螺紋聯(lián)接課件

CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA機(jī)械設(shè)計(jì)

DesignofMachineryCollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA螺紋聯(lián)接聯(lián)接概述螺紋聯(lián)接概述螺紋聯(lián)接的擰緊與防松單個(gè)螺栓的受力分析

與強(qiáng)度計(jì)算螺紋組受力分析與討論提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA一、聯(lián)接分類1、按運(yùn)動(dòng)關(guān)系分靜聯(lián)接：只固定，無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如螺紋聯(lián)接、普通平鍵聯(lián)接。動(dòng)聯(lián)接：彼此有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如花鍵、螺旋傳動(dòng)等。——運(yùn)動(dòng)副2、按傳載原理分靠摩擦力：如受拉螺栓、過盈聯(lián)接。非摩擦：靠聯(lián)接零件的相互嵌合傳載，如平鍵。材料鎖合聯(lián)接：利用附加材料分子間作用，如粘接、焊接。3、按拆開時(shí)是否損壞零件分可拆聯(lián)接：如螺紋聯(lián)接（最廣泛的可拆聯(lián)接）。不可拆聯(lián)接：如焊接、鉚接等?！?概述CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA2、螺紋的類型右旋左旋螺紋位置：內(nèi)螺紋——螺母；外螺紋——螺釘。旋向判定：順著軸線方向看，可見側(cè)左邊高則為左旋，右邊高則為右旋。螺紋旋向：左旋螺紋，右旋螺紋（常用）。思考：⑥中徑升角ψ：⑤導(dǎo)程s：s=npCollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA聯(lián)接：效率低、自鎖性好。傳動(dòng)：效率高、自鎖性差。螺紋牙形：三角形、矩形、梯形、鋸齒形等30°3°30°60°三角形梯形鋸齒形矩形單線，用于聯(lián)接雙線或多線，常用于傳動(dòng)粗牙：一般情況下使用。細(xì)牙：d相同，p小，ψ小，牙淺，自鎖性好，但不耐磨，易滑扣。∴用于變載荷場合?！嗦?lián)接螺紋：一般為單線、粗牙、右旋的三角螺紋。螺紋線數(shù)：單線（聯(lián)接）；多線（傳動(dòng)）。CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA§2螺紋聯(lián)接的主要類型、材料一、主要類型（注意各圖的畫法）1、螺栓聯(lián)接受拉——普通螺栓普通螺栓受剪——鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA普通墊圈彈性墊圈特點(diǎn)螺栓貫穿被聯(lián)接件，孔壁無螺紋；結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，成本較低。CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA特點(diǎn)螺栓桿與孔多采用基孔制過渡配合(H7/m6)，精確固定被聯(lián)接件的相對(duì)位置，并承受橫向載荷；孔的加工精度要求較高。CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA2、雙頭螺柱聯(lián)接

用于有一聯(lián)接件較厚，并經(jīng)常裝拆的場合，拆卸時(shí)只需擰下螺母即可。3、螺釘聯(lián)接用于有一聯(lián)接件較厚，且不需經(jīng)常裝拆的場合。CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA4、緊定螺釘聯(lián)接螺釘末端頂住另一零件的表面或相應(yīng)凹坑，以固定兩個(gè)零件的相互位置，并可傳遞不大的力或力矩。CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA5.地腳螺釘聯(lián)接在地基上固定設(shè)備CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA6.吊環(huán)螺釘聯(lián)接用于起吊零、部件或整機(jī)CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA常用標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINACollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINACollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA二、性能等級(jí)1、螺栓等：十個(gè)性能等級(jí)，如：3.6、4.6、4.8、……性能等級(jí)材料性能如：6.8σBmin/100=6σBmin=600MPa10(σsmin/σBmin)=8σsmin=480MPa或σsmin=(6×8)×10=480MPa低碳鋼或中碳鋼2、螺母：七個(gè)等級(jí)，與螺栓性能相配。（自學(xué)）小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字代表材料抗拉強(qiáng)度極限的1/100;小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字代表材料的屈服極限與抗拉強(qiáng)度極限之比值的10倍CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA§3螺栓聯(lián)接的擰緊與防松一、擰緊受載之前擰緊螺母預(yù)緊力F’預(yù)緊↑聯(lián)接剛度↑防松能力↑緊密性1、擰緊力矩T=？螺母支承面間的摩擦阻力矩以螺母分析：T=T1+T2螺紋副間的摩擦力矩CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA預(yù)緊力螺紋升角螺紋中徑CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA對(duì)于常用鋼制M10—M68普通螺栓：代入，整理得：CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINACollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA采用測力矩扳手或定力矩扳手控制預(yù)緊力，準(zhǔn)確性較差，也不適用與大型的螺栓聯(lián)接。為此，可以采用測量螺栓伸長量的方法來控制預(yù)緊力。測量螺栓伸長量LSLMCb為螺栓的剛度系數(shù)CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA3、嚴(yán)格控制預(yù)緊力時(shí)d≮M12~M16標(biāo)準(zhǔn)扳手長度L=15d，若擰緊力為F，則：T=FL=15dF=0.2F’d→F’=75F若F=200N，則F’=15000N?！∮贛12，則易拉斷。二、防松1、螺紋聯(lián)接按自鎖條件設(shè)計(jì)：

ψ≤ρv。∴

靜載下不會(huì)自行松脫。2、松動(dòng)原因沖擊、振動(dòng)、變載荷下溫度變化較大時(shí)螺旋副摩擦力Ff減小或瞬時(shí)消失松動(dòng)CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA對(duì)頂螺母3、防松方法——防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。按防松原理不同，分為三類：a）摩擦防松自鎖螺母CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA彈簧墊圈開口方向：斜向右下方彈性增壓尖端抵住開口銷與槽形螺母b）機(jī)械防松（直接鎖?。〤ollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINACollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA正確不正確注意金屬絲穿入方向串聯(lián)金屬絲CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINAc）破壞螺紋副關(guān)系不可拆聯(lián)接膠接沖點(diǎn)焊住CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA§4單個(gè)螺栓聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算螺栓聯(lián)接受拉螺栓受剪螺栓松聯(lián)接：不擰緊，無預(yù)緊力F0，僅受工作載荷F緊聯(lián)接：需擰緊僅受預(yù)緊力F0同時(shí)受預(yù)緊力F0和工作載荷F一、受拉螺栓聯(lián)接對(duì)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。CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA1、松聯(lián)接如：起重滑輪螺栓僅受軸向工作拉力F——失效：拉斷強(qiáng)度條件：MPa

——校核式式中：d1——危險(xiǎn)截面計(jì)算直徑[σ]——許用應(yīng)力，[σ]=σs／[Ss]表5-8，5-10。mm——設(shè)計(jì)式查手冊，選螺栓CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA2、緊聯(lián)接（1）只受預(yù)緊力F0的緊聯(lián)接F0為螺栓軸向負(fù)荷—→拉應(yīng)力擰緊過程中，在T1作用下螺栓受扭—→產(chǎn)生τT對(duì)鋼制M10~M68螺栓:τT≈0.5σ。CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA——校核式即：*1.3意義：緊聯(lián)接時(shí)，將拉應(yīng)力增大30%以考慮擰緊力矩的影響。mm

——設(shè)計(jì)式危險(xiǎn)截面上受復(fù)合應(yīng)力（σ、τT）作用—→強(qiáng)度準(zhǔn)則螺栓為塑性材料—→第四強(qiáng)度理論。CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA（2）受預(yù)緊力F0和軸向工作載荷F的緊螺栓聯(lián)接變形受力過程：無變形—→F0

—→—→+F—→CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA■

上述過程還可通過力——變形圖表示變形力力λbλm變形力F0F0F0即：螺栓總拉力等于工作載荷與剩余預(yù)緊力之和。變形力F0FF1F2CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA螺栓剛度：被聯(lián)件剛度：在合并圖中：∴即：螺栓總拉力等于預(yù)緊力加上部分工作載荷。由于變形力F0FF1F2CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA討論：1、——螺栓相對(duì)剛度系數(shù)當(dāng)F0、F一定時(shí)，螺栓總拉力∴為降低螺栓受力—→選擇不同墊片↓—→應(yīng)使2、：不出現(xiàn)縫隙。(由進(jìn)行驗(yàn)算同理，考慮扭轉(zhuǎn)作用，強(qiáng)度條件為：——校核式mm——設(shè)計(jì)式CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA變形力F0FF1F2對(duì)于變載荷：當(dāng)在0~F之間變化時(shí)應(yīng)力幅：由于由（3-24）式得螺栓危險(xiǎn)截面的疲勞強(qiáng)度可由下式校核相應(yīng)參數(shù)由P85定義CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA二、受剪螺栓聯(lián)接1.失效形式：剪斷、接觸表面壓潰。2.螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：3.螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為：CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA§5螺栓組聯(lián)接的受力分析一、思路聯(lián)接結(jié)構(gòu)形式、外載荷類型—→螺栓受力—→找出受載最大螺栓—→按單個(gè)螺栓聯(lián)接的計(jì)算方法計(jì)算二、基本假定1、各螺栓剛度相同；2、各螺栓F0相同；3、變形在彈性范圍內(nèi)；4、被聯(lián)件為剛體；三、四種典型受載情況時(shí)的受力分析1、受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA特點(diǎn)：載荷與螺栓軸線平行，并通過螺栓組對(duì)稱中心?！髀菟ńM平均受載：F=FQ/z螺栓還受F0

—→工作條件：F1>02、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA（1）特點(diǎn)：橫向載荷作用線與螺栓軸線垂直，并通過螺栓組對(duì)稱中心。（2）承載方式：形閉合：受剪螺栓（靠桿的剪切與擠壓承載）力閉合：受拉螺栓（由F0在結(jié)合面產(chǎn)生的摩擦力承載）（3）受力分析a、受拉螺栓工作條件：按僅受F0的緊聯(lián)接計(jì)算。式中：μs——結(jié)合面的摩擦系數(shù)；z——螺栓個(gè)數(shù)；m——結(jié)合面數(shù)目，圖中m=2；kf——可靠系數(shù)（防滑系數(shù)），kf=1.1~1.5；CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINAb、受剪螺栓假定每個(gè)螺栓受載相同，則工作條件：剪切計(jì)算擠壓計(jì)算CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA3、受旋轉(zhuǎn)力矩T的螺栓組聯(lián)接特點(diǎn)：在轉(zhuǎn)矩T作用下，底板有繞螺栓組形心軸線O-O旋轉(zhuǎn)的趨勢。橫向力受拉螺栓受剪螺栓摩擦力承載，各螺栓處產(chǎn)生相等的摩擦力（1）受拉螺栓聯(lián)接工作條件：CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA（2）受剪螺栓聯(lián)接靠剪切和擠壓承載，各螺栓在T作用下受橫向力Fi。問題：F1=F2=…=Fz？即Fi與ri成正比：或工作條件：

F1r1+F2r2+…+Fzrz=T變形協(xié)調(diào)條件：底板視為剛體，ri↑—→剪切變形量↑—→Fi↑CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA代入工作條件中：4、受翻轉(zhuǎn)力矩M（傾覆力矩）的螺栓組聯(lián)接特點(diǎn)：在M作用下，底板有繞螺栓組形心軸翻轉(zhuǎn)的趨勢。作用M前：各螺栓受相同F(xiàn)0作用M后：左側(cè)：F拉(不均勻)，右側(cè)：F壓(不均勻)→F0↓CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA工作條件：變形協(xié)調(diào)條件：其它條件：附加校核討論：設(shè)計(jì)時(shí)，如何布置螺栓更合理？——遠(yuǎn)離對(duì)稱中心Ri↑→Fmax↓左側(cè)不出現(xiàn)縫隙右側(cè)邊緣不壓潰——校核式不壓潰條件：不分離條件：CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA§6提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施1、機(jī)理工作時(shí)，螺栓受拉，p↑螺母受壓，p↓兩者產(chǎn)生螺距差一、改善螺紋牙間受力分配第一圈：Δp最大，受力最大第8~10圈后幾乎不受力各圈受載不均CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA∴采用加高螺母不能提高聯(lián)接強(qiáng)度。2、辦法采用受拉螺母（變形一致）

——減小螺栓螺母螺距變化差CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA二、減小附加彎曲應(yīng)力螺紋牙根彎曲應(yīng)力——————→斷裂螺紋孔不正、被聯(lián)件表面不平、發(fā)生變形等。引起附加彎曲應(yīng)力因素：CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA措施：墊圈、凸臺(tái)、沉孔等。思考：采用凸臺(tái)、沉孔的目的？三、減輕應(yīng)力集中收尾：退刀槽；增大牙根處過渡圓角半徑。CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA四、降低應(yīng)力幅σaσmax一定時(shí)：σa↓—→疲勞強(qiáng)度↑當(dāng)F、F”不變時(shí)：↓c1或↑c(diǎn)2。措施：

1）↑螺栓長度2）↓光桿直徑

3）采用柔性螺栓1、降低螺栓剛度c1

1<

1‘CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA措施：不宜采用剛度小的墊片。五、改善制造工藝1、加工方法：碾制較車制強(qiáng)度↑30%；2、表面處理：噴丸、氮化等。2、提高被聯(lián)件剛度c22>

2‘CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA§7螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)1、結(jié)合面幾何形狀力求簡單（矩、圓、三角），且螺栓組的對(duì)稱中心與結(jié)合面形心重合，結(jié)合面受力均勻。3、分布在同一圓周上的z應(yīng)取偶數(shù)（4、6、8），便于分度劃線。4、避免附加彎曲載荷：凸臺(tái)、沉孔、斜墊圈等。5、螺栓排列應(yīng)有合理間距、邊距、扳手空間。6、合理防松方法。2、螺栓組受力合理：螺栓布置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離對(duì)稱中心，鉸制孔螺栓組≯8個(gè)；同時(shí)承受軸向、橫向載荷時(shí)，可采用抗剪元件承受橫向力。CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA1.7滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡介螺旋運(yùn)動(dòng)是利用由螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的場合。一、螺旋傳動(dòng)的類型★傳力螺旋★傳動(dòng)螺旋★調(diào)整螺旋CollegeofMechanical&ElectricalEngineeringNCUTCHINA二、螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)及材料1.螺母結(jié)構(gòu)★整體螺母不能調(diào)整間隙，只能用在輕載且精度要求較低的場合★組合螺母這種螺母便于操作，一般用于車床溜板箱的螺旋傳動(dòng)中★對(duì)開螺母減少間隙，提高傳動(dòng)精度Colleg