第6章螺紋連接與螺旋傳動(dòng)講述

1、第第6章章 螺紋連接與螺旋傳動(dòng)螺紋連接與螺旋傳動(dòng)6.1 運(yùn)動(dòng)副的摩擦運(yùn)動(dòng)副的摩擦6.2 螺紋連接的基本知識(shí)螺紋連接的基本知識(shí)6.3 螺紋連接的預(yù)緊與防松螺紋連接的預(yù)緊與防松6.4 單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算6.1運(yùn)動(dòng)副的摩擦6.1.1移動(dòng)副中的摩擦力1、驅(qū)動(dòng)功、驅(qū)動(dòng)功(輸入功輸入功)：作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力所作的功為驅(qū)動(dòng)功(即輸入功)Wd；2、有效功有效功(輸出功）輸出功）：克服生產(chǎn)阻力所作的功為有效功(輸出功)Wr；3、損耗功損耗功：克服有害阻力所作的功為損耗功Wf。它們之間的關(guān)系為WdWr Wf6.1.2機(jī)械效率及自鎖一、機(jī)械功1、機(jī)械效率、機(jī)械效率：輸出功和輸入功的比值，

2、反映了輸入功在機(jī)械中有效利用的程度，稱(chēng)為機(jī)械效率, 通常用表示。2、效率以功的形式表達(dá)、效率以功的形式表達(dá)： 3、效率以功率形式表達(dá)、效率以功率形式表達(dá)將各功除以時(shí)間t則得NdNr Nf 或其中Nd、Nr 、Nf分別為輸入功率、輸出功率與損耗功率。二、機(jī)械效率4、效率以力或力矩的形式表達(dá)、效率以力或力矩的形式表達(dá)設(shè)P為驅(qū)動(dòng)力，Q為生產(chǎn)阻力，vP和vQ分別為P和Q的作用點(diǎn)沿該力作用線(xiàn)方向的速度，于是可得理想機(jī)械理想機(jī)械：指沒(méi)有摩擦的機(jī)械。 理想驅(qū)動(dòng)力理想驅(qū)動(dòng)力：指理想機(jī)械中為了克服同樣的生產(chǎn)阻力Q，所需的驅(qū)動(dòng)力P0。理想機(jī)械的效率理想機(jī)械的效率0： 即 于是得機(jī)械效率的力表達(dá)式機(jī)械效率的力表達(dá)式

3、： 同理推得效率得力矩表達(dá)式為： 統(tǒng)一形式統(tǒng)一形式 ：三、機(jī)械的自鎖 由于機(jī)械中總存在著損失功，所以機(jī)械效率1。若機(jī)械的輸入功全部消耗于摩擦，結(jié)果就沒(méi)有有用功輸出，則=0。若機(jī)械的輸入工不足以克服摩擦阻力消耗的工，則 0。在這種情況下不管驅(qū)動(dòng)力多大都不能使機(jī)械運(yùn)動(dòng)，機(jī)械發(fā)生自鎖。因此機(jī)械自鎖的條件是0，其中=0為臨界自鎖狀態(tài)，并不可靠。6.1.3螺旋機(jī)構(gòu)的效率當(dāng)以力矩M擰緊螺母是，相當(dāng)與滑塊在驅(qū)動(dòng)力P作用下克服阻力Q沿斜面等速上升。當(dāng)擰松螺母時(shí)，相當(dāng)與滑塊在力P作用下下滑。6.2螺紋連接的基本知識(shí)螺紋連接的基本知識(shí)6.2.1 常用螺紋的類(lèi)型 常用螺紋的類(lèi)型主要有普通螺紋、 管螺紋、 圓錐螺紋、

4、 矩形螺紋、 梯形螺紋、 鋸齒形螺紋等, 前三種主要用于連接, 后三種主要用于傳動(dòng)。 起連接作用的螺紋稱(chēng)為連接螺紋, 起傳動(dòng)作用的螺紋稱(chēng)為傳動(dòng)螺紋。 標(biāo)準(zhǔn)螺紋的基本尺寸可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。6.2.2螺紋的主要參數(shù) 以圖6-1所示圓柱普通螺紋為例圖 6-16.2.3螺紋連接的分類(lèi)及應(yīng)用 如圖6-2所示，螺紋按其牙型角可分為三角螺紋，梯形螺紋和鋸齒形螺紋。三角螺紋主要用于聯(lián)接；矩形、梯形和鋸齒形螺紋主要用于傳動(dòng)。用于聯(lián)接的三角螺紋又有普通螺紋，英制螺紋以及用于管路系統(tǒng)聯(lián)接的圓柱螺紋，即管螺紋。在上述各種螺紋中，除矩形螺紋外，均已標(biāo)準(zhǔn)化。普通螺紋的螺距和基本尺寸見(jiàn)表（略）。 普遍螺紋即米制三角形螺紋，其

5、牙型角為60度，同一公稱(chēng)直徑下有多種螺距，其中螺距最大的稱(chēng)為粗牙螺紋，其余為細(xì)牙螺紋。 如圖6-3所示圖 6-36.2.4螺紋連接的基本類(lèi)型1、螺栓連接 2、雙頭螺柱連接 3、螺釘連接 4、緊定螺釘連接詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)表6-1螺栓連接雙頭螺柱連接螺釘連接圖 6-46.2.4螺紋連接的基本類(lèi)型 表6-16.2.4螺紋連接的基本類(lèi)型 表6-1螺紋連接件實(shí)物6.3螺紋連接的預(yù)緊與放松6.3.1螺紋連接的預(yù)緊 一般螺紋連接在裝配時(shí)都必須擰緊, 使連接件在承受工作載荷之前預(yù)先受到力的作用, 這個(gè)預(yù)加作用力稱(chēng)為預(yù)緊力。 預(yù)緊的目的是增大連接的緊密性、 可靠性和防松能力。 擰緊時(shí), 用扳手施加擰緊力矩M, 以克服

6、螺紋副中的阻力矩M1和螺母支承面上的摩擦阻力矩M2, 故擰緊力矩 M=M1+M2(12 - 1)螺紋副間的摩擦力矩為 )tan(221dFM式中, F為預(yù)緊力, 單位為N； d2為螺紋中徑, 單位為mm； d為螺紋公稱(chēng)直徑, 單位為mm； 為螺紋升角； 當(dāng)量摩擦角。 對(duì)于M10M68的粗牙普通螺紋, 無(wú)潤(rùn)滑時(shí)取M0.2Fd (12 - 3) (12 - 2)圖 6-5 測(cè)力矩扳手 圖 6-6 定力矩扳手 6.3.2螺紋連接的防松 在靜載荷作用下, 連接螺紋升角較小, 能滿(mǎn)足自鎖條件。 但在受沖擊、 振動(dòng)或變載荷以及溫度變化大時(shí), 連接有可能自動(dòng)松脫, 容易發(fā)生事故。 因此, 在設(shè)計(jì)螺紋連接時(shí),

7、 必須考慮防松問(wèn)題。 防松的根本問(wèn)題在于防止螺紋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 按工作原理分有三種防松方式: 利用摩擦力防松； 利用機(jī)械元件直接鎖住防松； 破壞螺紋副的運(yùn)動(dòng)關(guān)系防松。 常用防松方法如圖6-7 ，6-8，6-9所示。 1、摩擦防松對(duì)頂螺母彈簧墊圈自鎖螺母圖 6-72、機(jī)械防松開(kāi)口銷(xiāo)與槽形螺母止動(dòng)墊圈圖 6-82、機(jī)械防松串聯(lián)鋼絲止動(dòng)墊圈圖 6-96.4單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算 螺栓連接的受載形式很多, 但對(duì)單個(gè)螺栓(包括雙頭螺柱和螺釘)來(lái)說(shuō)主要有兩類(lèi): 一為外載荷沿螺栓軸線(xiàn)方向, 稱(chēng)為軸向載荷； 二為外載荷垂直于螺栓軸線(xiàn)方向, 稱(chēng)為橫向載荷。 當(dāng)傳遞軸向載荷時(shí), 螺栓受軸向拉力, 稱(chēng)為受拉螺栓。

8、螺栓連接可分為不預(yù)緊的松連接和有預(yù)緊的緊連接。 當(dāng)傳遞橫向載荷時(shí), 一種是普通螺栓連接, 靠預(yù)緊力在被連接件間產(chǎn)生的摩擦力傳遞橫向載荷, 螺栓仍受軸向拉力； 另一種是鉸制孔螺栓連接, 工作時(shí)螺桿受剪, 桿壁和孔壁互相擠壓來(lái)傳遞載荷, 稱(chēng)為受剪螺栓。 大多數(shù)情況下, 螺栓連接都是成組使用的, 在進(jìn)行螺栓組連接強(qiáng)度計(jì)算時(shí), 一般先根據(jù)連接的工作情況, 找出受力最大的螺栓和它的工作載荷, 然后計(jì)算這個(gè)螺栓的直徑。 而其他受力較小的螺栓也都采用與其相同的尺寸。 所以, 單個(gè)螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算是螺栓組強(qiáng)度計(jì)算的基礎(chǔ)。 大多數(shù)情況下螺栓的尺寸都是按經(jīng)驗(yàn)、 規(guī)范來(lái)確定的。 對(duì)于重要的螺栓連接, 如發(fā)動(dòng)機(jī)中的連

9、桿螺栓、 汽缸上受載的雙頭螺柱、 高溫高壓容器蓋的連接螺栓、 重載法蘭連接螺栓等, 則必須進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 螺栓的強(qiáng)度計(jì)算主要是確定螺紋的小徑d1, 然后按標(biāo)準(zhǔn)選取螺紋的公稱(chēng)直徑d等尺寸。 6.4.1、受拉螺栓連接、受拉螺栓連接1、松螺栓聯(lián)接、松螺栓聯(lián)接 這種聯(lián)接在承受工作載荷以前螺栓不旋緊，即不受力。如圖6-10所示的起重吊鉤尾部的松螺栓聯(lián)接。圖 6-10設(shè)螺栓所受的最大軸向載荷為F, 則強(qiáng)度條件為 FddF44121式中, d1為螺栓小徑, 單位為mm； 為松螺紋連接許用應(yīng)力, 單位為MPa。2、緊螺栓連接（1）只受預(yù)緊力的緊螺栓連接 緊螺栓連接在承受工作載荷之前必須預(yù)緊, 因此, 螺栓一方

10、面受拉, 另一方面因螺紋副中摩擦阻力矩的作用而受扭, 故在危險(xiǎn)截面上既有拉應(yīng)力, 又有受扭矩而產(chǎn)生的切應(yīng)力。 螺栓常用塑性材料, 根據(jù)第四強(qiáng)度理論, 其螺栓部分的強(qiáng)度仍按拉伸強(qiáng)度公式計(jì)算, 考慮到扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響, 把螺栓所受的軸向拉應(yīng)力增加30%, 即變?yōu)?.3倍, 因此, 螺栓的強(qiáng)度條件和設(shè)計(jì)計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為 012102 . 543 . 1FddF（2）. 受橫向外載荷的緊螺栓連接 1) 受力分析 如圖6-11所示的普通螺栓連接, 被連接件承受垂直于軸線(xiàn)的橫向載荷FR。 因螺栓桿與螺栓孔間有間隙, 故螺栓不直接承受橫向載荷FR, 而是預(yù)先擰緊螺栓, 使被連接零件表面間產(chǎn)生壓力F0, 從而

11、使被連接件接合面間產(chǎn)生的摩擦力來(lái)承受橫向載荷。 圖6-11 普通螺栓連接受橫向載荷的緊螺栓連接預(yù)緊后受橫向載荷的緊螺栓連接預(yù)緊后摩擦 面數(shù)m=1 摩擦 面數(shù)m=2圖 6-12摩擦 面數(shù)m=1摩擦 面數(shù)m=2受橫向載荷的緊螺栓連接加載后受橫向載荷的緊螺栓連接加載后圖 6-13若摩擦力之總和大于或等于橫向載荷FR, 則被連接件間不會(huì)相互滑移, 故可達(dá)到連接的目的。 因此, 每個(gè)連接作用于被連接件間的壓力即預(yù)緊力F0, 其大小可由下式算出: fzmFKFFKfzmFRfRf00式中, FR為橫向外載； F0為每個(gè)螺栓的預(yù)緊力； f為被連接件表面的摩擦系數(shù), 見(jiàn)表6-2； z為螺栓連接的個(gè)數(shù)； m為接

12、合面數(shù)(圖6-11中, m=2)； Kf為過(guò)載系數(shù), 通常取 Kf=1.2。 表6-2 連接接合面間的摩擦系數(shù) f （3）、受軸向載荷的緊螺栓連接 1) 受力分析 圖6 - 14所示的氣缸蓋螺栓連接, 即承受軸向外載荷的緊螺栓連接， 其受力分析見(jiàn)圖6 - 15。 未擰緊時(shí), 螺栓與被連接件皆不受力。 擰緊后, 螺栓受預(yù)緊力F0, 而被連接件則受預(yù)緊壓力F0的作用, 且產(chǎn)生壓縮變形1。圖 6-14當(dāng)如圖6 - 14所示的氣缸內(nèi)通入氣體后, 螺栓又受到軸向外載荷F的作用, 由于螺栓中總拉力由F0增至F, 螺栓比預(yù)緊狀態(tài)時(shí)增加伸長(zhǎng)變形2, 被連接件則要回彈變形2。 由于被連接件壓縮變形量減小, 故其所受壓力將減小, 不是原來(lái)的預(yù)緊力F0了, 而變成減小后的剩余預(yù)緊力F0, 由此可知, 螺栓受軸向載荷F后, 螺栓所受的總拉力F為工作拉力F與剩余預(yù)緊力F0之和, 即 F=F+F0 剩余預(yù)緊力F0的值可參照表6-3選取。圖 6 - 15 螺栓與被連接件的受力與變形 表6-3 剩余預(yù)緊力F0的取值范圍螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件及螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：式中：F-單個(gè)螺栓承受的橫向載荷(N)； d0-螺栓桿的直徑(mm)； m-螺栓受剪切面的個(gè)數(shù)； -螺栓的許用剪應(yīng)力(MPa)； min-被聯(lián)接件孔壁的最小軸向長(zhǎng)度(mm)，取min1.25d0；