高職《機械設計基礎》螺紋連接與螺旋傳動-、教案

高職《機械設計基礎》螺紋連接與螺旋傳動-、教案****職業(yè)技術學院教案第10次課教學課型：理論課√實驗課□習題課□實踐課□技能課□其它□主要教學內(nèi)容7.1螺紋連接的基本知識7.2螺紋連接的預緊與防松重點、難點螺紋及螺紋聯(lián)接及其零件的結構和類型螺紋連接的預緊和防松教學目的要求：了解螺紋聯(lián)接的基本類型以及其間的區(qū)別；掌握螺紋聯(lián)接、預緊和防松措施教學方法和教學手段：多媒體講授討論、思考題、作業(yè)：常用螺紋的種類有哪些？各用于什么場合？螺紋的導程和螺距有何區(qū)別？3.螺紋連接的基本形式有哪幾種？參考資料：多媒體材料，網(wǎng)絡資料講稿內(nèi)容備注7.1螺紋聯(lián)接1.螺紋的分類螺紋主要尺寸的不同，其性能、用途也不同。常用的螺紋牙型有普通螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和矩形螺紋（其中除矩形螺紋外都已經(jīng)標準化）。2.螺紋的主要幾何尺寸在機械制圖中，我們已經(jīng)接觸過螺紋和螺紋聯(lián)接件。現(xiàn)在我們就以圖7-1來說明螺紋的主要幾何參數(shù)，該圖是GB192-81標準化的螺紋牙型圖。圖7-1（1）大徑d（D）：螺紋的最大直徑，在標準中也作公稱直徑。圖7-1（2）中徑（）：通過螺紋軸向剖面內(nèi)牙型上的溝槽和凸起寬度相等處的假想圓柱面的直徑，近似等于螺紋的平均直徑，是確定螺紋幾何參數(shù)的直徑。（3）小徑（）：即螺紋的最小直徑，在強度計算中常作為危險剖面的計算直徑。（4）螺距：螺紋相鄰兩牙在中徑上對應兩點的軸向距離。（5）線數(shù)n：螺紋的螺旋線數(shù)量，也稱螺紋頭數(shù)。（6）導程s：同一螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。對于單線螺紋s=p；對于多線螺紋s=np。（7）升角：中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。（8）牙型角：螺紋牙型兩側邊的夾角。（9）螺紋的工作高度h：表示內(nèi)外螺紋沿徑向的接觸高度。對于這些幾何參數(shù)值的規(guī)定，國際上和國內(nèi)都已經(jīng)標準化。規(guī)定的值不同，就會形成不同的螺紋，需要時可以查閱相關的手冊和國家標準。3.常用螺紋的特點和應用1）三角形螺紋（普通螺紋）牙型角為60o，可以分為粗牙和細牙，粗牙用于一般聯(lián)接；與粗牙螺紋相比，細牙由于在相同公稱直徑時，螺距小，螺紋深度淺，導程和升角也小，自鎖性能好，宜用于薄壁零件和微調(diào)裝置。2）管螺紋多用于有緊密性要求的管件聯(lián)接，牙型角為55o，公稱直徑近似于管子內(nèi)徑，屬于細牙三角螺紋。3）梯形螺紋牙型角為30o，是應用最為廣泛的傳動螺紋。圖7-2圖7-24）鋸齒型螺紋兩側牙型角分別為3o和30o，3o的一側用來承受載荷，可得到較高效率；30o一側用來增加牙根強度。適用于單向受載的傳動螺紋。5）矩形螺紋牙型角為0o，適于作傳動螺紋。以上5種常見螺紋牙型如圖7-2所示。另外，螺紋可以根據(jù)需要制成左旋或右旋（通常螺紋為右旋）。圖7-3沿螺紋軸線方向看，螺旋線自下而上向右傾斜為右旋（如圖a），向左傾斜為左旋（如圖b）。左旋螺紋的標準緊固件通常制有左旋標記。按制訂的螺紋標準不同，現(xiàn)在常見的有米制和英制兩大類。我國除管螺紋外，一般采用米制。要注意：在實際工作中，特別是從事維修行業(yè)時要注意一些進口機器中螺紋的單位制。凡是牙型、大徑和螺距符合國家標準的螺紋都稱為標準螺紋。除機械制造中常用的標準螺紋外，還有適用于某些特殊行業(yè)的專用螺紋標準，在需要的時候可以查閱有關的設計手冊。圖7-3雖說螺紋并不陌生，但為了從理論的高度來理解和研究螺紋聯(lián)接，接下來我們就需要對螺紋聯(lián)接的基本類型和螺紋常用緊固件進行了解。圖7-34.螺紋聯(lián)接的基本類型和螺紋緊固件螺紋緊固件如圖所示為典型的螺紋聯(lián)接方式之一。從圖中可以看出，聯(lián)接必須存在至少兩個被聯(lián)接件。同時具有螺栓、墊片、螺母等零件組成了一個聯(lián)接。那么，螺紋緊固件的種類到底有那些呢？聯(lián)接實際上是和人類的發(fā)展緊密相連的。隨著工業(yè)化進程的發(fā)展，隨著專業(yè)化分工的出現(xiàn)，為了提高零件的互換性，標準化勢在必行。作為各個行業(yè)都不可或缺的重要部分：聯(lián)接，特別是螺紋聯(lián)接、螺紋緊固件的類型、規(guī)格標準化顯得更具重要性。就目前來講，螺紋緊固件的品種很多，但是從結構等方面來說，常用的有以下幾種。（1）螺栓圖8-12螺栓是工程上、日常生活中應用最為普遍、廣泛的緊固件之一，其形狀如圖7-4所示。圖8-12圖7-4螺栓的頭部有各種不同形狀，但是我們最常見的是六角頭，為了滿足工程上的不同需要，六角頭又有標準六角頭和小六角頭。一般情況下我們使用標準六角頭，在空間尺寸受到限制的地方使用小六角頭螺栓。但是，小六角頭螺栓的支承面積較小，如果用于經(jīng)常拆卸的場合時，螺栓頭的棱角也易于磨圓。圖7-4（2）雙頭螺栓如圖所示。雙頭螺栓的兩端都制有螺紋，兩端的螺紋可以相同，也可以不同。其安裝方式是一端旋入被聯(lián)接件的螺紋孔中，另一端用來安裝螺母。（3）螺釘螺釘?shù)念^部有各種形狀，如圖7-5所示。為了明確表示螺釘?shù)奶攸c，所以通常以其頭部的形狀來命名，如：半圓頭螺釘、圓柱頭螺釘、沉頭螺釘和內(nèi)六角圓柱螺釘?shù)鹊?。螺釘?shù)某休d力一般較小。但是注意：在許多情況下，螺栓也可以用作螺釘。圖7-5圖7-6（4）緊定螺釘圖7-5圖7-6常用緊定螺釘如圖7-6所示。緊定螺釘主要用于小載荷的情況下。例如，以傳遞圓周力為主的情況下，防止傳動零件的軸向串動等。可以看出：緊定螺釘?shù)墓ぷ髅媸窃谀┒?，所以對于重要的緊定螺釘需要淬火硬化后才能滿足要求。（5）螺母圖7-7螺母是和螺栓相配套的標準零件，其外形有：六角形、圓形、方形及其它特殊的形狀。如圖7-7所示。圖7-7其厚度有厚的、標準的和扁的，其中以標準的應用最廣。（6）墊圈墊圈也是標準件，品種也最多，如圖7-8所示。圖7-8但是，應用最多、最常見的有平墊和彈簧墊兩種。平墊的目的主要是為了增加支承面積，同時對支承面起保護作用。彈簧墊主要是用于防止螺母和其它緊固件的自動松脫。所以凡是有振動的地方又未采取其它防松措施時，原則上都應該加裝彈簧墊。圖7-8除了以上兩類墊圈外，還有一些特殊的墊圈，如方斜墊圈、止動墊圈等等。在需要的時候可查閱設計手冊。在選用標準件緊固件時，我們應該視具體情況，對連接結構進行分析比較后合理選擇。另外，我們需要注意：螺紋緊固件一般分精制和粗制兩種，在機械工業(yè)中主要選擇使用精制螺紋。5．螺紋聯(lián)接的基本類型根據(jù)所用緊固件和聯(lián)接方式的不同，螺紋聯(lián)接可以分為四種基本類型。1）螺栓聯(lián)接如圖7-9所示的螺栓連接。其主要特點是被聯(lián)接件上制有通孔，孔與螺栓桿之間可以留有間隙（普通螺栓連接），也可以將螺栓桿上的沒有螺紋部分作成與孔的過渡配合聯(lián)接形式。7-9普通螺栓聯(lián)接：由于孔和桿之間留有間隙，可以補償各孔之間的位置誤差，且加工簡單，裝拆方便，所以得到廣泛的應用。通孔的大小不能隨意，應該根據(jù)裝配精度查機械設計手冊確定。7-9鉸制孔螺栓聯(lián)接：多采用基孔制過渡配合，如H7/m6，H7/n6等，螺桿與通孔加工精度高。由于孔與桿之間是過渡配合，具有定位作用，可以承受橫向載荷，但是加工成本高。在選擇螺栓時，需要考慮聯(lián)接的結構尺寸進行。圖7-102）雙頭螺栓聯(lián)接圖7-10如圖7-10所示。從圖上可以看出，其主要特點為一個被聯(lián)接件上制有螺紋孔，其它被聯(lián)接件上則有通孔。這種聯(lián)接主要用于被聯(lián)接件較厚或受到空間位置尺寸限制，而又需要經(jīng)常拆卸的情況下使用。這種聯(lián)接拆卸時，只需要把螺母擰下即可，而螺柱留在原位，以免因多次拆卸使內(nèi)螺紋損壞（磨損失效）。其螺柱的擰入深度的取值與被聯(lián)接件的材料、螺柱的直徑有關。3）螺釘聯(lián)接如圖7-11所示，為以典型的工程螺釘聯(lián)接形式，其特點是：在一個被聯(lián)接件上加工有螺紋孔，裝配時螺釘直接擰入螺紋孔中，不需要螺母。圖7-11這種聯(lián)接主要用在空間位置受到限制，而且聯(lián)接不需要經(jīng)常拆卸的地方。圖7-11比較上面三種聯(lián)接方式可以看出，一般情況使用螺栓聯(lián)接，在空間位置尺寸受到限制時，可以使用雙頭螺栓聯(lián)接，也可以使用螺釘聯(lián)接，其選擇取決于拆卸的頻繁程度。4）緊定螺釘聯(lián)接圖7-12如圖7-12所示，這種聯(lián)接主要用來固定被聯(lián)接件的相對位置的。如圖中，主要傳遞扭矩，為了防止軸向串動加設緊定螺釘。當然，也可以傳遞較小的力或扭矩。圖7-127.2螺紋聯(lián)接的預緊與防松7.2.1螺紋聯(lián)接的預緊在日常生活中，我們大多數(shù)同學都應該擰過螺栓。根據(jù)個人的經(jīng)驗知道：當利用螺栓聯(lián)接時，需要將螺母擰緊，為什么呢？下面我們就從科學的理論與方法來探討研究這方面的問題。我們根據(jù)日常的生活經(jīng)驗和前面學過的材料力學有關知識知道，任何材料在受到外力作用時，都會產(chǎn)生或多或少的形變，螺栓也不例外。當聯(lián)接螺栓承受外在拉力時，將會伸長。如果我們在初始時僅將螺母擰上使各個接合面貼合，那么在受到外力作用時，接合面之間將會產(chǎn)生間隙。所以為了防止這種情況的出現(xiàn)，我們都知道在零件未受工作載荷前需要將螺母擰緊，使組成聯(lián)接的所有零件都產(chǎn)生一定的彈性變形（螺栓伸長、被聯(lián)接件壓縮），從而可以有效地保證聯(lián)接的可靠。這樣，各零件在承受工作載荷前就受到了力的作用，這種方式就稱為預緊，這個預加的作用力就稱為預緊力。顯然，預緊的目的就是：增強聯(lián)接的緊密性、可靠性，防止受載后被聯(lián)接件之間出現(xiàn)間隙或發(fā)生相對滑移。經(jīng)驗證明：選用適當較大的的預緊力，對螺栓聯(lián)接的可靠性及螺栓的疲勞強度都是有利的。但過大的預緊力會使緊固件在裝配或偶爾過載時斷裂。因此，對于重要的螺栓聯(lián)接，在裝配時需要控制預緊力。對于一般聯(lián)接用的鋼制螺栓，其聯(lián)接預緊力不超過其材料屈服極限的80%。可以按下面的推薦的關系式確定：碳素鋼螺栓：合金鋼螺栓：圖7-13式中：A1——圖7-13預緊力的具體數(shù)值應該根據(jù)載荷性質、聯(lián)接剛度（后面要講）等具體的工作條件來確定。對于重要的螺栓聯(lián)接，應在圖紙上作為技術條件注明預緊力矩，以便在裝配時保證。圖7-141．預緊力控制方法圖7-14在裝配時，預緊力是借助于測力矩扳手或定力矩扳手控制的，如圖7-13、7-14所示，通過控制擰緊力矩來間接保證預緊力的。預緊力矩有兩部分組成：1）螺紋副的摩擦力矩T1；2）螺母和釘頭與支承面間的摩擦力矩T2。預緊力矩的計算公式為：其中：——預緊力 ——螺紋升角——螺旋副的當量摩擦角——支承面環(huán)形帶的外徑、內(nèi)徑——螺紋中徑——支承面間的摩擦系數(shù)對于d為10～64mm的常用粗牙普通鋼制螺栓，上式可近似簡化為：對于只靠經(jīng)驗而不加嚴格控制預緊力的重要螺栓,例如壓力容器、輸氣、輸油管道等聯(lián)接螺栓，不宜采用小于M12～M16的緊固件。2．預緊應力預緊應力的計算應綜合考慮產(chǎn)生的拉應力和摩擦力矩產(chǎn)生的剪應力，故對采用塑性鋼材制造的普通緊固件，應該采用第四強度理論來計算其。（）因為，所以：也即：可以將預緊力增加30%，以考慮扭轉剪應力的影響。****職業(yè)技術學院教案第11次課教學課型：理論課√實驗課□習題課□實踐課□技能課□其它□主要教學內(nèi)容7.2螺紋聯(lián)接的預緊和防松7.3螺栓組聯(lián)接設計7.4螺栓聯(lián)接的強度計算7.5提高螺栓強度的措施重點、難點1．防松的必要性、基本原理和具體措施2.提高螺栓聯(lián)接強度的措施教學目的要求：1．了解螺紋聯(lián)接擰緊的目的2．了解螺紋聯(lián)接防松的必要性以及防松的基本原理3.掌握提高螺栓聯(lián)接強度的措施教學方法和教學手段：多媒體講授討論、思考題、作業(yè)：為什么螺紋連接通常要采用防松措施？常用的放松方法和裝置有哪些？常見螺紋失效有哪幾種形式？失效發(fā)生的部位通常在何處？參考資料：多媒體材料，網(wǎng)絡資料講稿內(nèi)容備注7.2螺紋連接的預緊與防松7.2.2螺紋聯(lián)接的防松機械中聯(lián)接的失效（松脫），輕者會造成工作不正常，重者要引起嚴重事故。因此，螺紋聯(lián)接的防松是工程工作中必須考慮的問題之一。一般來說，聯(lián)接螺紋具有一定的自鎖性，在靜載荷條件下并不會自動松脫。但是，由于聯(lián)接的工作條件是千變?nèi)f化、各不相同的具體實際場合，都不可避免地存在沖擊、振動、變載荷作用。在這些工況條件下，螺紋副之間的摩擦力會出現(xiàn)瞬時消失或減小的現(xiàn)象；同時在高溫或溫度變化比較大的場合，材料會發(fā)生蠕變和應力松弛，也會使摩擦力減小。在多次的作用下，就會造成聯(lián)接的逐漸松脫。防松的本質：就是防止螺紋副的相對轉動，也就是螺栓與螺母間的相對轉動(內(nèi)螺紋與外螺紋之間)。常用的防松方法有三種：摩擦防松、機械防松和永久防松。機械防松和摩擦防松稱為可拆卸防松，而永久防松稱為不可拆卸防松。常用的永久防松有：點焊、鉚接、粘合等。這種方法在拆卸時大多要破壞螺紋緊固件，無法重復使用。常見摩擦防松有：利用墊片、自鎖螺母及雙螺母等。常見的機械防松方法：利用開口銷、止動墊片及串鋼絲繩等。機械防松的方法比較可靠，對于重要的聯(lián)接要使用機械防松的方法。下面我們分述如下：1、摩擦防松1）彈簧墊片防松彈簧墊圈材料為彈簧鋼，裝配后墊圈被壓平，其反彈力能使螺紋間保持壓緊力和摩擦力，從而實現(xiàn)防松。2）對頂螺母防松利用螺母對頂作用使螺栓式中受到附加的拉力和附加的摩擦力。由于多用一個螺母，并且工作不十分可靠，目前已經(jīng)和少使用了。3）彈性圈螺母防松螺紋旋入處嵌入纖維或尼龍來增加摩擦力。該彈性圈還起防止液體泄漏的作用。4）自鎖螺母防松螺母一端制成非圓形收口或開縫后徑向收口。當螺母擰緊后，收口脹開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。這種防松結構簡單、防松可靠，可多次拆裝而不降低防松性能。2、機械防松1）槽形螺母和開口銷防松槽形螺母擰緊后，用開口銷穿過螺栓尾部小孔和螺母的槽，也可以用普通螺母擰緊后進行配鉆銷孔。2）圓螺母和止動動墊片使墊圈內(nèi)舌嵌入螺栓（軸）的槽內(nèi)，擰緊螺母后將墊圈外舌之一褶嵌于螺母的一個槽內(nèi)。3）止動墊片螺母擰緊后，將單耳或雙耳止動墊圈分別向螺母和被聯(lián)接件的側面折彎貼緊，實現(xiàn)防松。如果兩個螺栓需要雙聯(lián)鎖緊時，可采用雙聯(lián)止動墊片。4）串聯(lián)鋼絲防松用低碳鋼鋼絲穿入各螺釘頭部的孔內(nèi)，將各螺釘串聯(lián)起來，使其相互制動。這種結構需要注意鋼絲穿入的方向，如圖所示。3、沖邊法防松如圖所示。4、粘合防松通常采用厭氧膠粘結劑涂于螺紋旋合表面，擰緊螺母后粘結劑能夠自行固化，防松效果良好。7.6螺栓組的結構設計在工程上，我們可以看到，單獨利用一個螺栓來實現(xiàn)聯(lián)接的情況并不多見，基本上都是由幾個螺栓按適當?shù)囊?guī)律排列起來，共同完成和實現(xiàn)一個聯(lián)接任務的，這些情況我們稱為螺栓組。下面我們就來看一下螺栓組的結構設計的原則和應該注意那些問題。要注意：雖說我們講的是螺栓組，但這些方法和原則對其它的螺紋聯(lián)接同樣適用。在長期的工作實踐中，人們了解到，如何盡可能地使各個螺栓接近均勻地承擔外載，是設計、安裝螺栓組的主要問題。合理布置同一組內(nèi)的螺栓的位置起著關鍵的作用。通過實踐發(fā)現(xiàn)，在進行螺栓組結構設計時應該考慮以下七個方面的問題。1）螺栓（釘）孔的布置聯(lián)接接合面的幾何形狀通常都設計成軸對稱的簡單幾何形狀，同一螺栓組的螺栓布置應力求對稱、分布均勻，從設計上首先保證被聯(lián)接件接合面上受力均勻。如圖7-15所示。在布置螺栓時，應該注意：不要在平行于外力的方向成排地布置8個以上的螺栓，以免載荷分布過度不均（當然也不是絕對的）。2）螺栓排列應有合理的釘距、邊距在布置螺栓時，螺栓中心線與機體壁、螺栓之間的距離，要依據(jù)扳手所需的活動空間大小和聯(lián)接的額密封性要求來決定。最小扳手空間尺寸可查閱有關手冊，也可以根據(jù)經(jīng)驗確定。一般來講，螺栓中心線到機體外壁的距離為：mm（其中D為螺栓六角頭大徑）螺栓之間的距離一般按照經(jīng)驗公式選擇：（用于一般聯(lián)接及壓力的壓力容器）（用于密封性要求高及壓力場合）（用于無密封要求的場合）3）螺栓數(shù)量的選擇分布在同一圓周上的額螺栓數(shù)應取為3、4、6、8、12等易于分度的數(shù)目，以利于劃線鉆孔和加工。當然，如果自動化程度較高，也可以采用其它的分度方法。4）螺栓直徑的選擇圖7-15一般是先根據(jù)經(jīng)驗、或類比的方法、或依據(jù)相關的規(guī)范進行選取，然后在進行強度的計算。圖7-15對于一般聯(lián)接，初選螺栓直徑d時，約可取為被聯(lián)接件的厚度。5）螺栓規(guī)格的選擇在通用機械中，為簡化設計、制造，對同一螺栓組內(nèi)的螺栓及配套件而言，不管受力的大小差異，應該選擇同樣材料、規(guī)格的同一標準的螺栓，便于采購、管理和裝配。6）對聯(lián)接支承面的要求被聯(lián)接件上與螺母或螺栓頭接觸的支承面應該平整，并且要求與螺栓軸線垂直，以免引起偏心載荷而削弱螺栓強度。為便于加工，經(jīng)常將支承面作成凸臺或沉頭（魚眼坑）。7）其它應注意的問題1．一般情況下，螺栓與釘孔之間應留有間隙，由于螺栓是標準件，在螺栓選定之后螺栓的直徑就已經(jīng)確定。所以，必須依照螺栓直徑選擇其釘孔直徑（可以查閱國家標準GB5277-85）。2．擰入螺紋深度、螺紋伸出長度、螺孔加工深度、光孔深度等尺寸同樣也可以查閱相關的標準或手冊，不能憑空想象。3．螺栓聯(lián)接的預緊及防松問題的考慮（前面已有詳細的講述）。7.7螺紋緊固件的材料與許用應力一．材料螺紋緊固件的材料是多種多樣的，以滿足不同行業(yè)不同用途的需要。常用的有：Q215、Q235、10、35和45鋼，對于承受沖擊、振動的，可以采用高強度材料，如15Cr、40Cr、30CrMnSi等，用作其它特殊用途的可以采用特殊材料，例如不銹鋼等。國家標準中對材料的使用無硬性的規(guī)定，只有推薦材料。但是，規(guī)定了必須達到的性能等級，見表（教材）。其性能等級有兩部分的數(shù)字所組成，利用小數(shù)點分開。前面的數(shù)字表示公稱抗拉強度的；后面的數(shù)字表示屈服強度或與公稱抗拉強度的比值的10倍。在機械設計中，一般要給出所選擇螺栓的性能等級國標號，列于明細表中，便于統(tǒng)計采購。螺母的性能等級見表（教材）二．許用應力1．鉸制孔螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓承受橫向載荷時，許用應力可按以下方法選擇。許用剪應力：（靜載荷）或（變載荷）許用擠壓應力：（靜載荷，被聯(lián)接件為鋼）或（靜載荷，被聯(lián)接件為鑄鐵）變載荷時，要在以上結果的基礎上乘以0.7～0.8。2．普通螺栓聯(lián)接對于普通螺栓聯(lián)接，受橫向載荷和軸向載荷時的許用應力，當控制預緊力時可取為；不控制預緊力時，螺栓的許用應力可以用下式求得：S為安全系數(shù)，可以根據(jù)其公稱直徑在（教材）中選擇。7.3螺紋聯(lián)接的強度計算螺栓組的結構設計完成之后，對于重要的螺栓連接都應該進行強度計算。螺紋連接的主要失效形式有三類：1）拉斷；2）剪斷；3）對于鉸制孔聯(lián)接出現(xiàn)孔或螺栓擠壓變形。一般來說這三類失效形式是不會同時發(fā)生的。進行螺栓聯(lián)接強度計算的第一步就是進行載荷分析，確定其中受載最大的螺栓及載荷大小，然后根據(jù)失效可能的發(fā)生形式選擇不同的方法進行計算。圖7-16在軸向載荷的作用下，螺栓的失效形式為螺栓拉斷。根據(jù)統(tǒng)計分析，在靜載荷條件下，除少數(shù)由于嚴重過載失效外，螺栓聯(lián)接很少發(fā)生破壞，但在變載荷條件下，螺栓則易發(fā)生疲勞斷裂。如圖7-16所示顯示了疲勞斷裂常發(fā)生的部位及所占的比例。因此，螺栓聯(lián)接強度計算的目的，主要是依據(jù)載荷的性質、聯(lián)接的類型來確定螺栓所受的力，然后按相應的強度條件計算螺紋小徑或校核其強度。圖7-16圖7-17圖7-17松螺栓聯(lián)接，螺母、螺栓和被聯(lián)接件不需要擰緊，在承受工作載荷前，聯(lián)接螺栓是不受力的，典型的結構如圖7-17所示的起重機吊鉤。該螺栓聯(lián)接在外載荷F作用下其強度條件式為：或式中：d1——螺紋的小徑（mm）[]——許用拉應力（MPa），且[]=——材料的屈服極限；S——安全系數(shù)安全系數(shù)需要根據(jù)具體情況，參照有關標準和設計規(guī)范進行。二．緊螺栓聯(lián)接的強度計算這種裝配，螺栓將承受預緊力和工作載荷的雙重作用。而工作載荷的作用方式有：橫向載荷和軸向載荷兩種。1）承受橫向載荷作用時的強度計算同樣的承受橫向載荷，螺栓聯(lián)接的方式又有兩類：普通螺栓聯(lián)接和鉸制螺栓聯(lián)接。圖7-18對于這兩類聯(lián)接方式，其對應的失效方式是不同的。對于普通螺栓聯(lián)接來說，如果兩聯(lián)接接合面間發(fā)生相對滑移即被視為失效；而鉸制孔聯(lián)接是依靠螺栓受擠壓的強度決定的。圖7-18對于普通螺紋聯(lián)接，如圖7-18所示，強度的計算準則為：預緊力在接合面所產(chǎn)生的摩擦力必須足以阻止被聯(lián)接件間的相對滑移。設螺栓組中各螺栓所承擔的載荷是均等的，則強度關系式可以表示為：或螺栓桿的計算應力為式中：——每個螺栓所受的預緊力；，——螺栓組中的螺栓數(shù)目及接合面數(shù)；——接合面間的摩擦系數(shù)（根據(jù)材質的不同而變化）；——可靠性系數(shù)，一般可取=1.1~1.3;圖7-18——外載總和。圖7-18我們知道，一般較小，遠小于1，這時的需要很大才能滿足要求，勢必要增加螺栓直徑。為避免這種缺陷，可以采用如圖7-18所示的減載裝置結構，利用鍵、套筒或銷來承受橫向工作的載荷，使得螺栓只用來保證聯(lián)接，而不再承受工作載荷，因此預緊力不需要很大。圖7-19這種裝置的聯(lián)接強度是按減載零件（鍵、套筒或銷）的剪切、擠壓強度條件進行計算。圖7-19此外為簡化結構，還可以采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接，如圖7-19所示。因為螺栓桿與孔壁之間沒有間隙，當承受橫向載荷時，接觸表面受擠壓，在聯(lián)接接合面處，螺栓桿則承受剪切。因此應該對螺栓桿與孔壁配合面的擠壓強度和釘桿橫剖面的抗剪切強度進行驗算。強度驗算式為：式中：d0——釘桿與孔壁配合部分的直徑；——為釘桿與被聯(lián)接件孔壁受擠壓面的最小高度，按具體要求選取，一般。2）承受軸向載荷時的強度計算受軸向載荷的額緊螺栓聯(lián)接是工程上使用最多的一種聯(lián)接方式。這時，必須同時考慮預緊力和外載力對聯(lián)接的綜和影響。如圖7-20所示為螺栓聯(lián)接的預緊和工作的全過程中螺栓與被聯(lián)接件受力變形過程的結構示意圖（注意：為了說明問題，圖中的尺寸有些夸張）。當螺栓未擰緊時，螺栓和被聯(lián)接件都處于自然狀態(tài)。當施加預緊力后，螺母擰緊，螺栓桿對應于伸長，被聯(lián)接件在的作用下產(chǎn)生壓縮變形量為。當聯(lián)接上作用有外載F時，螺栓桿將繼續(xù)伸長，其增量為，被聯(lián)接件因壓力減小而產(chǎn)生部分彈性恢復，其壓縮變形的恢復量也應該等于，此時被聯(lián)接件上的殘余壓力稱為殘余預緊力，用表示。由圖可以看出，螺栓桿上所受的總拉力Q可用下面的關系式表示：Q=+或Q=+F可以看出，螺栓桿和被聯(lián)接件的變形是彼此相關的，作用在螺栓上的總拉力Q并不等于預緊力和外載力之和，這一點計算中要特別注意。圖7-20外載荷我們可以通過對螺栓組的受力分析求得。對于殘余預緊力，一般按螺栓聯(lián)接要求或重要程度由經(jīng)驗選取，都必須使>0。在沒有資料時，可按下面推薦值選用：圖7-20=（0.2~0.6）F一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定；=（0.6~1.0）F一般載荷，工作載荷不穩(wěn)定；=（1.5~1.8）F要求由密封性的聯(lián)接；≥F地腳螺栓聯(lián)接由圖10-21的幾何關系得到關系式：；我們把、分別稱為螺栓和被聯(lián)接件的剛度，即產(chǎn)生單位變形所需力的大小。一旦材料和結構確定后，、可視為常數(shù)。同樣，由幾何關系可導出下面的關系式：所以得到：，故：從而可以得到：為保證有足夠的殘余預緊力,就要保證：其中：稱作螺栓的相對剛度；稱作被聯(lián)接件的相對剛度。常數(shù)的值是通過試驗獲得的，可以參閱（教材）。由式可以看出，當<<時，外載施加在螺栓上的載荷將很小。在其它條件不變的情況下，Q、將減小。所以，在一般聯(lián)接件中采用較硬的金屬墊片以減小螺栓直徑。而密封性要求較高時，采用軟金屬作墊片。我們知道，理論計算和工程實際是有差別的，為了保證可靠預緊，在求得Q以后，考慮到其它因素（如扭轉剪切應力等）的影響，應將Q增加30%。圖7-20所以：圖7-207.9提高螺栓聯(lián)接強度的措施螺栓聯(lián)接的強度主要取決于螺栓強度，而影響螺栓強度的因素有許多。那么如何提高螺栓聯(lián)接強度呢？一．降低影響螺栓疲勞強度的應力幅1)隨著外載在0～F之間的變化，螺栓總拉力將在Q和之間變化，其變動幅度為，而，顯然隨著的增加，在不變的條件下，會下降，就可以使螺栓承受的變應力相對減小，載荷趨于平穩(wěn)。所以，適當增大預緊力可以減小變應力對強度的影響。圖7-212）由可知，與螺栓和被聯(lián)接件的剛度有關，增大或減小都可以使減小，也可以減小變應力對強度的影響。為達此目的，可以：（1）改變螺栓的長度或形狀，如圖8-31所示，以降低螺栓的剛度；（2）利用一定的方法提高，例如圖7-21所示，采用剛度較大的金屬墊片或采用密封圈進行密封。圖7-21二．改善螺紋牙間的載荷分布不均現(xiàn)象圖7-23在聯(lián)接承受軸向載荷作用時，在整個螺紋長度上，其承受的載荷是不同的，而是逐圈遞減的。試驗證明：約有三分之一的載荷集中在第一圈螺紋上，以后各圈遞減，在第八圈以后螺紋幾乎不承受載荷，如圖7-22和圖7-23圖7-23圖7-24改善載荷不均勻的措施，原則上是減小螺栓與螺母二者承受載荷時螺距的變化差，盡可能使螺紋各圈承受載荷接近均等。常用的方法有：1）將螺母設計成受拉伸的；2）在螺母的旋入端最初螺紋上制出倒角，如圖7-24；3）采用均載鋼絲套，利用鋼絲螺套的膨脹作用起到均載的作用。圖7-24圖7-22圖7-22圖7-25附加應力是指由于制造、裝配或不正確設計而在螺栓中產(chǎn)生的額附加彎曲應力。為此，聯(lián)接的支承面必須進行加工，設計時常將支承面設計成單個凸臺锪（huo）平或采用沉頭座（又稱魚眼坑），保證設計、制造、安裝時螺栓軸線與被聯(lián)接件的接合面垂直，如圖7-25。圖7-25四．減小應力集中的影響我們已經(jīng)知道應力集中是十分有害的。曾經(jīng)看到一根直徑大約600mm五．采用合理的制造工藝采用合理的制造工藝方法，也可以提高螺栓的疲勞強度，例如采用冷墩、滾壓或利用氮化和氰化的熱處理工藝，可以極大地提高螺栓的疲勞強度（滾壓大約可以提高30～40%，如果經(jīng)過熱處理再滾壓甚至可以提高大約70～100%）。至此，螺栓聯(lián)接的內(nèi)容我們就講解完畢，那么我們在實際工作中應如何利用這些知識呢？下面我們就來看書上給我們提供的例題。例：(略)在聯(lián)接中，除了螺紋聯(lián)接外，還有一些無法利用螺栓來實現(xiàn)聯(lián)接的場合，例如安裝在軸上的零件（齒輪、鏈輪、帶輪等），這種聯(lián)接（輪轂與軸）統(tǒng)稱為軸轂聯(lián)接，其主要方式有鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、無鍵聯(lián)接等等。接下來我們就開始逐步進行介紹。****職業(yè)技術學院教案第12次課教學課型：理論課√實驗課□習題課□實踐課□技能課□其它□主要教學內(nèi)容7.6螺旋傳動重點、難點1．掌握普通螺旋傳動的分類及旋進方向的判定。教學目的要求：1、了解螺旋傳動的分類；2、掌握普通螺旋傳動的分類及旋進方向的判定；3、理解普通螺旋傳動移動距離的計算；4、了解螺旋傳動的優(yōu)、缺點；教學方法和教學手段：多媒體講授討論、思考題、作業(yè)：參考資料：多媒體材料，網(wǎng)絡資料講稿內(nèi)容備注7.6.1螺旋傳動的特點及分類一螺旋傳動的特點作用利用螺旋副來傳遞運動和動力，將主動件的回轉運動轉變?yōu)閺膭蛹闹本€運動。特點結構簡單、平穩(wěn)、承載能力大、傳動精度高，摩擦大、傳動效率低。類型普通螺旋傳動差動螺旋傳動滾珠螺旋傳動二分類（一）按使用要求不同可分為1.傳力螺旋2.傳導螺旋3.調(diào)整螺旋圖7-26圖7-26（二）按螺桿與螺母相對運動方式分類1.螺母固定不動，螺桿回轉并作直線運動（千斤頂）2.螺桿固定不動，螺母回轉并作直線運動（機床絲杠）3.螺桿回轉，螺母作直線運動（很少應用）4.螺母回轉，螺桿作直線運動（很少應用）（三）按摩擦性質分類滑動螺旋、滾動螺旋、靜壓螺旋圖7-27圖7-277.6.2螺旋傳動的設計耐磨性計算

滑動螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大螺旋副間越容易形成過度磨損。因此，滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p，使其小于材料的許用壓力[p]。如圖5－46所示，假設作用于螺桿的軸向力為Q（N），螺紋的承壓面積（指螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積）為A（mm2），螺紋中徑為小（mm），螺紋工作高度為H（mm），螺紋螺距為P（mm），螺母高度為D（mm），螺紋工件圈數(shù)為u＝H/P。則螺紋工作面上的耐磨性條件為

（7-1）

上式可作為校核計算用。為了導出設計計算式，令ф=H/d2，則H=фd2，，代入式（5－43）引整理后可得

（7-2）對于矩形和梯形螺紋，h＝0.5P，則

（7-3）對于30o鋸齒形螺紋。h＝0.75P，則

（7-4）螺母高度H=фd2式中：[P]為材料的許用壓力，MPa，見表5－13；ф值一般取1.2～3.5。對于整體螺母，由于磨損后不能凋整間隙，為使受力分布比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過多，故取ф＝1.2～2.5對于剖分螺母和兼作支承的螺母，可取ф=2.5～3.5只有傳動精度較高；載荷較大，要求壽命較長時，才允許取ф=4。

根據(jù)公式算得螺紋中徑d2后，應按國家標準選取相應的公稱直徑d及螺距P。螺紋工作圈數(shù)不宜超過10圈。表：滑動螺旋副材料的許用壓力[P]螺桿—螺母的材料滑動速度許用壓力鋼—青銅低速1825≤3.01118612710>1512淬火鋼—青銅6121013鋼—鑄鐵<2.4131861247注：表中數(shù)值適用于ф=2.5～4的情況。當ф＜2.5時，[p]值可提高20％；若為剖分螺母時則[p]值應降低15～20％。

螺紋幾何參數(shù)確定后、對于有自鎖性要求的螺旋副，還應校校螺旋副是否滿足自鎖條件，即式中；為螺紋升角；fV為螺旋副的當量摩擦系數(shù)；f為摩擦系數(shù)．見下表。表：

滑動螺旋副的摩擦系數(shù)f螺桿—螺母的材料摩擦系數(shù)f鋼—青銅0.08~0.10淬火鋼—青銅0.06~0.08鋼—鋼0.11~0.17鋼—鑄鐵0.12~0.15

注：起動時取大值．運轉中取小值。

螺桿的強度計算

受力較大的螺桿需進行強度計算。螺桿工作時承受軸向壓力（或拉力）Q和扭矩T的作用。螺桿危險截面上既有壓縮（或拉伸）應力；又有切應力。因此；核核螺桿強度時，應根據(jù)第四強度理論求出危險截面的計算應力σca，其強度條件為或

（7-5）式中：A—