螺紋聯(lián)接與螺旋傳動

關于螺紋聯(lián)接與螺旋傳動第1頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三聯(lián)接的目的：便于機器的制造、安裝、運輸、維修以及提高勞動生產(chǎn)率。機械聯(lián)接：機械動聯(lián)接：機器工作時，被聯(lián)接的零（部）件間可以有相對運動的聯(lián)接。如機械原理課程中所討論的各種運動副；機械靜聯(lián)接：機器工作時，被聯(lián)接的零（部）件間不允許產(chǎn)生相對運動的聯(lián)接。在機器制造中，聯(lián)接也通常指機械靜聯(lián)接。機械靜聯(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，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第13章螺紋聯(lián)接與螺旋傳動

補充螺紋如用一個三角形K沿螺旋線運動并使K平面始終通過圓柱體軸線YY-這樣就構成了三角形螺紋。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，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三鋸齒形螺紋三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋第4頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三按牙型:三角形螺紋、管螺紋——聯(lián)接螺紋矩形、梯形、鋸齒形螺紋——傳動螺紋按位置：內螺紋——在圓柱孔的內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——用于緊固件細牙螺紋——同樣的公稱直徑下，螺距最小，自鎖性好，適于薄壁細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)：單頭螺紋（n=1）——用于聯(lián)接雙頭螺紋（n=2）——如圖多線螺紋（n≥2）——用于傳動二、螺紋的類型第5頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三1）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，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三4）螺距P——相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應兩點間的軸向距離5）導程（S）——同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對應兩點間的軸向距離6）線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n≤4

螺距、導程、線數(shù)之間關系：L=nP

第7頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三7）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——螺紋軸向平面內螺紋牙型兩側邊的夾角9）接觸高度h第8頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三§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，結構簡單，裝拆方便，可多個裝拆，應用較廣。也稱受拉螺栓連接。b)鉸制孔螺栓聯(lián)接——裝配后無間隙，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，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三2、雙頭螺栓聯(lián)接——螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯(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。折裝時只需拆螺母，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，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三特殊聯(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的缺口中以固定零件的相對位置。可傳遞不大的軸向力或扭矩。第11頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三二、螺紋聯(lián)接件

2）雙頭螺柱——兩端帶螺紋

A型——有退刀槽B型——無退刀槽1）螺栓普通螺栓——六角頭，小六角頭，標準六角頭，大六角頭,內六角鉸制孔螺栓——螺紋部分直徑較小螺母第12頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三4）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，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三6）螺母六角螺母：標準，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，應用時帶翅墊圈內舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內，螺母即被鎖緊第14頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三7）墊圈第15頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三§13—2螺紋聯(lián)接的預緊和防松一、預緊預緊目的——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緊力QP——預先軸向作用力（拉力）螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接——在裝配時不擰緊，只存受外載時才受到力的作用緊聯(lián)接——在裝配時需擰緊，即在承載時，已預先受力，預緊力QP預緊過緊——擰緊力QP過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強度過松——擰緊力QP過小，工作不可靠第16頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

一般K=0.1~0.3K——擰緊力矩系數(shù)第17頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三預緊力QP的控制：測力矩板手——測出預緊力矩，如左圖定力矩板手——達到固定的擰緊力矩T時，彈簧受壓將自動打滑，如右圖測量預緊前后螺栓伸長量——精度較高二、螺紋防松

第18頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三1、防松目的實際工作中，外載荷有振動、變化、材料高溫蠕變等會造成摩擦力減少，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，如經(jīng)反復作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進行防松，否則會影響正常工作，造成事故2、防松原理消除（或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。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，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三彈簧墊圈自鎖螺母——螺母一端做成非圓形收口或開峰后徑面收口，螺母擰緊后收口漲開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊第20頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三2）機械防松：開槽螺母與開口銷，止動墊片，串聯(lián)鋼絲等第21頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三3）破壞螺旋副關系：端鉚、沖點、點焊、粘合§13—3單個螺栓聯(lián)接的強度計算實質：根據(jù)聯(lián)接的類型、聯(lián)接的配合情況、載荷狀況進行受力分析，找出螺栓組內受力最大的螺栓及其所受的力，然后按單個螺栓，按相應條件進行強度計算。方法：受力分析→確定失效形式→建立計算準則→建立強度計算公式。第22頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三1．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，且嚴重過載。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，并有缺口應力集中的部位，有時也發(fā)生在螺栓頭與光桿的交接處。第23頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三、松螺栓聯(lián)接如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無QP，只有工作載荷F起拉伸作用強度條件為：——驗算用

——設計用

d1——螺桿危險截面直徑（mm）[σ]——許用拉應力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，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三二、緊螺栓聯(lián)接——工作前有預緊力F’工作前擰緊，在擰緊力矩T作用下：預緊力F’→產(chǎn)生拉伸應力σ螺紋摩擦力矩T1→產(chǎn)生剪應力τ

復合應力狀態(tài):接第四強度理論：∴強度條件為：

第25頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三式中：QP——預緊力（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%，以考慮螺紋力矩對螺栓聯(lián)接強度的影響，這樣把拉扭的復合應力狀態(tài)簡化為純拉伸來處理，大大簡化了計算手續(xù)，故又稱簡化計算法強度條件驗算公式：

設計公式：

第26頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三特點：桿孔間有間隙，靠擰緊的正壓力(QP)產(chǎn)生摩擦力來傳遞外載荷。

說明：這種聯(lián)接螺栓直徑大，且在沖擊振動變載下工作極不可靠第27頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

為增加可靠性，減小直徑，簡化結構，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)減載鍵這時螺拴連接只是保證聯(lián)接，不承受工作載荷，故所需預緊力較小第28頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三☆☆☆三、緊螺栓聯(lián)接計算——受F’和工作拉力F☆☆☆

預緊狀態(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，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三螺栓受到的總拉力

第30頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三螺栓和被聯(lián)接件的受力變形線圖相對剛度第31頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三如果螺栓的工作載荷過大，聯(lián)接會出現(xiàn)縫隙。F’’〉0第32頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三強度條件驗算公式：

設計公式：

當F為變載荷：

第33頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三2、鉸制孔螺栓聯(lián)接特點：螺桿與孔間緊密配合，無間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來傳遞外載荷R進行工作。主要失效形式：螺栓桿被剪斷、栓桿或孔壁被壓潰。螺栓的剪切強度條件為：螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強度條件為：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度（mm），如圖所示[τ]——螺栓許用剪應力，MPa，，——螺栓或被聯(lián)接件中較弱者的許用擠壓應力，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，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三§13—4螺栓組聯(lián)接受力分析工程中螺栓皆成組使用，單個使用極少。因此，必須研究栓組設計和受力分析。它是單個螺栓計算基礎和前提條件。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。便于進行螺栓強度的計算。

1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接

單個螺栓工作載荷為：

F=FQ/Z

FQ——軸向外載

Z——螺栓個數(shù)

此外還受F’，計算出F0由F0計算螺栓強度。第35頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三2、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單個螺栓的接合面數(shù)。Kf可靠性系數(shù)第36頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三3、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螺栓所需的預緊力為∴聯(lián)接件不產(chǎn)生相對滑動的條件為：第37頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三b)鉸制孔螺栓聯(lián)接組

由變形協(xié)調條件可知，各個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——板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應變與半徑成正比。在材料彈性范圍內，應力與應變成正比

第38頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三4、受傾覆（翻轉）力矩螺栓組聯(lián)接

特點：M在鉛直平面內，繞O-O回轉，只能用普通螺栓，取板為受力對象，由靜平衡條件

設單個螺栓工作載荷為Fi

第39頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三①螺栓桿不拉斷的條件

設計公式

驗算公式

②右側不壓潰條件（被聯(lián)接件）

第40頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三③左側不開縫的條件

實際使用中螺栓組聯(lián)接所受的載荷是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合。計算時只要分別計算出螺栓組在這些簡單受力狀態(tài)下每個螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來，便得到每個螺栓的總工作載荷，再對受力最大的螺栓進行強度計算即可。第41頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三§13—5提高螺栓聯(lián)接強度的措施影響聯(lián)接強度的因素很多，如材料、結構、尺寸、工藝、螺紋牙間、載荷分布、應力幅度、機械性能，而螺栓聯(lián)接的強度又主要取決于螺栓的強度。

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，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，應變最大，應力最大，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)過多的加厚螺母，并不能提高聯(lián)接的強度。

第42頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三懸置螺母內斜螺母環(huán)槽螺母鋼絲螺套第43頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三二、降低螺栓應力幅

1、降低螺栓剛性

可增大螺栓長度，或用腰狀桿螺栓、空心螺栓、柔性螺栓聯(lián)接

第44頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三2、提高被聯(lián)接件剛度采用高硬度墊片第45頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三三、減小應力集中的影響1）加大過渡處圓角(圖1)2）改用退刀槽3）卸載槽，(圖2)第46頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三四、避免或減小附加彎曲應力

承壓面傾斜承壓面傾斜被聯(lián)接件變形過大球面墊片斜墊片凸臺沉頭座環(huán)腰第47頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三五、采用合理的制造工藝

1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強度提高30~40%2）冷作硬化，表層有殘余應力（壓）、氰化、氮化、噴丸等可提高疲勞強度3）熱處理后再進行滾壓螺紋，效果更佳，強度提高70~100%，此法具有優(yōu)質、高產(chǎn)、低消耗功能4）控制單個螺距誤差和螺距累積誤差第48頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉運動變?yōu)橹本€運動將直線運動變?yōu)榛剞D運動，同時傳遞運動或動力。

§13—6