第5章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動1.

1、5-1 概述5-2 螺紋聯(lián)接的類型5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松第五章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動第二篇 聯(lián)接5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析5-5 單個螺栓強(qiáng)度計算5-6 提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施5-7 螺旋傳動5-1 概述5-1 概述5-1 概述 一.螺紋的主要參數(shù)d大徑d1小徑d2中徑（公稱直徑）P螺距n線數(shù)S導(dǎo)程， S=nP升角，2dStan牙型角旋向5-1 螺紋副的受力、效率和自鎖F5-1 概述 二.螺紋副的受力、效率和自鎖效率擰緊力F軸向載荷QN擰緊時：松開時：)tan(QFv)tan(QFvcosfftanvv擰緊時：松開時：vtantantan)tan(v自鎖條件：vv5-1 螺紋的牙型和

2、特點（三角、管螺紋）5-1 概述 三.螺紋的類型和特點1.三角螺紋（普通螺紋）2.管螺紋主要用于聯(lián)接。自鎖性好，效率低，強(qiáng)度高粗牙細(xì)牙 用于水、煤氣、潤滑管道等的聯(lián)接。5-1 螺紋的牙型和特點（矩形、梯形、鋸齒形）5-1 概述 3.矩形螺紋4.梯形螺紋5.鋸齒形螺紋 矩形螺紋尚未標(biāo)準(zhǔn)化，其它螺紋已標(biāo)準(zhǔn)化。 用于傳動，效率最高，強(qiáng)度低，間隙不能調(diào)整。 用于傳動，效率略低于矩形螺紋，強(qiáng)度高，間隙可調(diào)，常用。 用于單向傳動。5-2 螺紋聯(lián)接的類型（螺栓聯(lián)接）5-2 螺紋聯(lián)接的類型5-2 螺紋聯(lián)接的類型 一.螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接兩被聯(lián)接件都較薄且都是通孔。Mdd0=d+1dMd5-2

3、螺紋聯(lián)接的類型（雙頭螺栓聯(lián)接）5-2 螺紋聯(lián)接的類型 二.雙頭螺栓聯(lián)接兩被聯(lián)接件一個較薄光孔一個較厚螺紋孔用于常拆時5-2 螺紋聯(lián)接的類型（螺釘聯(lián)接）5-2 螺紋聯(lián)接的類型 三.螺釘聯(lián)接兩被聯(lián)接件一個較薄光孔一個較厚螺紋孔用于不常拆時5-2 螺紋聯(lián)接的類型（緊定螺釘聯(lián)接）5-2 螺紋聯(lián)接的類型 四.緊定螺釘聯(lián)接5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 一.預(yù)緊力F0和擰緊力矩T 擰緊后被聯(lián)接件受壓螺栓受拉 擰緊的目的 擰緊力矩：T=T1+T20.2F0d式中：T1螺紋副中摩擦力矩T2螺母與支承面間的摩擦力矩2dtanFT2v01202030300c2dDd

4、DFf31T5-3 防松5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 控制T的方法力矩法測螺栓變形量 若采用不控制擰緊力矩，則螺栓直徑不宜小于M12。二. 防松 松動的原因在沖擊、振動或溫度變化大時，螺紋副中摩擦力可能瞬時消失。 防松的根本問題防止螺母與螺栓相對轉(zhuǎn)動。5-3 防松裝置5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 常見的防松裝置1.摩擦防松使螺紋副中始終存在不隨外載變化的正壓力。彈簧墊圈優(yōu)點：簡單，方便。缺點：偏載，在沖擊振動下不可靠。5-3 雙螺母5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 雙螺母優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，防松可靠。缺點：尺寸大，不美觀。橫向鎖緊螺母5-3 開口銷5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 2.機(jī)械防松利用機(jī)械裝置

5、將螺母與螺栓聯(lián)成一體。開口銷與槽形螺母工作可靠，裝拆方便，用于有振動的機(jī)械上，但銷易斷。5-3 圓螺母5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 圓螺母與帶翅墊片 工作可靠，常用于滾動軸承的軸向定位。止動墊圈結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,防松可靠。5-3 串聯(lián)鋼絲5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 串聯(lián)鋼絲3.永久防松5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析 5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析一.結(jié)構(gòu)設(shè)計二.受力分析 目的求出受力最大的螺栓，以進(jìn)行單個螺栓強(qiáng) 度計算。 假設(shè)：各螺栓直徑、長度、材料和預(yù)緊力F0相同；受載后結(jié)合面仍為平面；螺栓的變形在彈性范圍內(nèi)。5-4 螺栓組受橫向載荷5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)

6、設(shè)計與受力分析 1.螺栓組受橫向載荷FR采用普通螺栓FRFRFRFR 靠結(jié)合面的摩擦平衡外載荷FR，而螺栓僅受預(yù)緊力和力矩作用。Rs0FKizFf2i 1i izfFKFRs05-4 螺栓組受橫向載荷5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析 靠剪切和擠壓平衡外載荷FR鉸制孔用螺栓zFFRS單個螺栓工作載荷：FRFR512O634TTr1r2r35-4 螺栓組受扭矩5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析 2.螺栓組受轉(zhuǎn)矩T底板繞中心O轉(zhuǎn)動。采用普通螺栓 靠結(jié)合面的摩擦力矩平衡外載荷T，而螺栓僅受預(yù)緊力和力矩作用。TKrFfrFfrFfsz02010 is0rfTKF0Ff 0Ff 0Ff 5-4 螺栓組受扭矩

7、5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析 采用鉸制孔用螺栓 靠剪切、擠壓力矩平衡外載荷T。TrFrFrFzTZ22T11T ZTZ22T11TrFrFrF imaxmaxTTirrFF 2imaxmaxTrrTFOT21512O63T4r1r2r3FT3FT2FT1變形協(xié)調(diào)條件：最大工作載荷：5-4 螺栓組受軸向載荷5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析 3.螺栓組受軸向載荷FQpFQZFFQ總載荷FQ：單個螺栓工作載荷：注意：只能用普通螺栓，不能用鉸制孔用螺栓。p螺栓受預(yù)緊力F05-4 螺栓組受傾覆力矩5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析 4.螺栓組受傾覆力矩MMLFLFLFzZ2211 ZZ2211LFLF

8、LF imaxmaxiLLFF 2imaxmaxLLMF1 23 48 76 5底板繞O-O軸線轉(zhuǎn)動擰緊后，工作前：受M后左側(cè)螺栓被拉緊,軸向力右側(cè)螺栓被放松,軸向力變形協(xié)調(diào)條件：最大工作拉力：注意：只能用普通螺栓，不能用鉸制孔用螺栓。5-4 受力分析小結(jié)5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析小結(jié)：外載橫向力FR扭矩T軸向力FQ傾覆力矩M普通螺栓鉸制孔用螺栓iZfFKFRS0ZFFRSiS0rfTKF2imaxmaxrrTFZFFQ2imaxmaxLLMF受拉受剪5-4 螺栓組受復(fù)合載荷5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析 ZFFRScosFF2FFF2TS22T2Smax 5.螺栓組受復(fù)合載荷作用1）

9、鉸制孔用螺栓受FR+TFR1234FRFRT2imaxmaxTrrTFFSFTT關(guān)鍵：受力圖一定要畫對。5-4 螺栓組受復(fù)合載荷5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析 2）普通螺栓ifFKFmaxS0受FR+TZFFRScosFF2FFF2TS22T2Smax FRFRT2imaxmaxTrrTF1234FRTFT螺栓2、3處橫向力最大：FSFQFQM5-4 螺栓組受復(fù)合載荷5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析 受FQ+MZFFQ2imaxQmaxLLMZFF FQM2imaxmaxLLMFFQ工作拉力5-4 螺栓組受復(fù)合載荷5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析受FR（或T）+FQZFFQFFFFF012

10、FQFQFQFRiZfFKFRS1FR殘余預(yù)緊力單個螺栓受的總拉力FFF02工作拉力5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析 受FR（或T）+M2imaxmaxLLMFFFF02 MiZfFKFRS0FR預(yù)緊力受力最大螺栓的總拉力max02FFF工作拉力FRMFRMFRFQ5-4 螺栓組受復(fù)合載荷5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析 受FR（或T）+FQ+M2imaxQmaxLLMZFFFFFFF0max12 FQ+MFR受力最大螺栓的總拉力max02FFF工作拉力iZfFKFRS1殘余預(yù)緊力5-4 螺栓組受力分析步驟5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析螺栓組受力分析步驟：1.判別螺栓類型普通螺栓鉸制孔用螺栓

11、不能受FQ、M2.外載荷是否作用在形心是正交分解否將外載荷向形心簡化3.分析螺栓組受幾種載荷作用？哪些螺栓受力最大？4.求最大載荷普通螺栓鉸制孔用螺栓max12FFFcosFF2FFFTS2T2SmaxFQ、M FmaxFR、T F1FR、T 5-4 討論題5-4 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析討論：請分析圖示螺栓組受幾種外載荷作用？ FR、T 、 FQ、M螺栓組僅受T作用5-5 單個螺栓強(qiáng)度計算5-5 單個螺栓強(qiáng)度計算 5-5 單個螺栓強(qiáng)度計算一.失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則 普通螺栓靜載：桿斷,牙壞或塑變保證靜拉伸強(qiáng)度變載：疲勞斷裂保證疲勞強(qiáng)度 鉸制孔用螺栓：剪斷、壓潰保證剪切、擠壓強(qiáng)度5-5 普通螺栓（

12、僅受工作載荷）5-5 單個螺栓強(qiáng)度計算 二.螺栓靜強(qiáng)度計算1.普通螺栓僅受工作載荷例：性能等級 5.6表示松聯(lián)接 S4dFAFs21MPa500BMPa3001065S螺栓材料 F4d1取標(biāo)準(zhǔn)Md例：d117.123mm取 M20：d=20mm， d1=17.294mm5-5普通螺栓（僅受預(yù)緊力）5-5 單個螺栓強(qiáng)度計算 僅受預(yù)緊力F04dF2105 . 016d2dtanFWT312v0T13 . 14332222ca 01F3 . 14d取標(biāo)準(zhǔn)MdF0T1當(dāng)量應(yīng)力 S4dF3 . 1s2101.3的意義考慮扭剪應(yīng)力的影響,把拉應(yīng)力增大30% 。5-5普通螺栓（受預(yù)緊力和工作載荷）5-5 單

13、個螺栓強(qiáng)度計算 受預(yù)緊力F0和工作載荷F 主要問題：求螺栓受的總拉力F2=？FFF02 原因：屬靜不定問題。bmbFbmbcmcm5-5普通螺栓（受預(yù)緊力和工作載荷）5-5 單個螺栓強(qiáng)度計算 擰緊后，工作前栓受拉：0Fb被聯(lián)接件受壓：0Fm合并兩圖： 受工作載荷F栓：0F被聯(lián)接件：0FFF01Fbbmm變形協(xié)調(diào)條件：mb1F5-5普通螺栓（受預(yù)緊力和工作載荷）5-5 單個螺栓強(qiáng)度計算 變形協(xié)調(diào)條件：mbFFF02FF1FcccFmbbFcccFFmbm01mbbccc相對剛度系數(shù)bmbmFF1F2Fbcmc螺栓靜力平衡條件：5-5普通螺栓（受預(yù)緊力和工作載荷）5-5 單個螺栓強(qiáng)度計算 強(qiáng)度計算

14、： 21F3 . 14d 4dF3 . 1212取標(biāo)準(zhǔn)Md5-5 鉸制孔用螺栓強(qiáng)度計算5-5 單個螺栓強(qiáng)度計算 2.鉸制孔用螺栓受橫向力F S4dFs20 F4d0取標(biāo)準(zhǔn)Md 剪切強(qiáng)度： pspmin0pSLdF 擠壓強(qiáng)度：LFdpmin0取大值取最小值例：d012.67mm取 M12：d=12mm,d0=13mm5-5 螺栓強(qiáng)度計算小結(jié)5-5 單個螺栓強(qiáng)度計算小結(jié)：單個螺栓強(qiáng)度計算普通螺栓鉸制孔用螺栓松聯(lián)接緊聯(lián)接 F4d1取標(biāo)準(zhǔn)Md僅受預(yù)緊力受預(yù)緊力+工作載荷 01F3 . 14d 21F3 . 14d剪切擠壓 F4d0d0取大值，取標(biāo)準(zhǔn)MdLFdpmin0作業(yè)一作業(yè)一作業(yè)：P98/6.修改

15、：已知?，F(xiàn)有如圖5-51所示的三種螺栓布置型式，設(shè)采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接，其=136MPa，求：1.哪一種布置方式最合理，為什么？ 2.三種方案中螺栓直徑各為多大？12512512525012512560KNC）5-6 提高螺紋聯(lián)接的措施5-6 提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施 5-6 提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施一.改善螺紋牙間載荷分配不均的現(xiàn)象 原因：螺栓桿受拉，螺距增大螺母受壓，螺距減小變形不協(xié)調(diào)靠螺紋牙來協(xié)調(diào)5-6 （改善螺紋牙載荷分布）5-6 提高螺紋聯(lián)接的措施 提高螺紋聯(lián)接的措施鋼絲螺套均載螺母F2F5-6 （減小應(yīng)力幅）5-6 提高螺紋聯(lián)接的措施 二.減小螺栓應(yīng)力幅 變載荷：0 F 0 F 4dF

16、210min4dF212maxma 、注意：螺栓max一定時，a越小，疲勞強(qiáng)度越高。脈動循環(huán)非對稱循環(huán) 螺栓所受總載荷：F0 F2 F0 F2 5-6 （減小應(yīng)力幅）5-6 提高螺紋聯(lián)接的措施 強(qiáng)度條件： a21mbb212102minmaxadFccc2dF22dFF2 減小a的措施： 1. cb5-6 （減小應(yīng)力幅）5-6 提高螺紋聯(lián)接的措施 2. cm5-6 （減小應(yīng)力幅）5-6 提高螺紋聯(lián)接的措施 三.避免螺栓產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力5-6 （減小應(yīng)力集中、合理工藝）5-6 提高螺紋聯(lián)接的措施 四.減小應(yīng)力集中五.合理的制造工藝習(xí)題課習(xí)題課習(xí)題課 目的 特點 步驟 ：1.定聯(lián)接類型，合理布局螺

17、栓；2.受力分析，求受力最大螺栓的載荷；3.強(qiáng)度計算；4.校核螺栓組安全工作條件。對于普通螺栓聯(lián)接：螺栓要有足夠的強(qiáng)度（不斷）；底板不滑移（不滑）；底板與基座不分離（不松）；底板與基座不壓潰（不碎）。 RS1FKiZfF0minppmaxp習(xí)題課習(xí)題課 圖示為一鋼支架，用四個普通螺栓聯(lián)接，固定在鑄鐵的基座上，支架結(jié)構(gòu)尺寸如圖示，f=0.15，試設(shè)計此螺栓聯(lián)接。P4132N8485P 04550120150FRQF解：一.螺栓組受力分析N600045sinPF0QN600045cosPF0RFRNmm10350FM5R螺栓組受軸向力橫向力傾覆力矩習(xí)題課習(xí)題課螺栓4受力最大，最大工作載荷：N40006026010346000LLMZFF252imaxQmax首先保證底板不滑移 討論：1.若僅受FR作用：二.求預(yù)緊力F0和總拉力F2Rs0FKzFfzfFKFRs02.若同時受FR+FQ作用：Rs1FKzFfzfFKFRs1zFcccFFQmbm01且： 3.若同時受FR+FQ+M作用：M對摩擦力無影響，此時，支架對底板總壓力仍為：RsFKf)zFcccF(zQmbm00F習(xí)題課習(xí)題課三.計算螺栓直徑RSQmbm0FKf )zFcccF( zzFccczfFKFQmbmRS0N131254600075. 015. 0460002 . 1最大總拉力：N141254