准则是什么?2.计算普通螺栓联接时，为什么只考虑螺栓计算普通螺栓联接时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度螺纹牙的强度?3.普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷或普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷或横向
27、工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷是横向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷是什么循环什么循环?螺栓一般成组使用，关键是求出受力最大螺栓螺栓一般成组使用，关键是求出受力最大螺栓及其载荷及其载荷.5856 螺栓组联接的设计与受力分析 第三讲第三讲:【教学目标教学目标】1 掌握螺栓组受力分析的方法；掌握螺栓组受力分析的方法；2掌握提高螺栓联接强度的几项措施。掌握提高螺栓联接强度的几项措施。【教学重点教学重点】1螺栓组受力分析。螺栓组受力分析。【教学难点教学难点】1受翻转力矩螺栓组的受力分析。受翻转力矩螺栓组的受力分析。5956 螺栓组联接的设计与受力分析 工程中螺栓皆成组使用。因此必须研究栓组设
28、计和受力分析。它是单个螺栓计算基础和前提条件。螺栓组联接设计的顺序选布局、定数目、力分析、设计尺寸一、结构设计原则一、结构设计原则 接合面形状接合面形状对称对称 螺栓布置螺栓布置合理合理 间距间距 边距边距 扳手空间扳手空间 接合面与螺栓接合面与螺栓受力均匀受力均匀 加工安装加工安装方便方便 螺栓材料直径螺栓材料直径 长度相同长度相同60避免偏心载荷作用防偏载措施：a）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片61二、螺栓组受力分析目的求受力最大载荷的螺栓前提（假设）：被联接件为刚性不变形，只有地基变形。各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同受力后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
29、面仍保持平面621、受轴向载荷螺栓组联接 单个螺栓工作载荷为：F=P/ZP轴向外载Z螺栓个数pDP63平衡条件：f F0 ziKs F Ks防滑系数 Ks=1.11.3 F0 Ks F zi f i接合面的数目 f接合面的摩擦系数 螺栓本身受剪切和挤压螺栓本身受剪切和挤压各螺栓受力为：F=F z z螺栓数目1）铰制孔用螺栓联接）铰制孔用螺栓联接2 2 受横向载荷受横向载荷F F的螺栓组联接的螺栓组联接 螺栓本身受预紧拉力螺栓本身受预紧拉力F0 拧紧拧紧产生夹紧力产生夹紧力接合面间的摩擦力接合面间的摩擦力承受载荷承受载荷横向载荷(垂直螺栓轴心线）2）普通螺栓联接）普通螺栓联接64 讨论讨论:若若
30、 f=0.2,z=1,i=1,Ks=1.2,则则 F0=Ks F zi f=6 F 1）受横向载荷普通螺栓受力比铰制孔用螺栓）受横向载荷普通螺栓受力比铰制孔用螺栓 的大，的大，此时宜采用后者此时宜采用后者 2）若要采用普通螺栓，靠利用减载键销或减载套筒）若要采用普通螺栓，靠利用减载键销或减载套筒653、受横向扭矩螺栓组联接 a)普通螺栓联接由静平衡条件0TZiiSZSrfTKrrrfKTF1210)(则各个螺栓所需的预紧力为联接件不产生相对滑动的条件为：f F0 r1+f F0 r2+f F0 rz KsT分析：各螺栓预紧拉力均为分析：各螺栓预紧拉力均为F0各螺栓联接各螺栓联接处产生相同的处产
31、生相同的 摩擦力，并假设此摩擦力集摩擦力，并假设此摩擦力集中作用螺栓中心处中作用螺栓中心处,且方向垂直其到中心的且方向垂直其到中心的向径。向径。66b)铰制孔螺栓联接组由变形协调条件可知，各个螺栓的变形量和受力大小与其中心到接合面形心的距离成正比TrFrFrFrFZiiiZZ12211由假设板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪应变与半径成正比。在材料弹性范围内，应力与应变成正比iiirrFFrFrFmaxmaxmaxmax1由静平衡条件0TTrFrFrFZZ2211ZiirrTF12maxmax 674 4受倾覆力矩的螺栓组联接受倾覆力矩的螺栓组联接单个螺栓拉力产生单个螺栓拉力产生的力矩为：
32、的力矩为：F1F0 F0 p(F 0引起引起)F2mp2(F1m引起引起)p1(F1引起引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi Li iirFrFmaxmaxiirKF螺栓承受的载荷与距离成正比：螺栓承受的载荷与距离成正比：68F1m 强调是基座上的压力Fm F2m F1 F F2 C2 单个螺栓的受力分析：单个螺栓的受力分析：Om 力力 变形变形 Ob ziLFM1ii作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：平衡，即：未加倾覆力矩时，工作点未加倾覆力矩时，工作点在在A。Mi=0施加倾覆力矩施加倾覆力矩M时时:左边的螺栓，工作点移至：左边的螺栓，工作点移
33、至：B1 和和C1 右边的螺栓，工作点移至：右边的螺栓，工作点移至：B2 和和C2 左边螺栓总拉力增加，右边螺栓总拉力减小。F2 F2m C1 B2 B1 iiLFLFmaxmax由：iiLLFFmaxmax求得最大工作载荷ZiLMLF12imaxmaxA F0 690maxPPWMAzF00minPWMAzF螺栓的总拉力：螺栓的总拉力：maxmbb02FCCCFF 为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：求：联接接合面材料的许用挤压应力材料 钢 铸铁 混凝土 砖(水泥浆缝)木材p(Mpa)0.8 s (0.40.5)B 2.
34、03.0 1.52.0 2.04.0直接引用前面的结论70实际使用中螺栓组联接所受的载荷是以上四种简单受力状态的不同组合。计算时只要分别计算出螺栓组在这些简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后按向量叠加起来，便得到每个螺栓的总工作载荷，再对受力最大的螺栓进行强度计算即可总设计思路：螺栓组结构设计（布局、数目）螺栓组受力分析（载荷类型、状态、形式）求单个螺栓的最大工作载荷（判断哪个最大）按最大载荷的单个螺栓设计（求d1标准）全组采用同样尺寸螺栓（互换的目的）71思考：思考：1.对于受转矩作用的螺栓组，螺栓应布置在尽量靠近对对于受转矩作用的螺栓组，螺栓应布置在尽量靠近对称中心，还是尽量远离对称中心
35、称中心，还是尽量远离对称中心?为什么为什么?2、受预紧力的紧螺栓联接中，如单个螺栓受工作拉力受预紧力的紧螺栓联接中，如单个螺栓受工作拉力F时，其总拉力是时，其总拉力是 否等于预紧力否等于预紧力F与工作拉力与工作拉力F之和之和?725-7、螺栓材料与许用应力计算 1、材料 螺母、螺栓强度级别：1）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此乃强度级别 2）所依据机械性能为抗拉强度极限Bmin和屈服极限Smin螺栓级别:带点数字表示，点前数字为100/minB点后数字为minmin/10Bs螺母级别:100/minB注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于
36、2040HB）73 在一般用途的设计中，通常选用4.8级左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹联接件，要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。常用的螺纹联接件材料为Q215、Q235、35、45等碳素钢。当强度要求高时，还可采用合金钢，如15Cr、40Cr等。742、许用应力 许用拉应力：已知：不控制QP的紧螺栓联接，易过载。设计时应取较大的完全系数。控制预紧力时可取较小的安全系数s。显然n，与d 有关。设计时，先假设d，进行试算，选取一安全系数进行计算，计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直径所属范围内即可，否则需重新进行估算。试算法Ss75一一 降低影响螺栓疲劳强度
37、的应力幅降低影响螺栓疲劳强度的应力幅5 58 8 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施降低螺栓的刚度：降低螺栓的刚度：增加螺栓长度增加螺栓长度 采用腰状杆螺栓或空心螺栓采用腰状杆螺栓或空心螺栓增大被联接件的刚度：不用垫片或采用增大被联接件的刚度：不用垫片或采用 刚度较大的垫刚度较大的垫片片76二二 改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象原因：螺母与螺栓的变形性质不同原因：螺母与螺栓的变形性质不同 螺母与螺栓的刚度不同螺母与螺栓的刚度不同改善措施改善措施：采用均载螺母（悬置螺母、内斜螺母等）使采用均载螺母（悬置螺母、内斜螺母等）使螺母受拉或改变螺母牙受载位置螺母
38、受拉或改变螺母牙受载位置 采用钢丝螺套，利用其弹性来均载采用钢丝螺套，利用其弹性来均载三三 减少应力集中的影响减少应力集中的影响措施：采用大圆角、卸载槽，加工措施：采用大圆角、卸载槽，加工 支承、加球面垫圈支承、加球面垫圈四四 采用合理的制造工艺方法采用合理的制造工艺方法77一、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 9 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。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
39、转动，螺母移动螺杆转动，螺母移动 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78整体螺整体螺母母组合螺组合螺母母剖分螺剖分螺母母螺母结构螺母结构潘存云教授研制组合螺母组合螺母调整楔快调整楔快固定螺钉固定螺钉调整螺钉调整螺钉剖分螺母剖分螺母79三、滑动螺旋传动的设计计算三、滑动螺旋传动的设计计算承受载荷承受载荷:转矩、轴向力转矩、轴向力 设计准则：设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距；按抗磨损确定直径，选择螺距；校核螺杆、螺母强度等。校核螺杆、螺母强度等。
40、主要失效形式主要失效形式:螺牙的磨损螺牙的磨损螺旋副材料要求：螺旋副材料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦系数小足够的强度、耐磨性、摩擦系数小2滑动螺旋的材滑动螺旋的材料料螺杆材料螺杆材料:Q257、45、50钢，或钢，或T12、40Cr、65Mn 螺母材料螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3.80对螺旋传动的要求对螺旋传动的要求:强度足够强度足够,耐磨耐磨,摩擦系数小摩擦系数小.失效形式失效形式:磨损磨损 通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺旋各主要参数，而后对可能发生的其他失效一一校核。一一)耐磨性计算耐磨性计算校核公式：校核公式
41、：p=p MPa MPa d2 hzFaFa为轴向力；为轴向力；z z为参加接触的螺纹圈数；为参加接触的螺纹圈数；d2为螺纹中为螺纹中径；径；h h为螺纹的工作高度；为螺纹的工作高度；p p 为许用压强。为许用压强。81潘存云教授研制螺杆许用压强许用压强螺母设计方法和步骤：设计方法和步骤：1 1耐磨性计算耐磨性计算 滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，其强度条件：令令=H/d2，又又 h=0.5P-矩形梯形螺纹的工作高度矩形梯形螺纹的工作高度 h=0.75P-锯齿形螺纹的工作高度。锯齿形螺纹的工作高度。代入上式得螺纹中径的计算公式：代入上式得螺纹中径的计算公式：校核公式：校核公
42、式：p=d2 huFF-轴向力；轴向力；=p MPa MPa d2 hHFP显然有：显然有：u=H/Pu u-螺纹工作圈数；螺纹工作圈数；d2-螺纹中径；螺纹中径；h h-螺纹的工作高度螺纹的工作高度;H-螺母高度螺母高度;hPHD2d2P-螺距螺距;F/uF82锯齿形螺纹：锯齿形螺纹：p Fad2 0.65 mm=1.22.5 整体式螺母整体式螺母2.53.5 剖分式螺母剖分式螺母一般取：一般取：u10u10梯形螺纹梯形螺纹:p Fd2 0.8 mm值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。依据计算出的螺纹中径，按螺纹标准选择合适的直径和螺距。验算：验算：10P
43、Hu若不满足要求，则增大螺距。若不满足要求，则增大螺距。对有自锁性要求的螺旋传动，应校核自锁条件：对有自锁性要求的螺旋传动，应校核自锁条件：vyvvffarctancosarctan螺纹中径的计算公式：螺纹中径的计算公式：83ca2 2螺杆的强度计算螺杆的强度计算 对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度理论求对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度理论求出危险截面的计算应力：出危险截面的计算应力：螺杆的强度条件：螺杆的强度条件：式中，式中，F为螺杆所受的轴向压力（或拉力），为螺杆所受的轴向压力（或拉力），T为螺为螺杆所受的扭矩：杆所受的扭矩：2tan(2dFTv）y对碳素钢对碳素钢,=5080 MP
44、a223caMPadTdF16/3422122184潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制，DbuF3 3螺母螺牙的强度计算螺母螺牙的强度计算螺牙上的平均压力为：螺牙上的平均压力为：F/u剪切强度条件剪切强度条件:DD2aaF/uDaaDD2aaF/u1）考虑螺旋副摩擦力矩的作用，）考虑螺旋副摩擦力矩的作用，螺母悬置部分危险截面螺母悬置部分危险截面bb的拉伸的拉伸强度条件：强度条件：其危险截面 a a 的弯曲强度条件：弯曲强度条件：在螺旋起重器螺母的设计计算中，除了进行耐磨性计算与螺纹牙的强度计算外，还要进行螺母下段与螺母凸缘的强度计算工作时，螺母凸缘与底座的接触面上产生挤压应力；凸缘根部
45、受到弯曲和剪切作用；螺母下段承受拉力和螺旋副摩擦力矩的作用。4螺母外径与凸缘的强度计算螺母外径与凸缘的强度计算Fbb)(4)3.12.1(223DDFbbD3Db83.0：其中6b2buDbFl85潘存云教授研制2）凸缘与底座接触表面挤压强度条件：）凸缘与底座接触表面挤压强度条件：3）凸缘根部弯曲强度条件：）凸缘根部弯曲强度条件：5螺杆的稳定性计算螺杆的稳定性计算 对于长径比较大的受压螺杆，需要校核压杆的稳定对于长径比较大的受压螺杆，需要校核压杆的稳定性，要求螺杆的工作压力性，要求螺杆的工作压力F要小于临界载荷要小于临界载荷FcrscrscSFFSD3D4Ha)7.15.1(bp其中：)(42
46、324ppDDF6/4/)(2334aDDDFWMb)(5.12334baDDDF86scrscSFFSSs=3.55 传力螺旋传力螺旋2.54 传导螺旋传导螺旋 4 精密螺杆或水平安装精密螺杆或水平安装螺杆的稳定性条件为：螺杆的稳定性条件为：-螺杆长度系数，由下表确定。螺杆长度系数，由下表确定。I 为螺杆危险截面的惯性矩 lb)当螺杆一端以螺母支承时，当螺杆一端以螺母支承时，l 取取从螺母中部到另一支点上的距离。从螺母中部到另一支点上的距离。l 为螺杆的工作长度为螺杆的工作长度:a)当螺杆两端支承时，当螺杆两端支承时，l 取两支点取两支点间的距离；间的距离；lSFFScrsc22cr)(lEIF6441dI 结结 语语
