第5章螺紋連接和螺旋傳動(dòng)

2023/2/3第五章

螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)

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第二篇連接機(jī)械連接分如下兩大類(lèi):機(jī)械動(dòng)連接:有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)副);機(jī)械靜連接:無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，又分如下兩類(lèi)：可拆連接(螺栓等)不可拆連接(焊接等)注:過(guò)盈連接可做成:可拆連接或不可拆連接課程資料共享E-Mail：dengzhaoyi@163.com

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2第五章螺紋連接和螺旋傳動(dòng)內(nèi)容提要螺紋連接和螺旋傳動(dòng)都是利用螺紋零件工作的。兩者的不同在于其工作性質(zhì)的不同和技術(shù)要求上的差異。螺紋連接作為緊固件，要求保證連接強(qiáng)度、緊密性和可靠性。螺旋傳動(dòng)作為傳動(dòng)件，要求保證螺旋副的傳動(dòng)精度、效率和磨損壽命。本章分別討論螺紋連接和螺旋傳動(dòng)的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)計(jì)算問(wèn)題。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握螺紋的基本知識(shí)；掌握螺紋連接的基本知識(shí)，包括螺紋連接的基本類(lèi)型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)合，在設(shè)計(jì)時(shí)能正確地選用它們；掌握螺栓組連接設(shè)計(jì)的基本方法，熟練掌握螺栓組連接的四種典型受力狀態(tài)；熟練掌握提高螺紋連接強(qiáng)度的各種措施；了解滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的主要失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2023/2/3第五章

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3§5-1螺紋(一)螺紋的類(lèi)型和應(yīng)用螺紋有外螺紋與內(nèi)螺紋之分，它們共同組成螺旋副。螺紋按工作性質(zhì)分為連接螺紋和傳動(dòng)螺紋連接螺紋的當(dāng)量摩擦角較大，有利于實(shí)現(xiàn)可靠連接(普通螺紋等)；傳動(dòng)用螺紋的當(dāng)量摩擦角較小，有利于提高傳動(dòng)的效率(矩形、梯形、鋸齒型螺紋)。常用螺紋有：普通螺紋、米制管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒型螺紋2023/2/3第五章

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41.普通螺紋1.普通螺紋(圖)牙型為等邊三角形，牙型角為60°，內(nèi)外螺紋旋合后留有徑向間隙。外螺紋牙根允許有較大的圓角，以減小應(yīng)力集中。同一公稱(chēng)直徑按螺距大小，分為粗牙和細(xì)牙一般連接多用粗牙螺紋。細(xì)牙螺紋：1）螺距小，升角小，自鎖性好，連接強(qiáng)度高。2）因牙細(xì)不耐磨，容易滑扣。3）細(xì)牙螺紋常用于細(xì)小零件，薄壁管件或受沖擊、振動(dòng)和變載荷的連接中。細(xì)牙螺紋也可作為微調(diào)機(jī)構(gòu)的調(diào)整螺紋用2023/2/3第五章

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52.管螺紋管螺紋是用于管子連接的螺紋，其螺紋牙分布在圓錐體上。常用的管螺紋根據(jù)牙型角的不同可分為55°和60°的管螺紋。管螺紋根據(jù)其密封的性能，可將其分為密封管螺紋和非密封管螺紋：密封管螺紋的螺旋副本身具有密封和機(jī)械連接兩種功能非密封管螺紋則螺旋副本身僅具有機(jī)械連接一種功能，但它可以鎖緊螺紋以外的密封結(jié)構(gòu)（例如，錐面對(duì)錐面、端面對(duì)端面）米制錐螺紋牙型角=60°用于連接氣體或液體管道（煤氣/水等）。

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63.矩形螺紋牙型為正方形，牙型角α=0°其傳動(dòng)效率較其它螺紋高，但牙根強(qiáng)度弱，螺旋副磨損后，間隙難以修復(fù)和補(bǔ)償，傳動(dòng)精度降低。為了便于銑、磨削加工，可制成10°的牙型角。矩形螺紋尚未標(biāo)準(zhǔn)化，推薦尺寸：d=1.25d1，P=0.25d1。逐漸被梯形螺紋代替2023/2/3第五章

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74.梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙型角為α＝30°，內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)。與矩形螺紋相比，傳動(dòng)效率略低，但工藝性好，牙根強(qiáng)度高，對(duì)中性好。如用剖分螺母，還可以調(diào)整間隙。梯形螺紋是最常用的傳動(dòng)螺紋2023/2/3第五章

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85.鋸齒型螺紋牙型為不等腰梯形，工作面的牙側(cè)角為3°，非工作面的牙側(cè)角為30°，外螺紋牙根有較大的圓角,以減小應(yīng)力集中內(nèi)、外螺紋旋合后，大徑處無(wú)間隙，便于對(duì)中。該螺紋兼有矩形螺紋傳動(dòng)效率高、梯形螺紋牙根強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但只能用于單向受力的螺紋連接或螺旋傳動(dòng)，如螺旋壓力機(jī)第五章

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9(二)螺紋的主要參數(shù)d─螺紋大徑，用于表示螺紋的公稱(chēng)直徑d1─螺紋小徑，強(qiáng)度計(jì)算中作為危險(xiǎn)截面的計(jì)算直徑d2─螺紋中徑，是確定螺紋幾何參數(shù)和配合性質(zhì)的直徑n─線(xiàn)數(shù)，螺紋的螺旋線(xiàn)數(shù)目P─螺距，螺紋相鄰兩個(gè)牙型上對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離S─導(dǎo)程，螺紋上任一點(diǎn)沿同一螺紋線(xiàn)轉(zhuǎn)一周所移動(dòng)的軸向距離,S=nPψ─螺紋升角:α─螺紋的牙形角；h─接觸高度2023/2/3第五章

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10§5-2螺紋連接的類(lèi)型與標(biāo)準(zhǔn)連接件(一)螺紋連接的基本類(lèi)型

(主要的四大類(lèi))1、螺栓連接

被連接件聯(lián)成一體。被連接件的通孔不需切制螺紋，因而不受被連接件材料的限制。通常用于被連接件不太厚，且有足夠裝配空間的情況。螺栓連接有普通螺栓連接和鉸制孔用螺栓連接之分。圖5-2是普通螺栓連接，被連接件上的孔和螺栓桿之間有間隙，故孔的加工精度可以較低。其優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，應(yīng)用廣泛。

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11鉸制孔用螺栓連接右圖是鉸制孔用螺栓連接。孔和螺栓桿之間常采用基孔制過(guò)渡配合，因而，孔的加工精度要求較高。一般用于需螺栓承受橫向載荷或需靠螺栓桿精確固定被連接件相對(duì)位置的場(chǎng)合。2023/2/3第五章

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122.雙頭螺柱連接

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133.螺釘連接如右圖所示，不用螺母，直接將螺栓(或螺釘)旋入被連接件之一的螺紋孔內(nèi)而實(shí)現(xiàn)連接。也是用于被連接件之較厚且受力不大的場(chǎng)合，但若經(jīng)裝拆容易使螺紋孔損壞，所以不宜用于需經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。

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144.緊定螺釘連接如右圖所示，利用緊定螺釘旋入并穿過(guò)一零件，以其末端壓緊或嵌入另一零件，用以固定兩零件之間的相對(duì)位置，并可傳遞不大的力或扭矩。多用于軸上零件的連接。

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15其它連接2023/2/3第五章

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16(二)標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件螺紋連接的類(lèi)型很多，在機(jī)械制造中常見(jiàn)螺紋連接件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用,單擊看圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，螺紋連接件分為三個(gè)精度等級(jí)，其代號(hào)為Ａ、Ｂ、Ｃ級(jí)。Ａ級(jí)精度最高，用于要求配合精確、防止振動(dòng)等重要零件的連接；Ｂ級(jí)多用于受載較大且經(jīng)常裝拆、調(diào)整或承受變載荷的連接；Ｃ級(jí)精度多用于一般的螺紋連接。常用的標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件通常選用Ｃ級(jí)精度。2023/2/3第五章

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17§5-3螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接在承受工作載荷之前預(yù)先受到的一個(gè)擰緊作用的力，叫預(yù)緊力F0

。預(yù)緊的目的在于增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性。通常規(guī)定，擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊力產(chǎn)生的預(yù)緊應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)其材料屈服極限σs的80%。對(duì)于一般連接用的鋼制螺栓連接的預(yù)緊力F0，推薦按下列關(guān)系確定：碳素鋼螺栓：F0=<(0.6~0.7)σs

A1

合金鋼螺栓：F0=<(0.5~0.6)σs

A1

式中：σs為螺栓材料的屈服極限；

A1為螺栓小徑d1處的圓截面面積通常借助于測(cè)力矩扳手或定力矩扳手，利用控制預(yù)緊力矩的方法來(lái)控制預(yù)緊力大小。

測(cè)力矩扳手定力矩扳手2023/2/3第五章

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18§5-3螺紋連接的預(yù)緊(續(xù))對(duì)于一定公稱(chēng)直徑d的螺栓，當(dāng)所要求的預(yù)緊力F0已知時(shí)，可按公式T≈0.2F0

d

估計(jì)扳手的擰緊力矩T。一般普通標(biāo)準(zhǔn)扳手的長(zhǎng)度L≈15d，若擰緊力為F，則T=FL，因此有

F0≈75F若假設(shè)F=200N，則F0≈15000N。如果用這個(gè)預(yù)緊力擰緊M12以下鋼制螺栓，就有可能被過(guò)載擰斷。因此，對(duì)于重要的連接，應(yīng)盡量不采用直徑過(guò)小(例如小于M12)的螺栓。必須使用時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制其擰緊力矩對(duì)于預(yù)緊力控制精度要求高，或大型螺栓連接，也采用測(cè)定螺栓伸長(zhǎng)量的方法來(lái)控制預(yù)緊力。2023/2/3第五章

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19§5-4螺紋連接的防松螺紋連接一般都能滿(mǎn)足自鎖條件:螺紋升角<當(dāng)量摩擦角v擰緊后螺母和螺栓頭部等支承面上也有防松作用，所以在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)，螺紋連接不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，或在高溫及溫度變化較大的情況下，螺紋連接中的預(yù)緊力和摩擦力會(huì)逐漸減小或可能瞬時(shí)消失，導(dǎo)致連接失效。螺紋連接一旦失效，將嚴(yán)重影響機(jī)器的正常工作，甚至造成事故。因此，為保證連接安全可靠，設(shè)計(jì)時(shí)必須采取有效的防松措施。2023/2/3第五章

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20§5-4螺紋連接的防松-續(xù)防松的根本問(wèn)題在于防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。按工作原理的不同，防松方法分為：摩擦防松機(jī)械防松破壞螺旋副的運(yùn)動(dòng)關(guān)系防松:鉚合防松沖點(diǎn)防松在旋合螺紋間涂膠粘劑防松對(duì)于重要的連接，特別是在機(jī)器內(nèi)部不易檢查的連接，應(yīng)采用比較可靠的機(jī)械防松。下面重點(diǎn)介紹摩擦防松和機(jī)械防松2023/2/3第五章

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21§5-4螺紋連接的防松-續(xù)摩擦防松:對(duì)頂螺母防松

彈簧墊圈防松自鎖螺母防松機(jī)械防松:六角開(kāi)槽螺母防松止動(dòng)墊圈防松串聯(lián)鋼絲防松2023/2/3第五章

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22§5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)螺栓組連接設(shè)計(jì)的大致步驟為：首先確定螺栓數(shù)目及布置形式，再確定螺栓連接的結(jié)構(gòu)尺寸。在確定螺栓尺寸時(shí):對(duì)不重要的連接，可采用類(lèi)比法確定，不再進(jìn)行強(qiáng)度校核；但對(duì)于重要的連接，需進(jìn)行受力分析，找出受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核。螺栓組連接設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析(一)螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要目的：合理地確定連接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，力求各螺栓和連接接合面間受力均勻，便于加工和裝配。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題集中在螺栓組連接接合面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和螺栓排列布置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。

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23螺栓布置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要注意以下幾點(diǎn)：1)連接接合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱(chēng)的簡(jiǎn)單幾何形狀，如圓形、環(huán)形、矩形、框形、三角形等。這樣不但便于加工制造，而且便于對(duì)稱(chēng)布置螺栓，使螺栓組的對(duì)稱(chēng)中心和連接接合面的形心重合，從而保證連接接合面受力比較均勻。2)螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理3)螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距4)分布在同一圓周上螺栓數(shù)目應(yīng)取成偶數(shù)，以便于分度和畫(huà)線(xiàn);同一螺栓組中螺栓的材料、直徑和長(zhǎng)度均應(yīng)相同5)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上避免螺栓承受附加的彎曲載荷2023/2/3第五章

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24(二)螺栓組連接的受力分析受力分析的目的：根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。受力分析時(shí)所作假設(shè)：所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均相同；螺栓組的對(duì)稱(chēng)中心與連接接合面的形心重合；受載后連接接合面仍保持為平面。

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251.受橫向載荷螺栓組連接右圖所示為一由四個(gè)螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。橫向載荷的作用線(xiàn)與螺栓軸線(xiàn)垂直，并通過(guò)螺栓組的對(duì)稱(chēng)中心。當(dāng)采用普通螺栓連接時(shí)（圖a），靠連接預(yù)緊后在接合面件產(chǎn)生的摩擦力來(lái)抵抗橫向載荷；當(dāng)采用鉸制孔用螺栓連接時(shí)(圖b)，靠螺栓桿受剪切和擠壓來(lái)抵抗橫向載荷。在計(jì)算時(shí)可以近似認(rèn)為，在橫向載荷FΣ的作用下，各螺栓承擔(dān)的載荷是均等的。2023/2/3第五章

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26續(xù)對(duì)于鉸制孔用螺栓連接，每個(gè)螺栓受到的橫向剪力為F=FΣ/zz為螺栓數(shù)目。對(duì)于普通螺栓連接，應(yīng)保證連接預(yù)緊后，接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力不應(yīng)小于橫向載荷。若各螺栓所受的預(yù)緊力均為F0，螺栓數(shù)目為z，則其平衡條件為：

fF0zi≥KsFΣ

或

F0≥KsFΣ/(f

zi)

式中：f

為接合面的摩擦系數(shù)(見(jiàn)表）；

i為接合面數(shù)(本例圖，i=2）；

Ks為防滑系數(shù)（常取1.1～1.3）2023/2/3第五章

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272.受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接如下圖所示，轉(zhuǎn)矩T

作用在連接結(jié)合面內(nèi)，在轉(zhuǎn)矩T

的作用下，底板將繞通過(guò)螺栓組對(duì)稱(chēng)中心O并與結(jié)合面相垂直的軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。為防止底板轉(zhuǎn)動(dòng)，可采用普通螺栓連接，也可采用鉸制孔用螺栓連接。采用普通螺栓連接時(shí)，假設(shè)各螺栓的預(yù)緊力均為F0，則各螺栓連接處產(chǎn)生的摩擦力相等且集中作用在螺栓中心處。為阻止接合面發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，各摩擦力應(yīng)與相應(yīng)螺栓的軸線(xiàn)到螺栓組對(duì)稱(chēng)中心O的連線(xiàn)（即力臂ri）相垂直（圖a）。由底板上的力矩平衡條件，得到各螺栓所需預(yù)緊力：2023/2/3第五章

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29采用鉸制孔用螺栓連接時(shí)，各螺栓受到擠壓和剪切作用，各個(gè)螺栓受到的橫向載荷應(yīng)與相應(yīng)螺栓的軸線(xiàn)到螺栓組對(duì)稱(chēng)中心O的連線(xiàn)（即力臂ri）相垂直（圖b）假設(shè)底板為剛體，受載后結(jié)合面仍保持為平面，則各螺栓的變形量與ri成正比。若用ri、rmax分別表示第i個(gè)螺栓和受力最大的螺栓的力臂；用Fi、Fmax分別表示第i個(gè)螺栓和受力最大的螺栓的工作剪力，則有：2023/2/3第五章

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303.受軸向載荷的螺栓組連接下圖所示為一受軸向總載荷FΣ的氣缸蓋螺栓組連接。力作用線(xiàn)與螺栓軸線(xiàn)平行，并通過(guò)螺栓組的對(duì)稱(chēng)中心。計(jì)算時(shí)，認(rèn)為螺栓平均受載，則每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為：F=FΣ/z應(yīng)該指出的是，各螺栓除承受軸向工作載荷F外還受有預(yù)緊力F0的作用。因此,各螺栓在工作時(shí)所受的總拉力,并不等于F與F0之和，而是應(yīng)按式(5-32)計(jì)算總拉力F22023/2/3第五章

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314.受傾覆力矩螺栓組連接圖為一受傾覆力矩的底板螺栓組連接的示例。傾覆力矩M作用在通過(guò)x－x軸并垂直與連接結(jié)合面的對(duì)稱(chēng)平面內(nèi)。底板承受傾覆力矩作用前，由于螺栓已擰緊，螺栓承受預(yù)緊力F0，有均勻的伸長(zhǎng)；地基在各螺栓的F0作用下，有均勻的壓縮(圖b),當(dāng)?shù)装迨艿絻A覆力矩作用后，它繞軸線(xiàn)O－O傾轉(zhuǎn)一個(gè)角度。假定底板仍保持平面，此時(shí)，在軸線(xiàn)O－O左側(cè)，地基被放松，螺栓被進(jìn)一步拉伸；在軸線(xiàn)O－O右側(cè)，則螺栓被放松，地基被進(jìn)一步壓縮（見(jiàn)圖c）。2023/2/3第五章

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33綜述實(shí)際使用中的螺栓組所受工作載荷可以是上述四種受力狀態(tài)的不同組合。分析時(shí)可先將復(fù)雜受力狀態(tài)分解為上述四種簡(jiǎn)單受力狀態(tài)，再將其各自結(jié)果向量疊加，便得到每個(gè)螺栓的總的工作載荷。一般說(shuō)，對(duì)普通螺栓可按軸向載荷或（和）傾覆力矩確定工作拉力F；按橫向載荷或（和）轉(zhuǎn)矩確定連接所需的最小預(yù)緊力F0，然后求出螺栓的總拉力F2。對(duì)于鉸制孔用螺栓則按橫向載荷或（和）轉(zhuǎn)矩確定螺栓的工作剪力，求得受力最大的螺栓及其受的剪力后，再進(jìn)行單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。2023/2/3第五章

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34§5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算本節(jié)以螺栓連接為代表討論螺紋連接強(qiáng)度計(jì)算方法螺栓連接通常以螺栓組形式出現(xiàn)。故在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之前，先要進(jìn)行螺栓組的受力分析，找出其中受力最大的螺栓及其所受的力，作為進(jìn)行單個(gè)螺栓強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)對(duì)于承受軸向力（包括預(yù)緊力）作用的受拉螺栓和承受橫向力作用的受剪螺栓（鉸制孔用螺栓），根據(jù)其破壞形式，相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則分別是保證螺栓的靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度保證連接的擠壓強(qiáng)度和螺栓的剪切強(qiáng)度(設(shè)計(jì)準(zhǔn)則P79)按上述相應(yīng)的強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓危險(xiǎn)截面直徑或校核其強(qiáng)度。螺栓其它部分及其連接件的結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)等強(qiáng)度條件確定，均按螺栓螺紋公稱(chēng)直徑由標(biāo)準(zhǔn)選定2023/2/3第五章

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35螺栓組和螺栓受力情況（見(jiàn)前節(jié)）對(duì)構(gòu)成連接系統(tǒng)的螺栓組而言，所受載荷可能有軸向載荷，橫向載荷，彎矩和轉(zhuǎn)矩等，但對(duì)螺栓組每一個(gè)具體螺栓而言，其受載形式只有軸向力、橫向力或二者聯(lián)合作用。按受力形式分，螺栓組的受力可分為以下類(lèi)型：

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36單個(gè)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算

預(yù)緊力F0=02023/2/3第五章

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37(二)緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算1.僅受預(yù)緊力F0的緊螺栓連接當(dāng)普通螺栓聯(lián)結(jié)承受橫向載荷時(shí)，由于預(yù)緊力的作用，將在接合面間產(chǎn)生摩擦力來(lái)抵抗工作載荷（見(jiàn)下圖），這時(shí)螺栓僅承受預(yù)緊力F0的作用，而且預(yù)緊力不受工作載荷的影響，在聯(lián)接承受工作載荷后仍保持不變。預(yù)緊力F0大小，根據(jù)接合面不產(chǎn)生滑移的條件確定這時(shí)，螺栓除受預(yù)緊力的拉伸而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力外，還受擰緊螺紋時(shí)，因螺紋摩擦力矩而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，使螺栓處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下。因此在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)綜合考慮拉伸應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的作用。2023/2/3第五章

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求解過(guò)程見(jiàn)Ｐ802023/2/3第五章

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39各種減載零件這種靠摩擦力抵抗工作載荷的緊螺栓連接，要求保持較大的預(yù)緊力，會(huì)使螺栓的結(jié)構(gòu)尺寸增加。此外，在振動(dòng)、沖擊或變載荷下，由于摩擦系數(shù)的變動(dòng)，將使連接的可靠性降低，有可能出現(xiàn)松脫。為了避免上述缺陷(F0>75F)，可以考慮用各種減載零件來(lái)承擔(dān)橫向工作載荷（如下圖所示），這種具有減載零件的緊螺栓連接，其連接強(qiáng)度按減載零件的剪切、擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算而螺紋連接只是保證連接，不再承受工作載荷，因此預(yù)緊力不必很大。但這種結(jié)構(gòu)增加了結(jié)構(gòu)和工藝的復(fù)雜性。2023/2/3第五章

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402.承受預(yù)緊力和工作拉力緊螺栓連接這種受力形式在緊螺栓連接中比較常見(jiàn)，因而也是最重要的一種。這種緊螺栓連接承受軸向拉伸工作載荷F后，由于螺栓和被連接件的彈性變形，螺栓所受的總拉力F2并不等于預(yù)緊力F0和工作拉力F之和(F2≠F0+F)。根據(jù)理論分析，螺栓的總拉力F2除了與預(yù)緊力F0、工作拉力F有關(guān)外，還受到螺栓剛度Cb及被連接件剛度Cm等因素的影響。因此，應(yīng)從分析螺栓連接的受力和變形的關(guān)系入手，分析螺栓所受總拉力的大小。下圖表示單個(gè)螺栓連接在承受軸向拉伸載荷先后的受力及變形情況。2023/2/3第五章

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432.承受預(yù)緊力和工作拉力緊螺栓連接-續(xù)

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45續(xù)

對(duì)于受軸向變載荷的重要連接（如內(nèi)燃機(jī)中），除按式（5-33）或式（5-34）做靜強(qiáng)度計(jì)算外，還要按下述方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度精確校核：下圖：當(dāng)工作拉力在0~F之間變化時(shí)，螺栓的總拉力在F0~F2之間變化，若不計(jì)螺紋摩擦力矩，則：2023/2/3第五章

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473.承受工作剪力的緊螺栓連接這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來(lái)承受載荷的（見(jiàn)下頁(yè)圖），螺栓桿與孔壁之間無(wú)間隙，接觸表面受擠壓在連接接合面處，螺栓桿則受剪切。因此，應(yīng)分別按擠壓及剪切強(qiáng)度條件計(jì)算。計(jì)算時(shí)，假設(shè)螺栓桿與孔壁表面上的壓應(yīng)力分布是均勻的，又因這種連接所受的預(yù)緊力很小，所不計(jì)預(yù)緊力的影響。因此有：2023/2/3第五章

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48承受工作剪力的緊螺栓連接

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49§5-7螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力

按國(guó)標(biāo)GB/T3098-2000對(duì)材料力學(xué)性能的分級(jí)：螺栓、螺柱、螺釘性能等級(jí)分為10級(jí)，從3.6-12.9數(shù)字的含義為：小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字為抗拉強(qiáng)度極限的1/100(σB/100)小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字為屈服極限強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度極限之比的10倍（即10σs/σB）例如：由性能等級(jí)4.6，可求σB=4x100=400MPa;

σs=6σB/10=240MPa2023/2/3第五章

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50§5-7螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力

螺母的性能等級(jí)分為7級(jí)，從4-12數(shù)字的含義為：最小應(yīng)力σmin的1/100(即σmin

/100)注意:螺母的性能等級(jí)應(yīng)>=與其相配的螺栓的性能等級(jí)2023/2/3第五章

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51補(bǔ)充計(jì)算例題2023/2/3第五章

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52§5-8提高螺紋連接強(qiáng)度的措施以螺栓連接作為例子，螺栓連接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，因此，研究影響螺栓強(qiáng)度的因素和提高螺栓的強(qiáng)度，將大大提高連接系統(tǒng)可靠性。影響螺栓強(qiáng)度的因素很多，主要涉及到：應(yīng)力變化幅度螺紋牙的載荷分配應(yīng)力集中附加應(yīng)力材料的力學(xué)性能和制造工藝等方面?，F(xiàn)從以下幾個(gè)主要方面敘述提高螺栓強(qiáng)度的措施。2023/2/3第五章

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53(一)降低軸向螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅受軸向變載荷的緊螺栓連接，在最小應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)力幅越小，螺栓越不容易發(fā)生疲勞破壞，連接的可靠性越高。當(dāng)螺栓所受的工作拉力在0～F之間變化時(shí)，則螺栓的總拉力將在F0～F2之間變動(dòng)。由F2=F0+Cb/(Cb+Cm)F可知:在保持預(yù)緊力F0不變的條件下，若減小螺栓的剛度Cb或增大被連接件剛度Cm，都可以達(dá)到減小總拉力F2的變動(dòng)范圍（即減小應(yīng)力幅σa）的目的2023/2/3第五章

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54Cb和Cm的影響但是由F0=F1+Cm/(Cb+Cm)F可知，在F0給定的條件下，減小螺栓的剛度Cb或增大被連接件剛度Cm，都將引起殘余預(yù)緊力F1減小，從而降低了連接的緊密性。因此，若在減小Cb或增大Cm的同時(shí),適當(dāng)增加預(yù)緊力F0，就可以使F1不致減小太多或保持不變圖a)表示單獨(dú)降低螺栓剛度Cb

圖b)表示單獨(dú)增大被連接件剛度Cm圖c)表示把上述兩種措施與增大預(yù)緊力F0同時(shí)并用時(shí)，螺栓連接載荷變化情況。2023/2/3第五章

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55前返回2023/2/3第五章

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56措施減小螺栓的剛度Cb的措施有:1)可適當(dāng)增加螺栓的長(zhǎng)度、2)或采用腰狀桿螺栓和空心螺栓。3)也可在螺母下面安裝上彈性元件。為了增大被連接件的剛度Cm:1)可以不用墊片或2)采用剛度較大的墊片。對(duì)于需要保持緊密性的連接，從增大被連接件的剛度的角度來(lái)看，采用較軟的氣缸墊片并不合適。此時(shí)以采用剛度較大的金屬墊片或密封環(huán)較好。2023/2/3第五章

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57(二)改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象

由于螺栓螺母的剛度和變形性質(zhì)不同，載荷在各圈螺紋牙上分布不均，其中旋合的第一圈的分布載荷最大（約占總載荷的1/3）第八圈受力幾乎為零(所以加厚螺母不能有效提高強(qiáng)度)。因此，改善螺紋牙上的載荷分布不均性，可以大大提高螺栓的強(qiáng)度。一般常用的方法有：

a)懸置螺母（圖a）螺母的旋合部分全部受拉，其變形性質(zhì)與螺栓相同，從而可以減小兩者的螺距變化差，使螺紋牙上的載荷分布趨于均勻；

b)環(huán)槽螺母（圖b）這種結(jié)構(gòu)可以使螺母內(nèi)緣下端（螺栓旋入端）局部受拉，其作用和懸置螺母相似，但載荷均布的效果不及懸置螺母；2023/2/3第五章

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58c)內(nèi)斜螺母（圖c）螺母下端（螺栓旋入端）受力大的幾圈螺紋處制成10°～15°的斜角,使螺栓螺紋牙的受力面由上而下逐漸外移。這樣,螺栓旋合段下部的螺紋牙在載荷作用下容易變形，而載荷將向上轉(zhuǎn)移使載荷分布趨于均勻；d)圖d所示的螺母結(jié)構(gòu)，可兼有環(huán)槽螺母和內(nèi)斜螺母的作用e)鋼絲螺套（圖e）它主要用來(lái)旋入輕合金的螺紋孔內(nèi),旋入后將安裝柄根在缺口處折斷，然后旋入螺栓。因?yàn)樗哂幸欢ǖ膹椥?可以起到均載的作用,再加上它還有減振的作用,故能顯著提高螺紋連接件的疲勞強(qiáng)度。2023/2/3第五章

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59(三）減小應(yīng)力集中影響的措施螺栓上的螺紋（特別是螺紋的收尾）、螺栓頭和螺栓桿的過(guò)渡處以及螺栓橫截面面積發(fā)生變化的部位等，都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。為了減小應(yīng)力集中的程度，可以:1)采用加大圓角和卸載結(jié)構(gòu)（如圖a、b、c所示）,2)將螺紋收尾改為退刀槽等。為了避免螺紋連接產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，可以:1)采取球面墊圈（圖d）或2)用帶有腰環(huán)的螺栓（圖e）來(lái)保證螺栓的裝配精度等措施來(lái)達(dá)到；同時(shí)規(guī)定螺母、螺栓頭部和被連接件的支承面加工要求但應(yīng)注意:采用這些特殊結(jié)構(gòu)會(huì)使制造成本增加。2023/2/3第五章

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60(四)用合理的制造工藝方法采用冷鐓螺栓頭部和滾壓螺紋的工藝方法，可以顯著提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。這是因?yàn)槌山档蛻?yīng)力集中外，冷鐓和滾壓工藝不切斷材料纖維，金屬流線(xiàn)的走向合理(如下圖)，而且有冷作硬化的效果，并使表層留有殘余應(yīng)力。因而滾壓螺紋的疲勞強(qiáng)度可比切削螺紋的疲勞強(qiáng)度提高30%～40%。如果熱處理后再滾壓螺紋，其疲勞強(qiáng)度可提高70%～100%。這種冷墩和滾壓工藝還具有材料利用率高、生產(chǎn)率高和制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。此外，采用氮化、氰化、噴丸等處理工藝，也可以提高螺紋連接件的疲勞強(qiáng)度。2023/2/3第五章

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61例題如圖所示為一固定在鋼制立柱上的鑄鐵托架，已知總載荷FΣ=4800N，其作用線(xiàn)與垂直線(xiàn)的夾角α=50°，底板高h(yuǎn)=340mm，寬b=150mm，試設(shè)計(jì)此螺栓組連接。2023/2/3第五章

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62例題2023/2/3第五章

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632023/2/3第五章

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6420032023/2/3第五章

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652023/2/3第五章

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66§5-9螺旋傳動(dòng)(自學(xué))2023/2/3第五章

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67螺旋傳動(dòng)的類(lèi)型螺旋傳動(dòng)按其用途不同，可分為以下三種類(lèi)型：傳力螺旋它以傳遞動(dòng)力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，用以克服工件阻力，如各種起重或加壓裝置的螺旋。這種傳力螺旋主要是承受很大的軸向力，一般為間歇性工作，每次的工作時(shí)間較短，工作速度也不高，通常具有自鎖能力；傳導(dǎo)螺旋它以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，有時(shí)也承受較大的軸向力，如機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的螺旋等。傳導(dǎo)螺旋常需在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作，工作速度較高，要求具有較高的傳動(dòng)精度；調(diào)整螺旋它用以調(diào)整、固定零件的相對(duì)位置，如機(jī)床、儀器及測(cè)試裝置中的微調(diào)機(jī)構(gòu)螺旋。整螺旋不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)，一般在空載下調(diào)整。螺旋傳動(dòng)按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為：

滑動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋靜壓螺旋2023/2/3第五章

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682023/2/3第五章

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69第五章作業(yè)題見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)集》(1)

5-1~5-6（不交）5-9，5-105-16，5-20（錯(cuò)誤提示：1.z值，2.d值）5-235-24，5-26(自選)補(bǔ)充計(jì)算例題2023/2/3第五章

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70普通螺紋圖