《機(jī)械設(shè)計(jì)》講義(第八版)濮良貴(第5章)

1、 #第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)51螺紋:類型和應(yīng)用：分類:1）按螺紋位置分：外螺紋螺紋位于圓柱或圓錐體的外側(cè)內(nèi)螺紋螺紋位于圓柱或圓錐體的內(nèi)側(cè)2）按所起作用分：聯(lián)接螺紋用于起聯(lián)接作用傳動(dòng)螺紋用于起傳動(dòng)作用3）按制式分：米制、英制類型：6030-P30佗。圖5-1螺紋及其主要幾何參數(shù) # 1）普通螺紋：牙型:等邊二角形。牙型角：a=60如圖a）2)米制錐螺紋：牙型:等腰三角形。牙型角：a=603)管螺紋：牙型:等腰三角形。牙型角：a=554)梯形螺紋：牙型:梯形。牙型角：a=30如圖b）5)矩形螺紋：牙型:矩形。牙型角：a=0。6)鋸齒形螺紋：牙型:鋸齒形。如圖c）應(yīng)用：1）起緊固，聯(lián)接作用聯(lián)接螺紋

2、。2）起傳動(dòng)作用傳動(dòng)螺紋。注：常用螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用，見：P.62.表51螺紋已標(biāo)準(zhǔn)化，其基本尺寸可查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。螺紋的主要參數(shù):以圖51的外螺紋為例.大徑d：螺紋的最大直徑（外螺紋牙頂所在的圓柱面直徑）。叫公稱直徑。小徑山：螺紋的最小直徑（外螺紋牙底所在的圓柱面直徑）。中徑山：螺紋軸剖面內(nèi)牙溝與牙體等寬處的圓柱面直徑。d產(chǎn)（d+dJ/2.線數(shù)m螺紋的螺旋線數(shù)目。單線螺紋：沿一根螺旋線形成的螺紋。多線螺紋：沿多根螺旋線形成的螺紋。螺距P：相鄰兩螺牙對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離。導(dǎo)程S：沿同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周移動(dòng)的軸向距離。S=nP螺紋升角中：中徑螺旋線的切線與螺紋橫截面間的夾角。arctg（S/7rd?

3、）牙型角螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。牙側(cè)角P：螺紋牙型側(cè)邊與螺紋橫截面的夾角。接觸高度h：螺紋旋合后，內(nèi)、外螺紋接觸面的徑向高度。注：內(nèi)螺紋參數(shù)用大寫字母表示。如：D,D】，D?管螺紋的公稱直徑為管子的內(nèi)徑。52螺紋聯(lián)接的類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件:一.螺紋聯(lián)接的基本類型：圖5-2a普通螺栓聯(lián)接圖52b餃制孔螺栓聯(lián)接圖53a雙頭螺柱聯(lián)接圖5-3b螺釘聯(lián)接1螺紋聯(lián)接：1）普通螺栓聯(lián)接：被聯(lián)接件上的通孔與栓桿間有間隙。P.65.圖52a.優(yōu)：通孔加工要求低，裝拆方便，應(yīng)用很廣。2）較制孔螺栓聯(lián)接：孔與栓桿間為基孔制過渡配合。P.65.圖5-2b.優(yōu)：被聯(lián)接件的相對(duì)位置精確，能承受橫向載荷。缺：孔的加工要求較高。

4、# #雙頭螺柱聯(lián)接：卩65圖5力 適用：被聯(lián)接件之一太厚、較軟，且需經(jīng)常裝拆處。螺釘聯(lián)接：P65.圖53b適用：被聯(lián)接件之一太厚、較軟，且不經(jīng)常裝拆處。4緊定螺釘聯(lián)接：用擰入零件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件，達(dá)到固定兩零件相對(duì)位置，可傳遞不大的力。P.66.圖54.5地腳螺栓聯(lián)接：用于將機(jī)座固定在地基上。P.66.圖55.二.標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件：聯(lián)接件：有螺栓、雙頭螺栓、螺釘、螺母、墊片等。P.66.表52.聯(lián)接件精度：按GB/T3103.1-1982分A、B、C三級(jí)。A級(jí)：精度最高，用于要求配合精確、防振等重要聯(lián)接。B級(jí)：用于受載大，受變載，經(jīng)常裝拆處。C級(jí)：用于一般聯(lián)接，常用的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件為C

5、級(jí)。5-2螺紋聯(lián)接的預(yù)緊:一預(yù)緊：1.預(yù)緊：在裝配時(shí)將螺紋聯(lián)接擰緊。2.目的：增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性。3.預(yù)緊力F。：預(yù)緊時(shí)預(yù)加在聯(lián)接上的作用力。推薦值為：碳素鋼螺栓：Fo（0.6O.7）0sAi合金鋼螺栓：Fo（0.50.6）心AiAi螺栓危險(xiǎn)截面面積，A冋di?/4.d】一一般為螺紋小徑。亦一螺栓材料的屈服限。4.F。的控制：常用測力矩扳手（P69圖58）或定力矩扳手（P.69.圖59）.通過控制擰緊力矩來控制Fo.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)二.擰緊力矩T：要用T來控制F。，首先應(yīng)定出T與F。的關(guān)系如下:1螺旋

6、副中的摩擦力矩Ti：Do半tg（中+叭）2.螺母與支承面間的摩擦力矩T?：3.擰緊力矩T：F2D3-d3T=E+T2=亍叫tg（中+qv）+-fc-5423Do-do對(duì)MIOM64的常用粗牙普通螺紋，式中諸量為:1圖5-10擰緊力矩V，d2螺紋的升角和中徑。v=l42,3叨，d?u0.9dd0,Do栓孔直徑，螺母環(huán)面外徑。do-l.ld,D01.5d（Pv螺紋副當(dāng)量摩擦角。金0.10.2）a5=tg-1(f/cosy)tg_11.155ff：支承面摩擦系數(shù)。40.15于是，得：T=Ti+T?uO.2Fd（5-7）注：1）用T控制F。，易于操作，但不準(zhǔn)確。2）控制F。的精確方法是測量螺栓的伸長量

7、。3）F。過大可導(dǎo)致：螺桿拉斷螺紋滑牙。54螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接的自鎖與松脫：1）自鎖：Vv=l42/3。2KsT/fSi;（5-10）f接合面的摩擦系數(shù)1；第I個(gè)螺栓的軸線到螺栓組對(duì)稱中心O的距離z螺栓數(shù)目Ks防滑系數(shù)，Ks=l.l1.32）絞制孔螺栓聯(lián)接:剛性底板相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)量，即螺栓的剪切變形量正比于到O點(diǎn)的距離。機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) FlFmax】JimaxFmax/lmax=FJ1或(5-11)(5-12)(5-13)機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) 受軸向載荷的螺栓組:軸向載荷應(yīng)的作用線螺栓軸線并通過其對(duì)稱中心-各螺栓均載，.I(5

8、-29)F=F2/Z受傾覆力矩的螺栓組:!M1I0!X11!T40a)圖519受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接a傾覆力矩M作用于通過xx軸且垂直接合面的平面中，圖a)已受F。，但未受傾覆力矩M作用，圖b)螺栓：均勻受拉，拉力為F。地基：均勻受壓，壓強(qiáng)6底板：其上F。的合力與6的合力相等，底板所受的總作用力為零。已受M作用，底板繞00軸向右傾側(cè)，圖c)在00軸左側(cè)：螺栓：拉力由F。增大到F?地基：擠壓應(yīng)力由6下降為61,右側(cè)壓緊Op/Op2底板：螺栓的合力地基的合力，總合力為F,方向向下在00軸右側(cè)：螺栓：拉力由F。減小到F加地基：擠壓應(yīng)力由6增大到OP2底板：螺栓的合力V地基的合力，總合力Fm方向向上設(shè)

9、：底板為剛體，繞00傾轉(zhuǎn)時(shí)仍為平面，貝IJ：Fmax/Lmax=F1/L1或:max機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) F藝ELi=L：=M(5-17)1）接合面壓應(yīng)力校核：以避免地基壓碎或接合面出現(xiàn)縫隙,6max=6+6max=ZF“A+MAY0（5-18）A接合面的有效面積和有效抗彎截面系數(shù)W一接合面的有效抗彎截面系數(shù)z螺栓數(shù)回一拉合面材料的許用擠壓應(yīng)力。P.79.表56總述：對(duì)實(shí)際中的復(fù)雜受力狀態(tài)，可先簡化成上述四種受力的組合；再求出各種受力下的螺栓的工作載荷；最后將各工作載荷向量加，求出受載最大的螺栓及其所受的力。56螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算：主要破壞形式：螺栓的受載情況不

10、同，其破壞形式也不同。1.受拉螺栓：1）破壞形式：栓桿螺紋部分被拉斷。2）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證螺栓的靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度。2.受剪螺栓：1）破壞：栓桿或孔壁的壓潰。栓桿被剪斷。2）準(zhǔn)則：保證聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度及螺栓的剪切強(qiáng)度。一.松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算：P.70.圖5-12.松螺栓聯(lián)接：強(qiáng)度計(jì)算:1）校核：裝配時(shí)不擰緊的螺栓聯(lián)接。（受工作載荷前，螺栓不受力）設(shè)聯(lián)接受載時(shí)，螺栓承受工作拉力Fa=F/a41機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)2）設(shè)計(jì):d2J4F/7tcjdi螺栓危險(xiǎn)截面直徑（mm）o螺栓材料的許用拉應(yīng)力（MPa）二.緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算：緊螺栓聯(lián)接：裝配時(shí)擰緊的螺栓聯(lián)接。1.僅受預(yù)

11、緊力的緊螺栓聯(lián)接：1）預(yù)緊力Fo產(chǎn)生的拉應(yīng)力6a=F/丄血241(540)2)螺紋摩擦力矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力T：(5-11)TOC o 1-5 h zF。半吃（0+件）?df了=于吃（0+列）丁一.5”丄祠4%161413)對(duì)M10M64螺紋：小仙匕1.041.08,tg（p0.17,tg戶0.05計(jì)算應(yīng)力oca：按四強(qiáng)，預(yù)緊狀態(tài)下的為：(543)=a/o24-3t21.3q=1.3Fo/丄7rd：cao414扭轉(zhuǎn)的影響可用將。增加30%來考慮。4)受橫向載荷F作用：工作時(shí)，靠F。在接合面間產(chǎn)生的摩擦力抵抗F,且F。不受橫向載荷F的影響。圖5-22承受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接強(qiáng)度條件：oct=F/ff

12、接合面摩擦系數(shù)，若匸0.2,則F05F很大。減載零件：可在接合面上加銷、套筒或鍵。P81.圖5-23.此時(shí)，F(xiàn)由減載件承受，螺栓僅需保證聯(lián)接，d可明顯減小。受工作拉力F的緊螺栓聯(lián)接：1）受力與變形：a）螺母未擰緊b）螺母已擰緊c）己承受工作載荷圖5-24單個(gè)緊螺栓聯(lián)接的受力變形圖a）螺母剛與被聯(lián)接件接觸，尚未擰緊。不受力，無變形。b）螺母已擰緊：r螺栓：受F。作用，拉伸了九被聯(lián)接件：受壓，壓縮了爲(wèi)c）受工作拉力F：r螺栓：拉力Fo增大到F2,進(jìn)一步伸長AXo（被聯(lián)接件：壓力F。減小到F1，壓縮量入n減小為（爲(wèi)-心）。由上可見，受F作用后，被聯(lián)接件中的壓緊力由F。減小為F,所以螺栓中的拉力不等于

13、F（）+F,而為F?：2）螺栓的總拉力F?：F0=Fi+F3）殘余預(yù)緊力Fi：受工作拉力作用后被聯(lián)接件間的相互壓緊力。推薦：有緊密性要求的聯(lián)接:一般聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接：FH1.51.8）F載荷穩(wěn)定：變載：FiFFi=(020.6)FFi=(0.61.0)FOb設(shè)聯(lián)接在彈性范圍內(nèi)，則受力與變形成線性關(guān)系,可用以下線圖表示。FoFo力被聯(lián)接件.，螺栓暫入b(a)變形變形入.OnOb0b0FiOn變形4：則由圖:圖525單個(gè)緊螺栓聯(lián)接的受力變形線圖Cb=tg0bF0/Xb螺栓的剛度。Cm-tg9m-Fo/in被聯(lián)接件的剛度。W九WbGFF-AFAX-tg0mCmCb+Cm于是:Fn=F.+F-AF=

14、F,+一FG+久cF尸F(xiàn)c+zF=+F=耳+F200Ch+Cm1(5-31)(5-32)4）F。、F?、Fi和F的關(guān)系:叫螺栓的相對(duì)剛度，取決于螺栓及被子聯(lián)接件的尺寸，材料及墊片等，值在01中，可通過計(jì)算或?qū)嶒?yàn)確定。工作載荷在0F中變動(dòng)時(shí)，螺栓總拉力在F。F?中變化，其波動(dòng)范圍與螺栓的相對(duì)W0有關(guān)：5大，總拉力的波動(dòng)大，螺栓受力差。Cb+Jcb廠廠小,總拉力的波動(dòng)小，螺栓受力好。5）強(qiáng)度計(jì)算:設(shè)計(jì)時(shí)，先按受載情況求出F,再按工作要求選定F然后求出F?。校核：（可能需補(bǔ)充擰緊）1.3F?(5-33)機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) #機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接

15、和螺旋傳動(dòng) #設(shè)計(jì)：diyj4xl.3F2/7ra（5-34）6）疲勞強(qiáng)度校核：對(duì)重要聯(lián)接（eg汽缸蓋螺栓），除靜強(qiáng)度計(jì)算外，尚需疲勞強(qiáng)度校核。如圖517所示，工作載荷在0F中變化時(shí)，螺栓總拉力在F。F?中變化。*力被聯(lián)接件螺栓總拉力的變化”JFo_iOb入bA,”變形入m工作拉力的變化圖526承受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接于是：=珂百對(duì)un=F0/-l2（恒定）&2、喚nun；Cb+C7id這是的循環(huán)變應(yīng)力，可用32中（3-24）式校核。S=2jtc+（K。久歸麗is（瓦+仇）（26+久曲）一o.itc螺栓材料的對(duì)稱循拉壓疲勞極限，MPaP.85.表57.（Pq試件材料特性。碳鋼：q嚴(yán)0.10.2

16、,合金鋼：佻=0.20.3K。拉壓疲強(qiáng)綜合影響系數(shù)。見第三章附錄。S安全系數(shù)。P.87.表5-10.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) #機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) 承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接采用較制孔螺栓聯(lián)接時(shí)，剪力F由栓桿受剪來承受，此時(shí)應(yīng)：1）螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度:2）螺栓桿剪切強(qiáng)度:T=F/-d；T4F螺栓受到的工作剪力、N。圖5-27承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) #機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) #d螺栓受剪面直徑、ninioLnun螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，mm。o

17、p螺栓桿或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力、MPa。t螺栓材料的許用剪應(yīng)力、MPao5-7螺紋聯(lián)接件的材料及許用應(yīng)力一.螺紋聯(lián)接件的材料：常用材料：碳素鋼：低碳鋼：Q215,10,15合金鋼:2.材料的性能等級(jí)：中碳鋼：Q235,35,45o15Cr,40Cr,30GMnS等P.83.表5&表59.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) 機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) #1）等級(jí)：按GB/T3098.1-2000和GB/T3098.2-2000,共分以下十級(jí):3.64.64.85.65.86.88.89.810.912.92）等級(jí)的含義：小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示Qb/100

18、（ob材料的抗拉強(qiáng)度）小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字表示10os/B（丙材料的屈服極限）例：性能等級(jí)為6.8級(jí)的螺紋聯(lián)接件的也和os分別為：100=610cjs/ob=80B=6xlOO=6OOMPaos=8xoB/10=480MPa3）注意：只有重要或有特殊要求的聯(lián)接件，才允許用高性能等級(jí)的材料。二.許用應(yīng)力：與載荷性質(zhì)、裝配情況、聯(lián)接件的材料和結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān)，可確定如下:許用拉應(yīng)力回：o=Cs/S許用剪應(yīng)力訃T=os/Sz許用擠壓應(yīng)力6】：對(duì)鋼：op=Os/Sp對(duì)鑄鐵：op=Qb/SpgQb聯(lián)接件材料的屈服限和強(qiáng)度限。p.86表58.S,S“Sp安全系數(shù)。P.87.表5-10.5-8提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施

19、自學(xué)。機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) #機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) #機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) 機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）濮良貴主編第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) #一、降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅1、分析:(5-32)由前述，受拉力F作用的螺栓中的總拉力F?為：CF產(chǎn)Fc+zF=Fc+F=耳+F2C+C降低Cb：采用腰狀螺桿、空心螺桿，圖529安裝彈性元件或加大螺桿長度，圖530增大Cm：用剛度較大的墊片或密封環(huán)，圖531工作載荷在0F中變化時(shí)，螺栓總拉力在F。F?中變化，其變化幅值為:AF二一FV由此可見：F不變，降低Cb/（Cb+Cm）,就可降低F?的變化幅值，提高