江蘇大學機械設計第5章_螺紋聯(lián)接和螺旋傳動

1、機機 械械 原理及設計原理及設計（）20222022年年2 2月月1010日日聯(lián)接的分類和意義聯(lián)接的分類和意義靜聯(lián)接靜聯(lián)接動聯(lián)接動聯(lián)接可拆聯(lián)接可拆聯(lián)接(螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接）螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接）不可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接（鉚接、焊接、膠接）（鉚接、焊接、膠接）聯(lián)接的選擇聯(lián)接的選擇（根據(jù)使用要求與經(jīng)濟要求來選擇、（根據(jù)使用要求與經(jīng)濟要求來選擇、根據(jù)聯(lián)接的加工條件和被聯(lián)接零件的材料、形狀和根據(jù)聯(lián)接的加工條件和被聯(lián)接零件的材料、形狀和尺寸等）尺寸等）聯(lián)接的設計要求聯(lián)接的設計要求1強度條件（等強度條件）強度條件（等強度條件）2經(jīng)濟性經(jīng)濟性3剛度條件或緊密性條件剛度條件或緊密性條件機機 械械 設設 計計202220

2、22年年2 2月月1010日日一常用螺紋一常用螺紋A聯(lián)接螺紋聯(lián)接螺紋1普通螺紋普通螺紋 (粗牙粗牙 細牙細牙)2管螺紋管螺紋3 錐螺紋錐螺紋1梯形螺紋梯形螺紋3矩形螺紋矩形螺紋2鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋B傳動螺紋傳動螺紋二螺紋參數(shù)二螺紋參數(shù)大徑大徑d：公稱直徑：公稱直徑中徑中徑d2：幾何與配合：幾何與配合小徑小徑d1：危險截面：危險截面線數(shù)線數(shù)n：n4螺距螺距P導程導程S：S=n*P旋向（左、右旋）旋向（左、右旋）牙型角牙型角牙側(cè)角牙側(cè)角升角升角22dnPdStg一基本類型一基本類型（請掌握各聯(lián)接的請掌握各聯(lián)接的特點特點及及適用場合適用場合）1螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接 普通螺栓聯(lián)接（受拉螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)

3、接（受拉螺栓聯(lián)接） 鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接(受剪螺栓聯(lián)接受剪螺栓聯(lián)接)2雙頭螺柱聯(lián)接（常拆場合）雙頭螺柱聯(lián)接（常拆場合）3螺釘聯(lián)接（不常拆場合）螺釘聯(lián)接（不常拆場合）4緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接圖例見下頁圖例見下頁有間隙有間隙無間隙無間隙 普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接（受拉螺栓聯(lián)接）（受拉螺栓聯(lián)接） 鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接(受剪螺栓聯(lián)接受剪螺栓聯(lián)接) 雙頭螺柱聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接 螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接二標準聯(lián)接件二標準聯(lián)接件1精度等級：精度等級：A、B、C （精度由高（精度由高低）低）A類用于要求配合精確、防止振動的重要場合類用于要求配合精確、防止振動的重要場合B類用于受載大且常拆、調(diào)整

4、或變載荷的場合類用于受載大且常拆、調(diào)整或變載荷的場合C類用于一般的螺紋聯(lián)接的場合類用于一般的螺紋聯(lián)接的場合2常用的標準螺紋聯(lián)接件（常用的標準螺紋聯(lián)接件（具體見書上表具體見書上表格格P6465）一預緊目的一預緊目的1增加聯(lián)接可靠性增加聯(lián)接可靠性2增加聯(lián)接緊密性增加聯(lián)接緊密性二擰緊力矩二擰緊力矩Tdo預緊力預緊力QP（書上為（書上為F0）dQ2 .0dDdDQf31)(tg2dQTTTp20203030pcv2p21-+rT1為螺旋副間的摩擦力矩為螺旋副間的摩擦力矩T2為螺母與支承面間的摩擦力矩為螺母與支承面間的摩擦力矩三控制方法（控制三控制方法（控制預緊力預緊力QP的大?。┑拇笮。┮话阋话鉷0.

5、8sA11sp1spA) 6 . 05 . 0 (QA) 7 . 06 . 0 (Q合金鋼碳素鋼測力矩扳手測力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手測量伸長量（測量伸長量（QP=l*Cb）一防松目的一防松目的防松根本問題防松根本問題：防止螺旋副的相對轉(zhuǎn)動：防止螺旋副的相對轉(zhuǎn)動二防松方法：有三種（圖例見下頁）二防松方法：有三種（圖例見下頁）1摩擦防松摩擦防松2機械防松機械防松3鉚沖防松（破壞螺紋副）鉚沖防松（破壞螺紋副）摩擦防松摩擦防松機械防松機械防松串聯(lián)鋼絲串聯(lián)鋼絲一一普通螺栓普通螺栓聯(lián)接的強度計算聯(lián)接的強度計算D0QpQp/2QP失效形式：失效形式：螺紋部分的塑變或斷裂，螺紋部分的塑變或斷裂， 危險截面

6、為螺紋小徑危險截面為螺紋小徑d1 所對應的面積所對應的面積A=d21/4設計準則：設計準則：保證靜強度或疲勞強度保證靜強度或疲勞強度(一一)松螺栓聯(lián)接的強度計算松螺栓聯(lián)接的強度計算（螺母不需要擰緊、在承受工作載荷前，螺栓不受力）螺母不需要擰緊、在承受工作載荷前，螺栓不受力）強度條件強度條件421dFca式中式中 d1螺紋小徑，螺紋小徑，mm 螺栓材料的許用拉應力，螺栓材料的許用拉應力，MPa F軸向工作載荷，軸向工作載荷，N(二二)緊螺紋聯(lián)接的強度計算緊螺紋聯(lián)接的強度計算（螺母需要擰緊、承受工作載荷前，螺栓受預緊力（螺母需要擰緊、承受工作載荷前，螺栓受預緊力QP）1僅受預緊力時緊螺栓聯(lián)接僅受預

7、緊力時緊螺栓聯(lián)接21pd4Q拉應力31v2pT1d16)(tg2dQWTr+扭轉(zhuǎn)切應力5 . 064M10M普通螺紋的鋼制螺栓對3 .1322ca+由第四強度理論得到設計式校核式強度條件Q3.14dd4Q3.1p121pca 1.3的含義的含義危險截面在小徑危險截面在小徑d1處處計算求得計算求得d1后應查后應查標準標準d1 ,然后確定然后確定大徑大徑d如何求出預緊力如何求出預緊力Qp？實際中何種情況使用上述公式？實際中何種情況使用上述公式？問問注意注意2受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接A單個螺栓受力變形圖單個螺栓受力變形圖B單個螺栓受力變形線圖單個螺栓受力變形線圖F

8、cccFFcccFmbmmbb+)cc(FFFcFcFmbmb由變形協(xié)調(diào)方程可得mmbbctgctgCF知由FcccQQFcccQQFcccQQFQQmbmppmbmppmbbpp+-+得到FQQ1cccccQQ0ccccc10,cccccQQQpmbbmbpmbbmbmbbmbpp+-+-時時其值介于螺栓相對剛度被聯(lián)接件剛度螺栓剛度被聯(lián)接件的殘余預緊力預緊力螺栓總拉力式中書上為書上為F2書上為書上為F0書上為書上為F1Q Qp+F掌握變形協(xié)調(diào)圖掌握變形協(xié)調(diào)圖設計式校核式強度條件Q3 .14dd4Q3 .1121ca提示提示求總拉力求總拉力Q的二種情況：的二種情況：(1)由由Q Qp+F 求：

9、當有剛性或緊密性要求時求：當有剛性或緊密性要求時 不產(chǎn)生縫隙至少不產(chǎn)生縫隙至少Q(mào)p0推薦：推薦：F)8 .15 .1 (QF)0 .16 .0(QF)6 .02 .0(Qppp有緊密性要求時載荷不穩(wěn)定時載荷穩(wěn)定時pmbbpQFcccQQ)2(由聯(lián)接可靠性要求求出求由+受軸向變載荷（受軸向變載荷（工作拉力）工作拉力）作用的緊螺栓作用的緊螺栓聯(lián)接的計算聯(lián)接的計算之間變化螺栓總拉力則在之間變化若工作載荷在變化時當QQF0Fp21maxd4Q最大拉應力21pmind4Q最小拉應力21mbbminmaxadF2ccc2+-應力幅s)2)(K()K(2sdF2cccminamintc1caa21mbba+

10、-+-或疲勞強度條件 為什么上述螺栓聯(lián)接的強度計算僅對螺栓桿進行？為什么上述螺栓聯(lián)接的強度計算僅對螺栓桿進行？ 當工作載荷為變載荷時，強度計算如何進行？當工作載荷為變載荷時，強度計算如何進行？受軸向變載荷（受軸向變載荷（工作拉力）工作拉力）作用的緊螺栓作用的緊螺栓聯(lián)接的強度計算：不僅要進行靜強度計算，還聯(lián)接的強度計算：不僅要進行靜強度計算，還要進行疲勞強度計算。要進行疲勞強度計算。問題問題二二鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強度計算聯(lián)接的強度計算A失效形式失效形式： 1螺栓桿剪斷螺栓桿剪斷 2螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁的壓潰螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁的壓潰1剪切強度條件剪切強度條件螺桿的螺桿的20d4F2擠

11、壓強度條件擠壓強度條件聯(lián)接的聯(lián)接的 pmin0pLdF（公式的解釋見下頁）（公式的解釋見下頁）B強度條件強度條件 用擠壓應力螺栓桿或孔壁材料的許一般最小高度螺栓桿或孔壁擠壓面的螺栓桿的許用剪應力光桿直徑-p0minmin0100d25.1LLddddd式中：式中：如何正確理解聯(lián)接的擠壓強度公式？如何正確理解聯(lián)接的擠壓強度公式？問問注意：注意：取取Lmin及及 p小者代入計算小者代入計算投影面積投影面積A=d0*Lmin三性能等級及許用應力三性能等級及許用應力聯(lián)接件材料聯(lián)接件材料常用常用 Q235 103545沖擊振動時沖擊振動時15Cr40Cr30CrMnTi性能等級性能等級螺栓螺栓minBm

12、insminB10100點后數(shù)字點前數(shù)字例如例如： 4.65.66.8螺母螺母100minBpBspsssss或許用應力許用應力有有 、 、 p三種一般而言螺栓與螺母的性能要相配一般而言螺栓與螺母的性能要相配一螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設計一螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設計1宜對稱宜對稱2受力合理受力合理3有合理的間距、邊距有合理的間距、邊距4盡量取偶數(shù)，且規(guī)格相同盡量取偶數(shù)，且規(guī)格相同5避免偏心避免偏心凸臺凸臺沉頭孔沉頭孔避免偏心避免偏心二螺栓組聯(lián)接的受力分析二螺栓組聯(lián)接的受力分析目的目的：找到受力最大的螺栓及其所受的力：找到受力最大的螺栓及其所受的力假設假設：各螺栓規(guī)格相同各螺栓規(guī)格相同各螺栓預緊力相同各螺栓預

13、緊力相同螺栓組中心與接合面形心重合螺栓組中心與接合面形心重合各螺栓在彈性限度內(nèi)工作各螺栓在彈性限度內(nèi)工作1受橫向載荷時：分兩種情況受橫向載荷時：分兩種情況A采用普通螺栓聯(lián)接時采用普通螺栓聯(lián)接時（結(jié)合面不滑移）（結(jié)合面不滑移）fziFKQFKzifQspsp由不滑移條件得通過由預緊力通過由預緊力QP所產(chǎn)生的結(jié)合面上的摩所產(chǎn)生的結(jié)合面上的摩擦力來平衡外載荷擦力來平衡外載荷F，因此每個螺栓中受力因此每個螺栓中受力相等，皆為相等，皆為QPF8Q2 . 1K,15. 0f , 1i , 1z:ps則若例接合面數(shù)螺栓數(shù)目摩擦系數(shù)防滑系數(shù)預緊力-izf3.11.1K,KQssp式中式中B采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接

14、采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接（結(jié)合面不滑移）（結(jié)合面不滑移）FF/2F/2通過剪切力通過剪切力F來平衡外載荷來平衡外載荷F，因此每個螺因此每個螺栓中受力相等，皆為栓中受力相等，皆為F。6zzFF問題：問題： 受橫向載荷時螺栓聯(lián)接的強度如何進行計算？受橫向載荷時螺栓聯(lián)接的強度如何進行計算？1采用普通螺栓聯(lián)接時按采用普通螺栓聯(lián)接時按僅受預緊力僅受預緊力時的緊螺栓時的緊螺栓聯(lián)接的強度計算方法計算。聯(lián)接的強度計算方法計算。2采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接時按鉸制孔用螺栓聯(lián)接的采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接時按鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強度計算強度計算方法計算。方法計算。2受旋轉(zhuǎn)力矩時：分兩種情況受旋轉(zhuǎn)力矩時：分兩種情況A采用普通螺栓聯(lián)接

15、采用普通螺栓聯(lián)接（不發(fā)生轉(zhuǎn)動）（不發(fā)生轉(zhuǎn)動）對稱中心的距離個螺栓中心到螺栓組第式中由不轉(zhuǎn)動條件irrfTKQTKrfQrfQrfQiz1iispszp2p1p-+通過由預緊力通過由預緊力QP所產(chǎn)生的結(jié)合面上的所產(chǎn)生的結(jié)合面上的摩擦摩擦力矩力矩來平衡外載荷來平衡外載荷T，因此每個螺栓中受力相因此每個螺栓中受力相等，皆為等，皆為QPri越大，所需越大，所需p就越小，所以應遠距離分布。就越小，所以應遠距離分布。討論討論問題：問題： 受旋轉(zhuǎn)力矩時普通螺栓聯(lián)接的強度如何受旋轉(zhuǎn)力矩時普通螺栓聯(lián)接的強度如何 進行計算？進行計算？采用普通螺栓聯(lián)接時按采用普通螺栓聯(lián)接時按僅受預緊力僅受預緊力時時的緊螺栓聯(lián)接的強

16、度計算方法計算的緊螺栓聯(lián)接的強度計算方法計算B采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接（不發(fā)生轉(zhuǎn)動）（不發(fā)生轉(zhuǎn)動）TrFrFrFzz2211+由力矩平衡通過剪切力通過剪切力F所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的力矩力矩來平衡外載荷來平衡外載荷T，由于此時由于螺栓的位置不同，因此每由于此時由于螺栓的位置不同，因此每個螺栓的受力不相等，關鍵是找受力最大的個螺栓的受力不相等，關鍵是找受力最大的螺栓所受到的力螺栓所受到的力Fmax變形協(xié)調(diào)條件變形協(xié)調(diào)條件：每個螺栓受到的剪切力與其到中心點的距每個螺栓受到的剪切力與其到中心點的距離成正比。離成正比。z1i2imaxmaxrTrF得到maxmaxii2211rFrFrFrF由

17、力與變形關系由變形協(xié)調(diào)條件可知：由變形協(xié)調(diào)條件可知：所以遠距離分布就越小則越大討論,F,r:maxz1i2i問題：問題： 受旋轉(zhuǎn)力矩時鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強度如何進行計算？受旋轉(zhuǎn)力矩時鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強度如何進行計算？采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接時采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接時首先首先找受力最找受力最大的螺栓所受到的力大的螺栓所受到的力Fmax，然后然后按鉸制孔用按鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強度計算螺栓聯(lián)接的強度計算方法計算方法計算3受軸向載荷時受軸向載荷時普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接zFFz根據(jù)假設可知，每個螺栓所承擔的工作拉力根據(jù)假設可知，每個螺栓所承擔的工作拉力皆相等為皆相等為F，即：，即：問題：問題：受軸向載荷時

18、受軸向載荷時普通普通螺栓聯(lián)接的強度如何螺栓聯(lián)接的強度如何進行計算？進行計算？求出工作拉力求出工作拉力F后按后按受預緊力和工作受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接拉力的緊螺栓聯(lián)接的強度計算的強度計算方法計算。方法計算。4受傾覆力矩時受傾覆力矩時普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接MLFLFLFzz2211+由力矩平衡通過左右兩側(cè)螺栓與地基間所產(chǎn)生的力通過左右兩側(cè)螺栓與地基間所產(chǎn)生的力F形成的力形成的力偶來平衡外載荷偶來平衡外載荷M，由于此時由于螺栓的位置不同，由于此時由于螺栓的位置不同，因此每個螺栓的受力不相等，關鍵是找受力最大的因此每個螺栓的受力不相等，關鍵是找受力最大的螺栓所受到的力螺栓所受到的力Fmax變形

19、協(xié)調(diào)條件變形協(xié)調(diào)條件：每個螺栓受到的工作拉力：每個螺栓受到的工作拉力與其到中心點的距離成正比。與其到中心點的距離成正比。A 軸向工作載荷軸向工作載荷Fz1i2imaxmaxLMLF得到式中式中Li各螺栓軸線到螺栓組對稱中心的垂直距離各螺栓軸線到螺栓組對稱中心的垂直距離 （ Li與與ri 含義不同）含義不同）maxmaxii2211LFLFLFLF由力與變形關系由變形協(xié)調(diào)條件可知：由變形協(xié)調(diào)條件可知：所以遠距離分布就越小則越大討論,:max12FLziiFcccQQFcccQQmbbpmbbp+-+右側(cè)左側(cè)B總拉力總拉力Q問題：問題： 受傾覆力矩時受傾覆力矩時普通螺栓普通螺栓聯(lián)接的強度如何進行計

20、算？聯(lián)接的強度如何進行計算？首先首先找受力最大的螺栓所受到的力找受力最大的螺栓所受到的力Fmax然后按然后按受受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接的的強度計算強度計算方法計算。方法計算。C接合面可靠工作條件接合面可靠工作條件ppmaxppmaxpWMAzQ+受壓最大處不被壓碎0WMAzQpmaxppminp-受壓最小處不產(chǎn)生間隙在實際使用中，螺栓組所受的載荷是以上四種簡在實際使用中，螺栓組所受的載荷是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合，但不論如何復雜，都可以將單受力狀態(tài)的不同組合，但不論如何復雜，都可以將其簡化成上述簡單受力狀態(tài)，從而分別計算每個螺栓其簡化成上述簡單受力狀態(tài)，從而分別計算每個螺栓的工作載荷，然后將其進行向量迭加得到每個螺栓的的工作載荷，然后將其進行向量迭加得到每個螺栓的總的工作載荷?？偟墓ぷ鬏d荷。對普通螺栓可按對普通螺栓可按軸向載荷以及傾覆力矩軸向載荷以及傾覆力矩來確定螺來確定