螺蚊聯(lián)接1(第6章)

1、1 聯(lián)接是指被聯(lián)接件與聯(lián)接件的組合。常聯(lián)接是指被聯(lián)接件與聯(lián)接件的組合。常 見(jiàn)的機(jī)械聯(lián)接有兩類：見(jiàn)的機(jī)械聯(lián)接有兩類： 一是機(jī)械一是機(jī)械動(dòng)聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接，如運(yùn)動(dòng)副；，如運(yùn)動(dòng)副； 二是機(jī)械二是機(jī)械靜聯(lián)接靜聯(lián)接，本章所學(xué)習(xí)內(nèi)容是機(jī)械靜，本章所學(xué)習(xí)內(nèi)容是機(jī)械靜 聯(lián)接問(wèn)題。聯(lián)接問(wèn)題。 不可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接 裝拆方便，多次裝拆無(wú)損于裝拆方便，多次裝拆無(wú)損于 使用性能。如使用性能。如螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián) 接、銷聯(lián)接接、銷聯(lián)接 在拆開(kāi)聯(lián)接時(shí)會(huì)損壞聯(lián)接在拆開(kāi)聯(lián)接時(shí)會(huì)損壞聯(lián)接 中的零件或使用性能。如中的零件或使用性能。如焊焊 接、鉚接、粘接接、鉚接、粘接 概概 述述 可拆聯(lián)接可拆聯(lián)接 （永久性聯(lián)接）（永久性聯(lián)接

2、） 2 聯(lián)接的目的聯(lián)接的目的 便于機(jī)器的制造、安裝、運(yùn)輸、維修便于機(jī)器的制造、安裝、運(yùn)輸、維修 以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 熟悉機(jī)器聯(lián)接中常用的各種聯(lián)接件的熟悉機(jī)器聯(lián)接中常用的各種聯(lián)接件的 結(jié)構(gòu)、類型、性能和應(yīng)用場(chǎng)合，掌握設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、類型、性能和應(yīng)用場(chǎng)合，掌握設(shè)計(jì) 理論和選用方法。理論和選用方法。 3 第六章 螺紋聯(lián)接 1 螺 紋 第二篇 聯(lián) 接 如用一個(gè)三角形K沿螺旋線運(yùn) 動(dòng)并使K平面始終通過(guò)圓柱體軸線 YY-這樣就構(gòu)成了三角形螺紋。同 樣改變平面圖形K，可得到矩形、 梯形、鋸齒形、管螺紋 一、螺紋的形成 y y K dd L y y K dd L y y K

3、dd L y y K dd L 4 按牙型: 三角形螺紋、管螺紋 聯(lián)接螺紋 矩形、梯形、鋸齒形螺紋傳動(dòng)螺紋 按位置： 內(nèi)螺紋在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋 外螺紋在圓柱孔的外表面形成的螺紋 三角形螺紋： 粗牙螺紋用于緊固件 細(xì)牙螺紋同樣的公稱直徑下，螺距最小， 自鎖性好，適于薄壁細(xì)小零件和沖擊變載等 根據(jù)螺旋線繞行方向： 左旋如圖 右旋常用 根據(jù)螺旋線頭數(shù)： 單頭螺紋（n=1）用于聯(lián)接 雙頭螺紋（n=2）如圖 多線螺紋（n2）用于傳動(dòng) 二、螺紋的類型 5 內(nèi) 螺 紋 外 螺 紋 P d1 d2 d 60 內(nèi) 螺 紋 外 螺 紋 P d1 d2 d 60 內(nèi) 螺 紋 外 螺 紋 P d1 d2 d

4、60 內(nèi) 螺 紋 外 螺 紋 P d1 d2 d 60 外 螺 紋 內(nèi) 螺 紋 P d1 d2 d 外 螺 紋 內(nèi) 螺 紋 P d1 d2 d 外 螺 紋 內(nèi) 螺 紋 P d1 d2 d 外 螺 紋 內(nèi) 螺 紋 P d1 d2 d 30 P d1 d2 d 外 螺 紋 內(nèi) 螺 紋 30 P d1 d2 d 外 螺 紋 內(nèi) 螺 紋 30 P d1 d2 d 外 螺 紋 內(nèi) 螺 紋 30 P d1 d2 d 外 螺 紋 內(nèi) 螺 紋 P 3 30 內(nèi) 螺 紋 外 螺 紋 d1 d2 d P 3 30 內(nèi) 螺 紋 外 螺 紋 d1 d2 d P 3 30 內(nèi) 螺 紋 外 螺 紋 d1 d2 d P 3

5、 30 內(nèi) 螺 紋 外 螺 紋 d1 d2 d 鋸齒形螺紋 三角形螺紋矩形螺紋 梯形螺紋 6 1）外徑（大徑）d（D）與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱 面直徑，亦稱公稱直徑 2）內(nèi)徑（小徑）d1(D1) 與外螺紋牙底相重合的假想圓柱 面直徑 3）中徑d2 在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱 面的直徑，d20.5(d+d1) 三、螺紋的主要參數(shù) d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L

6、h 7 4）螺 距 P 相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間 的軸向距離 5）導(dǎo)程（S）同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線 上的對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離 6）線 數(shù) n 螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n4 螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：s=nP d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h 8 7）螺旋升角中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋 線軸線的平面的夾角 8）牙型角 螺紋軸向平面內(nèi)

7、螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角 9）牙型斜角螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角 2 2 / d nP arctgdarctgL d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h 9 1 1、將螺紋軸線豎、將螺紋軸線豎 直放置，螺旋線直放置，螺旋線自自 左向右左向右逐漸逐漸升高升高的的 是是右旋右旋螺紋。反之螺紋。反之 也成立。也成立。 2 2、從端部沿軸線從端部沿軸線 看去，當(dāng)螺紋看去，當(dāng)螺紋順時(shí)順

8、時(shí) 針針?lè)较蚍较蛐D(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)為為旋進(jìn)旋進(jìn) 時(shí)，此螺紋為時(shí)，此螺紋為右旋右旋 螺紋。螺紋。 左旋左旋 右旋右旋 旋向判斷方法：旋向判斷方法： 10 雙線螺紋雙線螺紋單線螺紋單線螺紋 11 一、一、矩形螺紋矩形螺紋 二、二、非矩形螺紋非矩形螺紋 螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副的受力分析、效率和自鎖 三、三、螺旋副效率螺旋副效率 12 一、矩形螺紋一、矩形螺紋（ =0=0) ) 1、螺紋受力分析、螺紋受力分析 摩擦角摩擦角： 滑塊在水平面上，受到外力滑塊在水平面上，受到外力R（F+Fa）作用，）作用， 同時(shí)還受到法向反力同時(shí)還受到法向反力Fn與摩擦力與摩擦力Ff的作用，令法的作用，令法 向反力與摩擦

9、力的總反力為向反力與摩擦力的總反力為Fr，則，則Fr與與Fn方向之方向之 間所夾的銳角間所夾的銳角被稱為被稱為摩擦角摩擦角。 Fn Fr Ff R Fa F tg= Ff /Fn； Ff = Fntg= Fnf f = tg稱為摩擦系數(shù)。稱為摩擦系數(shù)。 13 Fa F Fn Fr f Fn （1）把螺旋副在）把螺旋副在力矩力矩和和軸向載荷軸向載荷作用下的運(yùn)動(dòng)，作用下的運(yùn)動(dòng)， 看看 成作用在中徑的水平力推動(dòng)滑塊沿螺紋運(yùn)動(dòng)。成作用在中徑的水平力推動(dòng)滑塊沿螺紋運(yùn)動(dòng)。 （2）將矩形螺紋沿中徑）將矩形螺紋沿中徑d2展開(kāi)得一斜面。展開(kāi)得一斜面。 圖中圖中為螺旋升角，為螺旋升角， Fa為軸向載荷，為軸向載荷

10、， F為水平推力，為水平推力，F(xiàn)n為法向反力，為法向反力， Ff為為 摩擦力，摩擦力， f為摩擦系數(shù)，為摩擦系數(shù)，為為摩擦角，摩擦角， 法向反力法向反力Fn與摩擦力與摩擦力Ff的的總反力為總反力為Fr 。 14 F= Fa tg (+ ) （3）其受力狀況可以理解為：）其受力狀況可以理解為： 作用在滑塊上作用在滑塊上F為一驅(qū)動(dòng)力，軸向載荷為一驅(qū)動(dòng)力，軸向載荷 Fa為為 一阻力，總反力為一阻力，總反力為Fr 。 Fa F Fn Fr f Fn v 若使滑塊等速沿斜面上 升，滑塊所受三力平衡： 可得： + Fa F Fr F +Fa +Fr=0 擰緊時(shí)：擰緊時(shí)： 那么轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋所需要的轉(zhuǎn)矩： T1=

11、 Fd2/2= tg (+ )d2 Fa/2 15 螺母旋轉(zhuǎn)一周所需的輸入功為：W1=2T1 因此螺旋副的效率為： 此時(shí)螺母上升一個(gè)導(dǎo)程S，其有效功為W2=FaS =W2W1= tg / tg (+ ) 16 F= Fa tg ( - ) 松開(kāi)時(shí)：松開(kāi)時(shí)： 相當(dāng)于使滑塊等速沿斜相當(dāng)于使滑塊等速沿斜 面面下滑下滑，軸向載荷軸向載荷 FaFa 變?yōu)轵?qū)動(dòng)力，變?yōu)轵?qū)動(dòng)力， F F變?yōu)榫S變?yōu)榫S 持持滑塊等速運(yùn)動(dòng)所需的滑塊等速運(yùn)動(dòng)所需的 平衡力。平衡力。 Fa F Fr f Fn v Fn F Fr Fa - 可得： 17 F= Fa tg ( - ) （1） - 0， ， F 0 分析： 說(shuō)明滑塊在重力

12、作用下下滑，必須給以止動(dòng)力，說(shuō)明滑塊在重力作用下下滑，必須給以止動(dòng)力， 防止加速下滑。防止加速下滑。 （2） - 0， ， F 0 說(shuō)明滑塊說(shuō)明滑塊不能不能在重力作用下下滑。這一現(xiàn)象稱在重力作用下下滑。這一現(xiàn)象稱 為為自鎖自鎖現(xiàn)象現(xiàn)象。螺旋千斤頂就是利用這一原理工作的。螺旋千斤頂就是利用這一原理工作的。 2、螺紋、螺紋自鎖自鎖： 18 19 二、非矩形螺紋二、非矩形螺紋（ =0=0) ) 三角形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋三角形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋 1、螺紋受力分析：、螺紋受力分析： 唯一差別是：唯一差別是： 法向力比矩形螺紋大。法向力比矩形螺紋大。 （忽略升角（忽略升角的影響）的影響）

13、20 fF cos a n F F 這時(shí)這時(shí)螺紋的螺紋的摩擦阻力為：摩擦阻力為： 在在Fa的作用下，法向反力比矩形螺紋大為：的作用下，法向反力比矩形螺紋大為： f nfF a F f cos f Fa cos f 稱為當(dāng)量摩擦系數(shù)稱為當(dāng)量摩擦系數(shù) 稱為當(dāng)量摩擦角稱為當(dāng)量摩擦角 cos tg f 這時(shí)把法向力的增加看成摩擦系數(shù)的增加。這時(shí)把法向力的增加看成摩擦系數(shù)的增加。 a Ff 為牙型斜角為牙型斜角 21 用用f 取代取代f，用，用取代取代，就可像矩形螺紋那樣對(duì)，就可像矩形螺紋那樣對(duì) 非矩形螺紋進(jìn)行受力分析非矩形螺紋進(jìn)行受力分析 上升：上升： F= Fa tg (+ ) 下滑：下滑： F=

14、Fa tg (- ) 2、螺紋、螺紋自鎖自鎖條件為：條件為： F 地腳螺栓聯(lián)接 53 討論： ） 最不利的情況 ) 1( CPmb KFQQCC )0( CPmb KQQCC ） 最理想的情況 ）不允許的情況有縫隙存在，漏氣 FkQQ cpP 0即 ）降低螺栓受力的措施： a) 必須采用剛度小螺栓（空心、加長(zhǎng)、細(xì)頸） b) 加硬墊片或直接擰在凸緣上均可提高強(qiáng)度 ）為聯(lián)接緊密、不漏氣，要求 cpP KFQQ1 0即 54 a）軸向靜力緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 靜力F不變，Q為靜力，但考慮補(bǔ)充擰緊防斷 強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式： 4 3 . 1 2 1 d Q ca 43 . 1 1 d 設(shè)計(jì)公式： b）軸向變

15、載荷緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 分析：當(dāng)工作載荷，由0F 2 1 max 4 d Q Q 螺栓總載，由QpQ QP 2 1 min 4 d Q Q P p 部分載荷，由0F0 2 1 2 1 2 4 1 2/ 2d FK d FF C a 55 變形 力 時(shí)間 Q Qp Qp F F b m 螺栓中總拉力的變化 3、當(dāng)驗(yàn)算不滿足時(shí)措施： a dd 1 b) 最好改善結(jié)構(gòu)、降低應(yīng)力集中。包括：工藝、結(jié)構(gòu)、 制造、CmCb，適當(dāng)提高QP等綜合措施 m c a) 56 三、螺栓材料與許用應(yīng)力計(jì)算 1、材料 螺母、螺栓強(qiáng)度級(jí)別： 1）根據(jù)機(jī)械性能，把栓母分級(jí)并以數(shù)字表示，此乃強(qiáng)度級(jí)別 2）所依據(jù)機(jī)械性能為抗拉

16、強(qiáng)度極限Bmin和屈服極限Smin 螺栓級(jí)別: 帶點(diǎn)數(shù)字表示 ， 點(diǎn)前數(shù)字為100/ minB 點(diǎn)后數(shù)字為 minmin /10 Bs 螺母級(jí)別: 100/ minB 注意：選擇對(duì)螺母的強(qiáng)度級(jí)別應(yīng)低于螺栓材料的強(qiáng)度級(jí)別，螺 母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB） 57 2、許用應(yīng)力 許用拉應(yīng)力： n S 已知：不控制QP的緊螺栓聯(lián)接，易過(guò)載。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取較大的安全系數(shù)?？刂祁A(yù)緊力時(shí)可取較小的安 全系數(shù)n。 顯然n，與d 有關(guān)。 設(shè)計(jì)時(shí)，先假設(shè)d，進(jìn)行試算，選取一安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算， 計(jì)算結(jié)果與估計(jì)直徑相比較，如在原先估計(jì)直徑所屬范 圍內(nèi)即可，否則需重新進(jìn)行估算。試算法 58 5 螺栓組聯(lián)

17、接的設(shè)計(jì)與受力分析 工程中螺栓皆成組使用，單個(gè)使用極少。因此，必須研究 栓組設(shè)計(jì)和受力分析。它是單個(gè)螺栓計(jì)算基礎(chǔ)和前提條件。 螺栓組聯(lián)接設(shè)計(jì)的順序選布局、定數(shù)目、力分析、設(shè) 計(jì)尺寸 一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 1、布局要盡量對(duì)稱分布，栓組中心與聯(lián)接結(jié)合面形心重合 （有利于分度、劃線、鉆孔），以受力均勻 2、受剪螺栓組（鉸制孔螺栓聯(lián)接）時(shí)，不要在外載作用方向布 置8個(gè)以上，螺栓要使其受力均勻，以免受力太不均勻，但 彎扭作用螺栓組，要適當(dāng)靠接縫邊緣布局，否則受力太不均 3、合理間距，適當(dāng)邊距，以利用扳手裝拆 59 4、避免偏心載荷作用 a）被聯(lián)接件支承面不平突起 b）表面與孔不垂直 c）鉤頭螺栓聯(lián)接 防偏載

18、措施：a）凸合；b）凹坑（魚眼坑）；c）斜墊片 二、螺栓組受力分析 目的求受力最大載荷的螺栓 60 前提（假設(shè)）： 被聯(lián)接件為剛性不變形，只有地基變形。 各螺栓材料、尺寸、擰緊力均相同 受力后材料變形在彈性范圍內(nèi) 接合面形心與螺栓組形心重合，受力后其接縫面仍保持平面 1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接 單個(gè)螺栓工作載荷為： F=P/Z P軸向外載 Z螺栓個(gè)數(shù) P D p 61 2、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接 特點(diǎn)：普通螺栓，鉸制孔用螺栓皆可用，外載垂直于螺栓 軸線、防滑 普 通 螺 栓 受拉伸作用 鉸制孔螺栓受橫向載荷剪切、擠壓作用。 單個(gè)螺栓所承受的橫向載荷相等 R=R/Z RR RR 62 3、受橫向扭

19、矩螺栓組聯(lián)接 （1）圓形接合面：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓所受橫向載荷 rZ T R （2）矩形接合面 a)普通螺栓聯(lián)接 O fQp T ri fQp T O Fmax rmax ri Fi 由靜平衡條件0T TKTrfQrfQfQr SZPPP 21 Z i i S Z S P rf TK rrrf KT Q 1 21 )( 則各個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力為 聯(lián)接件不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的條件為： 63 O fQp T ri fQp T O Fmax rmax ri Fi b)鉸制孔螺栓聯(lián)接組 由變形協(xié)調(diào)條件可知，各個(gè) 螺栓的變形量和受力大小與其中 心到接合面形心的距離成正比 TrR r R r R r R Z i ii Z

20、 Z 1 2 2 1 1 由假設(shè)板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪 應(yīng)變與半徑成正比。在材料彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比 ii i r r R R r R r R max max max max 1 由靜平衡條件 0T TrRrRrR ZZ 2211 Z i i r rT R 1 2 max max 64 例：圖示為某減速裝置的組裝齒輪，齒圈為45鋼，= 355MPa，齒芯 為鑄鐵HT250，用6個(gè)8.8級(jí)M6的鉸制孔用螺栓均布在D0=110mm的圓 周上進(jìn)行聯(lián)接，有關(guān)尺寸如圖所示。試確定該聯(lián)接傳遞最大轉(zhuǎn)矩 Tmax。 解：1) 按剪切強(qiáng)度條件計(jì)算單個(gè)螺栓的許用剪力FS mmd7 0 MP

21、a S 640 5 . 2S 根據(jù)M6鉸制孔用螺栓查得 ；螺栓的屈服極限 ；查表取 ；則螺栓材料的許用剪應(yīng)力為 MPa S S 256 5 . 2 640 N d FS9847 4 725614. 3 4 22 0 65 2) 按剪切強(qiáng)度計(jì)算螺栓組的許用轉(zhuǎn)矩T： NmNmm ZDF T S 51.32493249510 2 11069847 2 0 3）計(jì)算許用擠壓應(yīng)力 P MPa S 640 25. 1S 螺栓為8.8級(jí)， ，取 ，螺栓材料的許用擠壓應(yīng)力為 MPa S S 512 25. 1 640 MPa B 2505 . 2S 輪芯材料為鑄鐵HT250，強(qiáng)度極限 ，取，許用擠壓應(yīng)力為：

22、MPa S B 100 5 . 2 250 輪芯材料較弱，以MPa P 100計(jì)算轉(zhuǎn)矩。 4) 按擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算單個(gè)螺栓的許用剪力FS 66 由圖，mmL9 min ，則： NhdF pS 630010097 min0 5) 按擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓組的許用轉(zhuǎn)矩T NmNmm ZDF T S 20792079000 2 11066300 2 0 綜上，此螺栓組所傳遞的最大轉(zhuǎn)矩NmT2079 max 。 67 例例：如圖鋼板厚度：如圖鋼板厚度=16mm=16mm 用用 兩個(gè)鉸制孔用螺栓固定在兩個(gè)鉸制孔用螺栓固定在 機(jī)架上，機(jī)架上，F(xiàn)=5000NF=5000N，其它尺寸，其它尺寸 如圖。板和機(jī)架材

23、料均為如圖。板和機(jī)架材料均為 Q235Q235。 試：（試：（1 1）分析鉸制孔用螺栓的）分析鉸制孔用螺栓的 失效形式失效形式 ； （2 2）分析鉸制孔用螺栓的受力）分析鉸制孔用螺栓的受力 （3 3）按強(qiáng)度設(shè)計(jì)鉸制孔用螺栓）按強(qiáng)度設(shè)計(jì)鉸制孔用螺栓 的直徑的直徑 （4 4）若用普通螺栓，計(jì)算螺栓）若用普通螺栓，計(jì)算螺栓 的直徑（的直徑（S S=0.2=0.2，k kf f=1.1=1.1） 68 NmmMNF 6 105 . 15000 NF N a M FN F F S TF 790675002500 75002500 2 22 4/ 2 0 d F S mm F d MPa S S s 24

24、.10 96 790644 96 5 . 2 240 0 69 粗選粗選d=10d=10，d d0 0=11mm=11mm的的 六角頭六角頭 鉸制孔用螺栓，螺母鉸制孔用螺栓，螺母d=10d=10，H=8H=8。 根據(jù)機(jī)架，板厚及螺母根據(jù)機(jī)架，板厚及螺母H H選用選用 l=100l=100（l l3 3=82=82， l l2 2=2=2） 選用兩個(gè)選用兩個(gè)M10M10100 GB27-88100 GB27-88六角六角 頭鉸制孔用螺栓。頭鉸制孔用螺栓。 MPa d F MPa S S p s p 9 .59 1211 7906 192 25.1 240 min0 按擠壓強(qiáng)度校核按擠壓強(qiáng)度校核

25、mm121870100 min 70 N Fk F S Sf 43483 2 .0 79061 .1 MPa S mm F d s 120 2 240 5 .24 120 434833 . 143 . 14 1 選用兩個(gè)選用兩個(gè)M30M30（d d1 1=26.21=26.21）的六角螺栓。）的六角螺栓。 小結(jié)小結(jié)：受復(fù)合載荷螺栓，其合力按向：受復(fù)合載荷螺栓，其合力按向 量相加；鉸制孔用螺栓比普通螺栓尺寸量相加；鉸制孔用螺栓比普通螺栓尺寸 小很多小很多。 71 4、受傾覆（縱向）力矩螺栓組聯(lián)接 Lm a x Li QpQp p Q1 p2 Q2 M M p1 O O O xx Lm a x L

26、i QpQp p Q1 p2 Q2 M M p1 O O O xx 特點(diǎn)：M在鉛直平面內(nèi)， 繞O-O回轉(zhuǎn)，只能用普通 螺栓，取板為受力對(duì)象， 由靜平衡條件 設(shè)單個(gè)螺栓工作載荷為Fi MLFLFLF ZZ 2211 )( 1max max max 1 1 LL L F const L F L F i i 這里 t i i L ML FF 1 2 max 1max )( 即 72 螺栓桿不拉斷的條件 4 3 . 1 2 1 max d Q ca 43 . 1 max 1 Q d 設(shè)計(jì)公式 驗(yàn)算公式 右側(cè)不壓潰條件（被聯(lián)接件） QP作用下接合面的擠壓應(yīng)力 A ZQP QP M作用下接合面的擠壓應(yīng)力

27、W M M maxP P MQPP W M A ZQ Lm a x Li QpQp p Q1 p2 Q2 M M p1 O O O xx 73 左側(cè)不開(kāi)縫的條件 0 min W M A ZQP MQPP 若受有橫向載荷PH，板不滑動(dòng)條件為： HSHVCP PKPPKZQf)( )( 1 VC HS P PK f PK Z Q mb m C CC C K 被聯(lián)接件相對(duì)剛度 實(shí)際使用中螺栓組聯(lián)接所受的載荷是以上四種簡(jiǎn)單受力狀 態(tài)的不同組合。計(jì)算時(shí)只要分別計(jì)算出螺栓組在這些簡(jiǎn)單受力 狀態(tài)下每個(gè)螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來(lái)，便得到每 個(gè)螺栓的總工作載荷，再對(duì)受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算即可 74

28、說(shuō)明：工程中受力情況很復(fù)雜，但均可轉(zhuǎn)化為四種典型情況 進(jìn)行解決。 計(jì)算公式在對(duì)稱分布情況下推導(dǎo)，但不對(duì)稱也可以用 取轉(zhuǎn)軸不同，公式計(jì)算精度不同。 總設(shè)計(jì)思路：螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（布局、數(shù)目）螺栓組受力 分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）求單個(gè)螺栓的最 大工作載荷（判斷哪個(gè)最大）按最大載荷的單個(gè) 螺栓設(shè)計(jì)（求d1標(biāo)準(zhǔn)）全組采用同樣尺寸螺栓 （互換的目的） 75 6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 影響聯(lián)接強(qiáng)度的因素很多，如材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、工藝、 螺紋牙間、載荷分布、應(yīng)力幅度、機(jī)械性能，而螺栓聯(lián)接的強(qiáng) 度又主要取決于螺栓的強(qiáng)度。 一、改善螺紋牙間載荷分布不均狀況 Q 工作中螺栓牙抗拉伸長(zhǎng)，螺母牙受壓 縮短，伸與縮

29、的螺距變化差以緊靠支承面 處第一圈為最大，應(yīng)變最大，應(yīng)力最大， 其余各圈依次遞減，旋合螺紋間的載荷分 布如圖所示。所以采用圈數(shù)過(guò)多的加厚螺 母，并不能提高聯(lián)接的強(qiáng)度。 辦法：降低剛性，易變形、增加協(xié)調(diào)性，以緩和矛盾 76 a) 懸置螺母 b) 環(huán)槽螺母 c)內(nèi)斜螺母 d)環(huán)槽內(nèi)斜 1 01 5 1 01 5 二、降低螺栓應(yīng)力幅 1、降低螺栓剛性 F2 b2 b1 Qp Q2 m Qp2 Qp1 F F F1 Q1 抗疲勞強(qiáng)度得到提高，可用豎心桿、細(xì)長(zhǎng)桿、柔性螺栓聯(lián)接 77 2、增大凸緣剛性 b Qp Q2 F2 Qp2 m2 Qp1 F1 Q1 m1 F F 提高了螺栓聯(lián)接疲勞強(qiáng)度，采用高硬度

30、墊片或直接擰在鑄鐵 78 三、減小應(yīng)力集中的影響 d r d r 0.51.0 d r2 h r1 r= 0.2dr0.2d r10.15d ; r21.0d ; h0.5d ; 1）加大過(guò)渡處圓角(圖1) 2）改用退刀槽 3）卸載槽，(圖2) 4）卸載過(guò)渡結(jié)構(gòu)。（圖3） 79 四、采用合理的制造工藝 1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強(qiáng)度提高3040% 2）冷作硬化，表層有殘余應(yīng)力（壓）、氰化、氮化、噴丸等 可提高疲勞強(qiáng)度 3）熱處理后再進(jìn)行滾壓螺紋，效果更佳，強(qiáng)度提高70100 % ，此法具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗功能 4）控制單個(gè)螺距誤差和螺距累積誤差 80 五、避免或減小附加彎曲應(yīng)力五、

31、避免或減小附加彎曲應(yīng)力 （a a）承壓面傾斜（）承壓面傾斜（b b）被聯(lián)接件變形太大）被聯(lián)接件變形太大 引起附加應(yīng)力的原因引起附加應(yīng)力的原因 (a)(a)采用球面墊圈（采用球面墊圈（b b）采用斜墊圈（）采用斜墊圈（c c）采用凸臺(tái)（）采用凸臺(tái)（d d）采用沉頭座（）采用沉頭座（e e）采用環(huán)腰）采用環(huán)腰 使栓桿減免彎曲應(yīng)力的措施使栓桿減免彎曲應(yīng)力的措施 81 例：例： 用兩個(gè)用兩個(gè)4.6級(jí)普通螺栓固定一塊鋼板，板上一端作用著向級(jí)普通螺栓固定一塊鋼板，板上一端作用著向 下的載荷下的載荷F=200N。板與固定件之間的摩擦系數(shù)。板與固定件之間的摩擦系數(shù)f=0.15， 螺栓屈服極限螺栓屈服極限s=2

32、40MPa，安全系數(shù)，安全系數(shù)S=4，選擇螺栓直，選擇螺栓直 徑。徑。 a=100L1=800 F 82 解： 在圖示的結(jié)構(gòu)中,兩螺栓左右排列,將外 載荷F向螺栓組中心簡(jiǎn)化 a=100L1=800 L=850 Fy F2F1 TZ 橫向力Fy=F=200N 轉(zhuǎn)矩TZ=FL=170000Nmm 83 由此可得兩螺栓所受的橫向力由此可得兩螺栓所受的橫向力 N a T F F Z y 1800 2 1 N a T F F Z y 1600 2 2 按F1進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，并取可靠性系數(shù)C=1.2，得螺栓所受軸向預(yù)緊力 N f FC Fa14400 15. 0 18002 . 1 1 許用應(yīng)力許用應(yīng)力 a

33、 S MP S 60 4 240 計(jì)算螺栓小徑計(jì)算螺栓小徑 mm F d a 9 .19 60 144003 . 143 . 14 1 取取M24螺栓，其小徑螺栓，其小徑20.752滿足要求。滿足要求。 84 7 螺旋傳動(dòng) 一、螺旋傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)與應(yīng)用 1、應(yīng)用 螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求 的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛?轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。 2、傳動(dòng)形式： a)螺桿轉(zhuǎn)螺母移 b)螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺平固定）用得多 c) 螺母轉(zhuǎn)螺桿移 d) 螺母又轉(zhuǎn)又移（螺桿固定）用得少 85 按用途分三類： 1）傳力螺旋舉重器、千斤頂、加壓螺旋 特點(diǎn)：低速

34、、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖 2）傳導(dǎo)螺旋機(jī)床進(jìn)給匯杠傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 特點(diǎn)：速度高、連續(xù)工作、精度高 3）調(diào)整螺旋機(jī)床、儀器及測(cè)試裝置中的微調(diào)螺旋。 特點(diǎn)：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng) 3、螺旋傳動(dòng)類型 螺旋傳動(dòng)按摩擦副的性質(zhì)分： 1、滑動(dòng)螺旋：構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比大，承載能力高，加工方 便、傳動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠、易于自鎖 缺 點(diǎn) ：磨損快、壽命短，低速時(shí)有爬行現(xiàn)象（滑移）， 摩擦損耗大，傳動(dòng)效率低（3040%）傳動(dòng)精度低 86 2、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)摩擦性質(zhì)為滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)是 在具有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填 若干滾動(dòng)體（多用鋼球），當(dāng)傳動(dòng)工作時(shí)，滾動(dòng) 體沿螺紋滾道滾動(dòng)并形成循環(huán)。按循環(huán)方

35、式有： 內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)兩種 返 回 通 道 螺 母滾 珠 螺 桿 反 向 器 特點(diǎn)：傳動(dòng)效率高（可達(dá)90%），起動(dòng)力矩小，傳動(dòng)靈 活平穩(wěn)，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆 運(yùn)動(dòng)效率相同，可實(shí)現(xiàn)逆?zhèn)鲃?dòng)。 缺點(diǎn)：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 制造工藝要求高，成本較高。 87 3、靜壓螺旋液體摩擦，靠外部液壓系統(tǒng)提高壓力油，壓 力油進(jìn)入螺桿與螺母螺紋間的油缸，促使螺桿、 螺母、螺紋牙間產(chǎn)生壓力油膜而分隔開(kāi) p1 p2 進(jìn)油 回油 節(jié) 流 器 h1 h2 Fa 油腔 螺旋面 Fr B C A 特點(diǎn)：摩擦系數(shù)小，效率高，工作穩(wěn)定，無(wú)爬行現(xiàn)象，定位 精度高，磨損小，壽命長(zhǎng)。但螺母結(jié)構(gòu)

36、復(fù)雜（需密 封），需一穩(wěn)壓供油系統(tǒng)、成本較高。適用于精密機(jī) 床中進(jìn)給和分度機(jī)構(gòu) 88 二、滑動(dòng)螺旋的設(shè)計(jì)計(jì)算 1、結(jié)構(gòu)與材料 千斤頂?shù)湫徒Y(jié)構(gòu) 3 4 5 6 7 8 9 1 2 1- 托 杯 ；2- 螺 釘 ；3- 手 柄 ；4- 擋 環(huán) ；5- 螺 母 ； 6- 緊 定 螺 釘 ；7- 螺 桿 ；8- 底 座 ；9- 擋 環(huán) 2、耐磨性計(jì)算 滑動(dòng)螺旋中磨損是最主要的一種失 效形式，它會(huì)引起傳動(dòng)精度下降，空 間大，并使強(qiáng)度下降。 磨損的影響因素：工作面的比壓， 螺紋表面質(zhì)量，滑動(dòng)速度和潤(rùn)滑狀態(tài) 所以耐磨性計(jì)算主要限制螺紋工作 面上比壓P要求小于材料的許用比壓 當(dāng)速度相同時(shí)，比壓大，磨損量大 潤(rùn)

37、滑油不被擠出，易形成油膜潤(rùn)滑 89 耐磨性條件： / 22 P hHd QP hd uQ A uQ P 設(shè)計(jì)公式： 2 Ph QP d 2、自鎖性驗(yàn)算 v d np arctg d L arctg 22 3、螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 螺桿工作時(shí)同時(shí)受軸面壓力（拉力）Q與扭矩T的 作用，截面受拉（壓）應(yīng)力與扭剪應(yīng)力的復(fù)合作用 按彎扭復(fù)合強(qiáng)度條件計(jì)算第四強(qiáng)度理論 )()(3 2222 T ca W T A Q 90 4、螺母的螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算 由于螺母材料的強(qiáng)度通常低于螺桿材料的強(qiáng)度，因此螺紋 牙受剪和彎曲均在螺母上。將螺母一圈螺紋沿螺紋大徑處展 開(kāi)，即可視為一懸壁梁，每圈螺紋承受的平均壓力Q/u作用在 中徑

38、d2的圓周上。 b a a Q/u D D2 螺紋牙根部危險(xiǎn)剖面的彎 曲強(qiáng)度條件為： bb uDb Ql W M 6 2 剖面 -的剪切強(qiáng)度條件為： Dbu Q 91 5、螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算 當(dāng)螺桿較細(xì)長(zhǎng)且受較大軸向壓力時(shí)，可能會(huì)雙向彎曲而 失效，螺桿相當(dāng)于細(xì)桿，螺桿所承受的軸向壓力Q小于其臨 界壓力Qca S Ca SC n Q Q n nS螺桿穩(wěn)定許用安全系數(shù) 傳導(dǎo)螺旋nS =2.54.0；傳力螺旋 nS =3.55.0； 精密螺桿或水平螺桿 nS 4 92 D d h 6 0 d B A 60 EE CC 93 H H 用加高螺母 用普通螺母 94 受任意載荷螺栓組 向形心簡(jiǎn)化 四種簡(jiǎn)單狀

39、態(tài) 迭加 受載最大螺栓 按單個(gè)計(jì)算 例2、圖示底板用8個(gè)螺栓與支架相連，受外力Q作用，Q作用于 包含X軸并垂直于底板接縫面，試計(jì)算此螺栓組聯(lián)接。 （=30） 95 解：解： （一）受力分析（一）受力分析 Q QH QH=Qcos QV QV=Qsin H MH QH H= Qcos MH=H300 V MV QV V= Qsin MV=V400 H=4330N，V=2500N，M=MH-MV=299000N mm 96 （二）工作條件分析（二）工作條件分析 1、保證結(jié)合面不滑移 HkzF fs 又： z V cc c FF 21 2 )( 1 21 2 V cc c Hk z F s f 2、

40、受力最大螺栓軸向載荷 a 、FV=V/z=2500/8=312.5N（每個(gè)螺栓受V作用相同） b 、M作用，離形心越遠(yuǎn)受力越大 N M r rM F i i M 299 )100200(4 200 228 1 2 max max c 、最大工作載荷NFFF MV 5 .611 maxmax d 、螺栓總拉力)2 . 0(8 .5784 21 1 max 21 1 0 cc c NF cc c FF =5662.5N 8 . 0 21 2 cc c 取： kf =1.3 s=0.13 97 3、螺栓直徑： 3 . 14 0 F dc d1d 4、其它條件 a 、左側(cè)不出現(xiàn)間隙： b 、接合面右側(cè)

41、不壓潰： Pp W M A F z 0 21 2 W M A Fz W M A z V cc c Fz p 螺栓擰緊并承受軸向載 荷H后，剩余預(yù)緊力在結(jié)合 面產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力。 翻轉(zhuǎn)力矩對(duì)擠壓應(yīng)力的影響 選擇螺栓性能等級(jí)，計(jì)算許用應(yīng)力 。 98 結(jié)構(gòu)分析題結(jié)構(gòu)分析題 分析題圖所示的螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)，找出其中的錯(cuò)誤，簡(jiǎn)單說(shuō)明原因，并 畫圖改正。 （1）螺紋的大徑應(yīng)小于鉸制孔配合直徑 （2）彈簧墊圈的切口傾斜方向錯(cuò)誤 （3）螺紋部分長(zhǎng)度不夠 （4）螺栓無(wú)法由下向上裝入 99 雙頭螺柱聯(lián)接 （1）螺紋孔的的深度應(yīng)大于螺桿）螺紋孔的的深度應(yīng)大于螺桿 擰入深度擰入深度 （2）螺紋孔內(nèi)沒(méi)有光孔，深度應(yīng)）螺紋孔內(nèi)

42、沒(méi)有光孔，深度應(yīng) 大于螺紋孔，否則螺紋不能加工大于螺紋孔，否則螺紋不能加工 （3）上端螺柱的螺紋部分長(zhǎng)度不）上端螺柱的螺紋部分長(zhǎng)度不 夠夠 （4）下端螺柱無(wú)螺紋部分不可能）下端螺柱無(wú)螺紋部分不可能 擰入被聯(lián)接件擰入被聯(lián)接件2的螺紋孔的螺紋孔 （5）上邊的被聯(lián)接件應(yīng)該有通孔，）上邊的被聯(lián)接件應(yīng)該有通孔， 其孔徑應(yīng)大于螺桿直徑其孔徑應(yīng)大于螺桿直徑 100 螺釘聯(lián)接 （1）螺釘頭的周圍空間 尺寸太小，更沒(méi)有扳手空 間，圓柱螺釘頭也不能擰 緊 （2）上面的被聯(lián)接件必 須為光孔，不能是螺紋孔 （3）下面的被聯(lián)接件應(yīng) 有螺紋， （4）光孔的直徑應(yīng)與螺 紋小徑近似相同，而不是 等于螺紋大經(jīng) （5）缺少防松措

43、施 101 作業(yè) 1，圖示為某受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接的載荷變形圖 （1）當(dāng)工作載荷為2000N時(shí)，求螺栓所受總拉力及被聯(lián) 接件間殘余預(yù)緊力。（2）若被聯(lián)接件間不出現(xiàn)縫隙，最 大工作載荷是多少？ F/N /mm 3045 4000 102 2，汽缸蓋聯(lián)接結(jié)構(gòu)如圖，汽缸內(nèi)徑D=250mm，為保證氣密性要求 采用12個(gè)M18的螺栓，螺紋內(nèi)徑15.294mm，中徑16.376，許用拉 應(yīng)力=120MPa，取剩余預(yù)緊力為工作拉力的1.5倍，求汽缸所能 承受的最大壓強(qiáng)（取計(jì)算直徑dc=d1） 103 3，圖示為一鑄鐵吊架，它用兩只普通螺栓固定在梁上。吊架 承受的載荷FQ=10000N，螺栓材料為5.8

44、級(jí)、Q235， s=400MPa，安裝時(shí)不控制預(yù)緊力，取安全系數(shù)Ss=4，取剩 余預(yù)緊力為工作拉力的0.4倍，試確定螺栓所需最小直徑。 104 4，圖示，剛性凸緣聯(lián)軸器用六個(gè)普通螺栓聯(lián)接。螺栓均勻 分布在D=100mm的圓周上，接合面摩擦因數(shù)f=0.15，考慮 摩擦傳力的可靠性系數(shù)C=1.2。若聯(lián)軸器傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=150Nm，載荷較平穩(wěn)，螺栓材料為6.8級(jí)、45鋼， s=480MPa，不控制預(yù)緊力，安全系數(shù)取Ss=4，試求螺 栓的最小直徑。 105 MPa s 300 2 s S MPa p 150 7 . 0 21 2 cc c 5，圖示為一軸承托架，用4個(gè)普通螺栓固定在鋼制立 柱上。托架

45、材料為鑄鐵，螺栓的強(qiáng)度為5.6級(jí)， 。已知FR=6000N，聯(lián)接結(jié)構(gòu)尺寸如圖，設(shè)計(jì)此螺栓聯(lián)接。 （S=0.3,不從心Kf=1.2, ,） 106 答 案 F/N /mm 3045 4000 FE FR Fa Fb Fc 1，解： （1）螺栓剛度 57735. 0tan 30 b k 被聯(lián)接件剛度 1tan 45 c k 由圖知道預(yù)緊力F0=4000N 螺栓所受總拉力 NF kk k FF E cb b a 47322000 157735. 0 57735. 0 4000 0 107 被聯(lián)接件間剩余預(yù)緊力 NF kk k FF E cb c R 27322000 157735. 0 1 4000

46、 0 （2）被聯(lián)接件不出現(xiàn)縫隙，需 0 0 E cb c R F kk k FF 4 .6309 0 F k kk F c cb E 則FEmax=6309.4 108 2，解： 設(shè)設(shè)Fa為螺栓軸向總拉力為螺栓軸向總拉力 則 3 . 14 2 1 d Fa 根據(jù)題意根據(jù)題意FR=1.5FE，F(xiàn)E為螺栓工作拉力為螺栓工作拉力 則 EEEERa FFFFFF5 . 25 . 1 則 NdFE67833 . 15 . 24 2 1 汽缸壓力為 MPaDFnp E 658. 14 2 109 3，解： 許用拉應(yīng)力許用拉應(yīng)力 MPa SS S 100 兩個(gè)螺栓，Z=2，每個(gè)螺栓的工作載荷 N Z F F Q E 7000 根據(jù)題上條件，剩余預(yù)緊力 NFF ER 20004 . 0 螺栓總軸向力 NFFF