機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)CHAP7聯(lián)接要點(diǎn)

1、8第七章聯(lián)接基本要求:了解螺紋聯(lián)接的類型和特點(diǎn)；掌握螺紋聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算方法;掌握鍵聯(lián)接的類型及選擇計(jì)算；了解花鍵聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)重占：八、螺紋聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算難占：八、螺紋聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算學(xué)時(shí):課堂教學(xué)：4學(xué)時(shí)；教學(xué)方法：課堂講授，多媒體動(dòng)畫(huà)作業(yè)：由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、調(diào)整、運(yùn)輸?shù)仍?，機(jī)器中有許多零件需要按照一定 的要求和方式它們聯(lián)接起來(lái)，而構(gòu)成一個(gè)整體。因此一個(gè)出色的設(shè)計(jì)者應(yīng)了解聯(lián)接的種類、 特點(diǎn)和應(yīng)用，熟悉聯(lián)接設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。掌握好設(shè)計(jì)的方法。聯(lián)接一一近代機(jī)械設(shè)計(jì)（機(jī)器設(shè)計(jì)）中最感興趣的課題之一，也是近一些年來(lái)，發(fā)明創(chuàng) 造最多的。在通用機(jī)械中，聯(lián)接件占總零件數(shù)的

2、2050%。如Boeng's747中有250萬(wàn)個(gè)緊固聯(lián)接件聯(lián)接：零件的聯(lián)接方式有多種，通常所謂的聯(lián)接主要是指靜聯(lián)接?？刹鸬穆?lián)接聯(lián)接不可拆的聯(lián)接-螺紋聯(lián)接-鍵聯(lián)接（平鍵、花鍵、楔鍵）-銷(xiāo)聯(lián)接-彈性環(huán)聯(lián)接-成形聯(lián)接-夾緊聯(lián)接等-焊接鉚接粘接過(guò)盈配合靜聯(lián)接一一被聯(lián)接件間不充許產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 不可折聯(lián)接：鉚、焊、介于可折不可折之間，膠（粘）接等 可折聯(lián)接：螺紋、鍵、花鍵、銷(xiāo)、成型而聯(lián)接等動(dòng)聯(lián)接被聯(lián)接零件間可產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)各種運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接在這些聯(lián)接方式中尤其是以螺紋聯(lián)接應(yīng)用最為廣泛，各種類型的機(jī)器設(shè)備中都有這種聯(lián) 接方式，如：自行車(chē)等。螺紋聯(lián)接的主要特點(diǎn):§ 7 1 螺紋一、螺紋的形成把一銳

3、角為2的直角三角形繞到一直徑為 d的圓柱體上，繞時(shí)底邊與圓柱底邊重合， 則斜邊就在圓柱體上形成一條空間螺旋線。如用一個(gè)平面圖形 K （如三角形）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，同樣可得到矩形、梯形、鋸齒形、圓弧形（管螺紋）二、螺紋的類型螺紋 .三角形（普通螺紋）、管螺紋聯(lián)接螺紋（精密傳動(dòng)）按牙型1矩形螺紋，梯形螺紋，鋸齒形螺紋一一傳動(dòng)螺紋按位置內(nèi)螺紋在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋螺紋外螺紋在圓柱孔的外表面形成的螺紋三角形粗牙螺紋一一用于緊固件螺紋 “細(xì)牙螺紋一一同樣的公稱直徑d下，P小，自鎖性好，適于薄壁細(xì)小零件和沖擊變載等情況根據(jù)螺旋線

4、：左旋繞行方向螺紋右旋一一常用廠單頭螺紋（n=1） 用于聯(lián)接根據(jù)螺旋彳雙頭螺紋（n=2） I線頭數(shù)、多線螺紋（n2）用于傳動(dòng)三、螺紋的主要參數(shù)1） 外徑d （大徑）（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）di（Di）與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑，在強(qiáng)度計(jì)算中作 危險(xiǎn)剖面的計(jì)算直徑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，近似等于螺紋的平均直徑d2 0.5（d+d 1）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

5、于制造n < 4螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：L=nP7）螺旋升角2在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。二 arctgL / 二d2二 arctgnP二 d28）牙型角a 螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角D a9）牙型斜角3螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角。對(duì)稱牙型2各種螺紋（除矩形螺紋）的主要幾何尺寸可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)公稱尺寸為螺紋外徑對(duì)管 螺紋近似等于管子的內(nèi)徑。螺旋副的自鎖條件為：-："：=tg A J = arctgf rcos P（見(jiàn)機(jī)械原理）螺旋副的傳動(dòng)效率為：tgtg伴+化）克服軸向力Q勻速上升所需的圓周力F 二 Qtg（S； W）二 F

6、善 二 QtgGF呼v）J四、常用螺紋的種類、特點(diǎn)與應(yīng)用，為加深印象，特列表如下（管螺紋除外）。英制細(xì)牙螺紋，=55，內(nèi)外螺紋旋合后無(wú)徑向間隙，以保證配合緊密，公稱直徑為 管子內(nèi)徑，適于 P乞1.6MP 以下的水、煤、氣、油等管路。常用螺紋的比較（管螺紋除外類似于三角形）名稱三角梯形鋸齒矩形剖面形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn):正三角形等腰梯形不等腰梯形正方形牙型角aa =60 °a =30°a =30°a =0 °牙型傾角33 =30 °3 =15°3 =3 °3 =0 °Fv=f/cos 3 =1.155ffv=1.035ffv=

7、1.001ffv=f當(dāng)量摩擦系數(shù)-fv當(dāng)量摩擦角-申v =tg忡=6它5% =tg只=5 55cosP=5°47r2 v釣 一g/ -A? rfr田厶+丁【存t1 +口 冃 白斤/牛T、傳動(dòng)效率n-m?。ㄔ诼菁y升角2相同的條件下）tg（屮 +%）自鎖性 牙根強(qiáng)度條件屮蘭咒工藝性能 一般應(yīng)用當(dāng)（p、d、tv材料相同的條件下）t。一一旋合長(zhǎng)度即可車(chē)又可銃只能車(chē)不能銃聯(lián)接傳動(dòng)傳動(dòng)傳動(dòng)特點(diǎn)（優(yōu)缺點(diǎn) 及結(jié)構(gòu)性能）由P分：粗牙Md 用于緊固件細(xì)牙Mdxp d同而 d小，因而2 P 自鎖性T,適于薄壁 細(xì)小零件、沖擊、變 載等場(chǎng)合聯(lián)接可靠、防震性好，適于 重要的動(dòng)力傳動(dòng)，要求 精密強(qiáng)度高等，適于雙

8、 向傳動(dòng)，如車(chē)庫(kù)絲扭、 雙面工作。用部分螺母 可調(diào)間隙，應(yīng)用廣泛。性能介于梯形 與矩形之間，適 于單向傳動(dòng)，單面工作（3°）應(yīng)用千斤頂?shù)忍剡m于高效、輕 載傳動(dòng)如高低 機(jī)、方向機(jī)等， 但強(qiáng)度低、精度 差、磨損后有間 隙，加工藝性 差，為便于銃 磨，現(xiàn)已改用a =10 ° , 3 =5 ° 自行設(shè)計(jì)：p=1/4d,d=5/4d 1 h=1/8di§ 72螺紋聯(lián)接的主要類型和使用一、螺紋聯(lián)接主要類型四種基本類型，兩個(gè)變種（地腳與吊環(huán)）。根據(jù)設(shè)計(jì)應(yīng)用情況，今后工作需要，抽講兩點(diǎn)最重要的內(nèi)容，其余以自學(xué)為主。注意：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、作用與應(yīng)用場(chǎng)合1、螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接一

9、一被聯(lián)接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過(guò)通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝折方便，可多個(gè)裝 拆，應(yīng)用較廣。精密螺栓聯(lián)接一一裝配后無(wú)間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用，采用基孔制配合鉸制孔螺栓聯(lián)接（H7/m6,H7/n6 ）2、雙頭螺栓聯(lián)接一一螺桿兩端無(wú)釘頭，但均有螺紋，裝配時(shí)一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時(shí)。折裝時(shí)只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯(lián)接件中擰出。3、螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接一一適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況（手冊(cè)無(wú)六角頭螺釘，Lo=l即可）4、緊

10、定螺釘聯(lián)接一一擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應(yīng)的缺口中 以固定零件的相對(duì)位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)吊環(huán)螺釘聯(lián)接二、螺紋聯(lián)接件螺栓聯(lián)接一一用于工藝聯(lián)接|普通螺栓:六角頭：小六角頭，標(biāo)準(zhǔn)六角頭，大六角頭1）螺栓*1圓柱頭（內(nèi)六角）-鉸制孔螺栓一一螺紋部分直徑較小螺栓J粗制精制一一機(jī)械制造中常用2） 雙頭螺栓一一兩端帶螺紋 JA型一一有退刀槽施入端長(zhǎng)度也各有不同。 B型一一無(wú)退刀槽3）螺釘種類繁多半圓頭按頭部形狀平圓頭Q六角頭廠一字槽 I十字槽J共有 頭部起子槽j內(nèi)六角孔圓柱頭I一字加十字槽f要求全螺紋與螺栓區(qū)別-要求螺紋部分直徑較粗4）緊定螺釘廣錐端一一適

11、于零件表面硬度較低不常拆卸常合末端 < 平端一一接觸面積大、不傷零件表面，用于頂緊硬度較大的平面, 適于經(jīng)常拆卸L圓柱端一一壓入軸上凹抗中，適于緊定空心軸上零件的位置適于較輕材料和金屬薄板5）自攻螺釘一一由螺釘攻出螺紋6）螺母一六角螺母：標(biāo)準(zhǔn)，扁，厚丫圓螺母（與帶翅墊圈） +止退墊圈一一帶有缺口，應(yīng)用時(shí)帶翅墊圈內(nèi)舌嵌 入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊。螺母粗制精制粗制7）墊圈帶倒角J平墊I精制JA型普通墊圈 L斜墊1 B型一防松墊圈（彈簧墊圈）一一起防松作用帶翅墊圈等三、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松1、預(yù)緊螺紋聯(lián)接松聯(lián)接一一在裝配時(shí)不擰緊，只存受外載時(shí)才受到力的作用一一輕少用 I緊聯(lián)

12、接一一在裝配時(shí)需擰緊，即在承載時(shí)，已預(yù)先受力，預(yù)緊力Qp預(yù)緊目的：保持正常工作。如汽缸螺栓聯(lián)接，有緊密性要求，防漏氣，接觸面積要大性, 靠摩擦力工作時(shí)，增大剛性等。一一必?cái)Q緊增大剛性增加聯(lián)接剛度、緊密性和提高防松能力預(yù)緊力Qp預(yù)力軸向作用力（拉力）但：預(yù)緊過(guò)緊一一擰緊力過(guò)大Qp螺桿靜載荷增大、降低本身強(qiáng)度過(guò)松一一擰緊力 Qp過(guò)小一一工作不可靠1 2 2一般：碳鋼：QP = （0.6 0.7）；SAAidi mm螺栓最小剖面積4合金鋼：QP = （0.5 0.6）；s A二 S屈服極限 MPa板手?jǐn)Q緊力矩一一T=Fh LFh 作用于手柄上的力，L力臂。擰緊時(shí)螺母：T=T什T2T 擰緊，T1螺紋，

13、T2端面摩擦力矩螺栓：T1=T 3+T4T1螺紋，T3釘頭，T4夾持d 2其中：螺紋阻力矩：T1 =QPtg(I ?Iv)-2端面摩擦力矩：TfcQp1(-D)3 D1 do其中：fc螺母與支承面間的摩擦系數(shù)，取fc =0.15Di,do支承面的內(nèi)、外直徑。其余參數(shù)同前。1 2D3 _ d3 T 二Ti T2 二丄Qptg( ) 2fc( ； - 02)2 3D1 -d01 d2KSFg(")等豊)d2T=7g()心)Qp貝V T =KQP d 般 K=0.10.3對(duì)M10M68螺母，將其標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)代入，經(jīng)簡(jiǎn)化后得K豐0.2即: T=0.2QPd、而T=FhL=FhX d d卜Qp=7

14、5Fh說(shuō)明d過(guò)小宀螺栓易過(guò)載！(一般 L=15d)注：由于j d < M10 易過(guò)載Id>M68應(yīng)力分布不均j 最好取d=M16M 30預(yù)緊力Qp的控制一一測(cè)力矩板手一一測(cè)出預(yù)緊力矩J定力矩板手一一達(dá)到固定的擰緊力矩T時(shí)，彈簧受壓將自動(dòng)打滑。"測(cè)量預(yù)緊前后螺栓伸長(zhǎng)量一一S精度較高。2、防松：理論上，螺紋聯(lián)接一升角=1 42 3 2為什么還要防松：目的卜屮 宀滿足自鎖 < 根據(jù)什么防松：原理三角形螺紋當(dāng)量摩擦角=57"丿防松方法一一措施(1) 、防松目的(口述)實(shí)際工作中，外載荷有振動(dòng)、有變化、材料高溫需變等會(huì)造成摩擦力減少，螺紋副中正 壓力在某一瞬間消失、

15、摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動(dòng)，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋聯(lián)接就會(huì)松 馳而失效。因此，必須進(jìn)行防松，否則會(huì)影響正常工作，造成事故。(2) 、防松原理一一概括成一句話，即消除(或限制)螺紋副之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或增大 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的難度。(3) 、防松辦法及措施 摩擦防松一一雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等 尼母墊圈除防松外還可起密封作用 螺母一端做成非圓形收口或開(kāi)峰后徑面收口， 螺母擰緊后收口漲開(kāi)， 利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。 機(jī)械防松：開(kāi)槽螺母與開(kāi)口銷(xiāo)，圓螺母與止動(dòng)墊圈，彈簧墊片，軸用帶翅墊片，止動(dòng) 墊片，串聯(lián)鋼絲等。 永久防松：端鉚、沖點(diǎn)（破壞螺紋） 、點(diǎn)焊 化學(xué)防松粘合 思考題：雙頭螺栓聯(lián)接

16、，旋入端如何防松？出過(guò)題 利用螺尾旋緊產(chǎn)生橫向擴(kuò)張；利用過(guò)盈配合達(dá)到橫向擴(kuò)張； 利用桿端預(yù)緊，產(chǎn)生軸向預(yù)緊作用。§7-3 螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算一、失效原因與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1、失效形式和原因a）形式 工程中螺栓聯(lián)接多數(shù)為抗拉疲勞失效，靜態(tài)失效較少，但嚴(yán)重過(guò)載拉斷，螺牙剪斷，螺紋壓潰等可出現(xiàn)。統(tǒng)計(jì)表明： 90%以上螺栓失效皆與應(yīng)力集中有關(guān)，集中分布在三處： 螺母支承面第一、二牙圈處占 65% 桿螺尾退刀槽處占 20% 釘頭支承面處：占15%b）失效原因：應(yīng)力集中應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程 改善工藝、改進(jìn)結(jié)構(gòu)、正確安裝、注意使用方法皆可提高抗疲勞強(qiáng)度2、設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則與思路受拉螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)

17、則為保證螺栓的疲勞拉伸強(qiáng)度和靜強(qiáng)度 受剪螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證螺栓的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度 根據(jù)聯(lián)接特點(diǎn)、材料性質(zhì)、受力狀態(tài)、失效形式、確定螺桿危險(xiǎn)剖面處的尺寸，實(shí)質(zhì) 將螺栓看成最小直徑的光桿。其它尺寸和附件由等強(qiáng)度條件或使用經(jīng)驗(yàn)確定。 系統(tǒng)思路 本節(jié)主要討論單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算，它也適用于雙頭螺柱和螺釘聯(lián)接。 螺栓聯(lián)接的受載形式很多， 它所傳遞的載荷主要有兩類： 一類為外載荷沿螺栓軸線方向，稱軸向載荷；一類為外載荷垂直于螺栓軸線方向，稱橫向載荷。對(duì)螺栓來(lái)講，當(dāng)傳遞軸向載荷時(shí)，螺栓受的是軸向拉力，故稱受拉螺栓?？煞譃椴活A(yù)緊 的松聯(lián)接和有預(yù)緊的緊聯(lián)接。當(dāng)傳遞橫向載荷時(shí)， 一種是采用普通螺栓， 靠螺栓

18、聯(lián)接的預(yù)緊力使被聯(lián)接件接合面間產(chǎn) 生的摩擦力來(lái)傳遞橫向載荷， 此時(shí)螺栓所受的是預(yù)緊力， 仍為軸向拉力。 另一種是采用鉸制 孔用螺栓， 螺桿與鉸制孔間是過(guò)渡配合， 工作時(shí)靠螺桿受剪， 桿壁與孔相互擠壓來(lái)傳遞橫向 載荷，此時(shí)螺桿受剪，故稱受剪螺栓。二、普通螺栓的強(qiáng)度計(jì)算靜載荷作用下受拉螺栓常見(jiàn)的失效形式多為螺紋的塑性變形或斷裂。實(shí)踐表明， 螺栓斷裂多發(fā)生在開(kāi)始傳力的第一、第二圈旋合螺紋的牙根處，因其應(yīng)力集中的影響較大。在設(shè)計(jì)螺栓聯(lián)接時(shí)， 一般選用的都是標(biāo)準(zhǔn)螺紋零件， 其各部分主要尺寸已按等強(qiáng)度條件 在標(biāo)準(zhǔn)中作出規(guī)定，因此螺栓的強(qiáng)度計(jì)算主要是求出或校核螺紋危險(xiǎn)剖面的尺寸, 徑di。螺栓的其它尺寸及螺

19、母的高度和墊圈的尺寸等，均按標(biāo)準(zhǔn)選定。（一）松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算圖所示起重吊鉤為松螺栓聯(lián)接的實(shí)例。如已知螺桿所受最大拉力為 F，則螺紋部分的強(qiáng)度條件為7：d12/4;F為螺栓承受的軸向工作載荷（N）;匚和式中：di為螺紋小徑（mm）o分別為松螺栓聯(lián)接的拉應(yīng)力和許用拉應(yīng)力（N/mm2）, d查表。（二）緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算即螺紋小起重吊鉤1. 只受預(yù)緊力作用的螺栓預(yù)緊螺栓聯(lián)接在擰緊螺母時(shí)，螺栓桿除沿軸向受預(yù)緊力F'的拉伸作用1.3 亠 <Jidi /4外，還受螺紋力矩Ti （見(jiàn)式4-9）的扭轉(zhuǎn)作用。F'和Ti將分別使螺紋部分產(chǎn)生拉應(yīng)力；及扭轉(zhuǎn) 剪應(yīng)力t ,因一般螺栓采用塑性

20、材料，故可用第四強(qiáng)度理論求其相當(dāng)應(yīng)力。螺紋部分的強(qiáng)度 條件為19mm）；二和0分別為緊螺栓聯(lián)接的氣缸蓋聯(lián)接螺栓受力情況1.3F。式中：F'為螺栓承受的預(yù)緊力（N）; di為螺紋小徑（ 拉應(yīng)力和許用拉應(yīng)力（N/mm 2）, 0查表。比較 可知，考慮扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的影響，相當(dāng)于把螺栓的軸向拉力增大30%后按純拉伸來(lái)計(jì)算螺栓的強(qiáng) 度。2. 受預(yù)緊力和軸向靜工作拉力的螺栓聯(lián)接這種聯(lián)接比較常見(jiàn)，圖所示氣缸蓋螺栓聯(lián)接就是 典型的實(shí)例。由于螺栓和被聯(lián)接件都是彈性體，在受 有預(yù)緊力F'的基礎(chǔ)上，因受到兩者彈性變形的相互制 約，故總拉力F。并不等于預(yù)緊力F'與工作拉力F之和，它們的受力關(guān)系屬

21、靜不定問(wèn)題。根 據(jù)靜力平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件，可求出各力之間的關(guān)系式。FFCiFCi +C2< Ci + C2 丿式中：Ci/（Ci+C2）稱為螺栓的相對(duì)剛度，其大小與聯(lián)接的材料、結(jié)構(gòu)型式、尺寸大小、載荷作用方式等有關(guān)，一般設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于鋼制被聯(lián)接件可?。航饘賶|（或無(wú)墊）0.20.3、皮革墊0.7、銅皮石棉墊0.8、橡膠墊0.9; F為螺栓擰緊后所受的預(yù)緊力；F"為螺栓受載變形后的剩余預(yù)緊力，應(yīng)大于零，一般當(dāng)工作拉力F無(wú)變化時(shí)取F"= （0.20.6）F，當(dāng)F有變化時(shí)取F"= （0.61.0） F;對(duì)要求緊密性的螺栓聯(lián)接，取F"= （1.51.8） F

22、?？紤]到螺栓工作時(shí)可能被補(bǔ)充擰緊，在螺紋部分產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，將總拉力 作為計(jì)算載荷。則受拉螺栓螺紋部分的強(qiáng)度條件為 = w G 或 di f 占 呵；/4Yuk "4式中各符號(hào)意義同前。F。增大30%LLUi鉸制螺紋孔受力情況對(duì)于受有預(yù)緊力F'及工作拉力F作用的螺栓聯(lián)接，其設(shè)計(jì)步驟大致為：根據(jù)螺栓受載情況，求出單個(gè)螺栓所受的工作拉力F;根據(jù)聯(lián)接的工作要求，選定剰余預(yù)緊力 F"，并求得所需的預(yù)緊力F':計(jì)算螺栓的總拉力F。；計(jì)算螺 栓小徑di,查閱螺紋標(biāo)準(zhǔn)，確定螺紋公稱直徑d。此外，若軸向載荷在0 F之間周期性變化， 則螺栓的總載荷F。將在F'F

23、9; + F ci /（C1+C2）之間變化。受軸向變載荷螺栓的簡(jiǎn)化計(jì)算仍可 進(jìn)行，但聯(lián)接螺栓的許用應(yīng)力二應(yīng)另參考有關(guān)手冊(cè)選取。三、鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算如圖4-11所示，這種聯(lián)接是將螺栓穿過(guò)與被聯(lián)接件上的鉸制孔并與之過(guò)渡配合。其受力形式為：在被聯(lián)接件的接合面處螺栓桿受剪切；螺栓桿表面與孔壁之間受擠壓。因此，應(yīng)分 別按擠壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度計(jì)算。這種聯(lián)接所受的預(yù)緊力很小，所以在計(jì)算中不考慮預(yù)緊力和螺紋摩擦力矩的影響。螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為Fsdo、螺栓桿的抗剪強(qiáng)度條件為Fsmdo /4Jr式中：Fs為單個(gè)螺栓所受的橫向工作載荷（N） ; S為螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度（mm）;do為螺

24、栓剪切面的直徑（mm）; m為螺栓受剪面數(shù)；二p為螺栓或孔壁材料中較弱者 的許用擠壓應(yīng)力（N/mm2 ）,查表；t 為螺栓材料的許用切應(yīng)力（N/mm2 ）,查表四、螺栓材料與許用應(yīng)力計(jì)算1、材料對(duì)照自學(xué)螺母、螺栓強(qiáng)度級(jí)別：保謂強(qiáng)度級(jí)別；如何分級(jí)；標(biāo)記方法1）據(jù)據(jù)成的機(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)械性能為抗拉強(qiáng)度極限二Bmin和屈服極限二smin ；螺栓級(jí)別用帶點(diǎn)數(shù)字表示點(diǎn)前數(shù)字為bBmin /100點(diǎn)后數(shù)字為二smin/二Bmin螺母級(jí)別用二Bmin/10°表示注意：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, 度（均低于2040HB ）2、許用應(yīng)力螺

25、母的硬度稍低于螺栓的硬許用拉應(yīng)力:n二S 表n表已知：不控制Qp的緊螺栓聯(lián)接，易過(guò)載。.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取較大的完全系數(shù)?？刂祁A(yù)緊力時(shí)可取較小的安全系數(shù)nov顯然n,二與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：設(shè)計(jì)時(shí)先假設(shè)n和匚tdi（d）與假設(shè)比較：符合t完成；不符合t重算許用剪切應(yīng)力t 與許用擠壓應(yīng)力二P :.-；S / nt（ Mpa）c S、二 B表o' S / nP 鋼、ctp =（Mpa）nt， np安全系數(shù)，表pB /nP 鑄鐵試算法：設(shè)計(jì)時(shí)先估 d，如d=1630mm，

26、在表4選n算-求di再根據(jù)di查d在此范圍，則合格如d>30或d<16則重估，再選ni,匚,dLd合格為止。 為調(diào)整計(jì)算一一總結(jié)為試算方法。§ 7 4螺旋傳動(dòng)一、螺旋傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)與應(yīng)用1、 應(yīng)用回轉(zhuǎn)嗎.直線傳遞運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力不自鎖時(shí)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）一一用得多c）螺母轉(zhuǎn)螺桿移d）螺母又轉(zhuǎn)又移（螺桿固定）一一用得少3、螺旋傳動(dòng)類型 按用途分三類：1）傳力螺旋一一舉重器、千斤頂、加壓螺旋。特點(diǎn)：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、 自鎖2）傳導(dǎo)螺旋一一機(jī)床進(jìn)給匯杠一傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，特點(diǎn)：速度高、連續(xù)工作、精度高3）調(diào)整螺旋一一機(jī)床、儀器及測(cè)

27、試裝置中的微調(diào)螺旋。其特點(diǎn)是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn) 動(dòng)螺旋傳動(dòng)按摩擦副的性質(zhì)分：重點(diǎn)介紹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?；瑒?dòng)螺旋的這些致命缺點(diǎn)，使之不能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。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)方式有：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)，滾動(dòng)螺旋兩種。為保證循環(huán)一裝有反向器。特點(diǎn)：傳動(dòng)效率高（可達(dá) 90%）,起動(dòng)力矩小

28、，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)。預(yù)緊后剛度好，定位精度高（重復(fù)定位精 度高）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。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)特點(diǎn)：f小，效率高可達(dá)99%,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)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)二、滑動(dòng)螺旋的設(shè)計(jì)計(jì)算1、結(jié)構(gòu)與材料結(jié)構(gòu)：千斤頂?shù)湫徒Y(jié)構(gòu)支承結(jié)構(gòu)：-a）螺桿長(zhǎng)徑比小時(shí)，直接用螺母支

29、承千斤頂b）螺桿長(zhǎng)徑比大時(shí)，且水平布置，在兩端與中間附加支承，螺母結(jié)構(gòu)齒形矩形 <梯形鋸鑿形-以提高螺桿剛工，如機(jī)床絲杠。整體式一一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磨損后精度較差， 部分式一一磨損后可補(bǔ)償間隙、精度較高， 組合式一一適合于雙向傳動(dòng)，可提高傳動(dòng)精度，消除空回誤差常用材料：注意：要求強(qiáng)度耐磨性，配對(duì)后 f小加工性好 螺桿硬度高于螺母2、耐磨性計(jì)算（設(shè)計(jì)）滑動(dòng)螺旋中磨損是最主要的一種失效形式，磨損的影響因素：工作面的比壓（主要因素） 耐磨性計(jì)算主要限制螺紋工作面上比壓 當(dāng)V相同時(shí)，P大，磨損量大 潤(rùn)滑油不被擠出的條件，形成油膜潤(rùn)滑它會(huì)引起傳動(dòng)精度下降， 空間大，并使強(qiáng)度，螺紋表面質(zhì)量，滑動(dòng)速度和潤(rùn)

30、滑狀態(tài)等P要求小于材料的許用比壓。為什么？(Mpa)耐磨性條件：P = 埶 =-Q/UQP PA兀 d2h 兀 d2hH垂直于Q方面的接觸投影面積（單圈螺紋）式中：h 工作高（梯形，矩形一h=0.5P i 鋸齒形h=0.75P J P螺距u 螺紋工作圈數(shù)，u=H/P, H 螺母厚度一般u< 10,以免載荷不均令H= $ d2 代入（4-36 ）得設(shè)計(jì)公式：dQPmm -取標(biāo)準(zhǔn)d ： hP式中0螺母厚度系數(shù)-整體螺母$ =1.22.5彳剖分式螺母$ =2.53.5-高精度螺母$ =4P材料許用比壓，注意$小時(shí)P值可適當(dāng)提高（此時(shí)載荷分布均勻）3、自鎖性驗(yàn)算一一對(duì)有自鎖性要求的螺旋副如起重螺

31、旋，火炮高低機(jī)等。自 鎖條件為：； 二 arctg 二 arctg_ v nd2兀 d2匸一螺旋升角，L導(dǎo)程 v -tg 1 一 -tg Jfv 當(dāng)量摩擦角cos P'螺紋牙型斜角f螺旋副的滑動(dòng)摩擦系數(shù)4、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（壓扭，拉扭）復(fù)合強(qiáng)度條件計(jì)算一一第四強(qiáng)度理論二ca 二 ' 二23 2 二.（Q）2 （W ）2 十Mpa22式中，Adi mm 螺桿危險(xiǎn)截面積di螺紋小徑（mm）dWTd；嚴(yán)0.2d； （mm3） 抗扭截面模量6dT二Qtg'雹）（Nmm）螺紋扭矩2二螺

32、桿材料許用應(yīng)用Mpa5、螺母螺紋牙強(qiáng)度般螺母材料強(qiáng)度低于螺桿。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)（將前面圖中d1換成，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d2的圓周上，則螺紋牙根部危險(xiǎn)剖面的變曲強(qiáng)度條件為:Db3Qh2 十b Db u式中：D 螺母大徑（mm）L 彎曲力臂（mm）Q D 72 Q(D p)2uL =D _d2 =甘22h螺紋牙高度Db2抗彎模量b牙根厚b=0.65P梯形b=0.5P 矩形P螺距(mm)b=0.75P 鋸齒形剪切強(qiáng)度條件為：.=. MpaunDb二b ,許用彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力如螺母材料與螺桿相同，則應(yīng)驗(yàn)算螺桿（ di&l

33、t;D ）,這時(shí)公式中D改為di即可。6、穩(wěn)定性計(jì)算一一當(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（穩(wěn)定也，螺桿相當(dāng)于后桿，螺桿所承受的軸向壓力Q小于其臨界壓力 Qca7、精度一一主要是螺桿高精度級(jí) 5.6 如座標(biāo)鏜床，螺紋磨床精密級(jí) 一一7如滾齒機(jī)一般級(jí) 8如車(chē)床，銃床低精度級(jí)一一9如手動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，次要的。7-5 鍵聯(lián)接鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)件，通常用于聯(lián)接軸與軸上旋轉(zhuǎn)零件與擺動(dòng)零件，起周向固定零件的作用以傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)成扭矩。而導(dǎo)鍵、滑鍵、花鍵還可用作軸上移動(dòng)的導(dǎo)向裝置。一、鍵聯(lián)接的類型與構(gòu)造兩大類型：1類：松鍵聯(lián)接一一靠側(cè)面擠壓，圓用方向剪切承載，工作前不打緊1）平鍵；2）半鍵；3）花鍵平

34、鍵普通平鍵；導(dǎo)鍵與滑鍵。普通平鍵：A型、B型、C型2類：緊鍵聯(lián)接1）楔鍵聯(lián)接；2）切向鍵聯(lián)接一一工作前不打緊，靠摩擦力工作。1、平鍵1 ）普通平鍵一一用于靜聯(lián)接一即軸與輪轂間無(wú)相對(duì)軸向移動(dòng)，構(gòu)造：兩側(cè)面為工作面，靠鍵與槽的擠壓和鍵的剪切傳遞扭矩軸上的槽用盤(pán)銃刀或指狀銃刀加工輪轂槽用拉刀或插刀加工。型式：圓頭（b圖）一A型（常用）一為防轉(zhuǎn)、鍵（指端銃刀加工）與槽同形、鍵頂上面與轂不接觸有間隙方頭（c圖）一B型一移用螺釘固定，軸鍵槽必用盤(pán)銃刀加工裝配后兩端未頂緊頭圓頭（d） C型（端銃刀加工）一用于軸端與輪轂聯(lián)接2） 薄型平鍵一一鍵高約為普通平鍵的60%70% :圓頭、方頭、單圓頭用于薄臂結(jié)構(gòu)、空

35、心軸等徑向尺寸受限制的聯(lián)接3）導(dǎo)向平鍵與滑鍵一一用于動(dòng)聯(lián)接，即軸與輪轂之間有相對(duì)軸向移動(dòng)的聯(lián)接導(dǎo)向一一鍵不動(dòng)，輪轂軸向移動(dòng)動(dòng)聯(lián)接一一鍵隨輪轂移動(dòng)，滑移距離大時(shí)采用滑鍵要求：粗糙度小，光潔度高，摩擦小，否則壽命短。當(dāng)移動(dòng)距離為200300mm用滑鍵特點(diǎn)：裝拆方便，對(duì)零件對(duì)中性無(wú)影響，容易制造，作用可靠，多用于高精度聯(lián)接。但只能圓周固定，易串動(dòng)（軸向），不能承受軸向力。計(jì)算：當(dāng)材料構(gòu)造尺寸初定后，求得扭矩后再按要求、工作特性選好類型，然后由由（軸徑）d查手冊(cè)b （寬）x h （高）x L （長(zhǎng)）t強(qiáng)度驗(yàn)算（強(qiáng)度條件為二P _；p ）標(biāo)注：鍵18X 100 GB1096-79（A型鍵 A不標(biāo)）例：鍵

36、 B18X 100 GB1096-79 （ B 型鍵）2、半圓鍵一一一一用于靜聯(lián)接（松聯(lián)接）軸槽用與半圓鍵形狀相同的銃刀加工，鍵能在槽中繞幾何中心擺動(dòng)，鍵的側(cè)面為工作面,工作時(shí)靠其側(cè)面的擠壓來(lái)傳遞扭矩。特點(diǎn)：工藝性好，裝配方便，尤其適用于錐形軸與輪轂的聯(lián)接缺點(diǎn)：軸槽對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大。只適宜輕載聯(lián)接。3、楔鍵聯(lián)接一一，緊聯(lián)接構(gòu)造：圓頭 方頭鉤頭普通楔鍵：上、下面為工作表面，有1： 100斜度（側(cè)面有間隙），工作時(shí)打緊，靠上下面摩擦傳遞扭矩，并可傳遞小部分單向軸向力。特點(diǎn)：適用于低速輕載、精度要求不高。對(duì)中性較差，力有偏心。不宜高速和精度要求高的聯(lián)接，變載下易松動(dòng)。鉤頭只用于軸端聯(lián)接，如在中間用鍵槽應(yīng)比鍵長(zhǎng)2倍才能裝入。且為安全要罩上。個(gè)工作面在軸向剖面上。4、 切向鍵一一兩個(gè)斜度為1： 100的楔鍵聯(lián)接，上、下兩面為工作面（打入）布置在 圓周的切向。工作原理；靠工作面與軸及輪轂相擠壓來(lái)傳遞扭矩。單向傳動(dòng)雙向傳動(dòng)一一必須用兩個(gè)切向鍵且成120°布置。特點(diǎn)：鍵槽對(duì)軸削弱較大，適于d>100mm的軸，且對(duì)中要求不高時(shí)采用。、鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核失效形式：壓潰（鍵、軸、轂中較弱者一一靜聯(lián)接）磨損（動(dòng)聯(lián)接）-鍵的剪斷（較少）1、平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核。設(shè)載荷沿鍵長(zhǎng)與高方向均勻分布，不計(jì)摩擦。 普通平鍵：a）則其擠壓強(qiáng)度條件為:N 1000T/d2 2000十pkidMpa或