機械設(shè)計CH05課件

第五章螺紋連接與螺旋傳動§5-1螺紋§5-2螺紋連接的類型與標(biāo)準(zhǔn)連接件§5-3螺紋連接的預(yù)緊§5-6螺紋連接組的設(shè)計§5-5螺紋連接的強度計算§5-8提高螺紋連接強度的措施§5-7螺紋連接件的材料與許用應(yīng)力§5-9螺旋傳動§5-4螺紋連接的防松螺紋有外螺紋與內(nèi)螺紋之分，它們共同組成螺旋副。連接用螺紋的當(dāng)量摩擦角較大，有利于實現(xiàn)可靠連接；傳動用螺紋的當(dāng)量摩擦角較小，有利于提高傳動的效率。螺紋按工作性質(zhì)分為連接用螺紋和傳動用螺紋。一、螺紋的分類

螺紋螺紋的類型與特點1螺紋的類型與特點2二、普通螺紋的主要參數(shù)大徑d－即螺紋的公稱直徑。小徑d1－常用于連接的強度計算。中徑d2－常用于連接的幾何計算。螺距P－螺紋相鄰兩個牙型上對應(yīng)點間的軸向距離。牙型角a－螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)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(shù)n－螺紋的螺旋線數(shù)目。導(dǎo)程S－螺紋上任一點沿同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動的軸向距離，S=nP。升角y的計算式為：

螺紋連接類型與標(biāo)準(zhǔn)件2螺紋連接的類型與標(biāo)準(zhǔn)連接件二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件螺紋連接的類型很多，在機械制造中常見的螺紋連接件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時可以根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。虛擬現(xiàn)實中的螺紋連接件

利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。通?？刹捎脺y力矩扳手或定力矩扳手，對于重要的螺栓連接，也可以采用測定螺栓伸長的方法來控制預(yù)緊力。紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊大多數(shù)螺紋連接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。增強連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對移動。注意：對于重要的連接，應(yīng)盡可能不采用直徑過小(＜M12)的螺栓。預(yù)緊力限制擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限ss的80%。預(yù)緊力：預(yù)緊的目的：預(yù)緊力的確定原則：預(yù)緊力的控制：

預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系：詳細(xì)推導(dǎo)

螺紋連接的防松螺紋連接的防松螺紋連接一般都能滿足自鎖條件不會自動松脫。但在沖擊、振動或變載荷作用下，或在高溫或溫度變化較大的情況下，螺紋連接中的預(yù)緊力和摩擦力會逐漸減小或可能瞬時消失，導(dǎo)致連接失效。防松的根本問題在于防止螺旋副相對轉(zhuǎn)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。

螺紋連接的強度計算2螺紋連接的強度計算1．僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接預(yù)緊力引起的拉應(yīng)力：螺牙間的摩擦力矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：強度條件：當(dāng)連接承受較大的橫向載荷F時，由于要求F0≥F／f（f=0.2），即F0≥5F，因而需要大幅度地增加螺栓直徑。為減小螺栓直徑的增加，可采用減載措施。說明根據(jù)第四強度理論，螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的計算應(yīng)力:

螺紋連接的強度計算3螺紋連接的強度計算2．受軸向載荷的緊螺栓連接螺栓預(yù)緊力F0后，在工作拉力F的作用下，螺栓的總拉力F2=?這時螺栓的總拉力為：為使工作載荷作用后，連接結(jié)合面間有殘余預(yù)緊力F1存在，要求螺栓連接的預(yù)緊力F0為：靜強度條件：式中F1為殘余預(yù)緊力，為保證連接的緊密性，應(yīng)使F1＞0，一般根據(jù)連接的性質(zhì)確定F1的大小。式中：為螺栓的相對剛度，其取值范圍為0~1。詳細(xì)分析疲勞強度校核

螺紋連接的強度計算4螺紋連接的強度計算3．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承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓。在連接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為：螺栓桿的剪切強度條件為：式中：F－螺栓所受的工作剪力，單位為N；

d0－螺栓剪切面的直徑（可取螺栓孔直徑），單位為mm；

Lmin－螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為mm；設(shè)計時

應(yīng)使Lmin≥1.25d0

螺紋連接組的設(shè)計2螺栓組連接的設(shè)計1．受橫向載荷2．受轉(zhuǎn)矩3．受軸向載荷4．受傾覆力矩受力分析的目的：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)行螺栓連接的強度計算。受力分析時所作假設(shè)：所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同；受載后連接接合面仍保持為平面。受力分析的類型：二、螺栓組連接的受力分析螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合；

螺紋連接組的設(shè)計3（1）對于鉸制孔用螺栓連接（圖b），每個螺栓所受工作剪力為：（2）對于普通螺栓連接（圖a），按預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有：式中：z為螺栓數(shù)目。圖示為由四個螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。1．受橫向載荷的螺栓組連接或螺栓組連接的設(shè)計

Ks為防滑系數(shù)，設(shè)計中可取Ks=1.1~1.3。螺紋連接組的設(shè)計4采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺栓組受轉(zhuǎn)矩時的受力情況是不同的。2．受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接采用普通螺栓，是靠連接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(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抵抗轉(zhuǎn)矩T。螺栓組連接的設(shè)計

螺紋連接組的設(shè)計6螺栓組連接的設(shè)計4．受傾覆力矩的螺栓組連接傾覆力矩M作用在連接接合面的一個對稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已擰緊并承受預(yù)緊力F0。作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡，即：由此可以求出最大工作載荷：

螺紋連接組的設(shè)計7螺栓組連接的設(shè)計螺栓的總拉力：為防止結(jié)合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求：底板受傾覆力矩后，在軸線O-O左側(cè)，螺栓與地基的工作點分別移至B1

和C1，兩者作用在底板上的合力為F。受傾覆力矩的底板螺栓組連接的受力過程可用右圖表示。在軸線O-O右側(cè)，螺栓與地基的工作點分別移至B2和C2

，兩者作用在底板上的合力為Fm

。在傾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作點都處于A點。

提高螺紋連接強度的措施提高螺紋連接強度的措施以螺栓連接為例，螺栓連接的強度主要取決于螺栓的強度，因此，提高螺栓的強度，將大大提高連接系統(tǒng)的可靠性。影響螺栓強度的因素主要有以下幾個方面，或從以下幾個方面提高螺栓強度。改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象降低影響螺栓疲勞強度的應(yīng)力幅減小應(yīng)力集中的影響采用合理的制造工藝

分析分析分析螺旋傳動1螺旋傳動一、螺旋傳動的類型和應(yīng)用傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋調(diào)整螺旋螺旋傳動按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為：說明滑動螺旋滾動螺旋靜壓螺旋說明螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，同時傳遞動力。螺旋傳動按其用途不同，可分為以下三種類型:螺旋機構(gòu)在機床的進(jìn)給機構(gòu)、起重設(shè)備、鍛壓機械、測量儀器、工具、夾具、玩具及其他工業(yè)裝備中有著廣泛的應(yīng)用。

螺旋傳動常見的運動形式有：螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動或螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動。

螺旋傳動2螺旋傳動二、滑動螺旋的結(jié)構(gòu)和材料1．滑動螺旋的結(jié)構(gòu)整體螺母組合螺母剖分螺母螺母結(jié)構(gòu):滑動螺旋的結(jié)構(gòu)主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。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(shù)小和耐磨。2．滑動螺旋的材料說明

螺旋傳動3螺旋傳動三、滑動螺旋傳動的設(shè)計計算主要失效形式:螺牙的磨損設(shè)計準(zhǔn)則：按抗磨損確定直徑，選擇螺距；校核螺桿、螺母強度等。設(shè)計方法和步驟：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：設(shè)計公式：令則得：一般值越大，螺母越厚，螺紋工作圈數(shù)越多。。式中:30o鋸齒形螺紋矩形和梯形螺紋螺紋工作高度

螺旋傳動5螺旋傳動3．螺母