第13章螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng)

1、聯(lián) 接n聯(lián)接的目的：便于機(jī)器的制造、安裝、運(yùn)輸、維修以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。n機(jī)械聯(lián)接：n 機(jī)械動(dòng)聯(lián)接：機(jī)器工作時(shí)，被聯(lián)接的零（部）件間可以有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。如機(jī)械原理課程中所討論的各種運(yùn)動(dòng)副；n 機(jī)械靜聯(lián)接：機(jī)器工作時(shí)，被聯(lián)接的零（部）件間不允許產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。在機(jī)器制造中，聯(lián)接也通常指機(jī)械靜聯(lián)接。n機(jī)械靜聯(lián)接：n 可拆聯(lián)接：如螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接及銷聯(lián)接等；n 不可拆聯(lián)接：焊接、鉚釘聯(lián)接、膠接等； 第13章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng) 補(bǔ)充 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、鋸齒形一、螺紋的形成鋸齒形螺紋

2、三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋按牙型: 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)二、螺紋的類型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

3、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)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，一般為便于制造n4 螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：L=nP 7）螺旋升角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 螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角9）接觸高度h22/dnParctgdarctgL131 螺紋聯(lián)接的類型及螺紋聯(lián)接件 一、螺紋聯(lián)接主要類型1、螺栓聯(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

4、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。也稱受拉螺栓連接。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。也稱受剪螺栓聯(lián)接2、雙頭螺栓聯(lián)接螺桿兩端無釘頭，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，適于受載較小情況特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接 , 吊環(huán)螺釘聯(lián)接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)的缺口中以固定零件的

5、相對(duì)位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。二、螺紋聯(lián)接件 2）雙頭螺柱兩端帶螺紋 A型有退刀槽 B型無退刀槽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螺母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，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6）螺母 六角螺母：標(biāo)準(zhǔn)，扁，厚 5）自攻螺釘由螺釘攻出螺紋圓螺母+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7）墊圈

6、132 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QP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QP預(yù)緊過緊擰緊力QP過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強(qiáng)度 過松擰緊力QP過小，工作不可靠 dKQTP 一般 K=0.10.3 K擰緊力矩系數(shù)預(yù)緊力QP的控制：測(cè)力矩板手測(cè)出預(yù)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，如右圖測(cè)量預(yù)緊前后螺栓伸長(zhǎng)量精度較

7、高 二、螺紋防松 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。3、防松辦法及措施 1）摩擦防松 雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等 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，止動(dòng)墊片，串聯(lián)鋼絲等3）破壞螺旋副關(guān)系： 端鉚、沖點(diǎn)、點(diǎn)焊、粘合133

8、單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 實(shí)質(zhì)：根據(jù)聯(lián)接的類型、聯(lián)接的配合情況、載荷狀況進(jìn)行受力分析，找出螺栓組內(nèi)受力最大的螺栓及其所受的力，然后按單個(gè)螺栓，按相應(yīng)條件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。方法：受力分析確定失效形式建立計(jì)算準(zhǔn)則建立強(qiáng)度計(jì)算公式。1普通螺栓聯(lián)接受力情況：軸向拉力；失效形式：斷裂 靜力斷裂：靜載荷，且嚴(yán)重過載。 疲勞斷裂：變載荷，多數(shù)屬此，且疲勞斷裂常發(fā)生在螺紋根部，即截面面積較小，并有缺口應(yīng)力集中的部位，有時(shí)也發(fā)生在螺栓頭與光桿的交接處。、松螺栓聯(lián)接如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無QP，只有工作載荷F起拉伸作用強(qiáng)度條件為：421dF41Fd 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

9、 (MPa) nS/ s材料屈服極限Mpa表4-8 N 安全系數(shù)，表4-9二、緊螺栓聯(lián)接工作前有預(yù)緊力F工作前擰緊，在擰緊力矩T作用下：預(yù)緊力F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):2141dQp接第四強(qiáng)度理論：3 . 1322ca 強(qiáng)度條件為： 式中：QP 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 強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式： 設(shè)計(jì)公式： 特點(diǎn)：桿孔間有間隙，靠擰緊的正壓力(QP)產(chǎn)生摩擦力來傳遞外載荷。 說明：

10、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RsFmFRfsFkmzF 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)減載鍵這時(shí)螺拴連接只是保證聯(lián)接，不承受工作載荷，故所需預(yù)緊力較小 三、緊螺栓聯(lián)接計(jì)算受F和工作拉力F 預(yù)緊狀態(tài) 被聯(lián)接件 F 壓2 栓桿 F 拉1 加工作拉力F 被聯(lián)接件 F 放松2 栓桿 F 拉伸 11 =2螺栓受到的總拉力 0FFF螺栓和被聯(lián)接件的受力變形線圖2 21 101212211FcFcFcFcFFFcFFFcccFFFcccFFFcccFF2110212 212 相對(duì)剛度如果螺栓的工作載荷過大，聯(lián)接會(huì)出現(xiàn)縫

11、隙。F 0強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式： 設(shè)計(jì)公式： 當(dāng)F為變載荷： 2、鉸制孔螺栓聯(lián)接特點(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R進(jìn)行工作。主要失效形式：螺栓桿被剪斷、栓桿或孔壁被壓潰。420dR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： PPldRmin0 R 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），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134 螺栓組聯(lián)接受力分析 工程中螺栓皆成組使用，單個(gè)使用極少

12、。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)接受力分析的目的：求出受力最大的螺栓及其所受的力。便于進(jìn)行螺栓強(qiáng)度的計(jì)算。 1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接 單個(gè)螺栓工作載荷為： F=FQ/Z FQ軸向外載 Z螺栓個(gè)數(shù) 此外還受F，計(jì)算出F0由F0計(jì)算螺栓強(qiáng)度。2、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接普 通 螺 栓 受拉伸作用鉸制孔螺栓受橫向載荷剪切、擠壓作用。RfsFkmzFzFFRsm單個(gè)螺栓的接合面數(shù)。Kf可靠性系數(shù)3、受橫向扭矩螺栓組聯(lián)接 a)普通螺栓聯(lián)接 由靜平衡條件0TTKTrrrZfs2ss1FFFZiiZrTKrrrKT1sf21sf)(F則各個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力為聯(lián)接件不

13、產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的條件為：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TrrrrZiiiZZ1ss22s11sFFFF由假設(shè)板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應(yīng)變與半徑成正比。在材料彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比 iiirrrrmaxmaxssmaxmaxs1sFFFFZiirrT12maxmaxsF 4、受傾覆（翻轉(zhuǎn)）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)，只能用普通螺栓，取板為受力對(duì)象，由靜平衡條件 設(shè)單個(gè)螺栓工作載荷為Fi MLFLFLFZZ2211maxmax11LFLFLFiitiiLMLF12maxmax 螺栓桿不拉

14、斷的條件 4F3 . 121maxdcaF43 . 1max1d設(shè)計(jì)公式 驗(yàn)算公式 右側(cè)不壓潰條件（被聯(lián)接件） FmaxPPWMAZ左側(cè)不開縫的條件 0FminWMAZP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。135 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 工作中螺栓牙抗拉伸長(zhǎng)

15、，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。 懸置螺母內(nèi)斜螺母環(huán)槽螺母鋼絲螺套二、降低螺栓應(yīng)力幅 1、降低螺栓剛性 可增大螺栓長(zhǎng)度，或用腰狀桿螺栓、空心螺栓、柔性螺栓聯(lián)接 AFccc21211a2、提高被聯(lián)接件剛度采用高硬度墊片三、減小應(yīng)力集中的影響1）加大過渡處圓角(圖1) 2）改用退刀槽3）卸載槽，(圖2) 四、避免或減小附加彎曲應(yīng)力 承壓面傾斜承壓面傾斜被聯(lián)接件變形過大球面墊片斜墊片凸臺(tái)沉頭座環(huán)腰五、采用合理的制造工藝 1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，

16、疲勞強(qiáng)度提高3040% 2）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3）熱處理后再進(jìn)行滾壓螺紋，效果更佳，強(qiáng)度提高70100 %，此法具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗功能4）控制單個(gè)螺距誤差和螺距累積誤差 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。 136 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 2、傳動(dòng)形式： a)螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) b)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母作直線運(yùn)動(dòng) c)螺母旋轉(zhuǎn)并沿直線運(yùn)動(dòng)，螺桿固定 d) 螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿直線移動(dòng)防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 3、螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用 按用途可分為承載小，工作時(shí)間短，有些要求較高的調(diào)整精度，有些要求較高的調(diào)整速度。調(diào)整螺旋以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，要求較高的運(yùn)動(dòng)速度和精度，傳導(dǎo)螺旋以傳遞動(dòng)力為主，受力大，速度低，間歇工作，通常要求自鎖。傳力螺旋特 點(diǎn)功能 按螺旋副的摩擦可分為：摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要專門的液壓系統(tǒng)供油。靜壓螺旋摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滾動(dòng)螺旋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，易于自鎖，摩擦阻力大，效率低，磨損快，滑動(dòng)螺旋特 點(diǎn)摩擦性質(zhì)螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)n傳動(dòng)比大n精度較高n能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖n結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單傳動(dòng)平穩(wěn)無噪音缺點(diǎn)n磨擦磨損大，效率較低)(ta