螺紋聯(lián)接及螺旋傳動(dòng)新

關(guān)于螺紋聯(lián)接及螺旋傳動(dòng)新第1頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三第五章螺紋聯(lián)接及螺旋傳動(dòng)

★

螺紋的形成——展開(kāi)為三角形ψsπd2P★螺紋的主要參數(shù)大徑d（D

）（公稱直徑）小徑d1（D1）（計(jì)算直徑）中徑d2（D2）螺距P線數(shù)n導(dǎo)程s（s=nP）螺紋升角ψ牙型角αpα§1螺紋第2頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三★螺紋的類型

三角形螺紋（用于聯(lián)接）

矩形螺紋梯形螺紋（用于傳動(dòng)）鋸齒形螺紋普通螺紋

管螺紋

粗牙細(xì)牙

圓柱管螺紋圓錐管螺紋※軸線垂直放置，螺旋線向左上升——左旋螺旋線向右上升——右旋左旋右旋

按線數(shù)分單線雙（多）線

按牙形分

按旋向分★問(wèn)題：常用螺栓的螺紋是——？單線、粗牙、右旋的普通螺紋右旋左旋右旋第3頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三★機(jī)械制造中常用螺紋種類及標(biāo)準(zhǔn)第4頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三★螺紋聯(lián)接的主要類型與結(jié)構(gòu)普通螺栓聯(lián)接（受拉螺栓聯(lián)接）鉸制孔用螺栓聯(lián)接（受剪螺栓聯(lián)接）雙頭螺柱聯(lián)接螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接δ≠0δ＝0螺栓聯(lián)接§2螺紋聯(lián)接

第5頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三D0T0Fs§3螺栓聯(lián)接的擰緊FTL②擰緊力矩：式中：M1——螺紋副摩擦阻力矩;

M2——螺母與支承面間的摩擦力矩;③對(duì)于重要的螺紋聯(lián)接必須控制其預(yù)緊力，為什么？∵對(duì)于M10～M64的鋼制粗牙普通螺紋，將其有關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)平均值代入公式→而一般標(biāo)準(zhǔn)扳手的長(zhǎng)度為L(zhǎng)≈15d，Kt=0.2;則：若：FT=200N，則：F’=15000N①擰緊的目的？——增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性、緊密性和防松能力。F’（5-2）（5-3）第6頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三④預(yù)緊力的控制

推薦：螺栓材料的屈服極限⑤控制預(yù)緊力的方法力矩法螺母轉(zhuǎn)角法測(cè)定螺栓伸長(zhǎng)量法測(cè)力矩扳手定力矩扳手測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量法第7頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三§4螺紋聯(lián)接的防松——防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦防松機(jī)械防松粘合沖點(diǎn)彈簧墊圈對(duì)頂螺母開(kāi)口銷止動(dòng)墊圈破壞螺紋副的運(yùn)動(dòng)關(guān)系防松1、為什么要防松？2、防松的根本原理？3、防松的方法有哪些？螺紋聯(lián)接件一般采用：?jiǎn)尉€粗牙的普通螺紋：螺紋升角ψ=1°42′～3°2′

螺旋副的當(dāng)量摩擦角ρ′=6.5°～10.5°問(wèn)：能否自鎖？——顯然能但為什么還要防松？①能保證自鎖的條件是：靜載荷和工作溫度變化不大的場(chǎng)合。②在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，螺紋副間的摩擦力可能在瞬間減小或消失。③這種現(xiàn)象多次重復(fù)后，會(huì)使聯(lián)接松脫。第8頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三摩擦防松第9頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三摩擦防松第10頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三機(jī)械防松第11頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三機(jī)械防松第12頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三破壞螺紋副的運(yùn)動(dòng)關(guān)系防松第13頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三課堂練習(xí)一、查出下列螺栓的螺距、大徑、中徑及小徑：M10、M10×1、M12、M12×1.5、第14頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三0.2～0.3dM24課堂練習(xí)二、圖中，兩塊板的厚度均為25mm，求所需螺栓長(zhǎng)度（注：加彈簧墊圈）。第15頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三第16頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三第17頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三§5單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算★

螺栓聯(lián)接的主要失效形式：※普通（受拉）螺栓聯(lián)接——拉斷鉸制孔用（受剪）螺栓聯(lián)接——壓潰、剪斷★強(qiáng)度計(jì)算的目的：確定或驗(yàn)算螺栓危險(xiǎn)截面的尺寸（直徑）★其它部分的尺寸以及螺母、墊圈的尺寸是根據(jù)等強(qiáng)度條件確定的，通常不需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。受拉螺栓受剪螺栓δ≠0δ＝0第18頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、

受剪螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算★特點(diǎn):①孔和桿之間無(wú)間隙，多用配合尺寸，能精確定位，但加工精度要求高。②加橫向載荷F后，靠擠壓和剪切承擔(dān)載荷。③主要失效形式為：壓潰、剪斷。★強(qiáng)度計(jì)算：擠壓強(qiáng)度條件：剪切強(qiáng)度條件：hminssssdsds第19頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三工作時(shí)，螺栓受純拉伸，工作載荷為

F（N）?！：耸健O(shè)計(jì)計(jì)算式1、松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算★特點(diǎn)：裝配時(shí)，螺母不擰緊；★強(qiáng)度計(jì)算：二、受拉螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算放映第20頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三5-8a（1）僅承受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接——普通螺栓聯(lián)接（受拉螺栓聯(lián)接）2、緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算★特點(diǎn)：裝配時(shí)，螺母需擰緊,螺栓受預(yù)緊力（預(yù)加鎖緊力）F’和螺紋阻力矩M1的作用。F’★特點(diǎn)：所加載荷為橫向工作載荷F（載荷方向⊥螺栓軸線），加載后，螺栓受力不發(fā)生變化，而靠預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力抵抗外載荷。F’★強(qiáng)度計(jì)算：要考慮到螺栓桿同時(shí)受拉應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的作用?！呗菟ㄊ撬苄圆牧稀鄳?yīng)按第四強(qiáng)度理論求拉扭合成當(dāng)量應(yīng)力：第21頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三★系數(shù)1.3的含義是——※對(duì)于普通螺栓聯(lián)接的標(biāo)準(zhǔn)螺栓來(lái)說(shuō)，雖然同時(shí)受拉應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力作用，但計(jì)算時(shí)可作為純拉伸的情況處理，即只需將拉伸載荷加大30%以考慮扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的影響?！：耸剑?-9）——設(shè)計(jì)式（5-10）★簡(jiǎn)化處理如下：對(duì)于M10～M64的鋼制普通螺栓→

ψ、d2/d1取統(tǒng)計(jì)平均值、′=arctan0.17→

≈0.5因此，當(dāng)量應(yīng)力為：其中：第22頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三典型實(shí)例：壓力容器缸蓋上的螺栓聯(lián)接（2）承受預(yù)緊力和軸向靜載荷的緊螺栓聯(lián)接

★特點(diǎn)：裝配時(shí)，螺母需擰緊，螺栓受F′和M1作用;加載后，螺栓總拉力：FΣFpDF0=F′+F？★工作拉力F：F0≠F′+F第23頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三★受力變形分析：螺栓被聯(lián)接件無(wú)力無(wú)變形無(wú)力無(wú)變形受力F’變形δb受力F’變形δm變形δb＋Δδ

受力F+F”

變形δm－Δδ

受力F”

★因此，工作狀態(tài)下螺栓所受總拉力為：承受工作載荷后預(yù)緊后F′F′δmδbFFΔδ剩余預(yù)緊力F″+FF″+FF′F′預(yù)緊前F″F″Δδδm－Δδδb＋Δδ第24頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三★受力變形關(guān)系圖

（圖5-12）FbmFbF'mF'b

mF'bmFFF″F0⊿F－⊿F⊿F若Cb

和Cm

分別表示螺栓與被聯(lián)接件的剛度，則由圖可得：F0=F+F″F0=F'＋⊿F

F0=F′+KcFF′=F″+(1-Kc)FF″=F′-(1-Kc)F其中：

Kc—螺栓與被聯(lián)接件的相對(duì)剛度，與聯(lián)接的材料、結(jié)構(gòu)等有關(guān)。當(dāng)螺栓與被聯(lián)接件均為鋼制時(shí)，一般僅決定于墊片的材料：金屬墊片Kc

=0.2～0.3；皮革墊片Kc=0.7；銅皮墊片Kc=0.8；橡膠墊片Kc=0.9。第25頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三◆有緊密性要求的聯(lián)接，取F”

=(1.5～1.8)F◆對(duì)不太重要的聯(lián)接:

若外載荷穩(wěn)定，取F”=（0.2～0.6）F

若外載荷有變動(dòng)，取F”=（0.6～1.0）F

對(duì)地腳螺栓，取F”≥F★設(shè)計(jì)與計(jì)算①聯(lián)接不出現(xiàn)縫隙，應(yīng)滿足F”＞0②螺栓的強(qiáng)度條件：（5-15）（5-16）第26頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三（3）受軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接螺栓的載荷幅：螺栓的疲勞強(qiáng)度：第27頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三§7螺栓聯(lián)接件的許用應(yīng)力一般：Q235、Q275、35鋼、45鋼特殊用途：15Cr、40Cr◆螺栓的材料：σ0.2——試樣在拉伸過(guò)程中，標(biāo)距部分殘余伸長(zhǎng)達(dá)到原標(biāo)距長(zhǎng)度的0.2%時(shí)的負(fù)荷除以原橫截面積所得的應(yīng)力。第28頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三§7螺栓聯(lián)接件的許用應(yīng)力◆螺栓的許用拉應(yīng)力1、受靜載荷時(shí)：松螺栓聯(lián)接：S=1.2～1.7；緊螺栓聯(lián)接：S——查表5-7。2、受軸向變載荷時(shí)：第29頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三設(shè)計(jì)要點(diǎn)：◆對(duì)于重要的場(chǎng)合、不控制預(yù)緊力時(shí)，要求使用>M16螺栓。◆設(shè)計(jì)時(shí)通常先估計(jì)d→查許用應(yīng)力→設(shè)計(jì)計(jì)算求出d1→取d→判斷是否與假設(shè)接近，否則須重新設(shè)d→查許用應(yīng)力→再進(jìn)行計(jì)算，直至符合所設(shè)的d?！袈菟ǔ山M使用→受力最大的螺栓→單個(gè)螺栓計(jì)算→采用同一尺寸第30頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三

§6螺紋組聯(lián)接的設(shè)計(jì)1．螺栓組受力分析的目的2．受力分析中的幾個(gè)假設(shè)條件3.螺栓組受力分析2)承受橫向載荷F∑3)承受轉(zhuǎn)矩T1)承受軸向載荷FZ4)承受傾翻力距M１）螺栓組中各螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均相同；２）螺栓組的對(duì)稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；３）假定底板為剛體，受載后聯(lián)接接合面仍舊保持為平面。主要是要找出螺栓組中受力最大的螺栓及其所受力的大小，為螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算提供依據(jù)。第31頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、承受軸向載荷FZ

假設(shè)載荷在每個(gè)螺栓上均勻分配，則工作拉力F：需注意：①螺栓個(gè)數(shù)參考螺栓間距t0確定。②分布在同一圓周上的螺栓的數(shù)目，應(yīng)取成4、6、8等偶數(shù)，以便于在圓周上鉆孔時(shí)分度和畫線。pDt0第32頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、承受橫向載荷Fs∑μsF'①普通螺栓聯(lián)接Fs∑Fs∑假設(shè)螺栓組中的每個(gè)螺栓的預(yù)緊力F′都相同，并且由此而引起的摩擦力均集中在螺栓的中心。則zFs∑mKFs∑Fs∑②鉸制孔用螺栓聯(lián)接于是，有≥

假設(shè)載荷在每個(gè)螺栓上都是均勻分配，則K——可靠性系數(shù)，K=1.1～1.3第33頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、承受轉(zhuǎn)矩T①普通螺栓聯(lián)接r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8μsF'μsF'μsF'

μsF'

μsF'μsF'μsF'

μsF'μsF'

μsF'仍舊假設(shè)每個(gè)螺栓的預(yù)緊力均相同，于是有μsF'r1+μsF'r2+μsF'r3+……μsF'rz≥TK由此可得(5-23)第34頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、承受轉(zhuǎn)矩T②鉸制孔用螺栓聯(lián)接Fs4Fs10Fs1Fs2Fs3Fs5Fs6Fs7Fs8Fs9解此靜不定方程要點(diǎn)：①假定底板為剛體，受載后接合面仍保持為平面，即變形全由螺栓承擔(dān)。

②螺栓組受后，剛性底座協(xié)調(diào)了各螺栓的變形量λsi，即由力的平衡：于是有：r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8即：③∵假定各螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度均相同，∴它們的剪切剛度也相同，剪切剛度第35頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、承受轉(zhuǎn)矩T②鉸制孔用螺栓聯(lián)接Fs4Fs10Fs1Fs2Fs3Fs5Fs6Fs7Fs8Fs9

螺栓的受力大小Fsi與其到回轉(zhuǎn)中心的距離ri成正比，即由力的平衡：于是得r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8即：(5-24)第36頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三Moorirmax四、承受傾翻力距MFiFmax⑶由力的平衡條件可得：FiFmax解此靜不定方程要點(diǎn)：①假定底板為剛體，受載后接合面仍保持為平面，即變形由螺栓和基座承擔(dān)。

②螺栓組受M后，剛性底座協(xié)調(diào)了各螺栓的變形量，即每個(gè)螺栓的變形量是與其到對(duì)稱軸的距離稱正比。同理可知：變形愈大，受力也愈大。⑴螺栓先擰緊，擰緊后螺栓受預(yù)緊力（產(chǎn)生拉伸變形），基座被壓縮（產(chǎn)生壓縮變形）

⑵在M作用下，o-o軸線左側(cè)的螺栓承受工作拉力（螺栓被進(jìn)一步拉伸），o-o軸線右側(cè)的基座承受工作壓力（螺栓被放松，預(yù)緊力減?。┑?7頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三Moorirmax四、承受傾翻力距MFiFmax于是:①受力最大的螺栓所承受的載荷為：②接合面受壓一側(cè)不被壓潰的條件③接合面受拉一側(cè)不出縫隙的條件FiFmax

螺栓的受力大小Fi與其到對(duì)稱軸線的距離ri成正比，即(5-25)(5-26)(5-27)第38頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三幾點(diǎn)分析結(jié)論⒈實(shí)際應(yīng)用中，螺栓組所受的工作載荷常常是以上四種簡(jiǎn)單受力狀態(tài)的不同組合，都可利用靜力分析方法將復(fù)雜的受力狀態(tài)簡(jiǎn)化為上述四種簡(jiǎn)單受力狀態(tài)；⒉一般情況下，對(duì)于普通螺栓可按軸向載荷與彎矩確定螺栓的工作拉力；按橫向載荷與扭矩確定螺栓的預(yù)緊力；爾后確定螺栓的總拉力。⒊鉸制孔用螺栓應(yīng)根據(jù)橫向載荷和轉(zhuǎn)矩確定螺栓的工作剪力。⒋不管螺栓組的載荷狀態(tài)如何復(fù)雜，就螺栓組中單個(gè)螺栓而言，其受力只有兩種情況：①軸向力；②橫向力。第39頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三§8提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施一、改善螺紋牙上載荷分布不均現(xiàn)象⑴載荷分配不均現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因⑵改善措施①懸掛螺母；②環(huán)槽螺母；③內(nèi)斜螺母；④組合螺母（環(huán)槽與內(nèi)斜組合等）。第40頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、降低應(yīng)力幅⑴降低螺栓的剛度⑵提高被聯(lián)接件的剛度具體措施：①使用空心螺栓；②減小螺栓直徑；在螺母下面假裝彈性元件可達(dá)相同效果具體措施：①合理設(shè)計(jì)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)；②避免在被聯(lián)接件接合面上使用剛性小的墊片；③在被聯(lián)接件接合面間加裝剛性大的墊片Ｆ'ＦＦ０Ｆ"ＦＦ０Ｆ"Ｆ'ＦＦ０Ｆ"Ｆ"ＦＦ０第41頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三F′F′三、減少附加彎曲應(yīng)力凸臺(tái)魚眼坑第42頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三例題：第43頁(yè)，講稿共49頁(yè)，2023年5月2日，星期三（二）螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)①力求對(duì)稱布置，以使接合面受力均勻②分布在同一圓周上的螺栓數(shù)應(yīng)為３、４、６、８等易于分度的數(shù)目，以利劃線