螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng)

關(guān)于螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng)第1頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聯(lián)接的目的：便于機(jī)器的制造、安裝、運(yùn)輸、維修以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。機(jī)械聯(lián)接：機(jī)械動(dòng)聯(lián)接：機(jī)器工作時(shí)，被聯(lián)接的零（部）件間可以有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。如機(jī)械原理課程中所討論的各種運(yùn)動(dòng)副；機(jī)械靜聯(lián)接：機(jī)器工作時(shí)，被聯(lián)接的零（部）件間不允許產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。在機(jī)器制造中，聯(lián)接也通常指機(jī)械靜聯(lián)接。機(jī)械靜聯(lián)接：可拆聯(lián)接：如螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接及銷聯(lián)接等；不可拆聯(lián)接：焊接、鉚釘聯(lián)接、膠接等；第2頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第13章螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng)

補(bǔ)充螺紋如用一個(gè)三角形K沿螺旋線運(yùn)動(dòng)并使K平面始終通過(guò)圓柱體軸線YY-這樣就構(gòu)成了三角形螺紋。同樣改變平面圖形K，可得到矩形、梯形、鋸齒形一、螺紋的形成第3頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鋸齒形螺紋三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋第4頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月按牙型:三角形螺紋、管螺紋——聯(lián)接螺紋矩形、梯形、鋸齒形螺紋——傳動(dòng)螺紋按位置：內(nèi)螺紋——在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋外螺紋——在圓柱孔的外表面形成的螺紋三角形螺紋：粗牙螺紋——用于緊固件細(xì)牙螺紋——同樣的公稱直徑下，螺距最小，自鎖性好，適于薄壁細(xì)小零件和沖擊變載等根據(jù)螺旋線繞行方向：左旋——如圖右旋——常用根據(jù)螺旋線頭數(shù)：?jiǎn)晤^螺紋（n=1）——用于聯(lián)接雙頭螺紋（n=2）——如圖多線螺紋（n≥2）——用于傳動(dòng)二、螺紋的類型第5頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）外徑（大徑）d（D）——與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，亦稱公稱直徑2）內(nèi)徑（小徑）d1(D1)——與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑3）中徑d2——在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，d2≈0.5(d+d1)三、螺紋的主要參數(shù)第6頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4）螺距P——相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離5）導(dǎo)程（S）——同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離6）線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n≤4

螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：L=nP

第7頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7）螺旋升角ψ——中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角8）牙型角α——螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角9）接觸高度h第8頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§13—1螺紋聯(lián)接的類型及螺紋聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接主要類型1、螺栓聯(lián)接a)普通螺栓聯(lián)接——被聯(lián)接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過(guò)通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，可多個(gè)裝拆，應(yīng)用較廣。也稱受拉螺栓連接。b)鉸制孔螺栓聯(lián)接——裝配后無(wú)間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用。也稱受剪螺栓聯(lián)接第9頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、雙頭螺栓聯(lián)接——螺桿兩端無(wú)釘頭，但均有螺紋，裝配時(shí)一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時(shí)。折裝時(shí)只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯(lián)接件中擰出。3、螺釘聯(lián)接——適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況第10頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接,吊環(huán)螺釘聯(lián)接4、緊定螺釘聯(lián)接——擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應(yīng)的缺口中以固定零件的相對(duì)位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。第11頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、螺紋聯(lián)接件

2）雙頭螺柱——兩端帶螺紋

A型——有退刀槽B型——無(wú)退刀槽1）螺栓普通螺栓——六角頭，小六角頭，標(biāo)準(zhǔn)六角頭，大六角頭,內(nèi)六角鉸制孔螺栓——螺紋部分直徑較小螺母第12頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4）緊定螺釘錐端——適于零件表面硬度較低不常拆卸常合平端——接觸面積大、不傷零件表面，用于頂緊硬度較大的平面，適于經(jīng)常拆卸圓柱端——壓入軸上凹抗中，適于緊定空心軸上零件的位置輕材料和金屬薄板3）螺釘與螺栓區(qū)別——要求螺紋部分直徑較粗;要求全螺紋第13頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6）螺母六角螺母：標(biāo)準(zhǔn)，扁，厚5）自攻螺釘——由螺釘攻出螺紋圓螺母+止退墊圈——帶有缺口，應(yīng)用時(shí)帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊第14頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7）墊圈第15頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§13—2螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松一、預(yù)緊預(yù)緊目的——保持正常工作。如汽缸螺栓聯(lián)接，有緊密性要求，防漏氣，接觸面積要大，靠摩擦力工作，增大剛性等。增大剛性——增加聯(lián)接剛度、緊密性和提高防松能力預(yù)緊力QP——預(yù)先軸向作用力（拉力）螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接——在裝配時(shí)不擰緊，只存受外載時(shí)才受到力的作用緊聯(lián)接——在裝配時(shí)需擰緊，即在承載時(shí)，已預(yù)先受力，預(yù)緊力QP預(yù)緊過(guò)緊——擰緊力QP過(guò)大，螺桿靜載荷增大、降低本身強(qiáng)度過(guò)松——擰緊力QP過(guò)小，工作不可靠第16頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一般K=0.1~0.3K——擰緊力矩系數(shù)第17頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月預(yù)緊力QP的控制：測(cè)力矩板手——測(cè)出預(yù)緊力矩，如左圖定力矩板手——達(dá)到固定的擰緊力矩T時(shí)，彈簧受壓將自動(dòng)打滑，如右圖測(cè)量預(yù)緊前后螺栓伸長(zhǎng)量——精度較高二、螺紋防松

第18頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、防松目的實(shí)際工作中，外載荷有振動(dòng)、變化、材料高溫蠕變等會(huì)造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動(dòng)，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋聯(lián)接就會(huì)松馳而失效。因此，必須進(jìn)行防松，否則會(huì)影響正常工作，造成事故2、防松原理消除（或限制）螺紋副之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或增大相對(duì)運(yùn)動(dòng)的難度。3、防松辦法及措施1）摩擦防松

雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等

第19頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月彈簧墊圈自鎖螺母——螺母一端做成非圓形收口或開(kāi)峰后徑面收口，螺母擰緊后收口漲開(kāi)，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊第20頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）機(jī)械防松：開(kāi)槽螺母與開(kāi)口銷，止動(dòng)墊片，串聯(lián)鋼絲等第21頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）破壞螺旋副關(guān)系：端鉚、沖點(diǎn)、點(diǎn)焊、粘合§13—3單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算實(shí)質(zhì)：根據(jù)聯(lián)接的類型、聯(lián)接的配合情況、載荷狀況進(jìn)行受力分析，找出螺栓組內(nèi)受力最大的螺栓及其所受的力，然后按單個(gè)螺栓，按相應(yīng)條件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。方法：受力分析→確定失效形式→建立計(jì)算準(zhǔn)則→建立強(qiáng)度計(jì)算公式。第22頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．普通螺栓聯(lián)接受力情況：軸向拉力；失效形式：斷裂靜力斷裂：靜載荷，且嚴(yán)重過(guò)載。疲勞斷裂：變載荷，多數(shù)屬此，且疲勞斷裂常發(fā)生在螺紋根部，即截面面積較小，并有缺口應(yīng)力集中的部位，有時(shí)也發(fā)生在螺栓頭與光桿的交接處。第23頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月、松螺栓聯(lián)接如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無(wú)QP，只有工作載荷F起拉伸作用強(qiáng)度條件為：——驗(yàn)算用

——設(shè)計(jì)用

d1——螺桿危險(xiǎn)截面直徑（mm）[σ]——許用拉應(yīng)力N/mm2(MPa)

σs——材料屈服極限Mpa表4-8N——安全系數(shù)，表4-9第24頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、緊螺栓聯(lián)接——工作前有預(yù)緊力F’工作前擰緊，在擰緊力矩T作用下：預(yù)緊力F’→產(chǎn)生拉伸應(yīng)力σ螺紋摩擦力矩T1→產(chǎn)生剪應(yīng)力τ

復(fù)合應(yīng)力狀態(tài):接第四強(qiáng)度理論：∴強(qiáng)度條件為：

第25頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月式中：QP——預(yù)緊力（N）

T1——螺紋摩擦力矩，起扭剪作用，又稱螺紋扭矩，N.mm1.3——系數(shù)將外載荷提高30%，以考慮螺紋力矩對(duì)螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的影響，這樣把拉扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)化為純拉伸來(lái)處理，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算手續(xù)，故又稱簡(jiǎn)化計(jì)算法強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式：

設(shè)計(jì)公式：

第26頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：桿孔間有間隙，靠擰緊的正壓力(QP)產(chǎn)生摩擦力來(lái)傳遞外載荷。

說(shuō)明：這種聯(lián)接螺栓直徑大，且在沖擊振動(dòng)變載下工作極不可靠第27頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

為增加可靠性，減小直徑，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高承載能力可采用如下減載裝置：

a)減載銷

b)減載套筒

c)減載鍵這時(shí)螺拴連接只是保證聯(lián)接，不承受工作載荷，故所需預(yù)緊力較小第28頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月☆☆☆三、緊螺栓聯(lián)接計(jì)算——受F’和工作拉力F☆☆☆

預(yù)緊狀態(tài)被聯(lián)接件—F’

—壓—δ2

栓桿—F’

—拉—δ1

加工作拉力F被聯(lián)接件—F—放松—Δδ2栓桿—F—拉伸—Δδ1Δδ1=Δδ2第29頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月螺栓受到的總拉力

第30頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月螺栓和被聯(lián)接件的受力變形線圖相對(duì)剛度第31頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如果螺栓的工作載荷過(guò)大，聯(lián)接會(huì)出現(xiàn)縫隙。F’’〉0第32頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式：

設(shè)計(jì)公式：

當(dāng)F為變載荷：

第33頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、鉸制孔螺栓聯(lián)接特點(diǎn)：螺桿與孔間緊密配合，無(wú)間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來(lái)傳遞外載荷R進(jìn)行工作。主要失效形式：螺栓桿被剪斷、栓桿或孔壁被壓潰。螺栓的剪切強(qiáng)度條件為：螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強(qiáng)度條件為：R——橫向載荷（N）d0——螺桿或孔的直徑（mm）

Lmin——被聯(lián)接件中受擠壓孔壁的最小長(zhǎng)度（mm），如圖所示[τ]——螺栓許用剪應(yīng)力，MPa，，——螺栓或被聯(lián)接件中較弱者的許用擠壓應(yīng)力，MPa鉸制孔螺栓能承受較大的橫向載荷，但被加工件孔壁加工精度較高，成本較高第34頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§13—4螺栓組聯(lián)接受力分析工程中螺栓皆成組使用，單個(gè)使用極少。因此，必須研究栓組設(shè)計(jì)和受力分析。它是單個(gè)螺栓計(jì)算基礎(chǔ)和前提條件。螺栓組聯(lián)接受力分析的目的：求出受力最大的螺栓及其所受的力。便于進(jìn)行螺栓強(qiáng)度的計(jì)算。

1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接

單個(gè)螺栓工作載荷為：

F=FQ/Z

FQ——軸向外載

Z——螺栓個(gè)數(shù)

此外還受F’，計(jì)算出F0由F0計(jì)算螺栓強(qiáng)度。第35頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接普通螺栓——受拉伸作用鉸制孔螺栓——受橫向載荷剪切、擠壓作用。m單個(gè)螺栓的接合面數(shù)。Kf可靠性系數(shù)第36頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、受橫向扭矩螺栓組聯(lián)接

a)普通螺栓聯(lián)接

由靜平衡條件則各個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力為∴聯(lián)接件不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的條件為：第37頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b)鉸制孔螺栓聯(lián)接組

由變形協(xié)調(diào)條件可知，各個(gè)螺栓的變形量和受力大小與其中心到接合面形心的距離成正比由假設(shè)——板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應(yīng)變與半徑成正比。在材料彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比

第38頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、受傾覆（翻轉(zhuǎn)）力矩螺栓組聯(lián)接

特點(diǎn)：M在鉛直平面內(nèi)，繞O-O回轉(zhuǎn)，只能用普通螺栓，取板為受力對(duì)象，由靜平衡條件

設(shè)單個(gè)螺栓工作載荷為Fi

第39頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①螺栓桿不拉斷的條件

設(shè)計(jì)公式

驗(yàn)算公式

②右側(cè)不壓潰條件（被聯(lián)接件）

第40頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③左側(cè)不開(kāi)縫的條件

實(shí)際使用中螺栓組聯(lián)接所受的載荷是以上四種簡(jiǎn)單受力狀態(tài)的不同組合。計(jì)算時(shí)只要分別計(jì)算出螺栓組在這些簡(jiǎn)單受力狀態(tài)下每個(gè)螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來(lái)，便得到每個(gè)螺栓的總工作載荷，再對(duì)受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算即可。第41頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§13—5提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施影響聯(lián)接強(qiáng)度的因素很多，如材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、工藝、螺紋牙間、載荷分布、應(yīng)力幅度、機(jī)械性能，而螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度又主要取決于螺栓的強(qiáng)度。

一、改善螺紋牙間載荷分布不均狀況

工作中螺栓牙抗拉伸長(zhǎng)，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面處第一圈為最大，應(yīng)變最大，應(yīng)力最大，其余各圈依次遞減，旋合螺紋間的載荷分布如圖所示。所以采用圈數(shù)過(guò)多的加厚螺母，并不能提高聯(lián)接的強(qiáng)度。

第42頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月懸置螺母內(nèi)斜螺母環(huán)槽螺母鋼絲螺套第43頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、降低螺栓應(yīng)力幅

1、降低螺栓剛性

可增大螺栓長(zhǎng)度，或用腰狀桿螺栓、空心螺栓、柔性螺栓聯(lián)接

第44頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、提高被聯(lián)接件剛度采用高硬度墊片第45頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、減小應(yīng)力集中的影響1）加大過(guò)渡處圓角(圖1)2）改用退刀槽3）卸載槽，(圖2)第46頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、避免或減小附加彎曲應(yīng)力

承壓面傾斜承壓面傾斜被聯(lián)接件變形過(guò)大球面墊片斜墊片凸臺(tái)沉頭座環(huán)腰第47頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、采用合理的制造工藝

1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強(qiáng)度提高30~40%2）冷作硬化，表層有殘余應(yīng)力（壓）、氰化、氮化、噴丸等可提高疲勞強(qiáng)度3）熱處理后再進(jìn)行滾壓螺紋，效果更佳，強(qiáng)度提高70~100%，此法具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗功能4）控制單個(gè)螺距誤差和螺距累積誤差第48頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。

§13—