第5章螺紋聯(lián)接

1、第1頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)第五章第五章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) 第六章第六章 鍵、花鍵、無鍵聯(lián)接和銷聯(lián)接鍵、花鍵、無鍵聯(lián)接和銷聯(lián)接第七章第七章 鉚接、焊接、膠接和過盈聯(lián)接、鉚接、焊接、膠接和過盈聯(lián)接、第二篇 聯(lián)接第2頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)第3頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)第五章第五章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng)螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng) 5.1 螺 紋如用一個(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yyKddLyyKddLyyKddLyyKddL(Bolt Connections a

2、nd Screw)第4頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)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二、螺紋的類型具體見表5-1第5頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)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)第6頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)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

3、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)d2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lh第7頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)4）螺距 P (pitch) 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 L (lead) 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

4、制造n4 d2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lh螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：L=n P 第8頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)7）螺旋升角 (lead angle) 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 (thread angle) 螺紋軸向平面內(nèi)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22arctan/dnPdarctgLd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)

5、Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lh第9頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)ffvarctancostan1)tan(tanv)tan(vQF螺旋副的自鎖條件為：螺旋副的傳動(dòng)效率為：克服軸向力Q勻速上升所需的圓周力：三、受力關(guān)系、效率、自鎖2導(dǎo)出2)tan(222dQdFTv所需的圓周力矩：第10頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)FtQRQQNNNQFtFfRN+tanf)tan( QFt第11頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)QQNNNNNQfNFQNtcoscos2cos2ffQffQfNFQNvvtvvftan第12頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)5.2

6、5.2 螺紋聯(lián)接的類型及螺紋聯(lián)接件螺紋聯(lián)接的類型及螺紋聯(lián)接件 1、螺栓(bolt)聯(lián)接a) 普通螺栓聯(lián)接被聯(lián)接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過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，裝拆方便，可多個(gè)裝拆，應(yīng)用較廣。b) 鉸制孔螺栓聯(lián)接裝配后無間隙，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dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)第13頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)2、雙頭螺柱聯(lián)接 螺桿

7、兩端無釘頭，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(screw)聯(lián)接 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(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1第14頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接 , 吊環(huán)螺釘聯(lián)接(a)(b)(a)(b)(a)(b)(a)(b)4、緊定螺釘聯(lián)接擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應(yīng)的缺口

8、中以固定零件的相對(duì)位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。第15頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)二、螺紋聯(lián)接件 2）雙頭螺柱兩端帶螺紋 A型無退刀槽 B型有退刀槽1）螺栓 普通螺栓 六角頭，小六角頭，標(biāo)準(zhǔn)六角頭，大六角頭, 內(nèi)六角 鉸制孔螺栓螺紋部分直徑較小rdadsklskllgd1530輾制末端esrdadsklskllgd1530輾制末端esbmlbXXdsd倒角端倒角端輾制末端輾制末端dsdbmlbXXA型B型bmlbXXdsd倒角端倒角端輾制末端輾制末端dsdbmlbXXA型B型第16頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)4）緊定螺釘 錐 端適于零件表面硬度較低不常拆卸常合 平 端接觸面積大、不傷零件表面

9、，用于頂緊硬度較大的平面，適于經(jīng)常拆卸 圓柱端壓入軸上凹抗中，適于緊定空心軸上零件的位置輕材料和金屬薄板3）螺釘 與螺栓區(qū)別要求螺紋部分直徑較粗;要求全螺紋nbXdktldRnbXdktldRltnd90Rltnd90R第17頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)6）螺母（nut) 六角螺母：標(biāo)準(zhǔn)，扁，厚 5）自攻螺釘由螺釘攻出螺紋emsd3015emsd3015emsd3015emsd3015圓螺母+止退墊圈帶有缺口，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DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平墊圈斜墊圈DC1120btHD1dC4530b

10、3030303015d0D1hd1d2平墊圈斜墊圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平墊圈斜墊圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平墊圈斜墊圈第18頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)7）墊圈(washer)DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平墊圈斜墊圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平墊圈斜墊圈第21頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)5.5. 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 一、預(yù)緊預(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

11、漏氣，接觸面積要大，靠摩擦力工作，增大剛性等。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F F0 0預(yù)先軸向作用力（拉力）螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接 在裝配時(shí)不擰緊，只存受外載時(shí)才受到力的作用 緊聯(lián)接 在裝配時(shí)需擰緊，即在承載時(shí)，已預(yù)先受力，預(yù)緊力F0預(yù)緊過緊預(yù)緊力F F0 0過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強(qiáng)度 過松預(yù)緊力F F0 0過小，工作不可靠 第22頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)擰緊時(shí)螺母：T = T1 + T2 T擰緊力矩 T1螺紋摩擦阻力矩 T2螺母端環(huán)形面與被聯(lián)接件間的摩擦力矩)tan(2201vdFT)(312021303102dDdDFfTcTT2T1TT2T1一般：碳素鋼螺栓：合

12、金鋼螺栓：10)6 . 05 . 0(AFs10)7 . 06 . 0(AFs第23頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)扳手?jǐn)Q緊力矩T = F L F作用于手柄上的力，L力臂 )(32)(21 202130312021dDdDftgdFTTTcv)(32)tan(21202130212dDdDdfddKcvdKFT0 一般 K = 0.1 0.3 由于直徑過小的螺栓，容易在擰緊時(shí)過載拉斷，所以對(duì)于重要的聯(lián)接不宜小于M12一般L = 15 d ， 則F0 =（150 50）F若F = 200 N ， F0 =（30000 10000）N第24頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)預(yù)緊力F0的控制：測(cè)力矩板手測(cè)出預(yù)

13、緊力矩，如左圖定力矩板手達(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)量精度較高 12圖4-12 測(cè)力矩扳手123412圖4-12 測(cè)力矩扳手123412圖4-12 測(cè)力矩扳手123412圖4-12 測(cè)力矩扳手1234bsMCFFL0第25頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)1、防松目的實(shí)際工作中，外載荷有振動(dòng)、變化、材料高溫蠕變等會(huì)造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、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。上螺母螺栓下螺母上

14、螺母螺栓下螺母1）摩擦防松 雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等 二、螺紋防松 3、防松辦法及措施 第27頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)彈簧墊圈自鎖螺母 螺母一端做成非圓形收口或開峰后徑面收口，螺母擰緊后收口漲開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊2）機(jī)械防松： 開槽螺母與開口銷，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)鋼絲等第28頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)3）永久防松：端鉚、沖點(diǎn)、點(diǎn)焊4）化學(xué)防松粘合 (a )正 確(b )不 正 確(a )正 確(b )不 正 確開槽螺母與開口銷圓螺母與止動(dòng)墊圈串聯(lián)鋼絲(a )正 確(b )不 正 確第29頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)5.5.

15、 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 針對(duì)不同零件的不同失效形式，分別擬定其設(shè)計(jì)計(jì)算方法，則失效形式是設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。1、失效形式和原因 受拉螺栓螺栓桿和螺紋可能發(fā)生塑性變形或斷裂受剪螺栓螺栓桿和孔壁間可能發(fā)生壓潰或被剪斷b）失效原因：應(yīng)力集中 a）失效形式 工程中螺栓聯(lián)接多數(shù)為疲勞失效 受拉螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)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 應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程2、設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則與思路第30頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)、松螺栓聯(lián)接F如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無F0，只有工作載荷F 起拉伸作用強(qiáng)度條件為：421dF41F

16、d 驗(yàn)算用 設(shè)計(jì)用 d1 螺桿危險(xiǎn)截面直徑（mm） 許用拉應(yīng)力 N/mm2 (MPa) 第31頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)二、緊螺栓聯(lián)接工作前有預(yù)緊力F0工作前擰緊，在擰緊力矩T作用下：預(yù)緊力F0產(chǎn)生拉伸應(yīng)力螺紋摩擦力矩T1產(chǎn)生剪應(yīng)力 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài):21041dF)5.0或(48.0448.06410當(dāng)42)tan(161)tan(2210210123120dFMMdFddddFWTvvT接第四強(qiáng)度理論：3 . 1322ca 強(qiáng)度條件為：43 . 1210dFca 第32頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)式中：F0 預(yù)緊力（N） T1 螺紋摩擦力矩，起扭剪作用，又稱螺紋扭矩，N.mm 1.3 系數(shù)將

17、外載荷提高30%，以考慮螺紋力矩對(duì)螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的影響，這樣把拉扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)化為純拉伸來處理，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算手續(xù)，故又稱簡(jiǎn)化計(jì)算法 43 . 1210dFca第33頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)1、橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接計(jì)算主要防止被聯(lián)接件錯(cuò)動(dòng) 特點(diǎn)：桿孔間有間隙，靠擰緊的正壓力(F0)產(chǎn)生摩擦力來傳遞外載荷，保證聯(lián)接可靠(不產(chǎn)生相對(duì)滑移)的條件為：（1）普通螺栓聯(lián)接FKFfiS0ifFKFS0f 接縫面間的摩擦系數(shù) i接縫界面數(shù)目 KS防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)） KS=1.11.3 QpQpRRRRLmind0F0F0FF第34頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式： 43.1210dFc

18、a設(shè)計(jì)公式： 43 . 101Fd分析：由式 可知，當(dāng)f=0.2, i=1, KS=1 則F0=5F，說明這種聯(lián)接螺栓直徑大，且在沖擊振動(dòng)變載下工作極不可靠 為增加可靠性，減小直徑，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高承載能力可采用如下減載裝置： a)減載銷 b)減載套筒 c)減載鍵ifFKFS0第35頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)2、鉸制孔螺栓聯(lián)接防滑動(dòng)特點(diǎn)：螺桿與孔間緊密配合，無間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來傳遞外載荷F進(jìn)行工作420dF螺栓的剪切強(qiáng)度條件為：螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強(qiáng)度條件為： PPldFmin0 F 橫向載荷（N） d0螺桿或孔的直徑（mm） Lmin 被聯(lián)接件中受擠壓孔壁的最小長(zhǎng)度（mm）

19、，如圖所示 螺栓許用剪應(yīng)力，MPa，P 螺栓或被聯(lián)接件中較弱者的許用擠壓應(yīng)力，MPa鉸制孔螺栓能承受較大的橫向載荷，但被加工件孔壁加工精度較高，成本較高第36頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)2 2、軸向載荷緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算、軸向載荷緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算第37頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)工作特點(diǎn)： 工作前擰緊，有F0； 工作后加上工作載荷F; 工作前、工作中載荷變化工作原理：靠螺桿抗拉強(qiáng)度傳遞外載F解決問題： a) 保證安全可靠的工作，F(xiàn)0=？ b) 工作時(shí)螺栓總載荷， F2=？ 分析： 螺母未擰緊螺栓螺母松馳狀態(tài) 第38頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)擰緊擰緊 預(yù)緊狀態(tài) 凸緣壓m F0 ， 栓桿拉b

20、F0 F0F0F0F0第39頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)FFFF120從栓桿繼續(xù)拉凸緣 放松 mmmF2 單個(gè)螺栓總載荷bbbF1F0F0F0F0F1F1F110FF 從第40頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)變形協(xié)調(diào)條件： 凸緣壓力減量 10FF 變形縮小m 栓桿拉力增量 20FF 變形增大b mb變形協(xié)調(diào)條件 F1F0F0F0F0F1F1F1第41頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)作圖，為了更明確以簡(jiǎn)化計(jì)算（受力變形圖）設(shè)：材料變形在彈性極限內(nèi)，力與變形成正比 單個(gè)緊螺栓聯(lián)接受力變形圖凸緣受力變形圖F F0F F0第42頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)從圖線可看出，螺栓受工作載荷F時(shí)，螺栓總載荷： 將上兩

21、圖合并，并施加工作載荷FFFFFF012F2F2F1F1F F0 0第43頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)由圖可知，螺栓剛度： FFCFCbbbbb0tan被聯(lián)接件剛度： FFFCFCmmmmm0tanmbbmbmbCCCFFCCFFFtantanFKFCCCFcmbbmbbCCC稱螺栓相對(duì)于聯(lián)接的剛度，稱螺栓的相對(duì)剛度 F 部分工作載荷 F2F2F F0 0F1F1第44頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)FFF FFF 2012或?qū)堄囝A(yù)緊力的要求，為保證受載后接合面聯(lián)接的緊密性應(yīng)使01FF1的取法: F1 =（1.51.8）F有密封要求 一般聯(lián)接 F1 =（0.20.6）F 載荷穩(wěn)定 F1 =（0.

22、61.0）F 載荷不穩(wěn)定 F1 F 地腳螺栓聯(lián)接 F2F0F1第45頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)mbbCCCFFFFFFF0012討論： ） 最不利的情況 FFFCCmb0202FFCCmb） 最理想的情況 ）為聯(lián)接緊密、不漏氣，要求 ）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 01F第46頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)FFFFFF12026）計(jì)算時(shí)可根據(jù)已知條件選擇其一進(jìn)行計(jì)算a）軸向靜力緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 靜力F不變，F(xiàn)2為靜力，但考慮補(bǔ)充擰緊防斷 強(qiáng)度條件: 驗(yàn)算公式： 43 . 1212dFca43 . 121Fd設(shè)計(jì)公

23、式： b）軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 分析：當(dāng)工作載荷，由0F 212max24dFF 螺栓總載，由F0F2 F0 210min04dFF21212412/dFCCCdFmbba應(yīng)力幅：應(yīng)力幅：第47頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)3、當(dāng)驗(yàn)算不滿足時(shí)措施：add1b) 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F0等綜合措施a)mcF0F2F1第48頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)普通螺栓受偏載拉彎拉9484324310210310210ddFdFdeFdFcaQpQpRRRRLmind0F0F0e第49頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)e)球面墊圈防偏載措施：a）凸合；b）凹

24、坑（魚眼坑）；c）斜墊片 第50頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)5.5 螺栓組聯(lián)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 二、螺栓組受力分析 第51頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)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

25、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，以利用扳手裝拆扳手裝拆第52頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)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二、螺栓組受力分析 目的求受力最大載荷的螺栓第53頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接 單個(gè)螺栓工作載荷為： PDpZFFZ 螺栓個(gè)數(shù) F第54頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)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

26、 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 ZFF第55頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)3、受橫向扭矩螺栓組聯(lián)接 （1）圓形接合面：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓所受橫向載荷 rZTF（2）矩形接合面 a)普通螺栓聯(lián)接 由靜平衡條件0 TTKTrfFrfFrfFSZ02010ZiiSZSrfTKrrrfKTF1210)(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：第56頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)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ZZrFrFrF2211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

27、正比。在材料彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比 maxmax1rFrFi由靜平衡條件0TTrFrFrFZZ2211ZiirrTF12maxmax TrFZiii1iirrFFmaxmax第57頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)Lm a xLiQpQppQ1p2Q2MMp1OOOxx4、受傾覆（縱向）力矩螺栓組聯(lián)接 特點(diǎn)：M在鉛直平面內(nèi)，繞O-O回轉(zhuǎn)單個(gè)螺栓-地基變形圖：Lm a xLiQpQppQ1p2Q2MMp1OOOxx左側(cè)：左側(cè)：右側(cè)：右側(cè)：第58頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)設(shè)單個(gè)螺栓工作載荷為Fi MLFLFLFZZ2211)這里(1maxmaxmax11LLLFconstLFLFiitiiLML

28、FF12max1max)( 即螺栓桿不拉斷的條件 43 . 1212dFca43 . 121Fd設(shè)計(jì)公式 驗(yàn)算公式 max02FCCCFFmbb第59頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)右側(cè)不壓潰條件（被聯(lián)接件） F0作用下接合面的擠壓應(yīng)力: AZFp0M作用下接合面的擠壓應(yīng)力: WMCCCMWmbmp)(1max maxmaxPppPF0LmaxLiQpQppQ1p2Q2MMp1OOOxxF2F2m左側(cè)不開縫的條件 0maxminppP第60頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)若受有橫向載荷Fx，板不滑動(dòng)條件為： xSxyCFKFFKZFf)(0)(10yCxsFKfFKZFmbmCCCCK 被聯(lián)接件相對(duì)剛

29、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，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)算即可第61頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)xSymbmFKFCCCZFf)(0FCCCFFFFFFmbb102FCCCFFmbm01對(duì)單個(gè)螺栓：第62頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)說明：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 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

30、（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） 例P92第63頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)1、材料 5.7 螺栓材料與許用應(yīng)力螺紋連接件的材料： Q215、10、Q235、35、45、15Cr、40Cr、30CrMnSi 等普通墊圈的材料： Q235、15、35彈簧墊圈的材料： 65Mn第64頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)螺栓、螺母強(qiáng)度級(jí)別： 所依據(jù)機(jī)械性能為抗拉強(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/10BS螺母級(jí)別: 100/minB注意：選擇螺母的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于螺栓材料的

31、強(qiáng)度級(jí)別如：5.6第65頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)2、許用應(yīng)力 許用拉應(yīng)力： SS已知：不控制F0的緊螺栓聯(lián)接，易過載。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)S。顯然S，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。試算法第66頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)n19791979年年5 5月月2525日，美國(guó)航空公司日，美國(guó)航空公司DC-10DC-10型飛機(jī)從型飛機(jī)從芝加哥奧黑爾國(guó)際機(jī)場(chǎng)起飛后不久一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)芝加哥奧黑爾國(guó)際機(jī)場(chǎng)起飛后不久一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)便從機(jī)翼裂開掉下、使飛機(jī)失衡，下栽失事，

32、便從機(jī)翼裂開掉下、使飛機(jī)失衡，下栽失事，造成了惡果，使機(jī)上二百多人全部遇難。據(jù)稱，造成了惡果，使機(jī)上二百多人全部遇難。據(jù)稱，原因是固定發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙的螺栓疲勞斷裂。原因是固定發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙的螺栓疲勞斷裂。第67頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)第68頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)5.8 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

33、分布如圖所示。所以采用圈數(shù)過多的加厚螺母，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 第69頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)旋合螺紋間的載荷分布鋼絲螺套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 51 01 5第70頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)二、降低螺栓應(yīng)力幅 1、降低螺栓剛性 abbFC,則12bb1212,aaFF可用豎心桿、細(xì)長(zhǎng)桿、柔性螺栓聯(lián)接提高抗疲勞強(qiáng)度F2b2b1QpQ2mQp2Qp1FFF1Q1F21F12F11F0F22腰狀桿螺栓 空心螺栓 彈性元件第71頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)2、增大凸緣剛性 ammFC,則bQpQ2F2

34、Qp2m2Qp1F1Q1m1FF12mm1212,aaFF采用高硬度墊片或直接擰在鑄鐵螺栓聯(lián)接疲勞強(qiáng)度F22F21F12F11F0氣缸密封元件第72頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)3、同時(shí)使用Cb, Cm同時(shí)適當(dāng)增加F01212,mmbb12FF12aa提高被聯(lián)接件剛性Cm降低螺栓剛性Cb , 同時(shí) F02F01 理想方法 b2b1Qp1Qp2F2Qpm2QFF1m1F1F2F02F01第73頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)三、減小應(yīng)力集中的影響drdr0.51.0dr2hr1r= 0.2dr0.2dr10.15d ;r21.0d ;h0.5d ;1）加大過渡處圓角(圖1) 2）改用退刀槽3）卸載槽，

35、(圖2) 4）卸載過渡結(jié)構(gòu)。（圖3） 第74頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)四、采用合理的制造工藝 1 1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強(qiáng)度提高）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強(qiáng)度提高3040% 3040% 2 2）冷作硬化，表層有殘余應(yīng)力（壓）、氰化、氮化、噴丸等可）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)度提高疲勞強(qiáng)度3 3）熱處理后再進(jìn)行滾壓螺紋，效果更佳，強(qiáng)度提高）熱處理后再進(jìn)行滾壓螺紋，效果更佳，強(qiáng)度提高70100 %70100 %，此法具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗功能此法具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗功能4 4）控制單個(gè)螺距誤差和螺距累積誤差）控制單個(gè)螺距誤差和螺距累積誤

36、差冷鐓與滾壓加工第75頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)已知：螺栓個(gè)數(shù)z=2；螺栓公稱直徑M=20mm螺栓小徑d1=17.294mm；螺栓材料=80MPa；D=50mm；L=400mm，f=0.2求F=？第76頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)5.9 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)榛剞D(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（螺母固定）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 第77頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng) 1）傳力螺旋舉

37、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 3、螺旋傳動(dòng)類型3456789121- 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)按用途分三類 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) 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 第78頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)3、螺旋傳動(dòng)類型螺旋傳動(dòng)按摩擦副的性質(zhì)分構(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、易于自鎖磨損快、壽命短，低速時(shí)有爬行現(xiàn)象（滑移），摩

38、擦損耗大，傳動(dòng)效率低（3040%）傳動(dòng)精度低1 1、滑動(dòng)螺旋、滑動(dòng)螺旋特特 點(diǎn)點(diǎn)滑動(dòng)滾動(dòng)靜壓第79頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)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)。 滾動(dòng)螺旋滾珠螺旋滾子螺旋總循環(huán)式：全部滾珠一起循環(huán)分循環(huán)式：滾珠分組循環(huán)內(nèi)循環(huán)外循環(huán)自轉(zhuǎn)滾子式行星滾子式圓柱滾子（對(duì)應(yīng)矩形螺紋的螺桿）圓錐滾子（對(duì)應(yīng)梯形螺紋的螺桿）返回通道螺母滾珠螺桿反向器第80頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng) 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

39、，正逆運(yùn)動(dòng)效率相同，可實(shí)現(xiàn)逆?zhèn)鲃?dòng)。 滾動(dòng)螺旋的特點(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，尤其是長(zhǎng)螺桿更難保證熱處理及磨削工藝質(zhì)量，剛性及抗振性能較差。 第81頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)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 p1p2進(jìn)油回油節(jié)流器h1h2Fa油腔螺旋面FrBCA 摩擦系數(shù)小，效率高，工作穩(wěn)定，無爬行現(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) 特點(diǎn)：第82頁(yè)第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)二、滑動(dòng)螺旋的設(shè)計(jì)計(jì)算 1、結(jié)構(gòu)與材料 螺桿： 短、粗且垂直布置，可用螺母本身作支承 細(xì)長(zhǎng)且水平布置時(shí)，應(yīng)有附加支承材料：螺桿、螺母的固定和支承結(jié)構(gòu)，其剛度和精度等級(jí)直接與之有關(guān)（和軸的支承結(jié)構(gòu)基本相同） 結(jié)構(gòu)：螺母： 整體、 組合、 剖分第83頁(yè)第五章 螺