螺紋連接和螺旋傳動方案PPT課件

1、江漢大學專用 作者： 潘存云教授 按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋第1頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制螺紋的牙型潘存云教授研制矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋1530330潘存云教授研制潘存云教授研制第2頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋潘存云教授研制

2、左旋螺紋第3頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分 按回轉體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋 一般: n 4PSS = 2PPSPS =Pn線螺紋: S = n P單線螺紋多線螺紋第4頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分 按回轉體的內(nèi)外表面分 按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋螺紋副第5頁/共91頁

3、江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制外螺紋內(nèi)螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制第6頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分 按回轉體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋連接螺紋傳動螺紋螺旋傳動第7頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 連接螺紋傳動螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制第8頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分 按回轉體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形

4、狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋連接螺紋傳動螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋第9頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制圓柱螺紋圓錐螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制管螺紋第10頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制(3)中徑中徑d2 也是一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。d1d2d(1)大徑d 與外螺紋牙頂(或內(nèi)螺紋牙底)相重合的假想圓柱體的直徑。(2) 小徑 d1 與外螺紋牙底(或內(nèi)螺紋牙頂)相重合的假想圓柱體的直徑。(4) 螺距P 相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。(5) 導程S

5、(6) 螺紋升角 中徑d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角 (7)牙型角 軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側邊的夾角。牙型側邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。tan=d2 nP 牙側角 d2SS = nP同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距P二、螺紋的主要幾何參數(shù)SPP/2P/2 (8)接觸高度 h 內(nèi)外螺紋旋合后，接觸面的徑向高度。h第11頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 普通螺紋以大徑d為公稱直徑，同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細牙螺紋。60螺紋的精度等級:A級B級C級公差小，精度最高，用于配合精確，防振動等場合受載較大且

6、經(jīng)常拆卸，調整或承受變載荷的連接用于一般連接，最常用粗牙螺紋應用最廣。細牙螺紋的優(yōu)點：升角小、小徑大、自鎖性好、強度高缺點：不耐磨，易滑扣。應用：薄壁零件、受動載荷的連接和微調機構。Pd粗牙dP細牙dP細牙第12頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制梯形螺紋：梯 形鋸齒形30330為了減少摩擦和提高效率，這兩種螺紋的牙側角比三角形螺紋的要小得多。用于剖分螺母時，梯形螺紋可消除因摩擦而產(chǎn)生的間隙，應用較廣。鋸齒形螺紋的效率比矩形螺紋高，但只適合單向傳動。鋸齒形螺紋:常用于傳動。= 15= 3 粗牙普通螺紋、細牙普通螺紋和梯形螺紋的基本尺寸見后續(xù)各表（或查閱相關

7、機械設計手冊）。螺紋的基本尺寸：第13頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制直徑與螺距、粗牙普通螺紋基本尺寸 mmmm3 0.5 2.675 2.459 3 0.5 2.675 2.459 公稱直徑（大徑） 粗 牙 細 牙 D D d d 螺距P P 中徑 D D2 2 d d2 2 小徑 D D2 2 d d2 2 螺距P P 4 0.7 3.545 3.242 4 0.7 3.545 3.242 5 0.8 3.545 4.1345 0.8 3.545 4.1340.350.350.50.56 1 5.350 4.918 6 1 5.350 4.918 8 1.25

8、7.188 6.647 8 1.25 7.188 6.647 10 1.5 9.026 8.376 1.25, 1 0.75 10 1.5 9.026 8.376 1.25, 1 0.75 12 1.75 10.863 10.106 1.5, 1.25 0.5 12 1.75 10.863 10.106 1.5, 1.25 0.5 (14) 2 12.701 11.835 (14) 2 12.701 11.835 1.5, 11.5, 116 2 14.701 13.835 16 2 14.701 13.835 (18) 2.5 16.376 15.294 (18) 2.5 16.376 15

9、.294 20 2.5 18.376 17.294 20 2.5 18.376 17.294 (20) 2.5 20.376 19.294 (20) 2.5 20.376 19.294 24 3 22.052 20.752 24 3 22.052 20.752 (27) 3 25.052 23.752 (27) 3 25.052 23.752 30 3.5 27.727 26.211 30 3.5 27.727 26.211 2, 1.5, 12, 1.5, 1注：括號內(nèi)的公稱直徑為第二系列 H H=0.866=0.866P P d d2 2= =d d-0.6495-0.6495P P d

10、d1 1= =d d-1.0825-1.0825P PD D1 1、d d1 1內(nèi)、外螺紋小徑 D D2 2、d d2 2內(nèi)、外螺紋中徑 D D、d d 內(nèi)、外螺紋大徑 P P螺距 標記示例：M24(M24(粗牙普通螺紋、直徑2424、螺距3) 3) M24M241.5(1.5(細牙普通螺紋, ,直徑24,24,螺距1.5) 1.5) P PP P/8/8P P/8/8P P/8/8H H/4/4D D d dD D2 2 d d2 2 D D1 1 d d1 1 P P/2/2P P/4/43030 6060 9090 第14頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制 細牙

11、普通螺紋基本尺寸 mm螺距P 中徑D2、d2 小徑D1、d10.35 d-1+0.773 d-1+0.621 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1.25 d-1+0.188 d-2+0.647 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 2 d-2+0.701 d-3+0.835 3 d-2+0.052 d-4+0.752 第15頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制 梯形螺紋基本尺寸 mmmm標記示例：Tr488(梯形螺紋，直徑48，螺距8)P P

12、 h h3 3= =H H4 4 a ac c 第1 1系列 第2 2系列 D D2 2 d d2 2 D D1 1 螺距 螺紋牙高 牙頂間隙 公稱直徑d d 中 徑 內(nèi)螺紋小徑 12 6.5 0.5 9012 6.5 0.5 90、100 85100 85、95 95 d d-6 -6 d d-12 -12 10 5.5 0.5 4010 5.5 0.5 40、7070、80 3880 38、4242、65 65 d d-5 -5 d d-10 -10 8 6.5 0.5 488 6.5 0.5 48、52 4652 46、50 50 d d-4 -4 d d-8 -8 4 2.25 0.2

13、5 164 2.25 0.25 16、20 18 20 18 d d-2 -2 d d-4 -4 5 2.75 0.25 245 2.75 0.25 24、28 2228 22、26 26 d d-2.5 -2.5 d d-5 -5 6 2.25 0.5 326 2.25 0.5 32、36 3036 30、34 34 d d-3 -3 d d-6 -6 內(nèi)螺紋外螺紋dPR1R2D1D4H1D2 d2d3acac30 H4R2第16頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制d dd d2 2d d1 1P P用螺紋密封的管螺紋普通細牙

14、螺紋管螺紋非螺紋密封管螺紋（圓柱管壁 = 55）用螺紋密封管螺紋（圓錐管壁 = 55）60圓錐管螺紋公稱直徑管子的公稱通徑。強調與普通螺紋不同55 55 非螺紋密封的管螺紋d dd d2 2d d1 1P P2第17頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 5 52螺紋連接的類型及標準連接件一、 螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型eaal1 1l1 1可承受橫向載荷。螺紋余留長度l1 鉸制孔用螺栓靜載荷l1=(0.30.5)d;變載荷l1=0.75d;沖擊載荷或彎曲載荷l1 d;鉸制孔用螺栓l1 d;螺紋伸出長度a=(0.20.3)d; 螺栓軸線到被連接件邊緣的距離e=d+(36) mm用

15、于經(jīng)常拆裝易磨損之處。潘存云教授研制潘存云教授研制d潘存云教授研制d孔與螺桿之間留有間隙潘存云教授研制潘存云教授研制第18頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、 螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型螺釘連接座端擰入深度H，當螺孔材料為：ae ee e雙頭螺柱連接 連接件厚，允許拆裝。鋼或青銅 H=d;鑄鐵 H=(1.251.5)d鋁合金 H=(1.52.5)d螺紋孔深度 H1=H+(22.5)P;鉆孔深度 H2=H1+(0.51)d;參數(shù)l1 、e、a與螺栓相同 l1 1l1 1H HH HH H1 1H H1 1H H2 2H H2 2結構

16、簡單，省了螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺孔而修復困難。5 52螺紋連接的類型及標準連接件d第19頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制一、 螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型螺釘連接雙頭螺柱連接緊定螺釘連接緊定螺釘5 52螺紋連接的類型及標準連接件潘存云教授研制第20頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制二、螺紋緊固件螺栓螺紋緊固件螺栓的結構形式LL0d六角頭LdL0小六角頭第21頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 dL0L1LL1 座端長度L0 螺母端長度二、螺紋緊固件螺紋緊固件雙頭螺柱螺栓第22頁/共91頁江漢大學專用 作

17、者： 潘存云教授 二、螺紋緊固件螺紋緊固件末端結構頭部結構螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓第23頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制二、螺紋緊固件螺紋緊固件潘存云教授研制地腳螺栓 潘存云教授研制起吊螺釘 螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋連接T 型螺栓 第24頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 二、螺紋緊固件螺紋緊固件用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。用于尺寸受限制之處。國標羅列有余種不同結構的螺母螺母螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋連接六角螺母六角扁螺母六角厚螺母潘存云教授研制圓螺母第25頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制其它螺母：第26頁/共9

18、1頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制其它螺母：第27頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 墊圈 平墊圈薄平墊圈A型平墊圈B型平墊圈螺母 螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱二、螺紋緊固件螺栓螺紋緊固件斜墊圈彈簧墊圈圓螺母用止動墊圈作用：增加支撐面積以減小壓強，避免擰緊螺母擦傷表面、防松。專用螺紋連接第28頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 5 53螺紋連接的預緊預緊力：預緊力：大多數(shù)螺紋連接在裝配時都需要擰緊，使之大多數(shù)螺紋連接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預先受到力的作用，這個預加在承受工作載荷之前，預先受到力的作用，這個預加作用力稱為預緊力。作用力稱為預緊

19、力。預緊的目的：預緊的目的：增強連接的可靠性和緊密性，以防止受增強連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對移動。載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對移動。預緊力的確定原則：預緊力的確定原則： 擰緊后螺紋連接件的預緊應力不擰緊后螺紋連接件的預緊應力不得超過其材料的屈服極限得超過其材料的屈服極限s ss的的80%。 一、概述一、概述一般螺紋連接在裝配時都必須擰緊，這時螺紋連接受到預緊力的作用。對于重要的螺紋連接，應控制其預緊力，因為預緊力的大小對螺紋連接的可靠性，強度和密封均有很大影響。碳素鋼螺栓：F0(0.6(0.60.7) s s A1合金鋼螺栓： F0 (0.5(0.50.

20、6) s s A1A1 危險截面積， A1 d d2 21 1/4/4第29頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 0212c0 f()2FdTTTtgf Fr0212tan()2FdTTT二、 擰緊力矩21TTTT T1 1 克服螺紋副相對轉動的阻力矩；T T2 2 克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；設預緊力為F F0 0 或預緊力（不受軸向載荷） fc c 摩擦因子。 無潤滑時取 fc c =0.15 =0.15Rf f 支撐面摩擦半徑。rf =( =(dw w+ +d0 0)/4)/4簡化公式 適用于M10M60的粗牙螺紋， f=0.15, fc=0.15, T 0.2 0.2 F F

21、0 0 dFa是由連接要求決定的，為了發(fā)揮螺栓的工作能力和保證預緊 可靠，應?。嚎偭?注意：對于重要的連接，應盡可能采用大于M12的螺栓。F Fa ad0dT第30頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 測力矩扳手預緊力控制方法: :連接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時，不會自動松脫。但在沖擊、振動和變載條件下，預緊力可能在某一瞬時消失，連接仍有可能松動。高溫下的螺栓連接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設計時必須考慮防松。即防止相對轉動。F F定力矩扳手通常螺紋連接擰緊是憑工人的經(jīng)驗來決定的，重要螺栓則必須預緊力進行精確控制。(1)(1)

22、憑手感經(jīng)驗(2)(2)測力矩扳手(3)(3)定力矩扳手( (4)4)測定伸長量潘存云教授研制L LS SL LM ML LS S第31頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 尼龍圈鎖緊螺母連接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時，不會自動松脫。但在沖擊、振動和變載條件下，預緊力可能在某一瞬時消失，連接仍有可能松動而失效。高溫下的螺栓連接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設計時必須考慮防松，即防止相對轉動。防松的方法 1. 利用附加摩擦力防松彈簧墊圈對頂螺母5 53螺紋連接的防松防松防止螺旋副相對轉動。 第32頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存

23、云教授 開口銷與六角開槽螺母串聯(lián)鋼絲2. 采用專門防松元件防松圓螺母用止動墊圈潘存云教授研制止動墊圈潘存云教授研制潘存云教授研制第33頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 沖點防松法3. 其它方法防松11.5P用沖頭沖2至3點粘合法防松涂粘合劑第34頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 5 55螺紋連接的強度計算螺栓連接的主要失效形式滑扣 因經(jīng)常拆裝受拉螺栓塑性變形塑性變形 螺紋部分疲勞斷裂疲勞斷裂受剪螺栓受剪螺栓 剪斷壓潰 螺桿和孔壁的貼合面經(jīng)常拆卸經(jīng)常拆卸 軸向變載荷斷裂第35頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據(jù)

24、等強度原則及使用經(jīng)驗規(guī)定的。采用標準件時，這些部分都不需要進行強度計算。所以，螺栓連接的計算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標準選定螺紋公稱直徑d及螺距P等。 一、松螺栓連接強度計算強度條件a21 /4Fds式中 d1 螺紋小徑 mm ， 許用應力二、緊螺栓連接強度計算FaFa力除以面積設計公式a14 Fds裝配時需要擰緊，在工作狀態(tài)下可能還需要補充擰緊。1. 僅承受預緊力的緊螺栓連接2. 承受受預緊力和工作拉力的緊螺栓連接的緊螺栓連接3. 承受工作剪力的緊螺栓連接承受工作剪力的緊螺栓連接裝配時不須要擰緊第36頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 1.3s螺栓受軸向拉力F0和摩擦力矩T

25、1的雙重作用。021/ 4Fds拉應力1. 僅承受預緊力的緊螺栓連接扭轉切應力113T1/16TTWd0231tan()2/16Fdd022112tan()/4Fddd對于M10M64的普通鋼制螺紋，可?。?Tan f =0.17， d2 /d1=1.04 1.08, tan 0.5 得： 0.5 分母為抗剪截面系數(shù)計算應力22ca3ss22)5 . 0( 3ss由此可見，對于M10 M64普通螺紋的鋼制緊螺栓連接，在擰緊時，雖然同時承受拉伸和扭轉的聯(lián)合作用，但在計算時，可以只考慮拉伸強度計算，并將預緊力增大30%來考慮扭轉的影響。0ca211.3/ 4Fdss強度條件第37頁/共91頁江漢大

26、學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制當承受橫向工作載荷時， 預緊力F0導致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應大于橫向載荷F。C 可靠性系數(shù)，常取 C=1.11.30CFFmf預緊力F0 f 摩擦系數(shù)，對鋼與鑄鐵，取 f =0.10.15m 結合面數(shù) 上圖m=1,下圖m=2若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 則F0 8F結構尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0第38頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制FF/2F/2潘存云教授研制D2. 受預緊力和工作拉力的緊螺栓連接改進措施： (

27、1)采用鍵、套筒、銷承擔橫向工作載荷。螺栓僅起連接作用(2)采用無間隙的鉸制孔用螺栓。設流體壓強為p，螺栓數(shù)目為Z，則缸體周圍每個螺栓的平均載荷為pD2/4F = =ZpFF第39頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制 預緊 狀態(tài)潘存云教授研制特別注意，軸向載荷：F2 F0+F加預緊力后螺栓受拉伸長b被連接件受壓縮短m加載 F 后:螺栓總伸長量增加為 總拉力為 被連接件壓縮量減少為 殘余預緊力減少為 F1 很顯然 F1F0 被連接件放松了 +bm - - F0F0受載變形松弛狀態(tài)潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授

28、研制F2F2F2=F+F1F1F1FFmb F0F0第40頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制b連接件變形力螺栓變形力FbFm螺栓變形力F2F1FF0F0F0barctanCbarctanCmmm第41頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 力螺栓變形arctanCb潘存云教授研制相對剛度系數(shù)F= Fb +Fm=(Cb +Cm ) Cb +CmCbF2 = F0 +FCb +CmCbF1 = F0 F 1 1- -F1= F0- - F= F0 - - Cm F2= F0 + + Fb= F0 + +Cb Cb +CmF=FF2FbF0代入得：表54

29、螺栓的相對剛度系數(shù)墊片類型 金屬墊片或無墊片 皮革 銅皮石棉 橡膠 0.20.3 0.7 0.8 0.9Cb +CmCbFmF1第42頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 2ca211.3/ 4Fdss靜強度條件重要場合的螺栓連接，還應進行疲勞強度校核。2141 .3Fds設計公式當工作拉力在0F之間變化時，螺栓所受總拉力在F0 F2之間變化。F2 F0 m bF 若不考慮摩擦力矩的影響，有2max21/ 4Fds最大拉應力：0min21/ 4Fds最小拉應力：maxminba2bm122CFCCdsss應 力 幅 ：第43頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 DI因為min

30、=const , 應力工作點M落在ODG I區(qū)域內(nèi)，依據(jù)疲勞強度理論有-1tcmincaamin2()()(2)KSSKssssssss其中 -1tc 螺栓材料的對稱循環(huán)拉壓疲勞極限。疲勞極限-1 -1tc10 160220 120 150Q215 170220 12016035 220300 17022045 250340 19025040Cr 320440 240340材 料 材料特性系數(shù)碳素鋼 =0.10.2合金鋼 =0.30.3min-1e-1amOCAS GMM3K 綜合影響系數(shù)S 安全系數(shù) 見下頁第44頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制螺栓連接的安全系數(shù)S

31、 碳素鋼 54 42.5 2.52 碳素鋼 12.58.5 8.5 8.512.5 M6M16 M16M30 M30M60 M16M16 M16 M30 M30M60不控制預緊力的計算控制預緊力的計算受載類型 靜載荷 變載荷松螺栓連接 1.21.7合金鋼 5.75 53.4 3.43 合金鋼 106.8 6.8 6.810 1.2 1.5 1.2 1.5(Sa=2.54 )鋼：S=2.5， Sp= 1. 25 鋼：S=3.55， Sp= 1. 5鑄鐵：Sp=2.02.5 鑄鐵： Sp= 2.53鉸制孔用螺栓連接受軸向及橫向載荷的普通螺栓連接緊螺栓連接第45頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存

32、云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制 這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓。在連接接合面處，螺栓桿則受剪切。3 3承受工作剪力的緊螺栓連接承受工作剪力的緊螺栓連接螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為 螺栓桿的剪切強度條件為螺栓桿的剪切強度條件為 F 螺栓所受的工作剪力，單位螺栓所受的工作剪力，單位為為N；PP0minFd Lss 204FdLminmin鉸制孔用螺栓FFd0設計時應使設計時應使 Lmin1.25d0d0 螺栓剪切面的直徑（可取螺螺栓剪切面的直徑（可取螺栓孔直徑），單位為栓孔直徑），單位為mm；Lmin 螺栓桿與

33、孔壁擠壓面的最螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，小高度， 單位為單位為mm。第46頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 5 56 6螺栓組連接的設計在設計螺栓組連接時，關鍵是連接的結構設計。它是根據(jù)被連接件的結構和連接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式。為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證連接結為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證連接結合面受力均勻，通常連接接合面的幾何形狀都設計合面受力均勻，通常連接接合面的幾何形狀都設計成成一、螺栓組連接的結構設計一、螺栓組連接的結構設計基本原則：基本原則：大多數(shù)機械中螺栓都是成組使用的。大多數(shù)機械中螺栓都是成組使用的。軸對稱的簡單幾何形狀軸對稱的簡單幾何形

34、狀 圓形圓形 圓環(huán)形圓環(huán)形 矩形矩形 矩形框矩形框 三角形三角形 第47頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制螺栓布置應使各螺栓的受力合理螺栓布置應使各螺栓的受力合理FF(1) 對于鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均；潘存云教授研制潘存云教授研制合理不合理(2)當螺栓連接承受彎矩或轉矩時，應使螺栓的位置適當靠近連接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。第48頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制dhD螺栓的排列應有合理的間距、邊距，以保證扳手空間

35、螺栓的排列應有合理的間距、邊距，以保證扳手空間(3)當同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，采用抗 剪零件來承受橫向載荷。潘存云教授研制潘存云教授研制60CCEE60扳手空間的尺寸見有關標準。AB潘存云教授研制第49頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 對于壓力容器等緊密性要求較高的重要連接。螺栓的間距不大于下表所推薦的取值。t0潘存云教授研制螺栓間距t0工作壓力/MPa7d 5d 4.5 4d 3.5 3d t0 /mm 1.6 1.6 4 410 1016 1620 2030 d為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)

36、目取成布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成 4、6、8等偶數(shù)。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應相同同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應相同第50頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制支承面傾斜采用凸臺或沉孔結構潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制支承面不平保證被連接件，螺母和螺栓頭支承面平整，并與螺栓軸線相互垂直。對于在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時，應制成凸臺或沉頭座。當支承面為傾斜表面時，應采用斜面墊圈等。避免螺栓承受附加的彎曲載荷避免螺栓承受附加的彎曲載荷切削加工支承面支承面傾斜潘存云教授研制第51頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 二、螺栓組連接

37、的受力分析二、螺栓組連接的受力分析受力分析的目的受力分析的目的: : 根據(jù)連接的結構和受載情況，求出受力最大的螺根據(jù)連接的結構和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進行螺栓連接的強度計算。栓及其所受的力，以便進行螺栓連接的強度計算。受力分析時所作假設受力分析時所作假設: : (1)(1)所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同；所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同； (3)(3)受載后連接接合面仍保持為平面。受載后連接接合面仍保持為平面。受力分析的類型：受力分析的類型：(2)(2)螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合；螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合；受轉矩受轉矩受橫向載

38、荷受橫向載荷受軸向載荷受軸向載荷受傾覆力矩受傾覆力矩M第52頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 （1）對于鉸制孔用螺栓連接，每個螺栓所受工作剪對于鉸制孔用螺栓連接，每個螺栓所受工作剪力為力為（2）對于普通螺栓連接對于普通螺栓連接 ，按預緊后接合面間所產(chǎn)生的，按預緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有式中式中 z z為螺栓數(shù)目。為螺栓數(shù)目。 圖示為由四個螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。1 1受橫向載荷受橫向載荷的螺栓組連接的螺栓組連接zFF0SfF ziK FKs為防滑系數(shù)，設計中可取為防滑系數(shù)，設計中可取Ks =1.

39、11.3。潘存云教授研制鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓FFFF潘存云教授研制普通螺栓S0K FFfzi或或第53頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制TO潘存云教授研制O采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺栓組受轉矩時的受力情況是不同的。2受轉矩的螺栓組連接受轉矩的螺栓組連接01020zsF frF frF frK T1,zi iiFrT采用普通螺栓，是靠連接預采用普通螺栓，是靠連接預緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉矩來抵抗轉矩T。采用鉸制孔用螺栓，是靠采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉矩壓作用來抵

40、抗轉矩T。maxmax,iiFFrrmaxmax21ziiTrFrS01ziiK TFfrTrmaxFmaxr1f F0f F0r2riFi假設底板受載仍為平面，則螺栓的剪切變形量與距離成正比，F(xiàn)=Kri,iiFK r剪切力與距離r的比值為常數(shù)第54頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制D3受軸向載荷的螺栓組連接受軸向載荷的螺栓組連接若作用在螺栓組上軸向總載荷若作用在螺栓組上軸向總載荷F F 作用線與螺栓軸作用線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對稱中心，則各個螺栓受載線平行，并通過螺栓組的對稱中心，則各個螺栓受載相同，每個螺栓所受軸向工作載荷為相同，每個螺栓所受軸向工作載荷

41、為通常，各個螺栓還承受預緊通常，各個螺栓還承受預緊力力F0的作用，當連接要有保證的的作用，當連接要有保證的殘余預緊力為殘余預緊力為F1時，每個螺栓所時，每個螺栓所承受的總載荷承受的總載荷F2為為zFF=F2 = F1 + FpFFF第55頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制4受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接 傾覆力矩 M 作用在連接接合面的一個對稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已被擰緊并承受預緊力F0且被拉伸，地基有均勻的壓縮。在作用M后，接觸面繞0-0線轉動一個角度，左邊的地基被放松，而螺栓被進一步拉伸；右邊的螺栓被放松，而地基被進一步壓

42、縮。單個螺栓拉力單個螺栓拉力產(chǎn)生的力矩為產(chǎn)生的力矩為F1F0 F0 p ( F 0引起引起)F2mp2( F1m引起引起)p1( F1引起引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi Li iimaxmax=rFrF假設底板受載仍為平面，則螺栓受力與螺栓中心到螺栓組排列中心的距離成正比。ii=rKF螺栓承受的載荷與距離成正比螺栓承受的載荷與距離成正比 第56頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制F1m 強調是基座上的壓力Fm F2m F1 F F2 C2 單個螺栓的受力分析單個螺栓的受力分析Om 力力 變形變形 Ob 1ziiiMFL作用在底板兩側的合力矩與傾覆力矩作用在底

43、板兩側的合力矩與傾覆力矩M平衡，即平衡，即未加傾覆力矩時，工未加傾覆力矩時，工作點在作點在A。Mi=0施加傾覆力矩施加傾覆力矩M時，時，左邊的螺栓，工作點移至左邊的螺栓，工作點移至B1 和和C1 右邊的螺栓，工作點移至右邊的螺栓，工作點移至B2 和和C2 左邊螺栓總拉力增加，右邊螺栓總拉力減小。F2 F2m C1 B2 B1 iiLFLFmaxmax由：iiLLFFmaxmax求得最大工作載荷ZiLMLF12imaxmaxA F0 第57頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 0PmaxPzFMAWss00minPWMAzFs螺栓的總拉力螺栓的總拉力maxmbb02FCCCFF為防止接合

44、面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出為防止接合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求現(xiàn)間隙，要求連接接合面材料的許用擠壓應力材料 鋼 鑄鐵 混凝土 磚(水泥漿縫) 木材p(MPa) 0.8 S (0.40.5)B 2.03.0 1.52.0 2.04.0直接引用前面的結論第58頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 5 57螺栓的材料和許用應力一、螺紋連接件一、螺紋連接件材料材料螺栓、螺柱、螺釘常用材料：螺栓、螺柱、螺釘常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素鋼；等碳素鋼；特殊用途特殊用途( (防磁、導電防磁、導電): ): 特殊鋼、銅合金、鋁合金等。特殊鋼、銅合金、鋁合金等。螺

45、栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃槁菟?、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級。級。3.6 4.6 4.8 5.6 58 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9作為標準零件，螺紋連接件是按其性能等級選用的。對于一定性能等級的螺紋連接件應具備一定的強度極限。沖擊振動場合用：沖擊振動場合用：15Cr、40Cr、 30CrMnSi等合金鋼。等合金鋼。普通墊圈：普通墊圈：Q235、15、 35彈簧墊圈：彈簧墊圈： 65Mn 第59頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 選用原則：選用原則： 一般用途：通常選用一般用途：通常選用4.8級左右的螺栓，級左右的螺栓， 重要場合：要選用高的性能等級，重要場合：要選

46、用高的性能等級， 如在壓力容器中常采用如在壓力容器中常采用8.8級的螺栓。級的螺栓。螺母的性能等級分為 7級。 4 5 6 8 9 10 12第60頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 二、螺紋連接件的許用應力二、螺紋連接件的許用應力 螺紋連接件的許用應力與載荷性質螺紋連接件的許用應力與載荷性質( (靜、變載荷靜、變載荷) )、裝配情況裝配情況( (松、緊連接松、緊連接) )、材料、結構尺寸有關。、材料、結構尺寸有關。許用拉應力許用拉應力 許用切應力和擠壓應力許用切應力和擠壓應力 S SssS SsSPPSss被連接件為鋼被連接件為鋼PBPSss被連接件為鑄鐵被連接件為鑄鐵S S, ,

47、 S Sp p 安全系數(shù)，其取值詳見下頁表。安全系數(shù)，其取值詳見下頁表。第61頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制螺栓連接的安全系數(shù)S 碳素鋼 54 42.5 2.52 碳素鋼 12.58.5 8.5 8.512.5 M6M16 M16M30 M30M60 M16M16 M16 M30 M30M60不控制預緊力的計算控制預緊力的計算受載類型 靜載荷 變載荷松螺栓連接 1.21.7合金鋼 5.75 53.4 3.43 合金鋼 106.8 6.8 6.810 1.2 1.5 1.2 1.5(Sa=2.54 )鋼：S=2.5， Sp= 1. 25 鋼：S=3.55， Sp=

48、1. 5鑄鐵：Sp=2.02.5 鑄鐵： Sp= 2.53鉸制孔用螺栓連接受軸向及橫向載荷的普通螺栓連接緊螺栓連接第62頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 5 58提高螺栓連接強度的措施承受軸向變載荷時，螺栓的損壞形式：疲勞斷裂容易斷裂部位：一、降低螺栓總拉伸載荷F2的變化范圍軸向工作載荷F的變化范圍 0 FCb+ CmCbF0 F0 +F總拉伸載荷的F2變化范圍 Cb 或 Cm F2變化范圍F 提高螺栓連接強度的措施有哪些呢？ 以螺栓連接為例，螺栓連接的強度主要取決于螺栓的強度，因此，提高螺栓的強度，將大大提高連接系統(tǒng)的可靠性。65%20%15%第63頁/共91頁江漢大學專用 作者

49、： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F0 m b措施一：降低螺栓剛度（ Cb Cb , b Cm , m m ） 措施三：綜合措施（ Cb Cm , F0 F0 ）F F F1 F2 F2FF m F1 bF0m 雖然F= =FF F強調殘余預緊力減小但有F F強調殘余預緊力減小F= =FF= =F， F1 = =F 1F F F2 2 F F3 3 F F4 4 F F5 510圈以后，螺母牙幾乎不承受載荷。螺栓桿F F潘存云教授研制螺栓桿F F螺母體均載螺母均載原理 螺母和螺桿均為拉伸變形，有助于減小兩者螺距變化，使受載均勻。加厚螺母第66頁/共91頁江漢大學專用 作

50、者： 潘存云教授 潘存云教授研制1015懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母1015內(nèi)斜與環(huán)槽螺母均載原理相同螺母也受拉內(nèi)斜螺母因力的作用點外移可使載荷較大的頭幾圈螺紋牙容易變形，使載荷上移而改善載荷分布不均。均載元件懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母內(nèi)斜螺與環(huán)槽螺母都是改變螺母旋合部分的變形性質，使之和螺栓變形性質相同，均為拉伸變形，從而使螺紋牙上載荷分布趨于均勻；鋼絲螺套加工復雜，僅限于用在重要場合或大型連接。第67頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制采用凸臺或沉孔結構潘存云教授研制潘存云教授研制三、減小應力集中1.1.增大過渡圓角2.2.切制卸載槽r r四、避免或減小附加應力3.3.卸

51、載過渡結構要從結構、制造與裝配精度采取措施。潘存云教授研制支承面不平切削加工支承面潘存云教授研制潘存云教授研制第68頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 五、采用特殊制造工藝冷鐓頭部、輾壓螺紋疲勞強度提高30% 比車削 表面處理： 氰化、氮化也能提高疲勞強度。球面墊圈采用球面墊圈和腰環(huán)螺栓可以保證螺栓的裝配精度。潘存云教授研制腰環(huán)螺栓潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制第69頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 一、螺旋傳動的類型和應用一、螺旋傳動的類型和應用調整螺旋調整螺旋靜壓螺旋靜壓螺旋類類型型運動形式有運動形式有5 59螺旋傳動螺母固定，螺桿轉動并移動螺母固定，螺桿

52、轉動并移動 螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動的。作用：回轉運動作用：回轉運動 直線運動，同時傳遞動力。直線運動，同時傳遞動力。螺桿轉動，螺母移動螺桿轉動，螺母移動 刀架刀架 按用按用途分途分傳力螺旋傳力螺旋傳導螺旋傳導螺旋滑動螺旋滑動螺旋滾動螺旋滾動螺旋按摩擦按摩擦性質分性質分傳遞動力傳遞動力 傳遞運動傳遞運動, ,要求精度高要求精度高調整相對位置調整相對位置應用實例為車床刀架溜板第70頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制調整螺旋調整螺旋第71頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 機床的進給機構機床的進給機構潘存云教授研制應用實例應用

53、實例: 機床的進給機構、起重機床的進給機構、起重設備（千斤頂）設備（千斤頂） 、鍛壓、鍛壓機械機械(壓力機)、測量儀、測量儀器（千分尺）、夾具、器（千分尺）、夾具、玩具、機器人及其他工玩具、機器人及其他工業(yè)裝備中。業(yè)裝備中。潘存云教授研制第72頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 應用實例應用實例 起重設備（起重設備（千斤頂千斤頂）鍛壓機械鍛壓機械(壓力機)潘存云教授研制潘存云教授研制第73頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 應用實例應用實例 工件夾緊裝置(鋸床)潘存云教授研制潘存云教授研制第74頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 應用實例應用實例 潘存云教授研制鉗

54、工虎鉗鉗工虎鉗 潘存云教授研制千分尺千分尺 第75頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存云教授 整體螺整體螺母母組合螺組合螺母母剖分螺剖分螺母母螺母結構螺母結構潘存云教授研制組合螺母組合螺母潘存云教授研制調整楔快調整楔快固定螺釘固定螺釘調整螺釘調整螺釘二、滑動螺旋的結構和材料二、滑動螺旋的結構和材料 滑動螺旋的結構主要是指螺桿、螺母的固定和支滑動螺旋的結構主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結構形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承承的結構形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結構有直接關系。結構有直接關系。1. 結構結構 潘存云教授研制剖分螺母剖分螺母第76頁/共91頁江漢大學專用 作者： 潘存

55、云教授 潘存云教授研制螺旋副材料要求：螺旋副材料要求：足夠的強度、耐磨性、摩擦因子小足夠的強度、耐磨性、摩擦因子小2. 滑動螺旋的材料滑動螺旋的材料螺桿材料: : Q257、45、50鋼，或T12、40Cr、65Mn 螺母材料: : ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl10Fe3.螺桿- -螺母材料 滑動速度 m/min m/min 許用壓力/MPa /MPa 摩擦因子 低速 181825 25 3 11 3 1118 18 6 61212 7 710 10 1515 1 12 淬火鋼青銅 鋼青銅 鋼鑄鐵 鋼鋼 6 61212 10 1013 0.060.08 2.42.4 13 1318 6 61212 4 47 低速 7.57.513 0.11 0.110.170.17 0.08 0.080.1 0.12 0.120.1