1、第五章第五章 螺纹联接与螺旋传动螺纹联接与螺旋传动5-1 螺纹螺纹5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧5-6 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算5-5 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计5-8 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施5-7 螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力5-9 螺旋传动螺旋传动5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松螺纹的类型与特点螺纹的类型与特点1 1螺旋副：外螺纹、内螺纹螺旋副：外螺纹、内螺纹螺纹螺纹联接用螺纹：当量摩擦角较大，有利于实现可靠联接；联接用螺纹：当量摩擦角较大，有利于实现可靠联
2、接；传动用螺纹：当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。传动用螺纹：当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。按工作性质分为：联接用螺纹、传动用螺纹按工作性质分为：联接用螺纹、传动用螺纹一、螺纹的类型一、螺纹的类型 螺纹的类型与特点螺纹的类型与特点2 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螺纹危险截面的计算直径。螺纹危险截面的计算直径。中径中径d2常用于联接的几何计算。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
3、，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：22arctanarctandnPdSy 螺纹螺纹联接类型与标准件联接类型与标准件1螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件一、螺纹联接的基本类型一、螺纹联接的基本类型 联接类型与标准件联接类型与标准件1螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的
4、类型与标准联接件特殊结构的螺纹联接：特殊结构的螺纹联接：T T型槽螺栓联接、吊环螺钉联接、型槽螺栓联接、吊环螺钉联接、地脚螺栓联接等。地脚螺栓联接等。联接类型与标准件联接类型与标准件2螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件二、标准螺纹联接件二、标准螺纹联接件螺纹联接件的结构型式和尺寸都已经标准化，根据有关标准选用。螺纹联接件的结构型式和尺寸都已经标准化，根据有关标准选用。注：注：螺纹联接件的精度分为螺纹联接件的精度分为 A A、B B、C C 三级，常用的是三级，常用的是 C C 级。级。纹联接的预紧纹联接的预紧螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这
5、个力称为预紧力。在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个力称为预紧力。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。或发生相对移动。联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限s ss的的80%。v 预紧力：预紧力：v 预紧的目的：预紧的目的：v 预紧力的确定原则：预紧力的确定原则：利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。纹联接的预紧纹联接的预紧螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧v 预紧力的控制：预紧力的控制：测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定
6、力矩扳手测定螺栓伸长测定螺栓伸长纹联接的预紧纹联接的预紧螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧 注意：对于重要的联接，不宜采用直径过小注意：对于重要的联接，不宜采用直径过小(M12)的螺栓。的螺栓。v预紧力矩预紧力矩：dFT02.0 拧紧力矩拧紧力矩其中：其中：对于常用的螺栓可取：对于常用的螺栓可取：螺纹联接的防松螺纹联接的防松螺纹联接的防松螺纹联接的防松螺母松脱的原因：螺母松脱的原因：在冲击、振动或变载荷作用下；在高温或温度变化较大在冲击、振动或变载荷作用下；在高温或温度变化较大 的情况下，螺纹联接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或的情况下，螺纹联接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或 瞬时消失。瞬时消失。防松
7、的根本问题：防松的根本问题：防止螺旋副相对转动。防止螺旋副相对转动。特殊的防松方法：特殊的防松方法：铆冲防松、在旋合螺纹间涂粘合剂防松等。铆冲防松、在旋合螺纹间涂粘合剂防松等。防松方法分为：防松方法分为：摩擦防松、机械防松等。摩擦防松、机械防松等。螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算1螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算注：按联接的装配情况分为注：按联接的装配情况分为松螺栓联接和紧螺栓联接。松螺栓联接和紧螺栓联接。强度计算的目的：强度计算的目的：根据强度条件确定螺栓直径。根据强度条件确定螺栓直径。一、松螺栓联接强度计算一、松螺栓联接强度计算二、紧螺栓联接强度计算二、紧螺栓联接强度计算1仅受预紧
8、力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接 2受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接3受受工作剪力工作剪力的紧螺栓联接的紧螺栓联接失效形式：失效形式：受拉螺栓：螺纹部分的塑性变形、受拉螺栓：螺纹部分的塑性变形、螺栓杆的疲劳断裂。螺栓杆的疲劳断裂。65%20%15%（推导过程推导过程）受剪螺栓：螺栓杆被剪断、螺栓杆受剪螺栓：螺栓杆被剪断、螺栓杆 和孔壁的贴合面被压溃。和孔壁的贴合面被压溃。螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算1螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算松螺栓联接强度计算推导过程松螺栓联接强度计算推导过程 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算2 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算1 1
9、仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接2104dFs预紧力引起的拉应力：预紧力引起的拉应力：sy5.0162)tan(312v0ddF螺纹牙间的摩擦力矩螺纹牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力：引起的扭转剪应力：ss210ca43.1dF强度条件：强度条件：注：当联接承受较大的横向载荷注：当联接承受较大的横向载荷F 时，由于要求时，由于要求F0Ff（f=0.2），即），即 F05F，因而需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径，可采用，因而需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径，可采用 减载措施减载措施。sss3.1322ca根据第四强度理论，根据第四强度理论，螺栓的计算应力螺栓的计算应力:
10、F0F0FF 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算2 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算减载措施减载措施：螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算3螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算2受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接FDDp（推导过程推导过程）FFF12 ss4/3.1212cadFFCCCFFmbb02螺栓的总拉力为：螺栓的总拉力为：预紧力预紧力F0为：为：FCCCFFmbm10强度条件式：强度条件式：式中式中F1为残余预紧力，为保证联接的为残余预紧力，为保证联接的紧密性，应使紧密性，应使 F1 0，推荐值见，推荐值见73页。页。式中：式中：mbbCCC为螺栓的相对刚度，其取值范
11、围为为螺栓的相对刚度，其取值范围为 0 01 1，见，见7474页。页。（疲劳强度校核疲劳强度校核）设计公式：设计公式：s213.14Fd还可以表示为：还可以表示为：螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算3螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算受轴向载荷的紧螺栓联接强度计算推导：受轴向载荷的紧螺栓联接强度计算推导：当螺栓的预紧力为当螺栓的预紧力为F0，工作拉力为，工作拉力为F 时，螺栓的总拉力时，螺栓的总拉力F2 为：为：FFF12 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算3螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算 受轴向变载荷螺栓的疲劳受轴向变载荷螺栓的疲劳强度精确校核：强度精确校核：计算安全系数为：计
12、算安全系数为：式中：式中：材料的对称循环拉压疲劳极限，表材料的对称循环拉压疲劳极限，表57。S 安全系数，表安全系数，表510。tc1s材料常数，碳素钢取材料常数，碳素钢取0.10.2；合金钢取；合金钢取0.20.3。sy拉压疲劳拉压疲劳强度综合影响系数，强度综合影响系数，见第三章，见第三章。sKsss/kK 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算4螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算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按挤压和剪切强度条件进行计算。按挤压和剪切强度条件进行计算。挤压强度条件为：挤压强度条件为：剪切强度条件为：剪切强度条件为：式中：式中：F螺栓所受的工作剪力，单
13、位为螺栓所受的工作剪力，单位为N；d0螺栓剪切面的直径，单位为螺栓剪切面的直径，单位为mm；Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计时；设计时应使应使Lmin1.25d0Pmin0PssLdF 204dFFFd0Lmin 螺纹联接组的设计螺纹联接组的设计1螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计目的：确定接合面的形状、螺栓数目和分布形式。目的：确定接合面的形状、螺栓数目和分布形式。v联接接合面应设计成轴对称的简单几何形状。联接接合面应设计成轴对称的简单几何形状。v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。v螺栓的排列应有合理的边距、间
14、距。螺栓的排列应有合理的边距、间距。v同一圆周上的螺栓数目应取同一圆周上的螺栓数目应取4、6、8等偶数。等偶数。一、螺栓组联接的结构设计一、螺栓组联接的结构设计注：大多数机械中螺栓都是成组使用的。注：大多数机械中螺栓都是成组使用的。螺纹联接组的设计螺纹联接组的设计1螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计v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。螺纹联接组的设计螺纹联接组的设计2螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计1受横向载荷受横向载荷2受转矩受转矩3受轴向载荷受轴向载荷4受倾覆力矩受倾覆力矩 目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的
15、螺栓 所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；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。承载的类型：承载的类型：二、螺栓组联接的受力分析二、螺栓组联接的受力分析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；FFriOOMTfF0fF0FF螺纹联接组的设计螺纹联接组的设计3（1）铰制孔用螺栓联接（图）铰制孔用螺栓联接（图b）（2）普通螺栓联接（图）普通螺栓联接（图a）式中：式中：z z为螺栓数目。为螺栓数目。1 1
16、受横向载荷受横向载荷的螺栓组联接的螺栓组联接zFFFKzifFS0fziFKFS0或或螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计 式中式中:Ks 为防滑系数，设计中可取为防滑系数，设计中可取Ks=1.11.3；f 为接合面的摩擦系数，见表为接合面的摩擦系数，见表55。FFFFb)a)每个螺栓所受工作剪力为：每个螺栓所受工作剪力为：预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷：预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷：螺纹联接组的设计螺纹联接组的设计42受转矩的螺栓组联接受转矩的螺栓组联接TKfrFfrFfrFsz02010 TrFziii1 （1 1）普通螺栓联接，靠联接预紧后在
17、接）普通螺栓联接，靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。（2 2）铰制孔用螺栓联接，是靠螺栓的剪）铰制孔用螺栓联接，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmaxziirfTKF1S0螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计 螺纹联接组的设计螺纹联接组的设计5螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计3受轴向载荷的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：当残余预紧力为当残余预紧力为F1时，每个螺栓
18、所承受的总载荷时，每个螺栓所承受的总载荷F2为：为：zFFF2=F1+F 422DpF螺纹联接组的设计螺纹联接组的设计6maxi maxiLLFF 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计4 4受倾覆力矩受倾覆力矩的螺栓组联接的螺栓组联接 作用在底板两侧的合作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩力矩与倾覆力矩M平衡。平衡。由此可以求出最大工作载荷：由此可以求出最大工作载荷：ziLFM1iiZiLMLF12imaxmax iirFrFmaxmax螺纹联接组的设计螺纹联接组的设计7maxmaxppppssssAZFP0s0maxminpppsss螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计0maxPPWMAzFss00mi
19、nPWMAzFs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：受压最小处出现间隙，要求：式中：式中：WMpmaxs得：得：提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施 影响螺栓强度影响螺栓强度的因素主要有以下的因素主要有以下几个方面：几个方面：降低应力幅降低应力幅 FCCCFFmbm10FCCCFFmbb02当外载荷为当外载荷为0F时，时，螺栓拉力为螺栓拉力为F0F2 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措
20、施降低应力幅的措施：降低应力幅的措施：n减小螺栓刚度减小螺栓刚度n增大被联接件刚度增大被联接件刚度提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施改善螺纹牙上载荷分布不均的现象改善螺纹牙上载荷分布不均的现象减小应力集中的影响减小应力集中的影响采用合理的制造工艺采用合理的制造工艺 螺栓材料的性能等级分为螺栓材料的性能等级分为10级级螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力一、螺纹联接件一、螺纹联接件材料材料 螺母材料的性能等级分为螺母材料的性能等级分为 7级级螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接
21、件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力常用的材料为：碳素钢常用的材料为：碳素钢Q215、Q235、35、45等等 合金钢，如合金钢，如15Cr、40Cr等。等。二、螺纹联接件二、螺纹联接件的许用应力的许用应力1许用拉应力许用拉应力Ssss 螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力2许用剪应力和许用挤压应力许用剪应力和许用挤压应力3 3螺纹联接件螺纹联接件的安全系数的安全系数sSsPsPSss（被联接件为钢）（被联接件为钢）PBPSss（被联接件为铸铁）（被联接件为铸铁）螺旋传动螺旋传动1螺旋传动螺旋
22、传动一、螺旋传动的类型和应用一、螺旋传动的类型和应用传力螺旋传导螺旋传力螺旋传导螺旋 调整螺旋调整螺旋按摩擦性质分为：按摩擦性质分为：滑动螺旋滑动螺旋 滚动螺旋滚动螺旋 静压螺旋静压螺旋n用途用途：（：（1）将将回转运动转变为直线运动回转运动转变为直线运动 （2）传递运动和动力）传递运动和动力n类型：类型：n运动形式：（运动形式：（1）螺杆转动，螺母移动）螺杆转动，螺母移动 （2）螺母固定，螺杆转动并移动。）螺母固定，螺杆转动并移动。按用途分为按用途分为:螺旋传动螺旋传动1螺旋传动螺旋传动滚动螺旋滚动螺旋 螺旋传动螺旋传动1螺旋传动螺旋传动静压螺旋静压螺旋 螺旋传动螺旋传动2螺旋传动螺旋传动二
23、、滑动螺旋的结构和材料二、滑动螺旋的结构和材料1 1滑动螺旋的结构滑动螺旋的结构整体螺母整体螺母组合螺母组合螺母剖分螺母剖分螺母螺母结构螺母结构:固定螺钉调整螺钉调整楔快2滑动螺旋的材料滑动螺旋的材料 材料及材料性能见表材料及材料性能见表511、512、513 。螺旋传动螺旋传动3螺旋传动螺旋传动三、滑动螺旋传动的设计计算三、滑动螺旋传动的设计计算n主要失效形式：主要失效形式：螺纹牙的磨损螺纹牙的磨损n设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距；设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距；n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 限制螺纹工作面上的压力，其强度条件为：限制螺纹工作面上的压
24、力，其强度条件为：22phHdFPhudFp设计公式：设计公式：则得：则得：2phFPd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。5.32.1一般一般。式中式中:Ph75.030锯齿形螺纹锯齿形螺纹Ph5.0矩形和梯形螺纹矩形和梯形螺纹螺纹工作高度螺纹工作高度 2dH令令校核螺杆螺母强度、刚度、自锁性、校核螺杆螺母强度、刚度、自锁性、稳定性、振动等。稳定性、振动等。螺旋传动螺旋传动4螺旋传动螺旋传动 sss2122122)4343dTFdca（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。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：1
25、0PHu若不满足要求，则增大螺距。若不满足要求，则增大螺距。自锁条件：自锁条件：vy2螺杆的强度计算螺杆的强度计算 根据第四强度理论求出危险截面的计算应力，强度条件为：根据第四强度理论求出危险截面的计算应力，强度条件为：vvffarctancosarctan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为螺杆所受的扭矩，为螺杆所受的扭矩，2tan(2dFTv）y 螺旋传动螺旋传动5ils螺旋传动螺旋传动，DbuF6b2bssuDbFl3螺母螺纹牙的强度计算螺母螺纹牙的强度计算4螺杆的稳定性计算螺杆的稳定性计算计算螺杆的柔度计算螺杆的柔度 s s 剪切强度条件和
26、弯曲强度条件剪切强度条件和弯曲强度条件分别为：分别为：F/u D D2aa 注：矩形螺纹注：矩形螺纹 b=0.5 p 梯形螺纹梯形螺纹 b=0.65 p 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 b=0.75 p式中：式中：i i为螺杆危险截面的惯性半径。为螺杆危险截面的惯性半径。41dAIi注：当螺杆的柔度注：当螺杆的柔度 s s40时，可以不进行稳定性校核。时，可以不进行稳定性校核。螺旋传动螺旋传动5螺旋传动螺旋传动螺杆的稳定性计算：螺杆的稳定性计算：（详细说明详细说明）要求螺杆的工作压力要求螺杆的工作压力F 要小于临界载荷要小于临界载荷FcrscrscSFFSsS445.255.3传力螺旋传力螺旋传导螺旋传导螺旋精密螺杆或水平安装精密螺杆或水平安装 螺旋传动螺旋传动5螺旋传动螺旋传动螺母外径与凸缘的强度计算螺母外径与凸缘的强度计算 螺旋传动螺旋传动5螺旋传动螺旋传动临界载荷临界载荷Fcr 的计算：的计算：
