《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件第7章

7.1螺紋的形成及主要參數(shù)7.2螺紋的效率和自鎖及相關(guān)幾何因素7.3螺紋聯(lián)接件與螺紋聯(lián)接

7.4螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算

7.5螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介思考題和習(xí)題第7章螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng)

7.1螺紋的形成及主要參數(shù)

7.1.1螺紋的形成

如圖7-1所示，將一傾斜角為ψ1的直線繞在直徑為d1的圓柱體上，在該圓柱體上便可形成一條螺旋線。取一平面圖形，如三角形，令其一邊ab與圓柱體的母線重合，并使該平面圖形始終通過(guò)圓柱體的軸線，沿螺旋線移動(dòng)，三角形的另兩邊ac和bc即在該圓柱體上形成螺紋。圖7-1螺紋的形成7.1.2螺紋的分類(lèi)螺紋的分類(lèi)方法很多。按照形成螺紋的平面圖形的形狀不同，螺紋可分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等(如圖7-2所示)。三角形螺紋主要用于聯(lián)接，矩形、梯形和鋸齒形螺紋主要用于傳動(dòng)。圖7-2螺紋的牙形按照螺旋線旋繞方向的不同，螺紋可分為右旋螺紋和左旋螺紋，如圖7-3所示。機(jī)械中一般采用右旋螺紋，有特殊要求的場(chǎng)合可采用左旋螺紋。

圖7-3螺紋的旋向與線數(shù)按照螺紋線數(shù)目的不同，螺紋可分為單線、雙線(如圖7-3所示)和多線螺紋。為了制造方便，螺紋的線數(shù)一般不超過(guò)4條。從垂直于圓柱體軸線的端面方向觀察，可以判別螺紋的線數(shù)。螺紋分布在圓柱體外(內(nèi))表面上稱為外(內(nèi))螺紋，內(nèi)、外螺紋旋合在一起構(gòu)成螺旋副。按所采用單位制的不同，螺紋可分為米制螺紋和英制螺紋。7.1.3螺紋的主要參數(shù)現(xiàn)以普通米制三角形螺紋為例介紹螺紋的主要參數(shù)，如圖7-4所示。圖7-4螺紋參數(shù)

1.徑向參數(shù)大徑d：螺紋牙頂所在圓柱體的直徑，也是螺紋的公稱直徑。公制螺紋的公稱直徑通常用符號(hào)M加大徑d的值來(lái)表示，如螺紋公稱直徑為20mm，可記為M20。小徑d1：螺紋牙根所在圓柱體的直徑，常近似作為螺紋危險(xiǎn)截面直徑。中徑d2：介于大徑和小徑之間，而且在軸平面內(nèi)牙厚等于牙間寬的圓柱體直徑。螺旋副的受力分析通常在中徑上進(jìn)行。內(nèi)螺紋的徑向尺寸用相應(yīng)的大寫(xiě)字母表示。

2.軸向參數(shù)螺距P：相鄰兩螺紋牙上對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離。導(dǎo)程Ph：螺紋上任意一點(diǎn)沿螺旋線旋轉(zhuǎn)一周所移過(guò)的軸向距離。Ph=nP，n為螺紋線數(shù)。

3.角度參數(shù)螺紋升角ψ:螺紋中徑圓柱面上螺旋線的切線與端面間所夾的銳角。大、中、小各圓柱面上的螺紋升角是不同的。由圖7-4可知:(7-1)牙型角α:軸平面內(nèi)螺紋牙兩側(cè)邊的夾角。矩形螺紋的牙型角α=0；三角形、梯形、鋸齒形螺紋的牙型角如圖7-2所示，其中鋸齒形螺紋的牙型不對(duì)稱。牙型斜角β：軸平面內(nèi)螺紋牙一側(cè)邊與端面間的夾角。對(duì)于對(duì)稱牙型，β=α/2。鋸齒形螺紋工作面的牙型斜角β=3°。螺紋的基本參數(shù)大多已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按附表A—1選取。7.2螺紋的效率和自鎖及相關(guān)幾何因素

7.2.1螺紋的效率和自鎖當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺母時(shí)，需克服螺紋表面間的摩擦力所產(chǎn)生的摩擦力矩，因而，有功的損失，使效率下降。當(dāng)擰緊螺母時(shí)，效率為式中：ψ——螺紋升角；

ρv——三角螺紋的摩擦角，ρv=arctan(μ/cosβ)；

μ——螺紋表面的摩擦系數(shù);

β——螺紋的牙型斜角。螺紋聯(lián)接中一般要求螺母被擰緊后，不能自動(dòng)松脫，即要求螺紋具有自鎖性。螺紋的自鎖條件為ψ≤ρv

(7-2)(7-3)7.2.2影響效率和自鎖性能的幾何因素由ρv=arctan(μ/cosβ)知，在摩擦系數(shù)μ一定的情況下，牙形角β越大，ρv也越大。由式(7-2)和式(7-3)可知，在ψ一定的情況下，ρv越大，效率η越低，自鎖性能越好。在摩擦角ρv一定的情況下，根據(jù)式(7-2)可畫(huà)出效率η與螺紋升角ψ的關(guān)系曲線(如圖7-5所示)。由圖可見(jiàn)，螺紋升角ψ一般不應(yīng)超過(guò)25°。在此范圍內(nèi)，螺紋升角ψ越大，效率η越高，自鎖性能越差。圖7-5螺紋效率曲線所以，對(duì)于單線普通三角形螺紋特別是小螺距的螺紋，其效率η低，自鎖性能好，常用于螺紋聯(lián)接中。對(duì)于矩形、梯形、鋸齒形螺紋尤其是多線螺紋，其效率η高，不易自鎖，常用于傳動(dòng)。

【例7-1】一M36的螺栓聯(lián)接，已知螺旋副的摩擦系數(shù)μ=0.13。若將螺栓的單線三角形螺紋變?yōu)殡p線三角形螺紋，試比較兩者的傳動(dòng)效率及自鎖性能。解(1)計(jì)算單線三角形螺旋副的傳動(dòng)效率。查附表A－1知：螺距P=4mm，中徑d2=33.402mm，牙型斜角β=α/2=30°。摩擦角為螺紋升角為效率為

(2)計(jì)算雙線三角形螺旋副的傳動(dòng)效率。螺紋升角為效率為

(3)比較兩者的傳動(dòng)效率和自鎖性能因?yàn)棣?>η1，所以雙線螺紋比單線螺紋的傳動(dòng)效率高因?yàn)棣?<ρv，ψ2<ρv，所以兩種螺紋都能夠自鎖，但是ψ1<ψ2，故單線螺紋比雙線螺紋的自鎖性能好。7.3螺紋聯(lián)接件與螺紋聯(lián)接

7.3.1螺紋聯(lián)接件螺紋聯(lián)接件的品種及類(lèi)型很多，而且多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，使用時(shí)應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件。

1.普通螺栓普通螺栓頭部有多種形式，其中最常用的是六角頭螺栓，如圖7-6所示。附表A-2為部分六角頭普通螺栓的基本尺寸。通常普通螺栓也可以用于螺釘聯(lián)接中。圖7-6六角頭螺栓

2.鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓頭部的形式為六角形，如圖7-7所示。其中部的圓柱部分與被聯(lián)接件的孔配合，以承受垂直螺栓軸線方向的載荷。附表A-3為部分鉸制孔螺栓的基本尺寸。圖7-7鉸制孔螺栓

3.雙頭螺柱雙頭螺柱(如圖7-8所示)兩端均制有螺紋，旋入被聯(lián)接件螺紋孔的一端稱為座端，另一端為螺母端。圖7-8雙頭螺柱

4.螺釘螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形狀與螺栓類(lèi)似，但螺釘頭部形式較多，除六角頭形外還有內(nèi)六角頭、半圓頭、沉頭等，如圖7-9所示?？筛鶕?jù)擰緊力矩的大小來(lái)選用螺釘，擰緊力矩較大時(shí)，可選內(nèi)、外六角頭螺釘；擰緊力矩不大時(shí)，可選半圓頭或沉頭螺釘。圖7-9螺釘頭部形狀

5.緊定螺釘緊定螺釘?shù)念^部和尾部形式很多(如圖7-10所示)，可以適應(yīng)不同擰緊程度的需要，其中方頭能承受的擰緊力矩最大。常用的尾部形狀有錐端、平端、凹端、圓柱端和圓尖端等，一般要求緊定螺釘?shù)奈膊坑凶銐虻挠捕?。圖7-10緊定螺釘?shù)念^部和尾部形狀

6.螺母

螺母的形狀有六角形、圓形、方形等(如圖7-11所示)，其中以六角螺母的應(yīng)用最普遍。六角螺母根據(jù)其厚度又分為普通螺母、扁螺母和厚螺母。扁螺母用于尺寸受限制的地方，厚螺母用于經(jīng)常裝拆、易于磨損的場(chǎng)合。常用六角螺母的基本尺寸見(jiàn)附表A-4。圖7-11螺母

7.墊圈

墊圈是螺紋聯(lián)接的輔助配件，多數(shù)螺紋聯(lián)接都應(yīng)加墊圈。常用的有平墊圈(如圖7-12(a)、(b)所示)和彈簧墊圈(如圖7-12(c)所示)。平墊圈的作用是增加被聯(lián)接件的支承面積，減小接觸處壓強(qiáng)，使螺母壓力均勻分布到零件表面上，防止旋緊螺母時(shí)損傷被聯(lián)接件表面。彈簧墊圈還兼有防松的作用。墊圈的基本尺寸見(jiàn)附表A-5，其他墊圈的尺寸可查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。圖7-12墊圈7.3.2螺紋聯(lián)接的基本類(lèi)型螺紋聯(lián)接的基本類(lèi)型可分為普通螺栓聯(lián)接、鉸制孔螺栓聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接、螺釘聯(lián)接和緊定螺釘聯(lián)接，如圖7-13所示。圖7-13螺紋聯(lián)接的基本類(lèi)型

1.普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接是利用螺栓有螺紋一端穿過(guò)被聯(lián)接件的通孔，旋緊螺母，從而將被聯(lián)接件聯(lián)成一體，孔壁和螺栓桿之間存在一定的間隙(如圖7-13(a)所示)。由于被聯(lián)接件的孔不需要加工螺紋，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，所以廣泛應(yīng)用于被聯(lián)接件不太厚的場(chǎng)合。

2.鉸制孔螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接的螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁間采用過(guò)渡配合(如圖7-13(b)所示)。由于被聯(lián)接件的孔需要精加工，所以鉸制孔螺栓聯(lián)接兼有定位作用。

3.雙頭螺柱聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接是利用兩端均有螺紋的螺柱，將其一端擰入較厚的被聯(lián)接件螺紋孔中，另一端穿過(guò)其余被聯(lián)接件的孔，旋上螺母并擰緊，從而將被聯(lián)接件聯(lián)成一體(如圖7-13(c)所示)。這種聯(lián)接適用于一被聯(lián)接件較厚、不宜制成通孔，且聯(lián)接需經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。

4.螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接不使用螺母，而是利用螺釘穿過(guò)被聯(lián)接件的通孔，直接擰入另一被聯(lián)接件的螺紋孔內(nèi)實(shí)現(xiàn)聯(lián)接(如圖7-13(d)所示)。這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)比雙頭螺柱聯(lián)接簡(jiǎn)單，但由于經(jīng)常裝拆易損壞螺紋孔，所以這種聯(lián)接適用于被聯(lián)接件較厚、不宜制成通孔，且不經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。

5.緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接利用緊定螺釘旋入一被聯(lián)接件，用其末端頂緊另一被聯(lián)接件，以固定兩者間的相對(duì)位置。這種聯(lián)接可傳遞不大的力及轉(zhuǎn)矩，多用于軸與軸上零件的固定(如圖7-13(e)所示)。普通螺栓、雙頭螺柱、螺釘聯(lián)接既可用于承受軸向載荷，也可用于承受橫向載荷，當(dāng)用來(lái)承受橫向載荷時(shí)，主要靠被聯(lián)接件接合面間的摩擦力傳遞載荷。無(wú)論是承受軸向載荷還是承受橫向載荷，這些螺栓都只受到沿軸向的拉力作用。鉸制孔螺栓聯(lián)接只用于承受橫向載荷，其靠孔與螺栓桿間的擠壓和螺栓桿上的剪切來(lái)承受載荷。雖然鉸制孔螺栓聯(lián)接承受橫向載荷的能力強(qiáng)，但由于孔需精加工、安裝困難，故無(wú)特殊需要時(shí)常采用普通螺栓、雙頭螺柱、螺釘聯(lián)接來(lái)傳遞橫向載荷。7.3.3螺紋聯(lián)接的擰緊和防松

1.螺紋聯(lián)接的擰緊

螺紋聯(lián)接一般都需要將螺母擰緊，使螺栓受到一定的預(yù)緊力F′。一般聯(lián)接對(duì)預(yù)緊力往往不加控制，擰緊程度靠經(jīng)驗(yàn)而定;對(duì)于重要聯(lián)接(如氣缸蓋的螺栓聯(lián)接等)，預(yù)緊力必須加以控制，以滿足聯(lián)接強(qiáng)度、可靠性和密封性等要求?？刂祁A(yù)緊力常用的擰緊工具有指針式扭力扳手、定力矩扳手(如圖7-14所示)等。圖7-14控制螺栓預(yù)緊力的扳手在擰緊螺母時(shí)，擰緊力矩T需要克服做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的螺紋阻力矩T1和螺母與支承面間的摩擦阻力矩T2(如圖7-15所示)，即T=T1+T2

(7-4)圖7-15螺栓擰緊時(shí)的力矩對(duì)于常用螺栓M10~M68的粗牙普通螺紋，上式可簡(jiǎn)化為T(mén)=0.2F′d(7-5)

式中：d——螺紋的公稱直徑(mm)；

F′——螺栓的預(yù)緊力(N)；

T——擰緊力矩(N·mm)。小直徑螺栓裝配時(shí)不應(yīng)施加過(guò)大的擰緊力矩，否則螺栓容易被擰斷。因此，對(duì)重要的有強(qiáng)度要求的螺栓聯(lián)接，如無(wú)控制擰緊力矩的措施，不宜采用小于M12的螺栓。

2.螺紋聯(lián)接的防松聯(lián)接用螺紋標(biāo)準(zhǔn)件都能滿足自鎖條件。擰緊螺母后，螺母或螺釘與被聯(lián)接件支承面間的摩擦力也有助于防止螺母松脫。因此在受靜載荷和常溫下，螺紋聯(lián)接一般不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)。若溫度變化較大或聯(lián)接受到?jīng)_擊、振動(dòng)以及不穩(wěn)定載荷的作用，則摩擦力就會(huì)減小，甚至消失，致使螺母逐漸松脫。這種松脫會(huì)引起機(jī)器設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞或造成重大的人身事故。因此，為了保證聯(lián)接的可靠性，在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)必須按照工作條件、工作可靠性要求考慮設(shè)置螺紋防松結(jié)構(gòu)或裝置。防松的目的就是防止螺旋副產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)工作原理的不同，防松可分為摩擦防松、機(jī)械防松和不可拆卸防松等。摩擦防松是采用各種結(jié)構(gòu)措施使螺旋副元素間的摩擦力不隨聯(lián)接的外載荷波動(dòng)而變化，保持較大的摩擦力。機(jī)械防松是利用便于更換的元件約束螺旋副，使之不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。不可拆卸防松是將螺紋擰緊之后，用點(diǎn)焊、沖點(diǎn)或在螺栓旋合部分涂粘結(jié)劑等辦法把螺旋副轉(zhuǎn)變?yōu)榉沁\(yùn)動(dòng)副，從而排除相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的可能。表7-1所列的是幾種常用的防松方法。表7-1常用的防松方法及特點(diǎn)7.4螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算

7.4.1受剪切和擠壓螺栓的強(qiáng)度計(jì)算鉸制孔螺栓聯(lián)接用于承受橫向載荷，如圖7-16所示。當(dāng)受橫向載荷FS作用時(shí)，螺栓的圓柱體受到剪切力作用，且該圓柱體與被聯(lián)接件共同受到擠壓力作用。這種聯(lián)接的主要失效形式是：圓柱體受剪面的塑性變形或剪斷；圓柱體或被聯(lián)接件的擠壓面被壓潰。圖7-16鉸制孔螺栓聯(lián)接的受力分析鉸制孔螺栓聯(lián)接裝配時(shí)，只需對(duì)螺栓施加較小的預(yù)緊力，因此可以忽略接合面間的摩擦。故聯(lián)接的強(qiáng)度條件為：(7-6)(7-7)式中：FS——橫向工作載荷(N)；

τ——螺栓圓柱體的切應(yīng)力(MPa)；

dS——螺栓圓柱體受剪面的直徑(mm)；

m——螺栓圓柱體受剪面數(shù)目；［τ］——螺栓圓柱體的許用切應(yīng)力(MPa)，見(jiàn)表7-5；

σP——擠壓應(yīng)力(MPa)；

h——計(jì)算對(duì)象的擠壓高度(mm)；［σP］——計(jì)算對(duì)象的許用擠壓應(yīng)力(MPa)，見(jiàn)表7-5。

擠壓強(qiáng)度的計(jì)算對(duì)象要根據(jù)具體聯(lián)接結(jié)構(gòu)和各零件材料來(lái)確定。在圖7-16(a)中，應(yīng)取兩個(gè)被聯(lián)接件及圓柱體三者中h與［σP］乘積值小者為計(jì)算對(duì)象。7.4.2受拉螺栓的強(qiáng)度計(jì)算受拉螺栓聯(lián)接的主要失效形式是螺桿螺紋處的塑性變形或斷裂。

1.只受工作載荷作用的螺栓強(qiáng)度計(jì)算圖7-17為只受工作載荷的螺栓聯(lián)接，這種聯(lián)接裝配不需擰緊，螺栓只有在工作時(shí)才受工作載荷F的作用。忽略零件的自重，螺栓的強(qiáng)度條件為(7-8)式中：F——軸向工作載荷(N)；

d——螺紋小徑(mm)；［σ］——螺栓的許用切應(yīng)力(MPa)，見(jiàn)表7-6。圖7-17只受工作載荷的螺栓聯(lián)接

2.只受預(yù)緊力作用的螺栓強(qiáng)度計(jì)算圖7-18為普通螺栓聯(lián)接被預(yù)緊(其預(yù)緊力為F′)，又受到橫向工作載荷FS的作用。這種聯(lián)接是利用被聯(lián)接件接合面間壓力所產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞橫向載荷的。根據(jù)力平衡條件有即(7-9)式中:μ——被聯(lián)接件接合面的摩擦系數(shù)，對(duì)于鋼或鑄鐵，當(dāng)接合面干燥時(shí)，μ=0.10~0.16，當(dāng)接合面有油時(shí)，μ=0.06~0.10；

m——被聯(lián)接件接合面數(shù)目;

K——可靠性系數(shù)，K=1.1~1.3。若取K=1.2，m=1，μ=0.12，則由式(7-9)可知F′=10FS，可見(jiàn)螺栓所需的預(yù)緊力F′很大。所以，當(dāng)所承受的橫向工作載荷較大時(shí)，應(yīng)采用鉸制孔螺栓聯(lián)接。但由于這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作和裝配容易，在不重要場(chǎng)合也有應(yīng)用。當(dāng)螺栓被擰緊時(shí)，螺栓危險(xiǎn)截面上同時(shí)受到由預(yù)緊力F′引起的拉應(yīng)力σ和由螺紋力矩T引起的扭剪應(yīng)力τT。根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺栓的強(qiáng)度條件為(7-10)對(duì)于M10~M68的普通螺紋，有由此可見(jiàn)，扭應(yīng)力對(duì)強(qiáng)度的影響，相當(dāng)于將預(yù)緊力F′引起的拉應(yīng)力σ增大30%，故強(qiáng)度條件為(7-11)式中：F′——螺栓的預(yù)緊力(N);［σ］——螺栓的許用切應(yīng)力(MPa)，見(jiàn)表7-6。

3.既受預(yù)緊力又受工作載荷作用螺栓的強(qiáng)度計(jì)算

圖7-19為氣缸上的螺栓聯(lián)接，在螺栓擰緊后，又受到軸向工作載荷作用?，F(xiàn)取螺栓組中的一個(gè)螺栓來(lái)分析其受力情況，如圖7-20所示。圖7-19既受預(yù)緊力又受工作載荷作用的螺栓聯(lián)接圖7-20螺栓與被聯(lián)接件的受力與變形圖7-20(a)所示為螺母剛好與被聯(lián)接件接觸但尚未擰緊。圖7-20(b)所示為螺母被擰緊，螺栓受到預(yù)緊力F′的作用，伸長(zhǎng)量為δ1；被聯(lián)接件在預(yù)緊力F′的作用下，壓縮量為δ2。圖7-20(c)所示為氣缸充氣以后，螺栓又受到工作載荷F的作用，這時(shí)螺栓所受的拉力由F′增至F0，伸長(zhǎng)量由δ1增加到δ1+Δδ，Δδ為螺栓伸長(zhǎng)增量。由于螺栓的伸長(zhǎng)，被聯(lián)接件被放松，其壓縮量由δ2減至δ2-Δδ，所受壓力也由F′減至F″，F(xiàn)″稱為剩余預(yù)緊力。所以螺栓的總拉力為F0=F+F″(7-12)隨著工作載荷F的增加，剩余預(yù)緊力F″減小。當(dāng)工作載荷增大到一定程度時(shí)，剩余預(yù)緊力F″等于零，這時(shí)被聯(lián)接件間將會(huì)出現(xiàn)縫隙，如圖7-20(d)所示，這是螺栓聯(lián)接中不允許出現(xiàn)的情況。為保證聯(lián)接的緊密性，必須維持一定的剩余預(yù)緊力。剩余預(yù)緊力F″的大小可按表7-2選取。表7-2剩余預(yù)緊力F″考慮到螺栓聯(lián)接在總拉力F0的作用下，可能再被補(bǔ)充擰緊，此時(shí)同時(shí)有F0引起的正應(yīng)力和擰緊力矩引起的扭剪應(yīng)力，故螺栓的強(qiáng)度條件為(7-13)式中:［σ］——螺栓的許用切應(yīng)力(MPa)，見(jiàn)表7-6。當(dāng)軸向工作載荷在0~F之間變化時(shí)，螺栓所受的總拉力將在F′~F0之間變化。對(duì)于受軸向變載荷作用的螺栓粗略計(jì)算可按總拉力F0進(jìn)行，其強(qiáng)度條件仍為式(7-13)，所不同的是許用應(yīng)力按表7-6在變載荷項(xiàng)內(nèi)查取。7.4.3螺栓的材料和許用應(yīng)力螺栓的常用材料有碳素結(jié)構(gòu)鋼(Q215、Q235)，優(yōu)質(zhì)中、低碳鋼(20、35、45);重要和特殊用途的螺栓聯(lián)接件可采用力學(xué)性能較高的中、低碳合金鋼(15Cr、40Cr、30CrMnSi)。此外，有防蝕或?qū)щ姷纫髸r(shí)，螺紋聯(lián)接件材料也可用銅及其合金或其他有色金屬。常用的材料及熱處理方法見(jiàn)表7-3中的推薦，使用時(shí)應(yīng)使其滿足相應(yīng)的性能等級(jí)。表7-3螺栓、螺釘、螺柱的性能等級(jí)

由表7-3可知，螺栓、螺釘和螺柱按力學(xué)性能不同分為十級(jí)。螺母的性能等級(jí)分為七級(jí)，分別與相配螺栓的性能等級(jí)對(duì)應(yīng)，見(jiàn)表7-4。螺栓的許用應(yīng)力與許多因素有關(guān)，如螺栓的材料及熱處理工藝、構(gòu)造、尺寸、載荷性質(zhì)、工作溫度、加工裝配質(zhì)量、使用條件等，精確選定許用應(yīng)力必須綜合考慮上述各因素。一般機(jī)械設(shè)計(jì)可參照表7-5、表7-6選用其許用應(yīng)力及安全系數(shù)。表7-4螺母性能等級(jí)表7-5鉸制孔螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力及安全系數(shù)

表7-6普通螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力及安全系數(shù)7.4.4簡(jiǎn)單螺栓組聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算前面所述均為單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算方法，而多數(shù)情況下螺栓是成組使用的。在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)同一組螺栓應(yīng)取相同的材料、直徑、長(zhǎng)度及預(yù)緊力，并取其中受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。

【例7-2】圖7-21(a)為凸緣聯(lián)軸器。已知聯(lián)軸器材料為HT200，傳遞的轉(zhuǎn)矩T=1200N·m(靜載荷)。兩半聯(lián)軸器用4個(gè)螺栓聯(lián)接在一起，螺栓均勻分布于D=160mm的圓周上，螺栓材料為35鋼，性能等級(jí)為4.8級(jí)。

(1)若采用鉸制孔螺栓聯(lián)接(如圖7-21(b)所示)，已知h1=15mm，h2=23mm，試確定螺栓直徑。

(2)若改用普通螺栓聯(lián)接(如圖7-21(c)所示)，安裝時(shí)不控制預(yù)緊力，兩半聯(lián)軸器間摩擦系數(shù)μ=0.15，聯(lián)接的可靠性系數(shù)K=1.2，試確定螺栓直徑。圖7-21凸緣聯(lián)軸器及其聯(lián)接

解鉸制孔螺栓聯(lián)接靠剪切和擠壓傳遞橫向載荷，普通螺栓聯(lián)接靠摩擦力傳遞橫向載荷，螺栓只受預(yù)緊力作用。兩種設(shè)計(jì)方法的計(jì)算步驟如下。

(1)按鉸制孔螺栓設(shè)計(jì)。對(duì)于4.8級(jí)螺栓，材料屈服點(diǎn)σS=340MPa(見(jiàn)表7-3);螺栓個(gè)數(shù)z=4;聯(lián)軸器材料HT200的抗拉強(qiáng)度極限σb=200MPa。①單個(gè)螺栓所受的橫向力。②按剪切強(qiáng)度條件求螺栓的直徑。由表7-5知，靜載荷下剪切安全系數(shù)SS=32.5，則許用切應(yīng)力為圓柱體直徑為查附表A-3，選用M6的鉸制孔螺栓。③校核擠壓強(qiáng)度。由表7-5知，鋼擠壓安全系數(shù)=1.25，鑄鐵擠壓安全系數(shù)=2~2.5。圓柱體許用擠壓應(yīng)力為聯(lián)軸器孔許用擠壓應(yīng)力為顯然h1［σ］P2<h1［σ］P1，應(yīng)以聯(lián)軸器釘孔表面為計(jì)算對(duì)象。擠壓應(yīng)力為故選M6的鉸制孔螺栓可滿足使用要求。

(2)按普通螺栓聯(lián)接設(shè)計(jì)①單個(gè)螺栓的預(yù)緊力②螺栓直徑。由表7-6知，不控制預(yù)緊力時(shí)許用應(yīng)力與螺栓直徑有關(guān)，故需用試算法確定螺栓直徑。初選M24螺栓，查附表7-1知d1=20.752mm，由表7-6取安全系數(shù)SS=2.5。③許用應(yīng)力為④螺栓直徑為與初選值接近，故取M24螺栓。若結(jié)果與初選值相差較多，則應(yīng)重選螺栓計(jì)算。

(3)比較。經(jīng)計(jì)算可知，用普通螺栓所需螺栓直徑要比用鉸制孔螺栓直徑大得多。若用相同的螺栓直徑，則普通螺栓所需螺栓個(gè)數(shù)要比鉸制孔螺栓所需螺栓個(gè)數(shù)多。7.5螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介

7.5.1螺旋傳動(dòng)的類(lèi)型

螺旋傳動(dòng)按其用途不同，可分為以下三種類(lèi)型:

(1)傳力螺旋。它以傳遞動(dòng)力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，用以克服工件阻力，如各種起重或加壓裝置的螺旋。這種傳力螺旋通常承受很大的軸向力，一般為間歇性工作，每次的工作時(shí)間較短，工作速度也不高，而且通常需有自鎖能力。

(2)傳導(dǎo)螺旋。它以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，有時(shí)也承受較大的軸向載荷，如機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的螺旋絲杠等。傳導(dǎo)螺旋主要在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作，工作速度較高，因此，要求具有較高的傳動(dòng)精度。

(3)調(diào)整螺旋。它用以調(diào)整、固定零件的相對(duì)位置，如機(jī)床、儀器及測(cè)試裝置中的微調(diào)機(jī)構(gòu)的螺旋。調(diào)整螺旋不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)，一般在空載下調(diào)整。根據(jù)螺紋副的摩擦情況，螺旋傳動(dòng)可分為滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋。靜壓螺旋實(shí)際上是采用靜壓流體潤(rùn)滑的滑動(dòng)螺旋。滑動(dòng)螺旋構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工方便、易于自鎖，但摩擦大、效率低(一般為30%～40%)、磨損快，低速時(shí)可能爬行，定位精度和軸向剛度較差。滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋沒(méi)有這些缺點(diǎn)，前者效率在90%以上，后者效率可達(dá)99%；但二者構(gòu)造較復(fù)雜，加工不便。靜壓螺旋還需要供油系統(tǒng)。7.5.2螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用螺旋傳動(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。它主要用來(lái)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。能把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的幾種基本方式如圖7-22所示。圖7-22螺旋傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變方式螺旋傳動(dòng)也可用以調(diào)整零件的相互位置，有時(shí)兼有幾種作用。其應(yīng)用很廣，如螺旋千斤頂(見(jiàn)圖7-23)、螺旋絲杠、螺旋壓力機(jī)等。圖7-23螺旋起重器7.5.3滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介滾動(dòng)螺旋可分為滾子螺旋和滾珠螺旋兩類(lèi)。由于滾子螺旋的制造工