機(jī)械設(shè)計(jì)第五章c

張朝輝螺紋聯(lián)接1/32張朝輝螺紋聯(lián)接2/32張朝輝螺紋聯(lián)接3/32緊螺栓聯(lián)接受預(yù)緊力F0=900N，工作載荷F=600N。采用等剛度聯(lián)接，請(qǐng)給出螺栓的最大載荷F2及殘余載荷F1。張朝輝螺紋聯(lián)接4/32張朝輝螺紋聯(lián)接5/33八、螺旋傳動(dòng)（helicaldrive）螺旋上料機(jī)車(chē)床虎鉗張朝輝螺紋聯(lián)接6/33八、螺旋傳動(dòng)（helicaldrive）1、分類①

按用途分傳力螺旋（screwoftransmissionpower）傳導(dǎo)螺旋（screwoftransmissionmotion）傳遞動(dòng)力為主間歇工作速度不高需要自鎖調(diào)整螺旋（adjustingscrew）傳遞運(yùn)動(dòng)為主連續(xù)工作速度較高傳動(dòng)精度和效率要高調(diào)整、固定零件位置不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)張朝輝螺紋聯(lián)接7/33張朝輝螺紋聯(lián)接8/32張朝輝螺紋聯(lián)接9/32張朝輝螺紋聯(lián)接10/33②

按摩擦性質(zhì)分滑動(dòng)螺旋（slidingscrew）滾動(dòng)螺旋（rollingscrew）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于自鎖摩擦阻力大傳動(dòng)效率低傳動(dòng)精度低靜壓螺旋（pressurescrew）結(jié)構(gòu)復(fù)雜摩擦阻力小傳動(dòng)效率高結(jié)構(gòu)復(fù)雜摩擦阻力小傳動(dòng)效率高需供油系統(tǒng)張朝輝螺紋聯(lián)接11/332、滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料①

結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變方式有：螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)機(jī)床進(jìn)給絲桿起重螺旋螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿移動(dòng)螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)及移動(dòng)螺桿固定，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)及移動(dòng)張朝輝螺紋聯(lián)接12/33螺母結(jié)構(gòu)整體螺母——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由磨損產(chǎn)生的軸向間隙不能補(bǔ)償，只是用于精度要求較低的螺旋。組合螺母——結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可以定期地調(diào)整，以消除軸向間隙，避免反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的空行程。剖分式螺母——結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可以補(bǔ)償旋合螺紋的磨損。滑動(dòng)螺旋的螺紋類型有矩形、梯形和鋸齒形。張朝輝螺紋聯(lián)接13/33②

材料a、螺桿低速輕載：不經(jīng)熱處理的Q235、Q275、45；較高速重載：熱處理的40Cr、65Mn、20CrMnTi；精密傳導(dǎo)：熱處理的9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl。b、螺母一般傳動(dòng)：ZQSn10—l、ZQSn6—6—3重載低速：ZQAl9—4、ZHAl66—6—3—2重載調(diào)整：35、球墨鑄鐵低速輕載：耐磨鑄鐵大尺寸：鋼或鑄鐵做外套，內(nèi)孔澆鑄青銅高速：鋼或鑄鐵做外套，內(nèi)孔澆鑄巴氏合金。張朝輝螺紋聯(lián)接14/333、螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算①

失效形式及校核內(nèi)容主要失效形式：磨損校核：受力較大的傳力螺旋：校核螺桿危險(xiǎn)剖面及螺紋牙的強(qiáng)度；精密的傳導(dǎo)螺旋：校核螺桿的剛度；長(zhǎng)徑比很大的螺桿：校核其穩(wěn)定性；高速長(zhǎng)螺桿：校核其臨界轉(zhuǎn)速；要求自鎖的螺桿：校核其自鎖性。張朝輝螺紋聯(lián)接15/33②

耐磨性計(jì)算工作面上的壓力p：A——螺紋承壓面積（mm2）；d2——螺紋中徑（mm）；h——螺紋工作高度（mm）；u——螺紋工作圈數(shù)，u＝H／PH——螺母高度（mm）P——螺距（mm）；F——軸向力（N）；張朝輝螺紋聯(lián)接16/33令φ＝H／d2，則H＝φd2，代入整理后得矩形和梯形螺紋，h＝0.5P，則30o的鋸齒形螺紋，h＝0.75P，則φ：整體螺母：φ＝1.2～2.5；剖分螺母，兼作支承螺母：φ＝2.5～3.5；傳動(dòng)精度高、載荷大、壽命長(zhǎng)：φ＝4。螺紋工作圈數(shù)不宜超過(guò)10圈。張朝輝螺紋聯(lián)接17/33③

自鎖條件④

螺桿的強(qiáng)度計(jì)算式中：F——軸向壓力（N）；A——危險(xiǎn)剖面面積（mm2）；WT——抗扭截面模量（mm3）；T——扭矩（N·mm）；[σ]——螺桿材料的許用應(yīng)力（MPa）。張朝輝螺紋聯(lián)接18/33張朝輝螺紋聯(lián)接19/33⑤

螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算剪切強(qiáng)度：彎曲強(qiáng)度：式中：b——牙根部的厚度(mm)，矩形螺紋b＝0.5P，梯形螺紋b＝0.65P，鋸齒形螺紋b＝0.75P；l——彎曲力臂(mm)，張朝輝螺紋聯(lián)接20/33⑥

螺母外徑與凸緣強(qiáng)度計(jì)算a、b—b剖面拉伸應(yīng)力b、凸緣與底座接觸表面擠壓強(qiáng)度考慮摩擦力

螺母許用拉伸應(yīng)力(MPa)，[σ]＝0.83[σb]c、凸緣根部的彎曲強(qiáng)度許用擠壓應(yīng)力(MPa)，[σp]＝(1.5～1.7)[σb]張朝輝螺紋聯(lián)接21/33⑦

螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算穩(wěn)定條件：SSC＝Fcr／F≥SSSSC——穩(wěn)定性計(jì)算安全系數(shù)

SS——穩(wěn)定性安全系數(shù)Fcr——螺桿臨界壓力按λS＝μl／i選用不同的公式：傳力：SS＝3.5～5.0傳導(dǎo)：SS＝2.5～4.0精密或水平：SS＞4λs≥100拉壓彈性模數(shù)E＝2.06×105(MPa)螺桿危險(xiǎn)剖面的慣性矩(mm4)張朝輝螺紋聯(lián)接22/33λs＜100，且σB≥480MPa的優(yōu)質(zhì)碳鋼λs＜100，且σB≥380Mpa的普通碳鋼λs＜40時(shí)，不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。張朝輝螺紋聯(lián)接23/33在λS＝μl／i公式中：

μ——螺桿長(zhǎng)度系數(shù)，查表；

l

——螺桿工作長(zhǎng)度(mm)

，i——螺桿危險(xiǎn)剖面的慣性半徑(mm)兩端支承，取支點(diǎn)間的距離，一端螺母支承，支點(diǎn)取螺母中點(diǎn)；張朝輝螺紋聯(lián)接24/33↑Ssc穩(wěn)定條件：SSC＝Fcr／F≥SS不滿足此條件怎么辦？↑Fcr增大螺桿小徑d1張朝輝螺紋聯(lián)接25/33九、螺紋的公差配合與檢測(cè)1、螺紋的公差原則影響螺紋互換性的主要因素是螺距誤差、牙型半角誤差和中徑偏差。螺距誤差體現(xiàn)為多個(gè)螺距的螺距累計(jì)誤差。對(duì)聯(lián)接螺紋，主要保證可旋合性和一定的聯(lián)接強(qiáng)度，應(yīng)采用包容原則來(lái)處理，即標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定中徑公差，而螺距誤差和半角誤差都由中徑公差來(lái)綜合控制。螺紋的大徑和小徑，主要是旋合時(shí)不發(fā)生干涉，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外螺紋大徑和內(nèi)螺紋小徑規(guī)定了較大的公差值，對(duì)外螺紋小徑和內(nèi)螺紋大徑?jīng)]有規(guī)定公差值，只規(guī)定了保證旋合時(shí)不會(huì)發(fā)生干涉。張朝輝螺紋聯(lián)接26/33本章主要內(nèi)容第一部分：螺栓聯(lián)接設(shè)計(jì)，包括螺栓聯(lián)接的預(yù)緊、強(qiáng)度計(jì)算、螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、受力分析及提高聯(lián)接強(qiáng)度的措施第二部分：滑動(dòng)螺栓螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法張朝輝螺紋聯(lián)接27/33本章重點(diǎn)各類不同外載荷情況下，螺栓組中各螺栓的受力分析螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算，尤其是承受軸向拉伸載荷的緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算張朝輝螺紋聯(lián)接28/33螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)螺紋類型和應(yīng)用聯(lián)接螺紋：普通螺紋、非螺紋密封的管螺紋、用螺紋密封的管螺紋、米制錐螺紋傳動(dòng)螺紋：矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋主要參數(shù)大徑d、小徑d1、中徑d2、線數(shù)n、螺距P、導(dǎo)程S、螺紋升角ψ、牙型角α、接觸高度h螺紋聯(lián)接的類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件重點(diǎn)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖張朝輝螺紋聯(lián)接29/33螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)螺紋螺紋聯(lián)接的類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件螺紋聯(lián)接的基本類型標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件螺栓聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接螺釘聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接螺栓 雙頭螺柱螺釘 緊定螺釘螺母 墊圈A、B、C三個(gè)精度等級(jí)螺紋聯(lián)接的預(yù)緊目的：增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性，防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)滑移控制預(yù)緊力的方法：使用測(cè)力矩扳手、定力矩扳手，測(cè)量螺栓受力后的伸長(zhǎng)量張朝輝螺紋聯(lián)接30/33螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)螺紋螺紋聯(lián)接的類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件螺紋聯(lián)接的預(yù)緊螺紋聯(lián)接的防松實(shí)質(zhì)：防止螺旋副在受載時(shí)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方法：摩擦防松：對(duì)頂螺母、彈簧墊圈、自鎖螺母等機(jī)械防松：開(kāi)口銷與開(kāi)槽螺母、止動(dòng)墊圈、串聯(lián)鋼絲等破壞螺紋副關(guān)系：沖點(diǎn)、焊鉚和膠接等張朝輝螺紋聯(lián)接31/33螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)及計(jì)算螺的栓結(jié)組構(gòu)聯(lián)設(shè)接計(jì)螺栓組聯(lián)接的受力分析螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算結(jié)合面的受力均勻，便于加工和裝配栓的數(shù)目和布置形式，使各螺栓和聯(lián)接合理地確定聯(lián)接結(jié)合面的幾何形狀、螺求出螺栓組中受力最大的螺栓及其所受的力傾覆力矩M受橫向載荷轉(zhuǎn)矩T鉸制孔用螺栓組橫向載荷轉(zhuǎn)矩T軸向載荷FΣ

普通螺栓組張朝輝螺紋聯(lián)接32/33螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)螺紋聯(lián)接件的材料及許用應(yīng)力國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為十級(jí)，自3.6至12.9，小數(shù)點(diǎn)前面的數(shù)字代表材料的抗拉強(qiáng)度極限的1/100，小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)字代表材料的屈服極限與抗拉強(qiáng)度比值的10倍。螺母的性能等級(jí)分為七級(jí)，從4到12，數(shù)字粗略表示螺母保證能承受的最小應(yīng)力的1/100提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施降低螺栓的應(yīng)力幅、改善螺紋牙載荷分布不均的現(xiàn)象、減輕應(yīng)力集中、減小附加彎曲應(yīng)力、采用合理制造工藝等螺旋傳動(dòng)類型：按其用途分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋三類結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)計(jì)算耐磨性計(jì)算、螺桿的強(qiáng)度計(jì)算、螺母螺紋的強(qiáng)度計(jì)算、螺母外徑與凸緣的強(qiáng)度計(jì)算、螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算張朝輝螺紋聯(lián)接33/33例5.1下圖所示為一鋼板用四個(gè)普通螺栓與立柱連接。鋼板懸壁端作用一載荷P=20000N，接合面摩擦系數(shù)f=0.16，防滑系數(shù)Ks=1.2。螺栓材料的許用拉伸應(yīng)力[σ]=120MPa，試計(jì)算該螺栓組螺栓的小徑d1。張朝輝螺紋聯(lián)接34/33解：（1）螺栓組受力分析。將載荷P向螺栓組聯(lián)接的接合面形心點(diǎn)O簡(jiǎn)化，則得 橫向載荷 P=20000N

旋轉(zhuǎn)力矩

T=P×l=20000×300=6000000N·mm

計(jì)算受力最大螺栓的橫向載荷FS。在橫向載荷P作用下，各螺栓受的橫向載荷FSP大小相等，方向同P，即

在旋轉(zhuǎn)力矩T作用下，因?yàn)楦髀菟ㄖ行闹列涡狞c(diǎn)O距離相等，各螺栓受的橫向載荷FST大小亦相等，方向各垂直于螺栓中心與形心點(diǎn)O的連心線。螺栓中心至形心點(diǎn)O距離r為

張朝輝螺紋聯(lián)接35/33故

各螺栓所受的橫向載荷FSP和FST的方向如圖5.6所示。由圖中可以看出螺栓1和2所受兩力夾角α最?。é?45°），故螺栓1和2受力最大，所受總的載荷為

張朝輝螺紋聯(lián)接36/33（2）計(jì)算螺栓所需預(yù)緊力F0。由一個(gè)螺栓所受的橫向力與接合面間的摩擦力相平衡的條件可得

所以

（3）計(jì)算螺栓小徑d1。

張朝輝螺紋聯(lián)接37/33例5.2

下圖所示，支架用四個(gè)普通螺栓與立柱相聯(lián)接。已知載荷P=12000N，L=150mm，H=160mm，接合面摩擦系數(shù)f=0.15，螺栓材料的許用應(yīng)力[σ]=180MPa，被聯(lián)接件剛度Cm=3Cb,Cb為螺栓剛度。取防滑系數(shù)Ks=1.2，求所需螺栓小徑d1(接合面工作能力不用驗(yàn)算)。張朝輝螺紋聯(lián)接38/33解：（1）在力P的作用下，螺栓組聯(lián)接受到傾覆