工學(xué)第5章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)課件

1、第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)51螺紋52螺紋聯(lián)接的類型及標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件53螺紋聯(lián)接的預(yù)緊55螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)57螺栓的材料和許用應(yīng)力58提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施59螺旋傳動(dòng)54螺紋聯(lián)接的防松56單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算一、螺紋的形成51螺 紋二、螺紋的分類按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分 按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋聯(lián)接螺紋傳動(dòng)螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋(3)中徑d2d1d2d(1)大徑d(2)小徑d1(4)螺距P(5)導(dǎo)程SS = nP三、螺紋的主要幾何參數(shù)SPP/2P/2 (6)螺紋線數(shù)n

2、 (7) 螺紋升角 (8)牙型角 (9)接觸高度 h (10)旋向52螺紋聯(lián)接的類型及標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件一、 螺紋聯(lián)接的基本類型螺栓聯(lián)接：基本類型鉸制孔用螺栓 受拉螺栓(普通)螺釘聯(lián)接：雙頭螺柱聯(lián)接 ： 緊定螺釘聯(lián)接螺紋緊固件墊圈 螺母 螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋聯(lián)接二、螺紋緊固件53螺紋聯(lián)接的預(yù)緊預(yù)緊力：預(yù)緊的目的：增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性，防止受載后 被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。一、概述二、擰緊力矩簡(jiǎn)化公式 ，適用于M10M60的粗牙螺紋。T 0.2F0 d三、預(yù)緊力控制方法:(1)憑手感經(jīng)驗(yàn)(2)測(cè)力矩扳手(3)定力矩扳手(4)測(cè)定伸長(zhǎng)量尼龍圈鎖緊螺母防松的方法(或：防松原理) ：

3、1. 利用附加摩擦力防松彈簧墊圈對(duì)頂螺母54螺紋聯(lián)接的防松防松防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 沖點(diǎn)防松法2. 其它方法防松11.5P用沖頭沖2至3點(diǎn)粘合法防松涂粘合劑開(kāi)口銷與六角開(kāi)槽螺母串聯(lián)鋼絲3. 采用專門防松元件防松圓螺母用止退墊圈止動(dòng)墊圈55螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)螺栓組聯(lián)接時(shí)，關(guān)鍵是聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)被聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)和聯(lián)接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式。聯(lián)接接合面幾何形狀設(shè)計(jì)成一、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則：軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀 螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距，以保證扳手空間為了便于在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫線，通常分 布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。同

4、一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度應(yīng)相同避免螺栓承受附加的彎曲載荷二、螺栓組聯(lián)接的受力分析 受力分析的目的:根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載情況，找出受力最大的螺栓并求出其所受的力，以便進(jìn)行單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。受力分析時(shí)所作假設(shè): (1)所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均相同； (3)受載后聯(lián)接接合面仍保持為平面。受力分析的類型：(2)螺栓組的對(duì)稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；受轉(zhuǎn)矩受橫向載荷受軸向載荷受傾覆力矩M（1）對(duì)于鉸制孔用螺栓聯(lián)接，每個(gè)螺栓所受工作剪力為式中z為螺栓數(shù)目。1受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接鉸制孔用螺栓 FFFF （2）普通螺栓，當(dāng)承受橫向工作載荷時(shí)， 預(yù)緊力F0導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力

5、 應(yīng)大于橫向載荷F。KS 可靠性系數(shù)，常取 KS=1.11.3預(yù)緊力F0 f 摩擦系數(shù)i 結(jié)合面數(shù)FFF0F0 FFFF 普通螺栓潘存云教授研制TO潘存云教授研制O2受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接采用普通螺栓，是靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。TrmaxFmaxr1f F0f F0r2riFi3受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接若作用在螺栓組上軸向總載荷F作用線與螺栓軸線平行，并通過(guò)螺栓組的對(duì)稱中心，則各個(gè)螺栓受載相同，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為通常，各個(gè)螺栓還承受預(yù)緊力F0的作用，當(dāng)聯(lián)接要有保證的殘余預(yù)緊力為F1時(shí)，每個(gè)螺栓所承受

6、的總載荷F2為F2 = F1 + FDpFFF 作用在缸體上的總載荷為加預(yù)緊力后 螺栓受拉伸長(zhǎng)b被聯(lián)接件受壓縮短m加載 F 后:螺栓總伸長(zhǎng)量增加為 總拉力為 被聯(lián)接件壓縮量減少為 殘余預(yù)緊力減少為 F1 很顯然 F1F0 被聯(lián)接件放松了 +bm - 松弛狀態(tài) 預(yù)緊 狀態(tài)F0F0F0F0bm受載變形F1F1FF F2F2F2=F+F1b被聯(lián)接件變形力螺栓變形力FbFm變形力F2F1FF0F0F0barctanCbarctanCmmm螺栓剛度：被聯(lián)接件剛度：Cbtanb：Cmtanm：螺栓相對(duì)剛度系數(shù)Cb +CmCbF2 = F0 +FCb +CmCbF1 = F0 F 1-56單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度

7、計(jì)算螺栓聯(lián)接的主要失效形式滑扣 受拉螺栓塑性變形：疲勞斷裂：受剪螺栓 剪斷壓潰： 螺桿和孔壁的貼合面經(jīng)常拆卸： 軸向變載荷斷裂螺紋部分一、松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件式中： d1 螺紋小徑 mm ， 許用應(yīng)力FaFa設(shè)計(jì)公式二、緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算1. 僅承受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接2. 承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接3. 承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接1. 僅承受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接 對(duì)于M10 M64普通螺紋的鋼制緊螺栓聯(lián)接，在擰緊時(shí)，雖然同時(shí)承受拉伸和轉(zhuǎn)矩的聯(lián)合作用，但在計(jì)算時(shí)，可以只考慮拉伸強(qiáng)度計(jì)算，并將預(yù)緊力增大30%來(lái)考慮轉(zhuǎn)矩的影響。強(qiáng)度條件2. 受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接DpFF靜強(qiáng)度條件設(shè)

8、計(jì)公式重要場(chǎng)合的螺栓聯(lián)接，還應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。當(dāng)工作拉力在0F之間變化時(shí)，F(xiàn)2 F0 m bF 若不考慮摩擦力矩的影響，有螺栓所受總拉力在F0 F2之間變化。DI 因?yàn)閙in =const , 應(yīng)力工作點(diǎn)M落在ODG I區(qū)域內(nèi)，依據(jù)疲勞強(qiáng)度理論有其中 -1tc 螺栓材料的對(duì)稱循環(huán)拉壓疲勞極限。疲勞極限-1 -1tc10 160220 120 150Q215 170220 12016035 220300 17022045 250340 19025040Cr 320440 240340材 料 材料特性系數(shù)碳素鋼 =0.10.2合金鋼 =0.30.3min-1e-1amOCAS GMM3K 綜合影

9、響系數(shù)S 安全系數(shù) 3承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為 螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為 F 螺栓所受的工作剪力，單位N；Lmin鉸制孔用螺栓FFd0設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使 Lmin1.25d0d0 螺栓剪切面的直徑(可取被 聯(lián)接件孔直徑)，單位mm；Lmin 螺栓桿與孔壁擠壓面的最 小高度， 單位為mm。57螺栓的材料和許用應(yīng)力一、螺紋聯(lián)接件材料螺栓、螺柱、螺釘常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素鋼；特殊用途(防磁、導(dǎo)電): 特殊鋼、銅合金、鋁合金等。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為10級(jí)。3.6，4.6，4.8，5.6，5.8，6.8，8.8，9.8，10.9，12.9沖擊振動(dòng)場(chǎng)合用

10、：15Cr、40Cr、 30CrMnSi等合金鋼。普通墊圈：Q235、15、 35，彈簧墊圈： 65Mn 螺母的性能等級(jí)分為7級(jí)：4，5，6，8，9，10 ，12選用原則： 一般用途：通常選用4.8級(jí)左右的螺栓， 重要場(chǎng)合：要選用高的性能等級(jí)， 如在壓力容器中常采用8.8級(jí)的螺栓。二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力 螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)(靜、變載荷)、裝配情況(松、緊聯(lián)接)、材料、結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。許用拉應(yīng)力 許用剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力 被聯(lián)接件為鋼被聯(lián)接件為鑄鐵S, Sp 安全系數(shù)，其取值詳見(jiàn)表510。58提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施承受軸向變載荷時(shí)，螺栓的損壞形式：疲勞斷裂容易斷裂部位：一、降低螺栓總拉

11、伸載荷F2的變化范圍軸向工作載荷F的變化范圍 0 FCb+ CmCbF0 F0 +F總拉伸載荷的F2變化范圍 Cb 或 Cm F2變化范圍F 65%20%15%F0 m b措施一：降低螺栓剛度（ Cb Cb , b b ）F F F1 F2 雖然F=F但有FF強(qiáng)調(diào)殘余預(yù)緊力減小F2F FF1 b F0 m bF F F1 F2 措施二：提高被聯(lián)接件剛度（ CmCm , m m ） FF強(qiáng)調(diào)殘余預(yù)緊力減小F=FF2FF F1m F0 bF F F1 F2 m FF措施三：綜合措施（ Cb Cb , Cm Cm , F0 F0 ） bF0m F=F， F1 =F 1FF1F 普通螺母二、改善螺紋牙

12、間的載荷分布措施: 采用均載螺母加厚螺母不能提高聯(lián)接強(qiáng)度！加厚螺母螺栓桿螺栓桿F螺栓桿F均載螺母均載原理 螺母體螺母體螺栓桿螺母體螺栓桿FaF5/2F4/2F3/2F2/2F1/2F5/2F4/2F3/2F2/2F1/2螺母體螺栓桿FF =F1+F2+F3+F4+F5F1F2F3F4F51015懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母1015內(nèi)斜與環(huán)槽螺母均載原理相同螺母也受拉力的作用點(diǎn)外移，使載荷上移。均載元件懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母：內(nèi)斜螺與環(huán)槽螺母加工復(fù)雜，僅限于用在重要場(chǎng)合或大型聯(lián)接。采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu) 三、減小應(yīng)力集中1.增大過(guò)渡圓角2.切制卸載槽r四、避免或減小附加應(yīng)力3.卸載過(guò)渡結(jié)構(gòu)要從結(jié)構(gòu)、制造與裝配精度采取措施。切削加工支承面五、采用特殊制造工