湖南大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)課件第5章

1、第二篇 聯(lián)接聯(lián)接又稱緊固，分 聯(lián)接兩類。動(dòng)靜靜聯(lián)接又分為可拆聯(lián)接螺紋、鍵、銷聯(lián)接不可拆聯(lián)接焊、鉚、粘接第五章 螺紋聯(lián)接與螺紋傳動(dòng)（一）教學(xué)要求：1、 掌握螺紋聯(lián)接類型及防松方法，松、緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算。2、掌握螺栓組設(shè)計(jì)方法，了解提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的常用措施和螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)1、 螺紋聯(lián)接類型及防松原理，緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。2、螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)與受力分析。（三）教學(xué)時(shí)數(shù)： 6學(xué)時(shí)51基本知識(shí)一、螺紋類型按位置 外螺紋牙側(cè)牙頂牙底牙底牙頂PP內(nèi)螺紋外螺紋螺距螺距內(nèi)螺紋按功用 連接螺紋起聯(lián)接作用傳動(dòng)螺紋起傳動(dòng)作用例如絲桿、千斤頂。按尺寸 米制（公制）螺紋英制螺紋已只用于管螺紋

2、、錐管螺紋。 三角形螺紋主要用于聯(lián)接按牙型 矩形螺紋梯形螺紋 主要用于傳動(dòng)鋸齒形螺紋按旋向 左旋右旋常用按頭數(shù) 單頭螺紋多頭螺紋按牙距 粗牙螺紋細(xì)牙螺紋二、螺紋的主要參數(shù)大徑d公稱直徑中徑d2牙厚=牙槽寬處聯(lián)接時(shí)常用單頭小徑d1強(qiáng)度計(jì)算用傳動(dòng)時(shí)常用多頭線（頭）數(shù)n有幾根螺旋線螺距P相鄰兩牙之間的軸向距離nPd2導(dǎo)程SS=nP 2螺紋升角tg= 2牙型角與牙型半角 ( 現(xiàn)稱牙側(cè)角或牙型斜角 = ) （= ）三、常用螺紋1、普通螺紋米制三角螺紋，=60，大徑為公稱直徑（mm），分粗牙和細(xì)牙兩類。應(yīng)用廣泛，多用于緊固聯(lián)接。圓柱管螺紋：圓錐管螺紋：2、管螺紋英制螺紋，=55，公稱直徑為管子的公稱通徑，

3、用于緊密聯(lián)接（錐管螺紋不用填料即可密封。常用于水、煤氣、潤(rùn)滑系統(tǒng)等。3、矩形螺紋=0，傳動(dòng)效率最高，但加工較困難，未標(biāo)準(zhǔn)化，逐步被梯形螺紋取代。4、梯形螺紋=30，等腰梯形，廣泛用于傳力和傳導(dǎo)螺旋，略低于矩形螺紋，但工藝性好，牙根強(qiáng)度高，對(duì)中性好，可調(diào)整間隙。5、鋸齒形螺紋工作面牙型斜角=3，非工作面 =30 ，綜合了矩形螺紋高和梯形螺紋牙根強(qiáng)度高的特點(diǎn)，僅用于單向受力的傳力螺旋。四、螺紋聯(lián)接的基本類型1、螺栓聯(lián)接被聯(lián)接件上開通孔（非螺孔）。螺栓與孔間有間隙。加工簡(jiǎn)單、成本低、應(yīng)用最廣。2、螺釘聯(lián)接不用螺母。 一個(gè)被聯(lián)接件上開通孔，另一個(gè)上開螺孔。螺栓可做螺釘用。不宜經(jīng)常拆卸。3、雙頭螺柱聯(lián)接

4、多用于被聯(lián)接件較厚或?yàn)槭菇Y(jié)構(gòu)緊湊而采用盲孔的聯(lián)接。拆卸時(shí)只需擰下螺母而不必?cái)Q出螺柱。4、緊定螺釘聯(lián)接防止另一零件轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，還可用于調(diào)整位置。不能受大力。 此外，還有如下幾種特殊用途的螺紋聯(lián)接類型：T型螺栓起吊螺栓地腳螺栓五、標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件 種類很多，應(yīng)用最廣；精度分為A、B、C三級(jí)，多用C級(jí)（A級(jí)精度最高，C級(jí)精度最低）； 可為粗牙或細(xì)牙（A、B級(jí)）； 桿部可以為局部螺紋或全螺紋。六角頭螺栓 兩端都制有螺紋，且兩端螺紋可相同或不同，有A型、B型兩種結(jié)構(gòu)?？蓭说恫刍蛑瞥裳鼦U，也可制成全螺紋的螺柱。 螺柱的一端常用于旋入鑄鐵或有色金屬的螺紋孔中，這一端一般厚度大、不便穿透，旋入后即不拆卸，另一

5、端則用于安裝螺母以固定其它零件。雙頭螺柱 頭部形狀有圓頭、扁圓頭、六角頭、內(nèi)六角頭、圓柱頭和沉頭等；起子槽有一字槽、十字槽、內(nèi)六角孔等形式。十字槽螺釘頭部強(qiáng)度高、對(duì)中性好，便于使用機(jī)動(dòng)工具進(jìn)行自動(dòng)裝配，內(nèi)六角孔螺釘能承受較大的扳手力矩，聯(lián)接強(qiáng)度高，可代替六角頭螺栓，用于要求結(jié)構(gòu)緊湊的地方。螺釘緊定螺釘 常用的緊定螺釘末端形狀有錐端、平端和圓柱端。錐端用于被緊定件硬度低，不常拆卸的場(chǎng)合；平端常用于緊定硬度較高的平面或用于經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合；圓柱端壓入軸上的凹坑中，適用于緊定空心軸上的零件。自攻螺釘 頭部有圓頭、平頭、半沉頭及沉頭等。頭部起子槽有一字槽、十字槽等形式。末端形狀有錐端和平端兩種。多用于聯(lián)

6、接金屬薄板、輕合金和塑料零件。在被聯(lián)接件上可以不預(yù)先制出螺紋，而在聯(lián)接時(shí)利用螺釘直接攻出螺紋，故而得名。螺釘材料一般用滲碳鋼，熱處理后硬度不低于45HRC。 與同樣大徑的普通螺紋相比，自攻螺釘?shù)穆菥啻蠖絼t稍小。已標(biāo)準(zhǔn)化。 分標(biāo)準(zhǔn)螺母和薄螺母兩種。薄螺母常用于受剪力的螺栓上或空間尺寸受限制的場(chǎng)合。螺母的制造精度和螺栓的相同，分A、B、C三級(jí)，分別與相同級(jí)別的螺栓配用。六角螺母 圓螺母常與止動(dòng)墊圈（還稱止退墊片、帶翅墊圈）配用，裝配時(shí)將墊圈內(nèi)舌插入軸上的槽內(nèi)，而將墊圈的外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，即可防螺母松脫。常作為滾動(dòng)軸承的軸向固定用。圓螺母 螺紋聯(lián)接中，墊圈是不可缺少的附件，常置于螺母和被聯(lián)接

7、件之間，用以保護(hù)支承表面。 平墊圈按加工精度不同，分A級(jí)和C級(jí)兩種。用于同一螺紋直徑的墊圈又分為特大、大、普通和小四種規(guī)格，特大墊圈主要在鐵木結(jié)構(gòu)上使用。 斜墊圈只用于傾斜的支承面上。墊圈5-2 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松一、預(yù)緊一般在裝配時(shí)均需預(yù)緊，以便聯(lián)接可靠，緊密和防松。預(yù)緊力應(yīng)適宜，有些時(shí)候要嚴(yán)格控制。危險(xiǎn)截面面積規(guī)定：擰緊后預(yù)緊力不超過(guò)S的80%，以便聯(lián)接可靠，緊密和防松。碳素鋼螺栓預(yù)緊力F0（0.60.7）SA1經(jīng)驗(yàn)：合金鋼螺栓預(yù)緊力F0（0.50.6）SA1 公式見(jiàn)P67式5-6和式5-7測(cè)力矩扳手控制預(yù)緊力的方法：定力矩扳手超出設(shè)定值即打滑二、擰緊力矩?cái)Q緊力矩T =螺紋副之間的摩擦阻

8、力矩T1 +螺母支承面上的摩擦阻力矩T2d2213D13d03D12d02T=T1+T2F0預(yù)緊力（N）螺紋升角v當(dāng)量摩擦角fC螺母與被聯(lián)件支承面間的 摩擦系數(shù)（無(wú)潤(rùn)滑時(shí)為0.10.2)K擰緊力矩系數(shù)（可查表）d公稱直徑（mm，d20.9d） =F0tan（+v） + fCF0 = KF0d注意：有幾種公式三、防松方法聯(lián)接用三角形螺紋都具有自鎖性，靜載時(shí)不會(huì)松動(dòng)；但沖擊、振動(dòng)、變載情況下可能發(fā)生松動(dòng)。為保險(xiǎn)，需有防松措施摩擦防松機(jī)械防松鉚沖防松化學(xué)防松有幾類方法彈簧墊圈對(duì)頂螺母摩 擦 防 松尼龍圈鎖緊螺母自鎖螺母 螺母一端開縫后徑向收口，螺母旋緊后，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。 螺母中嵌有

9、尼龍圈，螺母旋緊后尼龍圈內(nèi)孔被脹大而箍緊螺栓。圓螺母配帶翅墊片串聯(lián)鋼絲槽形螺母配開口銷機(jī)械防松采用止動(dòng)墊片單耳單耳單耳雙耳化 學(xué) 防 松鉚沖 防 松沖23點(diǎn)焊接防松（永久）5-3 螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算僅討論螺栓，而且是單個(gè)螺栓。拉斷螺栓的破壞形式有螺紋壓潰和剪斷經(jīng)常拆卸導(dǎo)致滑扣一、松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算螺母不需擰緊，如起重機(jī)吊鉤尾部=F=Ad12F4 /4Fd1或：二、緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算1、只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接拉應(yīng)力螺紋部分受的作用。扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力=F0F0=Ad1241616d13=T1T1=Wn=F0tag（+v）d22d13對(duì)M10M64的螺栓，簡(jiǎn)化得：0.51.3F0d124按第四強(qiáng)度理論

10、：ca= 2+32 1.3故：可見(jiàn)：相當(dāng)于將松螺栓的拉力增大0.3倍。增設(shè)減載零件（銷、套筒、鍵等）可承擔(dān)橫向載荷2、承受預(yù)緊力和軸向工作拉力的緊螺栓聯(lián)接應(yīng)用最廣，最重要。既有F0又受工作拉力F時(shí)，螺栓所受總拉力F2并非兩者之和，即：F10方可使接合無(wú)間隙。殘余預(yù)緊力F2 F0F應(yīng)該是：F2 F F1單個(gè)緊螺栓聯(lián)接受力變形圖F2F0 FCbCbCm經(jīng)過(guò)推導(dǎo)可得公式：其中：Cb稱螺栓剛度CbCbCm稱螺栓的相對(duì)剛度（盡量小些為好）Cm稱被聯(lián)接件剛度相對(duì)剛度的值可由實(shí)驗(yàn)確定：采用金屬墊片（或無(wú)墊片）時(shí)取0.20.3 采用皮革墊片時(shí)取0.7采用銅皮石棉墊片時(shí)取0.8采用橡膠墊片時(shí)取0.9得到F2值后

11、即可進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。考慮到需補(bǔ)充擰緊，故將總拉力F2增加30%進(jìn)行計(jì)算。d1/41.3F2ca=1.3F2d124故危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為：或3、承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接此時(shí)一般應(yīng)用鉸制孔用螺栓（與孔壁無(wú)間隙）分別按擠壓強(qiáng)度及剪切強(qiáng)度條件計(jì)算螺母不必?cái)Q得很緊（故預(yù)緊力可以略去不計(jì)）jy=d0LjyF擠壓強(qiáng)度條件為：=Fd024剪切強(qiáng)度條件為：5-4 螺紋組聯(lián)接的設(shè)計(jì)內(nèi)容聯(lián)接件結(jié)合面的結(jié)構(gòu)、形狀螺栓數(shù)目 螺栓布置形式螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)尺寸一、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、結(jié)合面形狀常為軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單形狀，可使受力均勻及便于制造。2、螺栓布置應(yīng)使各螺栓受力合理。受彎、扭時(shí)螺栓位置應(yīng)靠邊緣：勿在平行于工作載荷的

12、方向上排列8個(gè)以上的螺栓（防受力不勻）。若同時(shí)承受較大的橫向載荷，可采用下列裝置可以承擔(dān)一部分橫向載荷。3、螺栓間排列應(yīng)有合理的間距、邊距（扳手空間等）。螺栓裝拆方便實(shí)例4、圓周上的各螺栓數(shù)目應(yīng)取為4、6、8等偶數(shù)，以便分度與畫線。4、圓周上的各螺栓數(shù)目應(yīng)取為4、6、8等偶數(shù)，以便分度與畫線。5、同一組聯(lián)接中的各螺栓直徑、長(zhǎng)度和材料均應(yīng)相同。6、避免受偏心載荷如難免，可考慮用凸臺(tái)、沉孔、斜面墊圈等。二、螺栓組聯(lián)接的受力分析1、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接略，見(jiàn)書2、受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接3、受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接4、受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接5-5 螺紋聯(lián)接件的材料及許用應(yīng)力一、螺栓聯(lián)接件所用材料螺栓常用材

13、料Q215、Q235、10、35和45鋼。防腐、防磁、導(dǎo)電、耐高溫可用1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti；黃銅H62、H62防磁、HPb62；鋁合金2B11（原LY8）、2A10（原LY10）等。10S10b螺栓、螺柱、螺釘按材料的性能分十級(jí)：3.612.9b100國(guó)標(biāo)規(guī)定 min100螺母性能等級(jí)分為七級(jí)：412應(yīng)不低于相配螺栓的性能等級(jí)=S10S二、許用應(yīng)力=S10SS、 S、 Sp為安全系數(shù)，可查表拉應(yīng)力：jyS10Sp切應(yīng)力：jyb10Sp對(duì)鋼：擠壓應(yīng)力： 對(duì)鑄鐵：5-6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施螺栓的主要損壞形式為螺栓桿部分的疲勞斷裂螺栓頭部常發(fā)生在應(yīng)力集中較嚴(yán)重處 螺紋收尾

14、部螺母支承平面所在處螺紋牙間的載荷分配影響螺栓強(qiáng)度的因素主要有應(yīng)力變化幅度應(yīng)力集中附加應(yīng)力總拉力一、減少應(yīng)力幅螺栓剛度Cb，被聯(lián)接件的剛度Cm 都可以F2的變化范圍，這對(duì)防止疲勞損壞十分有利。 空心螺栓螺栓剛度Cb的方法 腰狀螺栓螺母下裝彈性元件被聯(lián)接件間加軟墊片將Cm故可用金屬墊片或O型密封圈，以保持被聯(lián)接件原有的剛度值。二、改善螺牙間的載荷分配螺母支承面上第1圈所受的力為總載荷的1/3以上；第8圈后幾乎不受力！為使各螺牙受力均勻，可用下列方法：懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母環(huán)槽內(nèi)斜螺母使螺母和螺栓均受拉，兩者的剛度差，使變形趨于協(xié)調(diào)。作用和懸置螺母類似，但效果稍差。受力大的地方內(nèi)斜1015的角度

15、，使各齒受力平衡一些。兼有環(huán)槽螺母和內(nèi)斜螺母的特點(diǎn)。這些螺母構(gòu)造特殊、使制造工藝復(fù)雜、成本高、故只用于重要聯(lián)接。使螺牙均載的方法還可采用鋼絲螺套： 主要用于旋入輕合金螺紋孔中；旋入后將安裝柄根在缺口處折斷，再旋上螺栓；因有一定彈性，故可起均載作用，且能減振；故可顯著提高螺紋聯(lián)接件的疲勞強(qiáng)度。三、應(yīng)力集中措施有增大過(guò)渡圓角、切卸載槽、收尾處加工出退刀槽。四、避免或減少附加應(yīng)力措施球面墊圈腰環(huán)螺栓設(shè)計(jì)、制造或安裝上的疏忽，可能造成附加彎曲應(yīng)力：五、采取特殊的加工方法如冷鐓頭部、滾壓（輾壓）螺紋可疲勞強(qiáng)度30%冷鐓滾壓后的金屬流線熱處理后再滾壓，疲勞強(qiáng)度可提高70100%冷鐓和滾壓工藝可降低應(yīng)力集中

16、，不切斷金屬纖維，金屬流線走向合理，有冷作硬化效果，表層有殘余壓應(yīng)力，還有材料利用率高、生產(chǎn)效率高、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)此外，采用氰化、氮化、噴丸等處理也可疲勞強(qiáng)度5-7 螺旋傳動(dòng)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)例一、傳動(dòng)的類型：螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)1按傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式分為兩種螺母固定、螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)傳力螺旋傳遞動(dòng)力為主，如起重、加壓裝置2按用途分為三類傳動(dòng)（導(dǎo)）螺旋傳遞運(yùn)動(dòng)為主，如刀架進(jìn)給機(jī)構(gòu)調(diào)整螺旋不常轉(zhuǎn)動(dòng)，?？蛰d下調(diào)整螺旋起重器（千斤頂）原理圖實(shí)物圖螺旋千分尺結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于自鎖、便于制造，但摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低（=0.30.4)，磨損快，傳動(dòng)精度低?；瑒?dòng)螺旋摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高（ =0.9以上），但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。3

17、按螺旋副摩擦性質(zhì)分為三類滾動(dòng)螺旋屬于流體摩擦，特點(diǎn)同上，但還需供油系統(tǒng)。靜壓螺旋整體式二、滑動(dòng)螺旋結(jié)構(gòu)及材料：整體式1、螺母結(jié)構(gòu)組合式對(duì)開式對(duì)開式組合式牙型常為矩形、梯形或鋸齒形，梯形應(yīng)用最廣旋向常為右旋2、螺桿結(jié)構(gòu) 傳力和調(diào)整螺紋：有自鎖要求，采用單線。頭數(shù)傳導(dǎo)螺紋：常采用多線（34以上），以提高效率及前進(jìn)速度。3、采用材料要求耐磨性、抗彎性佳。高精度傳動(dòng)時(shí)多選碳素工具鋼（5056HRC）選鉻錳合金鋼螺桿較高硬度時(shí)：（3545HRC）選65Mn一般情況選45、50鋼常用鑄造錫青銅螺母重載低速選強(qiáng)度較高的鑄造鋁鐵青銅輕載低速可選耐磨鑄鐵對(duì)尺寸較大或高速傳動(dòng)螺旋副，其螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)孔

18、澆鑄青銅或巴氏合金。推薦：螺旋副螺桿螺母材 料 牌 號(hào)應(yīng) 用 范 圍Q235、Q275、45、5040Cr、65Mn、T12、40WMn、20CrMnTi不經(jīng)熱處理，適于經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，受力不大，轉(zhuǎn)速較低的傳動(dòng)需經(jīng)熱處理提高耐磨性，適于重載，轉(zhuǎn)速較高的重要傳動(dòng)需經(jīng)熱處理提高尺寸穩(wěn)定性，適于精密傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)材料耐磨性好，適用于一般傳動(dòng)材料耐磨性好、強(qiáng)度高，適于重載、低速的傳動(dòng)。9Mn2V、CrWMn、38CrMoAlZCuSn10P1、ZcUsN5Pb5Zn5（鑄錫青銅）ZCuAl9FeNi4Mn2（鑄鋁青銅）ZCuZn25Al6Fe3Mn3（鑄鋁黃銅）三、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：略，自學(xué)。 耐磨性計(jì)算螺桿強(qiáng)度計(jì)算組合變形，按第四強(qiáng)度理論計(jì)算項(xiàng)目：螺母螺牙強(qiáng)度計(jì)算螺母外徑與凸緣的強(qiáng)度計(jì)算螺桿穩(wěn)定性計(jì)算四、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介螺桿和螺母之間有滾珠，又稱滾珠絲杠副?？墒够瑒?dòng)摩擦轉(zhuǎn)為滾動(dòng)摩擦，傳動(dòng)效率（0.9以上）。無(wú)自鎖性。分類按用途分T類滾珠絲杠傳動(dòng)滾珠絲杠，用于傳遞動(dòng)力。P類滾珠絲杠定位滾珠絲杠，通過(guò)旋轉(zhuǎn)角和導(dǎo)程控制軸向位移量。按滾珠循環(huán)方式分內(nèi)循環(huán)滾珠在螺母體內(nèi)循環(huán)，設(shè)