機械基礎教學最好的PPT機械設計5螺紋聯接(精品)

聯接的類型機械聯接有兩大類：動聯接和靜聯接。靜聯接又分為可拆聯接和不可拆聯接，其種類如下：靜聯接可拆聯接不可拆聯接螺紋聯接鍵（包括非導向平鍵、花鍵、半圓鍵等）、銷聯接楔聯接鉚接焊接膠接彈性環(huán)聯接過盈聯接第5章螺紋聯接與螺旋傳動§5.1

螺紋§5.2

螺紋聯接的類型與標準聯接件§5.3

螺紋聯接的預緊§5.4

螺紋聯接的防松§5.5

螺紋聯接的強度計算§5.6螺紋組聯接的設計§5.7螺紋聯接件的材料與許用應力§5.8提高螺紋聯接強度的措施§5.9螺旋傳動§5.1

螺紋一、螺紋的類型和應用

螺紋有外螺紋與內螺紋之分，它們共同組成螺旋副。螺紋按工作性質分為聯接用螺紋和傳動用螺紋。聯接用螺紋的當量摩擦角較大，有利于實現可靠聯接；傳動用螺紋的當量摩擦角較小，有利于提高傳動的效率。常用螺紋的類型主要有普通螺紋、米制錐螺紋、管螺紋、梯形螺紋、矩形螺紋和鋸齒形螺紋。其中除矩形螺紋外，都已標準化。普通螺紋牙型為等邊三角形，牙型角為60°。同一公稱直徑按螺距大小，分為粗牙和細牙。細牙螺紋的螺距小，升角小，自鎖性好，聯接強度高，因牙細不耐磨，容易滑扣。一般聯接多用粗牙螺紋?！?.1

螺紋管螺紋或米制錐螺紋管螺紋：牙型角a＝55°，牙頂有較大的圓角，螺紋分布在圓錐管壁上。螺紋旋合后，利用本身的變形就可以保證聯接的緊密性，不需要任何填料。適用于管子、管接頭、旋塞、閥門和其它螺紋聯接的附件。米制錐螺紋：牙型角a＝60°，牙頂為平頂，錐度為1:16。矩形螺紋牙型角a=0°的正方形，其傳動效率較其它螺紋高，但牙根強度弱，螺旋副磨損后，間隙難以修復和補償，傳動精度降低。目前尚未標準化，已逐漸被梯形螺紋所代替?！?.1

螺紋牙型角a＝30°的等腰梯形。與矩形螺紋相比，傳動效率略低，但工藝性好，牙根強度高，對中性好。如用剖分螺母，還可以調整間隙。梯形螺紋是最常用的傳動螺紋。。梯形螺紋牙型為不等腰梯形，工作面的牙側角為3°，非工作面的牙側角為30°。這種螺紋兼有矩形螺紋傳動效率高、梯形螺紋牙根強度高的特點，但只能用于單向受力的螺紋聯接或螺旋傳動中。鋸齒形螺紋§5.1

螺紋二、螺紋的主要參數大徑d－即螺紋的公稱直徑。小徑d1－常用于聯接的強度計算。中徑d2－常用于聯接的幾何計算。螺距P－螺紋相鄰兩個牙型上對應點間的軸向距離。牙型角a－螺紋軸向截面內，螺紋牙型兩側邊的夾角。升角y－螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。線數n－螺紋的螺旋線數目。螺紋主要幾何參數導程S－螺紋上任一點沿同一條螺旋線轉一周所移動的軸向距離，S=nP。接觸高度h。

§5.2

螺紋聯接的類型與標準聯接件一、螺紋聯接的基本類型螺栓聯接分普通螺栓聯接和鉸制孔用螺栓聯接。

普通螺栓聯接：被聯接件的通孔與螺栓桿之間留有間隙。通孔的加工精度要求較低，結構簡單，裝拆方便，應用十分廣泛。螺栓孔的直徑大約是螺栓直徑的1.1倍。鉸制孔用螺栓聯接：被聯接件通孔與螺栓桿之間采用基孔制過渡配合，聯接能精確固定被聯接件的相對位置，并能承受橫向載荷，但對孔的加工精度要求較高。?！?.2

螺紋聯接的類型與標準聯接件2.螺釘聯接和雙頭螺柱聯接螺釘聯接：螺釘聯接的特點是螺釘直接擰入被聯接件的螺紋孔中，結構簡單緊湊。但當要經常拆卸時，易使螺紋孔磨損，故多用于受力不大，不需經常拆卸的場合。雙頭螺柱聯接：雙頭螺柱聯接適用于結構上不能采用螺栓聯接的場合，且需要經常拆卸的場合?！?.2

螺紋聯接的類型與標準聯接件3.緊定螺釘聯接緊定螺釘聯接：緊定螺釘聯接是利用擰入的螺釘末端頂住另一零件的表面或頂入相應的凹坑中，以固定兩個零件的相對位置，并可同時傳遞不太大的力或力矩。除上述聯接的基本類型外，在機器中，還有一些特殊結構的螺紋聯接。如：T型槽螺栓聯接地腳螺栓聯接吊環(huán)螺釘聯接§5.2

螺紋聯接的類型與標準聯接件二、標準螺紋聯接件六角頭螺栓：普通六角頭螺栓的種類很多，應用最廣。精度分為Ａ、Ｂ、Ｃ三級，通用機械中多用Ｃ級。螺桿部可制出一段螺紋或全螺紋，螺紋有粗牙和細牙之分。雙頭螺柱：螺柱兩端都制有螺紋，兩端螺紋可相同或不同，螺柱可帶退刀槽或制成腰桿，也可制成全螺紋的螺柱。螺釘緊定螺釘標注示例：螺栓GB5782-86M1280§5.2

螺紋聯接的類型與標準聯接件自攻螺釘六角螺母：根據螺母厚度的不同，螺母分為標準螺母和薄型螺母兩種。薄型螺母常用于受剪力的螺栓上或空間尺寸受限制的場合。螺母的制造精度與螺栓相同，分為Ａ、Ｂ、Ｃ三級，分別與相同級別的螺栓配用。墊圈圓螺母：圓螺母常與止動墊圈配用，裝配時將墊圈內舌插入軸上的槽內，而將墊圈的外舌嵌入圓螺母的槽內，螺母即被鎖緊。常作為滾動軸承的軸向固定用?！?.3

螺紋聯接的預緊預緊力：螺紋聯接在裝配時需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預先受到力的作用，這個預加作用力稱為預緊力。預緊目的：增強聯接的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯接件間出現縫隙或發(fā)生相對移動。預緊力的確定原則：擰緊后螺紋聯接件的預緊應力不得超過其材料的屈服極限ss的80%。預緊力的控制：利用控制擰緊力矩的方法來控制預緊力的大小。通?？刹捎脺y力矩扳手或定力矩扳手，對于重要的螺栓聯接，也可以采用測定螺栓伸長的方法來控制預緊力?！?.3

螺紋聯接的預緊測力矩扳手定力矩扳手卡盤圓柱銷彈簧螺釘§5.3

螺紋聯接的預緊采用測力矩扳手或定力矩扳手控制預緊力，準確性較差，也不適用與大型的螺栓聯接。為此，可以采用測定螺栓伸長的方法來控制預緊力?！?.3

螺紋聯接的預緊預緊力和預緊力矩之間的關系若使螺栓和被聯接件之間產生預緊力F0，擰緊螺母時，需要克服螺旋副的螺紋力矩T1和螺母的承壓面力矩T2，因此擰緊力矩T=T1+T2。

螺旋副的擰緊力矩式中，f為螺旋副間的摩擦系數；fc為螺母與支承面間的摩擦系數；v為螺旋副的當量摩擦角，擰緊力矩的近似值為§5.4

螺紋聯接的防松在沖擊、振動或變載荷作用下，或在高溫或溫度變化較大的情況下，螺紋聯接中的預緊力和摩擦力會逐漸減小或可能瞬時消失，導致聯接失效。防松的根本問題在于防止螺旋副相對轉動。按工作原理的不同，防松方法分為摩擦防松、機械防松等。此外還有一些特殊的防松方法，例如鉚沖防松、在旋合螺紋間涂膠防松等。對頂螺母防松彈簧墊圈防松§5.4

螺紋聯接的防松自鎖螺母防松開口銷與六角螺母防松止動墊圈防松串聯鋼絲防正確不正確§5.5

螺紋聯接的強度計算螺紋聯接的失效形式：主要是指螺紋聯接件的失效。對于受拉螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂。對于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓桿被剪斷或螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰。螺栓聯接強度計算的目的是根據強度條件確定螺栓直徑，而螺栓和螺母的螺紋牙及其他各部分尺寸均按標準選定。螺栓聯接的強度計算主要與聯接的裝配情況（預緊或不預緊）、外載荷的性質和材料性能等有關。螺紋聯接的失效形式一、松螺栓聯接強度計算松螺栓聯接裝配時，螺母不需要擰緊。在承受工作載荷之前，螺栓不受力。當承受工作載荷F時，螺栓所受的工作拉力為F

，則螺栓危險截面的拉伸強度條件為§5.5

螺紋聯接的強度計算起重吊鉤二、緊螺栓聯接強度計算1．僅承受預緊力的緊螺栓聯接2．承受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯接3．承受工作剪力的緊螺栓聯接或§5.5

螺紋聯接的強度計算承受橫向載荷的普通螺栓聯接1．僅承受預緊力的緊螺栓聯接進行僅承受預緊力的緊螺栓強度計算，應綜合考慮拉伸應力和扭轉切應力的作用。螺栓危險截面的拉伸應力為：螺栓危險截面的扭轉切應力為根據第四強度理論，螺栓預緊狀態(tài)下的計算應力為：§5.5

螺紋聯接的強度計算減載銷螺栓危險截面的拉伸強度條件為：為了提高螺栓聯接的可靠性，可采用具有減載零件的緊螺栓聯接，其聯接強度按減載零件的強度條件計算。減載套筒減載鍵§5.5

螺紋聯接的強度計算受預緊力和工作拉力的螺栓聯接2．承受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯接這種緊螺栓聯接承受軸向拉伸工作載荷后，由于螺栓和被聯接件的彈性變形，螺栓所受的總拉力并不等于預緊力和工作拉力之和?？偫€受到螺栓剛度及被聯接件剛度的影響，見單個緊螺栓聯接受力變形圖。螺栓受預緊力F0后，在工作拉力F的作用下，螺栓的總拉力為F2。設：F1為殘余與緊力，b為螺栓受F0拉伸作用時的伸長量；m為被聯接件在F0壓縮作用下的壓縮量；F2為螺栓承受工作載荷F時的總拉力，相應的總伸長量為b+?！?.5

螺紋聯接的強度計算顯然，螺栓的總拉力等于殘余預緊力與工作拉力之和，即下面推導螺栓預緊力F0與殘余預緊力F1、總拉力F2、工作載荷F之間的關系。根據虎克定律得：式中，Cb、Cm分別表示螺栓和被聯接件的剛度，為常量?！?.5

螺紋聯接的強度計算關鍵：螺栓變形量的改變等于被聯接件變形量的改變且符號相反。各載荷之間的關系：為了保證聯接的緊密性，防止聯接受載后結合面產生縫隙，應使F1>0。式中：為螺栓的相對剛度，其取值范圍為0~1。靜強度條件：考慮到螺栓可能需要補充擰緊，將總拉力增加30%以考慮扭轉切應力的影響。于是螺栓危險截面的拉伸強度條件為

§5.5

螺紋聯接的強度計算疲勞強度校核

對于受軸向變載荷的聯接，還應對螺栓的疲勞強度作精確校核。校核方法如下：

當工作拉力在0~F之間變化時，螺栓所受拉力變化范圍為F0~

F2，螺栓危險截面的最大和最小拉應力分別為

§5.5

螺紋聯接的強度計算應力幅為按σmin=C進行疲勞強度較核計算，得最大應力計算安全系數設計步驟：求工作拉力F；選定殘余預緊力F1；計算螺栓總拉力F2；進行螺栓強度計算?！?.5

螺紋聯接的強度計算螺栓桿的剪切強度條件為：3．承受工作剪力的緊螺栓聯接對于鉸制孔螺栓聯接，應分別按擠壓及剪切強度條件計算。計算時假設螺栓桿與孔壁表面上的壓力分布是均勻的，且不考慮預緊力和摩擦力矩的影響。螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為：承受工作剪力的緊螺栓聯接§5.6

螺栓組聯接的設計一、螺栓組聯接的結構設計大多數機械中螺栓都是成組使用的。在設計螺栓組聯接時，關鍵是聯接的結構設計。它是根據被聯接件的結構和聯接的用途，確定螺栓數目和分布形式。各螺栓之間的距離大小既要保證聯接的可靠性又要考慮裝拆方便，還應留有足夠的扳手空間。為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證聯接結合面受力均勻，通常聯接結合面的幾何形狀都設計成軸對稱的簡單幾何形狀。為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數目取成4、6、8等偶數。

螺栓布置應使各螺栓的受力合理。

螺栓的排列應有合理的間距、邊距。

避免螺栓承受附加的彎曲載荷?！?.6

螺栓組聯接的設計二、螺栓組聯接的受力分析受力分析的目的：根據聯接的結構和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進行螺栓聯接的強度計算。受力分析時的假設：1)所有螺栓的材料、幾何尺寸和預緊力均相同；2）螺栓組的對稱中心與聯接接合面的形心重合；3）受載后聯接接合面仍保持為平面。受橫向載荷的螺栓組聯接

1．受橫向載荷的螺栓組聯接計算假設：在橫向總載荷F的作用下，各螺栓所承擔的工作載荷均相等。對于鉸制孔用螺栓聯接，每個螺栓所受的橫向工作剪力為§5.6

螺栓組聯接的設計受橫向載荷的螺栓組聯接

設各螺栓所需預緊力均為F0，其平衡條件為式中z為螺栓數目

對于普通螺栓聯接，應保證聯接預緊后，結合面間所產生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷?；蚴街校琭為接合面間的摩擦系數；i接合面數；Ks防滑系數?！?.6

螺栓組聯接的設計受轉矩的螺栓組聯接2．受轉矩的螺栓組聯接

如圖所示，采用普通螺栓聯接時，假設各螺栓預緊程度相同，且摩擦力集中作用在螺栓中心處。根據作用在底板上的力矩平衡條件，fFfFTriOOTFrF

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抵抗轉矩T?！?.6

螺栓組聯接的設計受軸向載荷的螺栓組聯接3．受軸向載荷的螺栓組聯接

如圖所示，若作用在螺栓組上軸向總載荷FΣ作用線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對稱中心，則各個螺栓受載相同，每個螺栓所受軸向工作載荷為：

通常，各個螺栓還承受預緊力F0的作用，當聯接要有保證的殘余預緊力為F1時，每個螺栓所承受的總載荷F2為F2=F1+F§5.6

螺栓組聯接的設計受傾覆力矩的螺栓組聯接傾覆力矩M作用在聯接接合面的一個對稱面內，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已擰緊并承受預緊力F0。作用在底板兩側的合力矩與傾覆力矩M平衡，即：最大工作載荷：4．受傾覆力矩的螺栓組聯接§5.6

螺栓組聯接的設計代表由于加載而在地基接合面上產生的附加擠壓應力的最大值，為防止結合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現間隙，要求：計算受傾覆力矩的螺栓組的強度時，先由預緊力、最大工作載荷確定受力最大的螺栓總拉力F2，即在實際使用中，螺栓組聯接所受的工作載荷常常是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合。§5.7

螺紋聯接件的材料與許用應力一、螺紋聯接件材料國家標準規(guī)定螺栓、螺柱、螺釘的性能等級分為10級，螺母的性能等級分為7級。在一般用途的設計中，通常選用4.8級左右的螺栓，在重要的或有特殊要求設計中的螺紋聯接件，要選用高的性能等級，如在壓力容器中常采用8.8級的螺栓。常用的螺紋聯接件材料為Q215、Q235、35、45等碳素鋼。當強度要求高時，還可采用合金鋼，如15Cr、40Cr等。二、螺紋聯接件的許用應力螺紋聯接件的許用拉應力螺紋聯接件的許用剪應力和許用擠壓應力（被聯接件為鋼）（被聯接件為鑄鐵）§5.8

提高螺紋聯接強度的措施螺紋聯接的強度主要取決于螺栓的強度，主要影響因素有：螺紋牙的載荷分配、應力變化幅度、應力集中、附加應力和材料的機械性能等。一、降低影響螺栓疲勞強度的應力幅

所以采取如下措施都可以達到減小總拉力的變動范圍：

減小螺栓的剛度適當增加螺栓長度，減小螺栓桿截面積，在螺母下面安裝彈性元件

增大被聯接件的剛度不用墊片或采用剛度較大的墊片§5.8

提高螺紋聯接強度的措施二、改善螺紋牙上載荷分布不均的現象螺栓和螺母螺紋牙所受的載荷主要集中在螺紋牙的最初幾圈上，加厚螺母不能提高連接強度，應從改善結構入手。通常采用均載螺母結構。螺母體螺栓桿F旋合螺紋變形示意普通螺母加厚螺母旋合螺紋間的載荷分布§5.8

提高螺紋聯接強度的措施三、減小應力集中的影響減小應力集中影響可以在螺栓上的螺紋、螺栓頭和螺栓桿的過渡處以及螺栓橫截面突變處等應力集中較大處卸荷結構來達到。加大圓角卸載槽卸載過渡結構§5.8

提高螺紋聯接強度的措施為了避免螺紋聯接產生附加彎曲應力，可以采取球面墊圈等措施來達到；同時應對螺母、螺栓頭部和被聯接件的支承面加工要求。球面墊圈腰環(huán)螺栓聯接四、采用合理的制造工藝方法可采用冷鐓螺栓頭部和滾壓螺紋的工藝方法，熱處理方法等。冷鐓和滾壓加工螺栓中的金屬流線§5.9

螺旋傳動一、螺旋傳動的類型和應用螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現傳動的。它主要用于將回轉運動轉變?yōu)橹本€運動，同時傳遞動力。根據螺桿和螺母的相對運動關系，螺旋傳動的常用運動形式主要有兩種：一是螺母移動，另一是螺桿移動。螺旋傳動按其用途不同，可分為以下三種類型：

1）傳力螺旋，2）傳導螺旋和3）調整螺旋。螺旋傳動按其螺旋副的摩擦性質不同，又可分為滑動螺旋、滾動螺旋和靜壓螺旋?！?.9

螺旋傳動二、滑動螺旋的結構和材料

1．滑動螺旋的結構滑動螺旋的結構主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結構形式，主要考慮工作剛度與精度和支承結構有直接關系。螺母的結構有整體螺母、組合螺母和剖分螺母等形式，主要考慮軸向間隙的補償問題。組合螺母

2．滑動螺旋的材料螺桿的材料要有足夠的強度和耐磨性。螺母的材料除了要有足夠的強度外，還要求在與螺桿材料相配合時摩擦系數小和耐磨?！?.9

螺旋傳動三、滑動螺旋傳動的設計計算通常，滑動螺旋的失效形式主要是螺紋磨損，其設計是根據耐磨性條件進行。同時，根據不同工作條件和要求，還可能進行如下計算：螺桿危險截面及螺母螺紋牙的強度計算、自鎖性校核、剛度校核或計算、穩(wěn)定性校核、臨界轉速校核等。在設計時，應根據可能的失效形式選擇不同的設計準則，不必逐項進行校核。

1．耐磨性計算滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力，其強度條件：螺旋副受力§5.9

螺旋傳動設計計算時，可令=H/d2，代入上式，求出d2，然后選取相應的公稱直徑及螺距。對有自鎖性要求的螺旋傳動，應校核自鎖條件：計計算時，可令=H/d2，代入上式，求出d2，然后選取相應的公稱直徑及螺距?！?.9

螺旋傳動式中，F為螺桿所受的軸向壓力（或拉力），T為螺桿所受的扭矩，

2．螺桿的強度計算螺桿工作時承受軸向力F和扭矩T作用，校核螺桿強度時應根據第四強度理論求出危險截面的計算應力，其強度條件為

3．螺母螺紋牙的強度計算螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度。其剪切強度條件為§5.9

螺旋傳動彎曲強度條件為當螺桿和螺母的材料相同時，應校核螺桿螺紋牙的強度螺母螺紋圈的受力

4．螺母外徑與凸緣的強度計算對于非標準結構的螺母，應對可能產生破壞的部位進行強度校核。

5．螺桿的穩(wěn)定性計算對于長徑比大的螺桿，應進行穩(wěn)定性計算。螺桿的穩(wěn)定性條件為單個緊螺栓聯接受力變形圖未預緊已預緊已承受工作載荷螺栓的布置對受力的影響合理不合理對于鉸制孔用螺栓聯接，不要在平衡于工作載荷的方向上成排地布置８個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均；當螺栓聯接彎距或轉距時，應使螺栓的位置適當靠近聯接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力