龍振宇機(jī)械設(shè)計第三章螺紋聯(lián)接資料

1、螺紋聯(lián)接 討論題 3-1 解： 由螺紋副受力分析可得其效率公式及自鎖條件： 由n =tan 書/tan(書+卩叨芫p可知當(dāng)螺紋升角一定時，螺紋工作面的牙型斜角愈 大，則fv (或pV愈大，效率愈低，但自鎖性愈好。在幾種牙型的螺紋中，三角 形螺紋牙型斜角最大(B =30，故當(dāng)量摩檫因素fv大，自鎖性最好，但效率 低。故多用于緊固聯(lián)接。梯形、鋸齒形、矩形螺紋則與之相反，自鎖性差，但效 率高，故主要用于傳動。當(dāng)p一定時，升角書愈小，螺紋效率愈低，愈易自 鎖，故單線螺紋多用于聯(lián)接，多線螺紋則常用于傳動。 3-2 解: 1) 由式(3-21)可得：F =F(1-Kc)F，工作中被聯(lián)接件接合面不出現(xiàn)縫隙，

2、要求 F 0 而 Kc=c1/(c1+c2)=c1/(c1+3c1)=1/4，即須 F-(1-Kc)F 0 得：FKb)F=(1-1/4) W=7.5KN 2) 由式(3-21)得:F =F(1-Kc)F=10-(1-1/4) 10=2.5KN 3) 由式(3-23)得：FO=F +KcF=10+1/4 X 10=12.5KN 拉力變幅：(F0-F )/2=?F/2=1.25KN 拉力平均值：(FO+F /2=(10+12.5)/2=11.25KN 思考題及習(xí)題 3-1 解： 1) 工作臺穩(wěn)定上升時的效率 書=arctan(np/n d2)= arctan(4X 10)/( nX 65)=11

3、.08 p v= arctanfv= arctan0.10=5.71 n =tan 書 /tan(書 + p v)=tan11.08 /tan(11.08 +5.71 )=64.9% 2) 此時加于螺桿的力矩 T1=Ftan(書 +p v)d2/2=100 X 103X-6faX(10.08 +5.71 )/2=980N m 3) 轉(zhuǎn)速與功率 導(dǎo)程：S=n P=4X10=40mm 螺桿每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)：n桿=v/S=800/40=20r/min 螺桿所需的功率：P=T12“ 桿 /60=980 X 2 nX 20/60=2.05kW 也可用以下求法：P=Fv/ n =100X 103X 800/(

4、60 X 103)/0.649=2.05kW 4) 因書p,v該升降機(jī)構(gòu)不能自鎖，欲使工作臺在載荷F作用下等速下降，需另 設(shè)制動裝置，其制動力矩為： T 制=Fd2tan(恥 v)/2=100 X 103X 65X1011.08-5.71 )72=305 N m 3-2 解： 該螺栓連接為松螺栓連接： 故 d14F/ n 0式 3-18）式中：c= c s心.21.7查表 3-6） 查表3-7, Q235鋼的強(qiáng)度級別為4.6,故c s=240MPa得 c =240/（1.21.7）=200141MP取中值c =170MPa 則 d14 15? 103/ ? 170=10.6mm 3-3 解：

5、1）用普通螺栓聯(lián)接 傳遞的扭矩：T=9550P/n=95502.8/70=382N m作用在螺栓中心圓上總的圓周 力： R=2T/D0=2X382 X103/180=4244N單個螺栓所需的預(yù)緊力： F =KfR/zmfc=1.2 X 4244/4 x 1X 0.2=確3定6普通螺栓直徑 d（mm）： d1? 1.3F/ n 由表3-6查得c = c s/S因為螺栓的強(qiáng)度級別為 4.6。由表3-7查 得c s=240N/mm2初估螺栓直徑 d=14mm （查標(biāo)準(zhǔn)得d仁12.367mm）。查表3- 8,當(dāng)不控制預(yù)緊力時，S=3.2 （用內(nèi)插法求得）故c = c s/S=240/3.2=75M則a

6、 d1 ? 1.3? 6366/ ? 75=11.856mm 查螺紋標(biāo)準(zhǔn)（GB196-81）可選用 M12 的螺栓 （d1 =10.674mm）。因 11.856mmv 12.367mm 故選用 4 個 M14 （GB5782-86）的 六角頭螺栓。 2）用鉸制孔螺栓聯(lián)接 單個螺栓所受橫向工作剪力為：Fs=R/z=4244/4=1061N由表3-6查得 t = c s/2.5=240/2.5=96MPa c p= c b/2.5=220/2.5=88M時 GB9439-88, HT250, c b=220MPa 由螺栓桿的抗剪強(qiáng)度條件得： t =4Fs/ n d02m4Fs/ n m4?=06

7、1/ ? 1? 96=3.75mm 由螺栓桿與孔壁接觸表面的擠壓強(qiáng)度條件得： c p=Fs/d0h Fs/ c ph=1061/88*20=0.6mm 選用4個M6的六角頭鉸制孔螺栓（d0=7mm）。 3-4 解: （1）用普通螺栓聯(lián)接時： 1）確定螺栓所承受的最大載荷 由圖可見，載荷作用于總體結(jié)構(gòu)的對稱平面內(nèi)，所以每一塊板所承受的載荷 R=20/2=10kN;應(yīng)用力的平移定理，將力 R向接縫面形心O簡化?？梢娐菟ńM接 縫面受橫向載荷 R=10kN，每個螺栓受的橫向力 R仁R2=R3=R4=R/4=2500N。繞 中心旋轉(zhuǎn)的扭矩T=10*300=3000kNmm,由此扭矩使各個螺栓所受的剪切

8、P仁P2=P3=P4(因 r1=r2=r3=r4) 故 rmax=752+752=752,則 P1=Pmax=Trmax/Er i=1zi2=3000 752/4 52)2=7.072kN 根據(jù)力的合成原理，由圖可看出，作用于螺栓1或2的總的剪切載荷F1或F2最 大。用余弦定律可得： 2222F仁P1+R1-2P1R1cos13? =P1+R1+2P1R1cos48 =70722+25002- 2? 7072? 2500? 0.707=9015N 2)計算螺栓直徑 d F1=KfF1/zfsm=1.2*9015/1*0.16*1=67612.5N 初選M33的螺栓查標(biāo)準(zhǔn)可得d仁29.211mm

9、,查表3-8, S=1.93。則 (T =(T s/S=300/1.93 =155.44MPa d1 4? 1.3? 67612.54? 1.3F=26.8934F1 n mT) 查表3-6, T = (T s/3.55(龍門起重機(jī)的工況使螺栓受變載荷，取S=4) 則t =300/4=75MPa d0?9015=12.37mm ? 1? 75 查標(biāo)準(zhǔn)GB27-88,選用8個M12的六角頭鉸制孔用螺栓。 3-5 解： 為便于裝拆，采用受拉螺栓緊聯(lián)接。 1) 受力分析，確定單個螺栓的最大載荷 將F力向螺栓組形心轉(zhuǎn)化，則螺栓組將承受軸向工作載荷F及彎矩M的作用： F=25N, M=380F=9500

10、N- m 由于F的作用，各螺栓上受到拉伸載荷為 F1 F1=F/2=25/2=12.5kN。 由于M使托架底板繞形心軸轉(zhuǎn)動，螺栓受到加載的作用。產(chǎn)生在螺栓上的拉伸載 荷為F2 F2=MLmax z El i=12i9500? 103? 520/2=18269N (520/2)2+(520/2)2 左邊螺栓受力最大，F(xiàn)max=F1+F2=12500+18269=30769N 2) 計算螺栓直徑 螺栓的總載荷：F0=F +Fmax 根據(jù)工作要求，考慮F有變化，取F =Fmax則 F0=Fmax+Fmax=2*30769=61538N。螺栓材料選用 35鋼，強(qiáng)度級別為 5.6級，則 (T s =30

11、0MP,若不考慮控制預(yù)緊力時，初選 M30的螺栓，查標(biāo)準(zhǔn) (d1= 26.211mm)。查表 3-8,取 S=2, 則(T =(T s/s=300/2=150MPa 由式(3-24)得 d15.? 615385.2F0=26.0653mm n? 150n 門 因26.0653mm26.211mm,故選用2個M30 (GB5782-86)的螺栓，與原估計直 徑相符。 3) 校核螺栓組聯(lián)接的工作能力。 為保證受壓一側(cè)的接縫不被壓潰和受拉一側(cè)不出現(xiàn)縫隙，不計彎矩M對預(yù)緊力 的影響。則接合面不被壓潰的條件： (T pmaxc q p萬 pmax=c pFo- pF+M/W=zF /AF/A+M/W 式

12、中： F- =F +KC)Fmax=Fmax+0.7Fmax=1.7*30769=52307N (用金屬墊片，取 Kc=0.3) A=660*180-300*180=64800mm2 W=(180/6)*(6602-3003/660)=11840730mm3 得：o pmax=2*52307/6480-25000/64800+9500*103/11840730 =1.61-0.386+0.8=2.03MPa0 o pmin= o p-Fo pmaxc pM=1.610.39 0.8=0.42MP0 故不會出現(xiàn)間隙。 3-6 解： 螺紋的主要參數(shù)有(以圓柱三角形外螺紋為例)大徑 d，小徑d1，中

13、徑d2，螺距 P,導(dǎo)程S,升角収牙型角a牙型斜角B及螺紋工作高度h等。 導(dǎo)程與螺距的關(guān)系為：S=nP (n為螺紋線數(shù)) 導(dǎo)程與升角的關(guān)系為：書=arctan(S/ n d2)= arctan(nP/ n d2) 3-7 解： 常用螺紋牙型有：三角形，矩形，梯形，鋸齒形。 三角形螺紋牙型斜度大，當(dāng)量摩擦系數(shù)大，自鎖性最好，而且牙根厚，強(qiáng)度高， 主要用于聯(lián)接。三角形螺紋分為普通螺紋和管螺紋兩類。普通螺紋又分為粗牙和 細(xì)牙螺紋，一般聯(lián)接用粗牙螺紋，細(xì)牙螺紋螺距小，牙細(xì)，小徑大，升角小，自 鎖性好，承載能力高，但磨損后易滑扣，常用于受沖擊，振動，變載荷的聯(lián)接及 薄壁零件與微調(diào)裝置。管螺紋是用于管件聯(lián)接

14、的特殊細(xì)牙三角形螺紋，a =55； 內(nèi)外螺紋無徑向間隙，聯(lián)接緊密性好。常用于水，煤氣，潤滑管路系統(tǒng)以及高 溫，高壓等密封性要求高的場合。 矩形螺紋牙型角a =0螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)小，與螺紋材料摩擦系數(shù)相同，傳動效 率高，但與同尺寸的其他螺紋相比，牙根強(qiáng)度低，磨損后軸向間隙不易補(bǔ)償，定 心性差，且難于精確加工，故應(yīng)用較少，無標(biāo)準(zhǔn)，常為梯形螺紋所替代。 梯形螺紋牙型角a =30；傳動效率比矩形螺紋稍低，但制造工藝性好，牙根強(qiáng)度 高，磨損后軸向間隙可以補(bǔ)償，定心性好，故在傳動螺旋中應(yīng)用廣泛。 鋸齒形螺紋牙型斜角B兩邊不等，工作邊為3,非工作邊為30,它綜合了矩形 螺紋效率高和梯形螺紋牙根強(qiáng)度高，定心性

15、好的優(yōu)點，用于承受單向重載的傳動 螺旋如壓力機(jī)，軋鋼機(jī)等。 3-8 解： 由式書=arctan（S/ n及螺紋力矩公式，效率公式及自鎖條件： T1=Qtan（書+ p v）d2/2Wpvn =tan書/tan（嘰+可知：當(dāng)螺旋副中徑和牙型相 同/且軸向載荷Q及其他條件相同時/導(dǎo)程S大，升角書大，則螺紋力矩T1 大，傳動效率n高，而自鎖性差。 3-9 解： 螺紋聯(lián)接的基本類型有：螺栓聯(lián)接，雙頭螺柱聯(lián)接，螺釘聯(lián)接，緊定螺釘聯(lián)接。 螺栓聯(lián)接按結(jié)構(gòu)不同分為普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔螺栓聯(lián)接。普通螺栓廣泛應(yīng)用于 被聯(lián)接件不太厚并需經(jīng)常拆卸，并能從聯(lián)接兩邊進(jìn)行裝配的場合。當(dāng)需要借助螺 桿承受較大的橫向載荷或須精

16、確固定兩被聯(lián)接件的相對位置時，則采用鉸制孔螺 栓聯(lián)接。雙頭螺柱聯(lián)接用于因結(jié)構(gòu)受限制不能用于螺栓聯(lián)接的地方如被聯(lián)接件之 一很厚不便穿孔或希望結(jié)構(gòu)較緊湊且需經(jīng)常拆卸的場合。 螺釘聯(lián)接應(yīng)用與雙頭螺柱聯(lián)接相似，但經(jīng)常拆卸易使螺孔損壞，故不宜用于經(jīng)常 裝拆的場合。螺釘還可用以調(diào)整零件位置，如調(diào)節(jié)螺釘。 緊定螺釘主要用來固定兩個零件的相對位置，可傳遞不大的力及轉(zhuǎn)矩，多用于軸 與軸上零件的聯(lián)接。 3-10 解： 螺紋聯(lián)接在變載荷，沖擊、振動、及溫度變化較大的情況下，螺紋牙間和支承面 間的摩擦力可能瞬時消失，而失去自鎖的能力，經(jīng)多次重復(fù)后，聯(lián)接可能松動， 甚至松脫失效，直接影響聯(lián)接的可靠性和緊密性，以至產(chǎn)生嚴(yán)

17、重事故，故應(yīng)采取 防松措施。 按防松原理，防松的方法分為摩擦防松，機(jī)械防松和永久止動防松三類。摩擦防 松如彈簧墊圈，對頂螺母，金屬鎖緊螺母，尼龍鎖緊螺母等，機(jī)械防松如槽形螺 母和開口銷，圓螺母和止動墊片，串聯(lián)金屬絲等；永久止動如端面沖點法或電焊 以及在螺紋副間涂金屬膠接劑等。 3-11 解： 松螺栓裝配時不需擰緊，不受力。工作時才承受載荷，并且只能承受軸向外載 荷，故只按拉伸強(qiáng)度計算。緊螺栓裝配時，由于擰緊而受預(yù)緊力和螺紋阻力矩的 聯(lián)合作用，工作時可承受軸向外載荷，也可承受橫向載荷。強(qiáng)度計算時，螺栓所 受的拉應(yīng)力須增大30%來考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（螺紋阻力矩）的影響。 3-12 解： 受軸向載荷的單

18、個螺栓與被聯(lián)接件的力與變形關(guān)系如下圖： F0與其他力的關(guān)系式為：F0=F +F F0=F +KcF 3-13 解： 當(dāng)螺栓穿過被聯(lián)接件的通孔鉸螺栓與孔間留有間隙的稱為普通螺栓聯(lián)接（即受拉 螺栓聯(lián)接）。螺栓桿與孔壁采用基孔制過渡配合的聯(lián)接稱為鉸制孔用螺栓聯(lián)接 （即受剪螺栓聯(lián)接）。 以上的結(jié)構(gòu)特點決定了兩種螺栓有不同的工作原理。受拉螺栓工作時，螺栓主要 承受軸向拉力（包括預(yù)緊力），在靜載荷作用下其主要失效形式為螺紋部分的塑 性變形和斷裂。在變載荷下多為螺栓的疲勞斷裂。在螺紋精度低或聯(lián)接經(jīng)常拆卸 時也會因過度磨損而滑扣失效。故對于受拉螺栓設(shè)計準(zhǔn)則是保證螺栓的靜力或疲 勞抗拉強(qiáng)度。 受剪螺栓工作時，螺栓只承受橫向力，所受預(yù)緊力很小。主要失效形式為螺栓桿 和孔壁的貼合面發(fā)生壓潰或螺栓桿被剪斷。故其設(shè)計的準(zhǔn)則是保證聯(lián)接的擠壓強(qiáng) 度和螺栓的抗剪強(qiáng)度。 受拉螺栓的結(jié)構(gòu)簡單，加工制造簡單，裝配方便，成本低。故廣泛應(yīng)用于一般聯(lián) 接中。但承受橫向外載荷的強(qiáng)度比受剪螺栓低。故螺栓尺寸大。受剪螺栓承載能 力高，尺寸小，但加工復(fù)雜，成本高。用于承受較大橫向力或聯(lián)接須精確固定相 對位置的重要場合。 3-14 解： 為提高螺紋聯(lián)接的疲勞強(qiáng)度，則要： 1）改善螺紋牙間的載荷分配不均勻的現(xiàn)象，可用懸置螺母，環(huán)槽螺母，內(nèi)斜螺 母，鋼絲螺套等結(jié)構(gòu)。 2）降低螺栓的應(yīng)力幅，可減少螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度來達(dá)到