第5章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)

2023/9/17第二篇連接12023/9/17主要內(nèi)容連接的概述第五章：螺紋連接和螺旋傳動(dòng)第六章：鍵、花鍵、無(wú)鍵連接和銷連接第七章：鉚接、焊接、膠接和過(guò)盈連接22023/9/17連接的概述為什么需要連接？（相互作用的一種方式）（制造、安裝、維修、運(yùn)輸?shù)纫蛩兀┓绞皆O(shè)計(jì)連接時(shí)考慮的因素（強(qiáng)度、剛度、經(jīng)濟(jì)性、緊密性）32023/9/17連接的方式連接的種類動(dòng)連接（運(yùn)動(dòng)副）靜連接可拆不可拆鉚接焊接膠接螺紋連接鍵、花鍵、銷連接成型連接彈性環(huán)連接過(guò)盈連接（可拆、不可拆）42023/9/17常見(jiàn)的連接應(yīng)用板件與板件（螺紋、焊接、鉚接、膠接）桿件與桿件（螺紋、焊接）軸和輪轂（鍵、花鍵、過(guò)盈連接）軸和軸（聯(lián)軸器、離合器）52023/9/17中國(guó)的第一座全鋼結(jié)構(gòu)鉚接橋梁。62023/9/1772023/9/17第5章螺紋連接和螺旋傳動(dòng)§5－1螺紋§5－2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件§5－3螺紋連接的預(yù)緊§5－6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算§5－7螺栓的材料和許用應(yīng)力§5－8提高螺栓連接強(qiáng)度的措施§5－9螺旋傳動(dòng)§5－4螺紋連接的防松§5－5螺栓組連接的設(shè)計(jì)82023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺紋的形成§5－1螺紋d2螺旋線----一動(dòng)點(diǎn)在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿軸向作等速移動(dòng)的軌跡。螺紋----一平面圖形沿螺旋線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)保持該圖形通過(guò)圓柱體的軸線，就得到螺紋。螺紋92023/9/17按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋102023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制螺紋的牙型潘存云教授研制矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋15o30o3o30o潘存云教授研制潘存云教授研制密封性好不適合傳遞力滑扣傳動(dòng)效率高牙根部有應(yīng)力傳動(dòng)效略低牙根部應(yīng)力小兼具兩種優(yōu)勢(shì)單向傳動(dòng)112023/9/17潘存云教授研制按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋潘存云教授研制左旋螺紋122023/9/17潘存云教授研制按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋一般:n≤4雙線螺紋單線螺紋PSS=2PPSPS=Pn線螺紋:S=nP潘存云教授研制潘存云教授研制132023/9/17按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋螺紋副142023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制外螺紋內(nèi)螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制152023/9/17按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋連接螺紋傳動(dòng)螺紋螺旋傳動(dòng)162023/9/17連接螺紋傳動(dòng)螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制172023/9/17按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋連接螺紋傳動(dòng)螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋182023/9/17潘存云教授研制圓柱螺紋圓錐螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制管螺紋192023/9/17潘存云教授研制(3)中徑d2

也是一個(gè)假想圓柱的直徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。βd1d2d(1)大徑d

與外螺紋牙頂(或內(nèi)螺紋牙底)相重合的假想圓柱體的直徑。(2)小徑d1

與外螺紋牙底(或內(nèi)螺紋牙頂)相重合的假想圓柱體的直徑。(4)螺距P

相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。(5)導(dǎo)程S(6)螺紋升角ψ

中徑d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角(7)牙型角

α

軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角。牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。tgψ=πd2nP

牙側(cè)角

β

αβψπd2SψS=nP同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距P二、螺紋的主要幾何參數(shù)SPP/2P/2(8)接觸高度

h

內(nèi)外螺紋旋合后，接觸面的徑向高度。h202023/9/17

普通螺紋以大徑d為公稱直徑，同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細(xì)牙螺紋。60?螺紋的精度等級(jí):A級(jí)B級(jí)C級(jí)公差小，精度最高，用于配合精確，防振動(dòng)等場(chǎng)合；受載較大且經(jīng)常拆卸，調(diào)整或承受變載荷的聯(lián)接；用于一般聯(lián)接，最常用。粗牙螺紋應(yīng)用最廣細(xì)牙螺紋的優(yōu)點(diǎn)：升角小、小徑大、自鎖性好、強(qiáng)度高缺點(diǎn)：不耐磨易滑扣。應(yīng)用：薄壁零件、受動(dòng)載荷的聯(lián)接和微調(diào)機(jī)構(gòu)。Pd粗牙dP細(xì)牙dP細(xì)牙212023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制梯形螺紋：梯形鋸齒形30o3o30o為了減少摩擦和提高效率，這兩種螺紋的牙側(cè)角β比三角形螺紋的要小得多。用于剖分螺母時(shí)，梯形螺紋可消除因摩擦而產(chǎn)生的間隙，應(yīng)用較廣。鋸齒形螺紋的效率比矩形螺紋高，但只適合單向傳動(dòng)。鋸齒形螺紋:常用于傳動(dòng)。β=15oβ=3o

粗牙普通螺紋、細(xì)牙普通螺紋和梯形螺紋的基本尺寸見(jiàn)后續(xù)各表（或查閱相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）。螺紋的基本尺寸：222023/9/17潘存云教授研制直徑與螺距、粗牙普通螺紋基本尺寸mm30.52.6752.459公稱直徑（大徑）粗牙細(xì)牙Dd螺距P中徑D2d2小徑D2d2螺距P40.73.5453.24250.83.5454.1340.350.5615.3504.91881.257.1886.647101.59.0268.3761.25,10.75121.7510.86310.1061.5,1.250.5(14)212.70111.8351.5,116214.70113.835(18)2.516.37615.294202.518.37617.294(20)2.520.37619.29424322.05220.752(27)325.05223.752303.527.72726.2112,1.5,1注：括號(hào)內(nèi)的公稱直徑為第二系列H=0.866Pd2=d-0.6495Pd1=d-1.0825PD1、d1----內(nèi)、外螺紋小徑D2、d2----內(nèi)、外螺紋中徑D、d

----內(nèi)、外螺紋大徑P----螺距標(biāo)記示例：M24(粗牙普通螺紋、直徑24、螺距3)M24X1.5(細(xì)牙普通螺紋,直徑24,螺距1.5)PP/8P/8P/8H/4DdD2d2D1d1P/2P/430?60?90?232023/9/17潘存云教授研制

細(xì)牙普通螺紋基本尺寸mm螺距P中徑D2、d2

小徑D1、d10.35d-1+0.773d-1+0.6210.5d-1+0.675d-1+0.4590.75d-1+0.513d-1+0.1881d-1+0.35d-2+0.9181.25d-1+0.188d-2+0.6471.5d-1+0.026d-2+0.3762d-2+0.701d-3+0.8353d-2+0.052d-4+0.752242023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制

梯形螺紋基本尺寸mm標(biāo)記示例：Tr48X8(梯形螺紋，直徑48，螺距8)Ph3=H4ac

第1系列第2系列D2d2D1

螺距螺紋牙高牙頂間隙公稱直徑d中徑內(nèi)螺紋小徑

126.50.590、10085、95d-6d-12105.50.540、70、8038、42、65d-5d-1086.50.548、5246、50d-4d-842.250.2516、2018d-2d-452.750.2524、2822、26d-2.5d-562.250.532、3630、34d-3d-6內(nèi)螺紋外螺紋dPR1R2D1D4H1D2d2d3acac30?

H4R2252023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制dd2d1P用螺紋密封的管螺紋普通細(xì)牙螺紋管螺紋非螺紋密封管螺紋（圓柱管壁α=55?）用螺紋密封管螺紋（圓錐管壁α=55?）60?圓錐管螺紋公稱直徑----管子的公稱通徑。強(qiáng)調(diào)與普通螺紋不同55?55?非螺紋密封的管螺紋dd2d1Pφ2φ262023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制§5－2螺紋聯(lián)接的類型及標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件一、

螺紋聯(lián)接的基本類型螺栓聯(lián)接基本類型潘存云教授研制eaal1l1可承受橫向載荷。螺紋余留長(zhǎng)度l1鉸制孔螺栓孔與螺桿之間留有間隙靜載荷l1>=(0.3~0.5)d;變載荷l1>=0.75d;沖擊載荷或彎曲載荷l1≥d;鉸制孔用螺栓l1≈0;螺紋伸出長(zhǎng)度a=(0.2~0.3)d;螺栓軸線到邊緣的距離e=d+(3~6)mm用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。潘存云教授研制潘存云教授研制dd272023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、

螺紋聯(lián)接的基本類型螺栓聯(lián)接基本類型螺釘聯(lián)接座端擰入深度H，當(dāng)螺孔材料為：aee雙頭螺柱聯(lián)接

聯(lián)接件厚，允許拆裝。鋼或青銅H=d;鑄鐵H=(1.25~1.5)d鋁合金H=(1.5~2.5)d螺紋孔深度H1=H+(2~2.5)P;鉆孔深度H2=H1+(0.5~1)d;參數(shù)l1

、e、a與螺栓相同

l1l1HHH1H1H2H2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省了螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺孔而修復(fù)困難。d§5－2螺紋聯(lián)接的類型及標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件282023/9/17潘存云教授研制一、

螺紋聯(lián)接的基本類型螺栓聯(lián)接基本類型螺釘聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘§5－2螺紋聯(lián)接的類型及標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件潘存云教授研制292023/9/17潘存云教授研制二、螺紋緊固件螺栓螺紋緊固件螺栓的結(jié)構(gòu)形式LL0d六角頭LdL0小六角頭302023/9/17dL0L1LL1-----座端長(zhǎng)度L0-----螺母端長(zhǎng)度二、螺紋緊固件螺紋緊固件雙頭螺柱螺栓312023/9/17二、螺紋緊固件螺紋緊固件末端結(jié)構(gòu)頭部結(jié)構(gòu)螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓322023/9/17潘存云教授研制二、螺紋緊固件螺紋緊固件潘存云教授研制地腳螺栓潘存云教授研制起吊螺釘?shù)醐h(huán)螺母螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋聯(lián)接T型螺栓332023/9/17六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圓螺母二、螺紋緊固件螺紋緊固件用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。用于尺寸受限制之處。國(guó)標(biāo)羅列有六十余種不同結(jié)構(gòu)的螺母螺母螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋聯(lián)接342023/9/17潘存云教授研制其它螺母：352023/9/17潘存云教授研制其它螺母：362023/9/17墊圈平墊圈薄平墊圈A型平墊圈B型平墊圈螺母螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱二、螺紋緊固件螺栓螺紋緊固件斜墊圈彈簧墊圈圓螺母用止動(dòng)墊圈作用：增加支撐面積以減小壓強(qiáng)，避免擰緊螺母擦傷表面、防松。專用螺紋聯(lián)接372023/9/17§5－3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊預(yù)緊力：大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)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(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。預(yù)緊的目的：增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。預(yù)緊力的確定原則：擰緊后螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過(guò)其材料的屈服極限ss的80%。

一、概述一般螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)都必須擰緊，這時(shí)螺紋聯(lián)接受到預(yù)緊力的作用。對(duì)于重要的螺紋聯(lián)接，應(yīng)控制其預(yù)緊力，因?yàn)榈拇笮?duì)螺紋聯(lián)接的可靠性，強(qiáng)度和密封均有很大影響。碳素鋼螺栓：F0≤(0.6~0.7)σsA1合金鋼螺栓：F0≤(0.5~0.6)σsA1A1---危險(xiǎn)截面積，A1≈πd21/4382023/9/17二、

擰緊力矩T1—克服螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩；T2—克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；設(shè)預(yù)緊力為F0

或預(yù)緊力（不受軸向載荷）fc—摩擦系數(shù)。無(wú)潤(rùn)滑時(shí)?。篺c=0.15簡(jiǎn)化公式：

適用于M10~M60的粗牙螺紋fc=0.15,

T≈0.2F0dFa總力矩：

注意：對(duì)于重要的聯(lián)接，應(yīng)盡可能采用>M12的螺栓。Td0ddw392023/9/17潘存云教授研制測(cè)力矩扳手預(yù)緊力控制方法:聯(lián)接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)，不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時(shí)消失，聯(lián)接仍有可能松動(dòng)。高溫下的螺栓聯(lián)接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮防松。即防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。F定力矩扳手通常螺紋聯(lián)接擰緊是憑工人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定的，重要螺栓則必須預(yù)緊力進(jìn)行精確控制。LS1)憑手感經(jīng)驗(yàn)；2)測(cè)力矩扳手；3)定力矩扳手；4)測(cè)定伸長(zhǎng)量。LMLS402023/9/17潘存云教授研制聯(lián)接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)，不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時(shí)消失，聯(lián)接仍有可能松動(dòng)而失效。高溫下的螺栓聯(lián)接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮防松，即防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松的方法：1.利用附加摩擦力防松尼龍圈鎖緊螺母彈簧墊圈對(duì)頂螺母§5－4螺紋聯(lián)接的防松防松----防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。41自鎖螺母2023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制開口銷與六角開槽螺母串聯(lián)鋼絲2.采用專門防松元件防松圓螺母用止動(dòng)墊圈潘存云教授研制止動(dòng)墊圈422023/9/172.采用專門防松元件防松431.圓螺母安裝前必須將表面毛刺打磨干凈。2.圓螺母必須與止動(dòng)墊配套安裝。3.圓螺母倒角面要壓住被定位零件，不能反裝。4.止動(dòng)墊內(nèi)爪使用鋼絲鉗彎折，要有圓角過(guò)度，避免彎成直角，并且折彎位置應(yīng)離開根部一點(diǎn)，否則易斷。2023/9/172.采用專門防松元件防松445.止動(dòng)墊外爪使用榔頭加鈍刃鏨子彎折入槽。不能使用鋒利的鏨子彎折,以免將外爪鏨斷或削弱外爪強(qiáng)度。6.安裝或拆卸圓螺母必須使用專用的鉤形扳手，嚴(yán)禁使用鏨子擊打。在不便于使用鉤形扳手的場(chǎng)合，允許使用鈍刃的鏨子安裝，但是要控制好力度，避免破壞圓螺母上的槽。留圓角，避免斷裂留圓角，避免斷裂2023/9/173.其他方法防松1~1.5P用沖頭沖2~3點(diǎn)沖點(diǎn)防松法粘合法防松涂粘合劑452023/9/17§5－5

螺栓組連接的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)螺栓組聯(lián)接時(shí)，關(guān)鍵是聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。它是根據(jù)被聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)和聯(lián)接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式?！鵀榱吮阌诩庸ぶ圃旌蛯?duì)稱布置螺栓，保證連接結(jié)合面受力均勻，通常連接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計(jì)成:一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則：大多數(shù)機(jī)械中螺栓都是成組使用的。軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀。

圓形

圓環(huán)形

矩形

矩形框

三角形462023/9/17▲螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理潘存云教授研制FFa)對(duì)于鉸制孔用螺栓聯(lián)接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置８?jìng)€(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過(guò)于不均；潘存云教授研制潘存云教授研制合理不合理!b)當(dāng)螺栓聯(lián)接受彎距或轉(zhuǎn)距時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近聯(lián)接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。472023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制dhD▲螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距，以保證扳手空間c)當(dāng)同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，采用抗剪零件來(lái)承受橫向載荷。60?CCEE60?扳手空間的尺寸見(jiàn)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。AB482023/9/17潘存云教授研制對(duì)于壓力容器等緊密性要求較高的重要聯(lián)接。螺栓的間距不大于下表所推薦的取值。t0螺栓間距t0工作壓力(MPa)7d4.5d4.54d3.53dt0(mm)≤1.61.6~44~1010~1616~2020~30d▲為了便于在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成:4、6、8等偶數(shù)。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度應(yīng)相同。492023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制保證被聯(lián)接件，螺母和螺栓頭支承面平整，并與螺栓軸線相互垂直。對(duì)于在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時(shí)，應(yīng)制成凸臺(tái)或沉頭座。當(dāng)支承面為傾斜表面時(shí)，應(yīng)采用斜面墊圈等。▲避免螺栓承受附加的彎曲載荷。采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)切削加工支承面支承面不平支承面傾斜采用斜墊圈502023/9/17二、螺栓組連接的受力分析▲受力分析的目的：根據(jù)聯(lián)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)行螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算?！?/p>

受力分析時(shí)所作假設(shè)：

a)所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均相同；c)受載后聯(lián)接接合面仍保持為平面。▲受力分析的類型：b)螺栓組的對(duì)稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；受轉(zhuǎn)矩受橫向載荷受軸向載荷受傾覆力矩M512023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制（1）對(duì)于鉸制孔用螺栓聯(lián)接，每個(gè)螺栓所受工作剪力為：（2）對(duì)于普通螺栓聯(lián)接，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(gè)螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接。1．受橫向載荷的螺栓組連接或Ks為防滑系數(shù)，設(shè)計(jì)中可取Ks=1.1~1.3。鉸制孔螺栓F∑F∑F∑F∑普通螺栓522023/9/17潘存云教授研制TO潘存云教授研制O采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺栓組受轉(zhuǎn)矩時(shí)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，是靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)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(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。TrmaxFmaxr1fF0fF0r2riFi假設(shè)底板受載仍為平面，則螺栓的剪切變形量與距離成正比，F(xiàn)=Kri剪切力與距離r的比值為常數(shù)532023/9/173．受軸向載荷的螺栓組連接

若作用在螺栓組上軸向總載荷FΣ作用線與螺栓軸線平行，并通過(guò)螺栓組的對(duì)稱中心，則各個(gè)螺栓受載相同，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為：

通常，各個(gè)螺栓還承受預(yù)緊力F0的作用，當(dāng)聯(lián)接要有保證的殘余預(yù)緊力為F1時(shí)，每個(gè)螺栓所承受的總載荷F2為。F2=F1+Fp潘存云教授研制DF∑FF542023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制4．受傾覆力矩的螺栓組連接

傾覆力矩M作用在聯(lián)接接合面的一個(gè)對(duì)稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已被擰緊并承受預(yù)緊力F0且被拉伸，地基有均勻的壓縮。在作用M后，接觸面繞o-o線轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，左邊的地基被放松，而螺栓被進(jìn)一步拉伸；右邊的螺栓被放松，而地基被進(jìn)一步壓縮。單個(gè)螺栓拉力產(chǎn)生的力矩為：F1F0

F0

σp

(

F

0引起)F2mσp2(

F1m引起)σp1(

F1引起)LiLmaxOOxxOMMMi=FiLi假設(shè)底板受載仍為平面，則螺栓受力與螺栓中心到螺栓組排列中心的距離成正比。螺栓承受的載荷與距離成正比：552023/9/17潘存云教授研制F1m

強(qiáng)調(diào)是基座上的壓力Fm

F2m

F1

F

F2

C2

單個(gè)螺栓的受力分析：Om

力變形Ob

作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡，即：未加傾覆力矩時(shí)，工作點(diǎn)在A?！芃i=0施加傾覆力矩M時(shí):左邊的螺栓，工作點(diǎn)移至：B1

和C1

右邊的螺栓，工作點(diǎn)移至：B2

和C2

左邊螺栓總拉力增加，右邊螺栓總拉力減小。F2

F2m

C1

B2

B1

求得最大工作載荷A

F0

562023/9/17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：表8-5聯(lián)接接合面材料的許用擠壓應(yīng)力材料鋼鑄鐵混凝土磚(水泥漿縫)木材[σ]p(Mpa)0.8σs(0.4~0.5)σB2.0~3.01.5~2.02.0~4.0直接引用前面的結(jié)論572023/9/17§5－6螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算螺栓聯(lián)接的主要失效形式：滑扣

因經(jīng)常拆裝受拉螺栓塑性變形螺紋部分疲勞斷裂受剪螺栓剪斷壓潰螺桿和孔壁的貼合面經(jīng)常拆卸斷裂--軸向變載荷582023/9/17潘存云教授研制螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據(jù)等強(qiáng)度原則及使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的。采用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，這些部分都不需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。所以，螺栓聯(lián)接的計(jì)算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋公稱直徑d及螺距P等。一、松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件：式中:d1----螺紋小徑mm，[σ]—許用應(yīng)力二、緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算FaFa力除以面積設(shè)計(jì)公式：裝配時(shí)須要擰緊，在工作狀態(tài)下可能還需要補(bǔ)充擰緊。1.僅承受預(yù)緊力的緊螺栓強(qiáng)度2.承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接3.承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接裝配時(shí)不須要擰緊592023/9/17螺栓受軸向拉力F0和摩擦力矩T1的雙重作用。拉應(yīng)力：1.僅承受預(yù)緊力的緊螺栓強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：得：

τ≈0.5σ分母為抗剪截面系數(shù)計(jì)算應(yīng)力：由此可見(jiàn)，對(duì)于M10—M64普通螺紋的鋼制緊螺栓聯(lián)接，在擰緊時(shí)，雖然同時(shí)承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，但在計(jì)算時(shí)，可以只考慮拉伸強(qiáng)度計(jì)算，并將預(yù)緊力增大30%來(lái)考慮扭轉(zhuǎn)的影響。強(qiáng)度條件：602023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制當(dāng)承受橫向工作載荷時(shí)，預(yù)緊力F0導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于橫向載荷F。C---可靠性系數(shù)，常取C=1.1~1.3預(yù)緊力F0

：f---摩擦系數(shù)，對(duì)鋼與鑄鐵，取:

f=0.1~0.15m---結(jié)合面數(shù)上圖m=1,下圖m=2若取f=0.15，C=1.2,m=1,

則：F0

≥8F→結(jié)構(gòu)尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0612023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制FF/2F/22.受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接改進(jìn)措施：

a.采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷。螺栓僅起連接作用b.采用無(wú)間隙的鉸制孔螺栓。設(shè)流體壓強(qiáng)為p，螺栓數(shù)目為Z，則缸體周圍每個(gè)螺栓的平均載荷為：p·πD2/4F

=ZpFFD潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制622023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制受載變形特別注意，軸向載荷：F2≠F0+F加預(yù)緊力后→螺栓受拉伸長(zhǎng)λb→被聯(lián)接件受壓縮短λm加載F

后:螺栓總伸長(zhǎng)量增加為:總拉力為：被聯(lián)接件壓縮量減少為：

殘余預(yù)緊力減少為：F1

很顯然:F1<F0被聯(lián)接件放松了?λ+λbλm-?λ潘存云教授研制松弛狀態(tài)預(yù)緊狀態(tài)λbF0F0λmFFF0F0FFFFF2F2F2=F+F1?λF1F1?λ

632023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制λb?λ聯(lián)接件變形力螺栓變形力?Fb?Fm螺栓變形力F2F1FF0F0λmF0λbλmarctgCbarctgCm642023/9/17潘存云教授研制力螺栓變形arctgCb----相對(duì)剛度系數(shù)F=?Fb+?Fm=(Cb+Cm)?λCb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0–F

1-F1=F0-?F=F0

-Cm?λF2=F0

+?Fb=F0

+Cb?λCb+CmF?λ=FF2?FbF0?λ代入得：表5-4螺栓的相對(duì)剛度系數(shù)墊片類型金屬墊片或無(wú)墊片皮革銅皮石棉橡膠0.2~0.30.70.80.9Cb+CmCb?FmF1652023/9/17靜強(qiáng)度條件：重要場(chǎng)合的螺栓聯(lián)接，還應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。設(shè)計(jì)公式：當(dāng)工作拉力在0~F之間變化時(shí)，螺栓所受總拉力在F0

~F2之間變化。F2

F0

θm

θbF若不考慮摩擦力矩的影響，有：662023/9/17DI∵σmin=const,應(yīng)力工作點(diǎn)M落在ODGI區(qū)域內(nèi)，依據(jù)疲勞強(qiáng)度理論有：其中σ-1tc----螺栓材料的對(duì)稱循環(huán)拉壓疲勞極限。疲勞極限σ-1

σ-1tc10160~220120~150Q215170~220120~16035220~300170~22045250~340190~25040Cr320~440240~340材料ψσ

----材料特性系數(shù)碳素鋼：ψσ

=0.1~0.2合金鋼：ψσ

=0.3~0.3σminMσ-1eσ-1σaσmOCAσSGMM’3Kσ

----綜合影響系數(shù)S

----安全系數(shù)見(jiàn)下頁(yè)672023/9/17潘存云教授研制表5-11螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)S碳素鋼5~44~2.52.5~2碳素鋼12.5~8.58.58.5~12.5M6~M16M16~M30M30~M60M16~M16M16~M30M30~M60不控制預(yù)緊力的計(jì)算控制預(yù)緊力的計(jì)算受載類型靜載荷變載荷松螺栓聯(lián)接1.2~1.7合金鋼5.7~55~3.43.4~3合金鋼10~6.86.86.8~101.2~1.51.2~1.5(Sa=2.5~4)鋼：Sτ=2.5，Sp=1.25，鋼：Sτ=3.5~5，Sp=1.5鑄鐵：Sp=2.0~2.5，鑄鐵：Sp=2.5~3鉸制孔用螺栓聯(lián)接受軸向及橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接682023/9/173．承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接

這種聯(lián)接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來(lái)承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無(wú)間隙，接觸表面受擠壓。在聯(lián)接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為：F－螺栓所受的工作剪力，單位為N；Lmin鉸制孔螺栓FFd0設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使:Lmin≥1.25d0d0－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；692023/9/17§5－7螺栓的材料和許用應(yīng)力一、螺紋聯(lián)接件材料螺栓、螺柱、螺釘常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素鋼；特殊用途(防磁、導(dǎo)電):特殊鋼、銅合金、鋁合金等。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為10級(jí)。3.64.64.85.6586.88.89.810.912.9作為標(biāo)準(zhǔn)零件，螺紋聯(lián)接件是按其性能等級(jí)選用的。對(duì)于一定性能等級(jí)的螺紋聯(lián)接件應(yīng)具備一定的強(qiáng)度極限。沖擊振動(dòng)場(chǎng)合用：15Cr、40Cr、30CrMnSi等合金鋼。墊圈：Q235、15、35墊圈：

65Mn702023/9/17選用原則：一般用途：通常選用4.8級(jí)左右的螺栓，重要場(chǎng)合：要選用高的性能等級(jí)，如在壓力容器中常采用8.8級(jí)的螺栓。螺母的性能等級(jí)分為7級(jí)。456891012712023/9/17二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力

螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)(靜、變載荷)、裝配情況(松、緊聯(lián)接)、材料、結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。許用拉應(yīng)力：許用剪應(yīng)力和擠壓應(yīng)力：--被聯(lián)接件為鋼--被聯(lián)接件為鑄鐵Sτ,Sp---安全系數(shù)，其取值詳見(jiàn)下頁(yè)表。722023/9/17潘存云教授研制表5-11螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)S碳素鋼5~44~2.52.5~2碳素鋼12.5~8.58.58.5~12.5M6~M16M16~M30M30~M60M16~M16M16~M30M30~M60不控制預(yù)緊力的計(jì)算控制預(yù)緊力的計(jì)算受載類型靜載荷變載荷松螺栓聯(lián)接1.2~1.7合金鋼5.7~55~3.43.4~3合金鋼10~6.86.86.8~101.2~1.51.2~1.5(Sa=2.5~4)鋼：Sτ=2.5，Sp=1.25，鋼：Sτ=3.5~5，Sp=1.5鑄鐵：Sp=2.0~2.5，鑄鐵：Sp=2.5~3鉸制孔用螺栓聯(lián)接受軸向及橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接732023/9/17§5－8提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施承受軸向變載荷時(shí)，螺栓的損壞形式：疲勞斷裂容易斷裂部位：一、降低螺栓總拉伸載荷F2的變化范圍軸向工作載荷F的變化范圍:0~FCb+CmCbF0~F0+F總拉伸載荷的F2變化范圍:

Cb

↓

或

Cm↑→F2變化范圍?F

↓提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施有哪些呢？

以螺栓聯(lián)接為例，螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，因此，提高螺栓的強(qiáng)度，將大大提高聯(lián)接系統(tǒng)的可靠性。65%20%15%742023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F0

θm

θb措施一：降低螺栓剛度（

C’b<Cb,θ’b

<θb

）措施二：提高被聯(lián)接件剛度（C’m>Cm,θ’m

>θm

）

措施三：綜合措施（

C’b<Cb,C’m>Cm,F’0>F0

）?FFF1

F2

F’2F’

?F

θ’m

F’1θ’bF’0θm

雖然F’=F?F’<?F強(qiáng)調(diào)殘余預(yù)緊力減小但有?F’<?F強(qiáng)調(diào)殘余預(yù)緊力減小F’=FF’=F，F(xiàn)’1

=F1?F’<?F前兩種措施會(huì)導(dǎo)致殘余預(yù)緊力減小，使密封性能降低。為保證可靠工作，可適當(dāng)增大預(yù)緊力。F’2F’?F’F’1

θ’b

F0

θm

θb?FFF1

F2

F’F’1?F’F0

θb?FFF1

F2

θm

752023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制d0.8d0.7dd采用柔性結(jié)構(gòu)：加彈性元件、或采用柔性螺栓。2.有密封要求時(shí)，采用金屬薄墊片3.或者采用O形密封圈宜采取措施:因密封采用軟墊片將降低被聯(lián)接件的剛度，這時(shí)可采用762023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制二、改善螺紋牙間的載荷分布措施:

采用均載螺母。加厚螺母不能提高聯(lián)接強(qiáng)度。普通螺母螺栓桿螺母體螺栓桿螺母體螺栓桿FaF5/2F4/2F3/2F2/2F1/2F5/2F4/2F3/2F2/2F1/2螺母體螺栓桿FF=F1+F2+F3+F4+F5F1>F2>F3>F4>F510圈以后，螺母牙幾乎不承受載荷。螺栓桿F螺栓桿F螺母體均載螺母均載原理螺母和螺桿均為拉伸變形，有助于減小兩者螺距變化，使受載均勻。加厚螺母772023/9/17潘存云教授研制10~15?懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母10~15?內(nèi)斜與環(huán)槽螺母均載原理相同

螺母也受拉內(nèi)斜螺母因力的作用點(diǎn)外移可使載荷較大的頭幾圈螺紋牙容易變形，使載荷上移而改善載荷分布不均。均載元件懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母內(nèi)斜螺與環(huán)槽螺母都是改變螺母旋合部分的變形性質(zhì)，使之和螺栓變形性質(zhì)相同，均為拉伸變形，從而使螺紋牙上載荷分布趨于均勻；鋼絲螺套

加工復(fù)雜，僅限于用在重要場(chǎng)合或大型聯(lián)接。782023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制支承面不平三、減小應(yīng)力集中1.增大過(guò)渡圓角2.切制卸載槽r四、避免或減小附加應(yīng)力采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)切削加工支承面潘存云教授研制被聯(lián)接件變形太大3.卸載過(guò)渡結(jié)構(gòu)要從結(jié)構(gòu)、制造與裝配精度采取措施。792023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制五、采用特殊制造工藝?yán)溏咁^部、輾壓螺紋疲勞強(qiáng)度提高30%比車削表面處理：氰化、氮化也能提高疲勞強(qiáng)度。球面墊圈采用球面墊圈和腰環(huán)螺栓可以保證螺栓的裝配精度。腰環(huán)螺栓802023/9/17一、螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用調(diào)整螺旋靜壓螺旋類型運(yùn)動(dòng)形式有：§5－9螺旋傳動(dòng)螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)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)的。作用：回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞動(dòng)力。螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)按用途分傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋滑動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋按摩擦性質(zhì)分

傳遞動(dòng)力

傳遞運(yùn)動(dòng),要求精度高

調(diào)整相對(duì)位置812023/9/17調(diào)整螺旋調(diào)整螺旋822023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制應(yīng)用:

機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、起重設(shè)備（千斤頂）、鍛壓機(jī)械(壓力機(jī))、測(cè)量?jī)x器（千分尺）、工具（老虎鉗）、夾具、玩具、機(jī)器人及其他工業(yè)裝備中。二、滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料

滑動(dòng)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(dòng)的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。壓力機(jī)1、結(jié)構(gòu)千斤頂832023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制整體螺母組合螺母剖分螺母螺母結(jié)構(gòu)潘存云教授研制組合螺母調(diào)整楔快固定螺釘調(diào)整螺釘剖分螺母842023/9/17潘存云教授研制螺旋副材料要求：足夠的強(qiáng)度、耐磨性、摩擦系數(shù)小2．滑動(dòng)螺旋的材料螺桿材料:Q257、45、50鋼，或T12、40Cr、65Mn螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3.螺桿-螺母材料滑動(dòng)速度m/min許用壓力/Mpa摩擦系數(shù)低速18~25≤311~186~127~10>151~2

淬火鋼-青銅

鋼-青銅

鋼--鑄鐵

鋼—鋼

6~1210~130.06~0.08

<2.413~18

6~124~7

低速7.5~130.11~0.170.08~0.1

0.12~0.15

表5-14滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力[p]及摩擦系數(shù)

852023/9/17潘存云教授研制三、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算承受載荷:

轉(zhuǎn)矩、軸向力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：按抗磨損確定直徑，選擇螺距；校核螺桿、螺母強(qiáng)度等。主要失效形式:

螺牙的磨損表5-15

滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力許用應(yīng)力/MPa螺旋副材料螺桿鋼

[σs]/(3~5)螺母青銅

40~6030~40鑄鐵

45~5540鋼

(0.1~0.2)[σ]0.6[σ][σ][σb][τ]注：1)σs

為材料的屈服極限；

2)載荷穩(wěn)定時(shí)，許用應(yīng)力取大值。862023/9/17對(duì)螺旋傳動(dòng)的要求:

強(qiáng)度足夠,耐磨,摩擦系數(shù)小.螺桿材料:Q257、45、50鋼，或T12、40Cr、65Mn螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、

ZCuAl10Fe3.失效形式:磨損通常先由耐磨性條件，計(jì)算螺桿直徑和螺母高度，再參照標(biāo)準(zhǔn)確定螺旋各主要參數(shù)，而后對(duì)可能發(fā)生的其他失效一一校核。一)耐磨性計(jì)算校核公式：影響磨損的原因很多，目前還沒(méi)有完善的計(jì)算方法，通常是限制螺紋接觸處的壓強(qiáng)。p=≤[p]MPa

πd2hzFaFa為軸向力；z為參加接觸的螺紋圈數(shù)；d2為螺紋中徑；h為螺紋的工作高度；[p]為許用壓強(qiáng)。速度v<12m/min4~77~1010~13低速，如人力驅(qū)動(dòng)等10~1815~25-----表5-8螺旋副的許用壓強(qiáng)許用壓強(qiáng)配對(duì)材料鋼對(duì)鑄鐵鋼對(duì)