機(jī)械螺紋連接和螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)PPT教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)械螺紋連接和螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)械螺紋連接和螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)者思維設(shè)計(jì)者思維 作為工程師，需要在機(jī)械設(shè)計(jì)中正確選用各種螺紋連接：作為工程師，需要在機(jī)械設(shè)計(jì)中正確選用各種螺紋連接：p螺紋連接有哪些類型？螺紋連接有哪些類型？p螺紋連接的主要參數(shù)是什么？螺紋連接的主要參數(shù)是什么？p螺紋連接的受力特性分為哪些類型？螺紋連接的受力特性分為哪些類型？p螺紋連接的主要失效形式是什么？螺紋連接的主要失效形式是什么？p螺栓和螺母是采用什么材料制造出來(lái)的？螺栓和螺母是采用什么材料制造出來(lái)的？p如何正確進(jìn)行螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)？如何正確進(jìn)行螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)？p在螺栓組中如何確定螺栓公稱直徑在螺栓組中如何確定螺栓公

2、稱直徑d的大??？的大?。縫一般的螺紋連接為什么要采取必要的預(yù)緊？一般的螺紋連接為什么要采取必要的預(yù)緊？p如何采取螺紋連接的防松措施？如何采取螺紋連接的防松措施？p螺旋傳動(dòng)與螺紋連接有什么關(guān)系？螺旋傳動(dòng)與螺紋連接有什么關(guān)系？ 設(shè)計(jì)者思維設(shè)計(jì)者思維第1頁(yè)/共162頁(yè) 簡(jiǎn)單實(shí)例簡(jiǎn)單實(shí)例 螺紋連接是應(yīng)用最廣泛的連接類型之一。圖4-1所示的是一減速器上的部分螺紋連接件。其中有用于減速器箱蓋、軸承旁的連接螺栓，用于軸承端蓋的連接螺釘，以及與地基連接的地腳螺栓等。圖4-1 減速器第2頁(yè)/共162頁(yè)4.1螺紋及其螺紋連接螺紋及其螺紋連接 零件構(gòu)件部件機(jī)器連接連接連接動(dòng)連接：被連接零件可相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副靜連接：被

3、連接零件無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件（1）可拆連接：螺紋、鍵、銷、成型連接（2）不可拆連接：鉚接、焊接、膠結(jié)（3）過(guò)盈配合：溫差法裝入可拆 壓如法裝入不可拆u1連接的作用連接的作用： u2連接的分類連接的分類： 第3頁(yè)/共162頁(yè)螺紋分為內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋和外螺紋外螺紋，二者共同組成螺旋副。 n連接螺紋：用于連接的螺紋n傳動(dòng)螺紋：用于傳動(dòng)的螺紋母體形狀 圓柱螺紋 圓錐螺紋 牙型 三角螺紋 矩形螺紋 梯形螺紋 鋸齒形螺紋 此外，螺紋還有米制和英制，左旋和右旋，單線、雙線和多線之分。一一般的螺紋常采用右旋螺紋般的螺紋常采用右旋螺紋。 第4頁(yè)/共162頁(yè)u1連接螺紋連接螺紋 要求自鎖要求自鎖三角形螺紋三角形螺紋n（1）

4、普通螺紋（=60）以大徑d為公稱直徑 粗牙：常用的聯(lián)接螺紋 細(xì)牙：用于薄壁件或密封處普通螺紋 第5頁(yè)/共162頁(yè)n（2）管螺紋（=55） （英制） 一般管路聯(lián)接 圓柱：螺紋中線與管軸線平行 牙頂圓角，旋合后無(wú)隙，密封性好 圓錐：螺紋中線與管子軸線不平行，自密封性好圓柱管螺紋 圓錐管螺紋 第6頁(yè)/共162頁(yè)圖4-3 粗牙螺紋與細(xì)牙螺紋n 同一公稱直徑的普通螺紋，可以有多種螺距，其中螺距最大的螺紋稱為粗牙螺紋，其余都稱為細(xì)牙螺紋，如圖4-3所示。 第7頁(yè)/共162頁(yè) 對(duì)于左旋螺紋，應(yīng)在螺紋尺寸代號(hào)之后加注左旋代號(hào)“LH”； 對(duì)于粗牙螺紋，在螺紋尺寸代號(hào)中不注出螺距值。 標(biāo)記示例：M16，表示公稱直

5、徑為16 mm的粗牙螺紋；M10 1.25LH，表示公稱直徑為10 mm的左旋細(xì)牙螺紋，螺距P為1.25 mm。n螺紋的完整標(biāo)記由螺紋代號(hào)、中徑公差帶代號(hào)組成。第8頁(yè)/共162頁(yè)u2傳動(dòng)螺紋傳動(dòng)螺紋 n（1）矩形螺紋（=0） 效率高，牙根強(qiáng)度差，磨損難補(bǔ)償矩形螺紋第9頁(yè)/共162頁(yè)n（2）梯形螺紋（=30） 效率較高，牙根強(qiáng)，對(duì)中好， 磨損后用剖分螺母補(bǔ)償間隙常用常用梯形螺紋第10頁(yè)/共162頁(yè)n（3）鋸齒形螺紋（ 工作面=3 非工作面=30） 兼?zhèn)渚匦?、梯形螺紋的優(yōu)點(diǎn)， 非工作面牙根圓角大，強(qiáng)度高鋸齒形螺紋第11頁(yè)/共162頁(yè)螺紋的主要參數(shù) u1螺紋的直徑螺紋的直徑 大徑d公稱直徑（查標(biāo)準(zhǔn)）

6、小徑d1計(jì)算直徑（強(qiáng)度計(jì)算）中徑d2幾何直徑（幾何計(jì)算和配合性質(zhì)的直徑）圖4-5 螺紋的主要幾何參數(shù)第12頁(yè)/共162頁(yè)u2螺紋的螺距、導(dǎo)程和線數(shù)螺紋的螺距、導(dǎo)程和線數(shù) 螺距螺距P相鄰螺牙對(duì)應(yīng)點(diǎn)間軸向距離線數(shù)線數(shù)n在形成螺紋時(shí)，所用螺旋線的條數(shù)第13頁(yè)/共162頁(yè)導(dǎo)程導(dǎo)程S同一螺線相鄰螺牙對(duì)應(yīng)點(diǎn)間軸向距離 S=nP（n-線數(shù)）n單線螺紋：沿一根螺旋線形成的螺紋 n多線螺紋：沿兩根以上等距螺旋線形成的螺紋傳動(dòng)螺紋要求效率高，故多用雙線 或多線螺紋 第14頁(yè)/共162頁(yè)u3螺紋升角螺紋升角 螺紋升角螺紋升角 在中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線 的平面間所夾的銳角，用表示 22tansnPdd

7、u4螺紋的牙型角與牙側(cè)角螺紋的牙型角與牙側(cè)角 牙型角牙型角螺紋軸截面內(nèi)，牙型兩側(cè)邊的夾角牙型半角牙型半角螺紋軸截面內(nèi)，牙型側(cè)邊與橫截面的夾角第15頁(yè)/共162頁(yè)螺紋連接類型1 1、螺栓連接、螺栓連接被聯(lián)件較薄、易做成通孔處，可經(jīng)常拆卸。n（1）普通螺栓：被聯(lián)件孔與螺栓桿有間隙，可傳橫向、軸 向外載n（2）鉸制孔螺栓：被聯(lián)件孔與螺栓桿過(guò)渡配合，只傳橫向 外載第16頁(yè)/共162頁(yè)第17頁(yè)/共162頁(yè)第18頁(yè)/共162頁(yè)2.2.雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接被聯(lián)件之一較厚、不易做成通孔，需經(jīng)常拆卸處。第19頁(yè)/共162頁(yè)第20頁(yè)/共162頁(yè)3.3.螺釘連接螺釘連接被聯(lián)件之一較厚、不易做成通孔，不需經(jīng)常拆卸

8、處第21頁(yè)/共162頁(yè)第22頁(yè)/共162頁(yè)4.4.緊定螺釘連接緊定螺釘連接固定兩零件相對(duì)位置，可傳遞不大扭矩平端緊定螺釘平端緊定螺釘錐端緊定螺釘錐端緊定螺釘?shù)?3頁(yè)/共162頁(yè)第24頁(yè)/共162頁(yè)標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件按制造精度分為標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件按制造精度分為A、B、C三級(jí)三級(jí)。nA級(jí)精度最高級(jí)精度最高，用于要求裝配精度高及受振動(dòng)、變載 等重要連接； nB級(jí)多用于受載較大且經(jīng)常拆卸、調(diào)整及載荷變動(dòng)的 連接；nC級(jí)多用于一般的螺紋連接，如常用的螺栓、螺釘連 接。 第25頁(yè)/共162頁(yè)4.2螺紋連接的預(yù)緊和防松螺紋連接的預(yù)緊和防松 預(yù)緊預(yù)緊工作前擰緊n1. 目的目的：增加螺紋聯(lián)接剛度、緊密性和防松能力n2

9、. 要求要求：裝配時(shí)控制預(yù)緊力在規(guī)定范圍內(nèi)n3. 預(yù)緊力控制方法圖4-7 測(cè)力矩扳手與定力矩扳手第26頁(yè)/共162頁(yè)防松防松n1.目的：防止螺桿與螺母相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)n2.原因：設(shè)計(jì)條件下jv，靜載、恒溫條件不會(huì)松 脫。但在變載、振動(dòng)、溫差大時(shí)，將引起螺 牙間摩擦力瞬時(shí)消失造成松脫。如如：（1）承受較大的振動(dòng)、沖擊載荷的作用；（2）承受較長(zhǎng)時(shí)間的變動(dòng)載荷的作用；（3）溫度（氣溫或工作溫度）變化較大，產(chǎn) 生蠕變和應(yīng)力松馳；（4）雨水浸入，使螺旋副間的摩擦系數(shù)值減 小。第27頁(yè)/共162頁(yè)n3.防松方法按工作原理分： 摩擦防松摩擦防松： 直接鎖住防松直接鎖住防松： 破壞螺旋副關(guān)系防松破壞螺旋副關(guān)系防松：

10、簡(jiǎn)單方便 可靠性高 雖然防松可靠，但僅適用于裝配后不再拆卸的連接中 第28頁(yè)/共162頁(yè)（1 1）摩擦防松）摩擦防松利用輔助元件（結(jié)構(gòu)）防止螺紋副間摩擦力消失彈簧墊片 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，應(yīng)用廣泛，但不十分可靠 對(duì)頂螺母 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于平穩(wěn)、低速、重載場(chǎng)合 尼龍圈鎖緊螺母 利用螺母末端的尼龍圈箍緊螺栓，橫向壓緊螺紋，放松效果好。用于工作溫度小于100的連接 第29頁(yè)/共162頁(yè)（2 2）機(jī)械防松）機(jī)械防松利用防松元件約束螺紋副相對(duì)運(yùn)動(dòng)-沖擊、變載場(chǎng)合第30頁(yè)/共162頁(yè)（3 3）破壞螺紋副防松）破壞螺紋副防松防松可靠，沖擊振動(dòng)大、重要聯(lián)接第31頁(yè)/共162頁(yè)4.3單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺

11、栓連接的強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于一個(gè)具體的螺栓而言，不外乎受軸向拉力軸向拉力或橫向剪力橫向剪力的作用。 n普通螺栓連接承受軸向拉力作用 螺桿和螺紋部分發(fā)生斷裂 保證螺栓的靜力強(qiáng)度和疲勞拉伸強(qiáng)度 失效形式： 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 ：4.3單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算 第32頁(yè)/共162頁(yè) 對(duì)于其中每一個(gè)具體的螺栓而言，不外乎受軸向拉力軸向拉力或橫向剪力橫向剪力的作用。 n鉸制孔螺栓連接承受橫向剪切和擠壓力作用 螺栓桿被剪斷螺栓桿與孔壁貼合面上出現(xiàn)壓潰 保證螺栓的剪切強(qiáng)度和連接的擠壓強(qiáng)度 失效形式： 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 ：第33頁(yè)/共162頁(yè)受拉螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算受拉螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算 n松螺栓連接裝配時(shí)不需要擰

12、緊 承受工作載荷之前，螺栓不受力 工作時(shí)只有工作載荷F起拉伸作用 如：如：拉桿、起重吊鉤、起重滑輪等的連接 n緊螺栓連接裝配時(shí)必須擰緊 承受工作載荷之前，螺栓已受預(yù)緊力 兩者的受力狀況不同，因而強(qiáng)度計(jì)算也是不同的。第34頁(yè)/共162頁(yè)1 1受拉松螺栓連接受拉松螺栓連接如圖4-8所示，起重滑輪的螺栓連接即為松螺栓連接。 圖4-8 起重滑輪螺栓連接 螺栓工作時(shí)只有載荷F起拉伸作用（忽略自重），工作載荷即為螺栓所受的拉力，故其設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是保證螺栓的抗拉強(qiáng)度。準(zhǔn)則是保證螺栓的抗拉強(qiáng)度。 強(qiáng)度條件為 設(shè)計(jì)公式為 214Fd 14FdF為工作拉力（N）； 為螺栓的小徑（mm）；為螺栓材料的許用拉應(yīng)力（M

13、Pa） 1d第35頁(yè)/共162頁(yè)2受拉緊螺栓連接受拉緊螺栓連接n1）只承受預(yù)緊力的受拉緊螺栓連接 受橫向工作載荷及受轉(zhuǎn)矩作用的普通螺栓組連接中的螺栓，在擰緊后的受力狀況多屬于此。 圖4-9 承受橫向載荷的緊螺栓連接 在預(yù)緊過(guò)程中，螺栓除受預(yù)緊力F0的作用而產(chǎn)生拉應(yīng)力外，還受到螺紋副間摩擦阻力矩T1的作用，從而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。 因此，當(dāng)對(duì)這類螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)綜合考慮拉伸應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的作用。 第36頁(yè)/共162頁(yè)圖4-9 承受橫向載荷的緊螺栓連接螺栓危險(xiǎn)剖面的拉應(yīng)力為 0214Fd螺栓危險(xiǎn)剖面的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為20VV0223V111tan()tantan4221tantan16TdFFTd

14、Wdddjjj對(duì)于M10M64的普通螺栓 0.52222ca33(0.5 )1.3合成應(yīng)力第37頁(yè)/共162頁(yè)圖4-9 承受橫向載荷的緊螺栓連接 由此可以得出結(jié)論：對(duì)于受預(yù)緊力結(jié)論：對(duì)于受預(yù)緊力F0作用的受拉緊螺栓（普通螺栓）連作用的受拉緊螺栓（普通螺栓）連接，在擰緊時(shí)雖然同時(shí)受到拉伸和扭轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的復(fù)合應(yīng)力作用，但在計(jì)算時(shí)接，在擰緊時(shí)雖然同時(shí)受到拉伸和扭轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的復(fù)合應(yīng)力作用，但在計(jì)算時(shí)仍可按純拉伸來(lái)計(jì)算螺栓的強(qiáng)度，只需將所受拉力（預(yù)緊力）增大仍可按純拉伸來(lái)計(jì)算螺栓的強(qiáng)度，只需將所受拉力（預(yù)緊力）增大30，以，以考慮扭轉(zhuǎn)的影響即可?？紤]扭轉(zhuǎn)的影響即可。 0211.34Fd設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為 設(shè)計(jì)公式為

15、 014 1.3Fd第38頁(yè)/共162頁(yè) 這種受力形式的螺栓連接，為保證連接的可靠性，通常所需的預(yù)緊力較大，從而使螺栓的結(jié)構(gòu)尺寸增大。為此，可采用各種減載零件來(lái)承擔(dān)橫向載荷，如圖4-10所示。圖4-10 承受橫向載荷的減載零件第39頁(yè)/共162頁(yè)n2）承受預(yù)緊力和工作拉力的受拉緊螺栓連接(如：汽缸蓋）第40頁(yè)/共162頁(yè) 特別指出的是，當(dāng)螺栓承受工作拉力時(shí)，由于螺栓和被連接件彈性變形的影響，螺栓的總拉力總拉力F2并不僅與預(yù)緊力并不僅與預(yù)緊力F0和工和工作拉力作拉力F有關(guān)，還與螺栓剛度有關(guān)，還與螺栓剛度Cb和被連接剛度和被連接剛度Cm有關(guān)有關(guān)，應(yīng)根據(jù)靜力平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件進(jìn)行分析。 圖（a)

16、 是螺母剛好擰到與被連接件接觸的情況。此時(shí)，螺栓與被連接件均未受力，也未產(chǎn)生變形。第41頁(yè)/共162頁(yè)圖（b）在預(yù)緊力F0的作用下，螺栓產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形，被連接件產(chǎn)生壓縮變形。第42頁(yè)/共162頁(yè)現(xiàn)在把軸向工作拉力F作用于已預(yù)緊的螺栓上，如圖(c)所示。 n螺栓因所受的拉力由F0增加到F2n相應(yīng)的變形量也增加 ，螺栓總的伸長(zhǎng)變形則為 bbb 第43頁(yè)/共162頁(yè)n預(yù)緊后受壓的被連接件，因螺栓伸長(zhǎng)而有所放松，其壓縮量較前減小了 mn螺栓所受的總拉力F2等于殘余預(yù)緊力F1和工作拉力F之和 F2= F1+F第44頁(yè)/共162頁(yè) 還可用力變形關(guān)系線圖對(duì)螺栓和被連接件的受力與變形關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步的分析。圖4-

17、12(a)表示螺栓和被連接件僅受預(yù)緊力時(shí)的受力變形關(guān)系 圖4-12 單個(gè)螺栓連接的受力變形線圖21FFF0bbbtanFC0mmmtanFC第45頁(yè)/共162頁(yè) 此時(shí)，螺栓的拉力和被連接件的壓縮力相同，都等于預(yù)緊力F0。但由于兩者的剛度不同，即Cb Cm（Cb= tanb、Cm= tanm），所以變形量不同。 Cb、Cm分別為螺栓和被連接件的剛度，為定值。 第46頁(yè)/共162頁(yè)圖4-12(b)表示承受工作拉力F后的受力變形關(guān)系 圖4-12 單個(gè)螺栓連接的受力變形線圖 在F的作用下，螺栓的總拉力由F0增加至F2，其總伸長(zhǎng)量增至 + ，被連接件的壓縮力由F0減小至殘余預(yù)緊力F1，其總壓縮量減至 b

18、m01()FFFF bbmmtantanCFFFC bbmCFFCC得第47頁(yè)/共162頁(yè)螺栓的預(yù)緊力F0與工作載荷F、殘余預(yù)緊力F1的關(guān)系為bm011bmbm1CCFFFFFCCCC螺栓的總拉力F2與預(yù)緊力F0、工作載荷F的關(guān)系為b200bmCFFFFFCC 螺栓在危險(xiǎn)剖面的強(qiáng)度條件為 2ca211.3 4Fd設(shè)計(jì)公式為214 1.3 Fd相對(duì)剛度第48頁(yè)/共162頁(yè) 為螺栓的相對(duì)剛度，其值對(duì)螺栓的受力影響很大。 bbm/()CCC 在同樣的載荷條件下，若被連接件的剛度很大，而螺栓剛度很小，則螺栓在同樣的載荷條件下，若被連接件的剛度很大，而螺栓剛度很小，則螺栓的相對(duì)剛度趨于零，此時(shí)螺栓所受的

19、總拉力的相對(duì)剛度趨于零，此時(shí)螺栓所受的總拉力F2趨于趨于F0，即總拉力增加很少。，即總拉力增加很少。 第49頁(yè)/共162頁(yè) 反之，若螺栓的剛度很大，而被連接件剛度很小，則螺栓的相對(duì)剛反之，若螺栓的剛度很大，而被連接件剛度很小，則螺栓的相對(duì)剛度趨于度趨于1，此時(shí)螺栓所受的總拉力，此時(shí)螺栓所受的總拉力F2趨于趨于F0+F，即總拉力增加很多。，即總拉力增加很多。 因此，在螺栓連接的設(shè)計(jì)中，為了減小螺栓的受力，提高螺栓連接的強(qiáng)因此，在螺栓連接的設(shè)計(jì)中，為了減小螺栓的受力，提高螺栓連接的強(qiáng)度和承載能力，應(yīng)盡量使度和承載能力，應(yīng)盡量使 值小一些。值小一些。bbm/()CCC第50頁(yè)/共162頁(yè) 的大小與螺

20、栓及被連接件的材料、尺寸和結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)，其值在01之間，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)或計(jì)算確定。設(shè)計(jì)時(shí)可按表4-3選取。 bbm/()CCC表表4-3 螺栓連接的相對(duì)剛度螺栓連接的相對(duì)剛度Cb/(Cb + Cm) 第51頁(yè)/共162頁(yè) 由圖4-12(b)可見，如果工作載荷F過(guò)大，將使殘余預(yù)緊力過(guò)小甚至為零，此時(shí)連接的接合面會(huì)出現(xiàn)縫隙接合面會(huì)出現(xiàn)縫隙，這是連接的失效，是不允許的。為了保證連接的緊密性，防止連接受載后產(chǎn)生縫隙，應(yīng)使殘余預(yù)緊力F1大于零。對(duì)于不同要求的連接，建議殘余預(yù)緊力F1按表4-4推薦值選取。 表表4-4 殘余預(yù)緊力殘余預(yù)緊力F1推薦值推薦值 第52頁(yè)/共162頁(yè) 對(duì)于受軸向變載荷的重要連接如內(nèi)燃

21、機(jī)汽缸蓋的螺栓連接，除進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算外，還應(yīng)對(duì)連接螺栓進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。如圖4-19所示的汽缸蓋螺栓組連接，由于汽缸反復(fù)進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣，所以螺栓所受工作拉力在0F之間變化，因而螺栓所受的總拉力將在F0F2之間變化，如圖4-13所示。圖4-13 受軸向變載荷的螺栓連接 圖4-19 汽缸蓋螺栓組連接 第53頁(yè)/共162頁(yè)螺栓危險(xiǎn)剖面上的最大拉應(yīng)力最大拉應(yīng)力和最小拉應(yīng)力最小拉應(yīng)力分別為 2max214Fd和 0min214Fd應(yīng)力幅應(yīng)力幅為 maxminba2bm122CFCCd 受變載荷的零件多為疲勞破壞，應(yīng)力幅的大小是影響變載荷零件疲勞強(qiáng)度的主要因素。因此，螺栓疲勞強(qiáng)度的校核公式為 ba

22、a2bm12CFCCd第54頁(yè)/共162頁(yè)受剪螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算受剪螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算 鉸制孔螺栓連接 過(guò)渡配合 螺栓在連接結(jié)合面處受到剪切，在桿與孔壁的接觸表面受到擠壓，如圖4-14所示。 圖4-14 承受工作剪力的鉸 制孔用螺栓連接失效形式失效形式是螺栓桿被剪斷及螺栓桿或孔壁是螺栓桿被剪斷及螺栓桿或孔壁被壓潰。被壓潰。 連接所需的預(yù)緊力很小，所以計(jì)算時(shí)可忽略預(yù)緊力和摩擦力矩的影響。 第55頁(yè)/共162頁(yè)螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為 max204Fd設(shè)計(jì)公式為設(shè)計(jì)公式為 max04Fd螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為maxp0minpFd L設(shè)計(jì)公式為

23、設(shè)計(jì)公式為max0minpFdLF為螺栓組中受力最大螺栓所受的工作剪力（N），可根據(jù)連接的受載情況確定 d0為螺栓剪切面的直徑（mm）（可取為螺栓孔的直徑） Lmin為螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度（mm），設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使Lmin1.25d0 為螺栓材料的許用切應(yīng)力（MPa） 為螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力(MPa) p第56頁(yè)/共162頁(yè)4.4螺栓組連接的設(shè)計(jì)螺栓組連接的設(shè)計(jì) n結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目的：目的： 合理確定連接結(jié)合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，使各螺栓和結(jié)合面間受力均勻，便于加工和裝配。 設(shè)計(jì)原則：設(shè)計(jì)原則： 第57頁(yè)/共162頁(yè) 常使結(jié)合面設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀，且螺栓對(duì)稱布置，螺栓組的

24、對(duì)稱中心與連接結(jié)合面的形心重合，如圖4-15所示。這樣，便于加工和安裝，易于保證連接結(jié)合面受力均勻，結(jié)合牢固。圖4-15 螺栓組連接結(jié)合面常用形狀及螺栓布置方案1連接結(jié)合面的幾何形狀盡可能簡(jiǎn)單 第58頁(yè)/共162頁(yè)2螺栓的布置要求使各螺栓受力合理 當(dāng)螺栓組承受橫向載荷時(shí)，為當(dāng)螺栓組承受橫向載荷時(shí)，為了使各螺栓受力盡量均勻，不要在了使各螺栓受力盡量均勻，不要在平行于工作載荷的方向上成排設(shè)計(jì)平行于工作載荷的方向上成排設(shè)計(jì)8個(gè)以上的螺栓個(gè)以上的螺栓，如圖(b)所示。 當(dāng)螺栓組承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，為了當(dāng)螺栓組承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，為了減小螺栓的受力，應(yīng)使螺栓的位置盡量減小螺栓的受力，應(yīng)使螺栓的位置盡量靠近連

25、接結(jié)合面的邊緣靠近連接結(jié)合面的邊緣，如圖(c)所示，而如圖(d)所示的布置則不合理 。 當(dāng)承受較大的軸向載荷和橫向載荷，當(dāng)承受較大的軸向載荷和橫向載荷，盡量采用鉸制盡量采用鉸制孔螺栓連接或采用減載裝置孔螺栓連接或采用減載裝置 第59頁(yè)/共162頁(yè)3螺栓排列應(yīng)有合理的邊距與間距 螺栓布置時(shí)，要在螺栓軸線間以及螺栓與機(jī)體壁面間留有足夠的扳手螺栓布置時(shí)，要在螺栓軸線間以及螺栓與機(jī)體壁面間留有足夠的扳手活動(dòng)空間活動(dòng)空間 ，如圖如圖4-17所示。所示。 圖4-17 扳手空間 第60頁(yè)/共162頁(yè)4避免螺栓承受附加彎曲載荷 被連接件上的螺母和螺栓頭部的支承面應(yīng)平整并與螺栓軸線垂直。被連接件上的螺母和螺栓頭

26、部的支承面應(yīng)平整并與螺栓軸線垂直。 鑄件等粗糙表面上安裝 制成凸臺(tái)或沉頭座 支承面為傾斜面 采用斜墊片 圖4-18 避免偏心的措施第61頁(yè)/共162頁(yè)5要便于加工和裝配 分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應(yīng)取成分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應(yīng)取成偶數(shù)，以便于分度和畫線；同一螺栓組的偶數(shù)，以便于分度和畫線；同一螺栓組的螺栓的材料、直徑和長(zhǎng)度均應(yīng)相同，以便螺栓的材料、直徑和長(zhǎng)度均應(yīng)相同，以便于裝配。于裝配。第62頁(yè)/共162頁(yè)n螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的受力分析 目的：目的： 確定螺栓組中受力最大的螺栓所在的位置及其所受力的大小，為螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算提供依據(jù)。 為簡(jiǎn)化計(jì)算，在對(duì)螺栓組連接進(jìn)行受力分析時(shí)，

27、假設(shè)假設(shè)所有螺栓的材料直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均相同； 螺栓組的對(duì)稱中心與連接結(jié)合面的形心重合； 受載后連接結(jié)合面仍保持為平面。 根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)形式及受載特征，可將螺栓組連接的受力分為以下四種典型形式。第63頁(yè)/共162頁(yè)1受軸向載荷的螺栓組連接 在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先根據(jù)連接的受載情況，求出螺栓的工作拉力求出螺栓的工作拉力F，再根據(jù)連接的工作要求，選取殘余預(yù)緊力選取殘余預(yù)緊力F1值值，再計(jì)算出計(jì)算出螺栓的總拉力螺栓的總拉力F2，然后進(jìn)行螺栓強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行螺栓強(qiáng)度計(jì)算。 第64頁(yè)/共162頁(yè)1受軸向載荷的螺栓組連接 圖4-19 汽缸蓋螺栓組連接 圖4-19所示的是一受軸向載荷為的汽缸蓋螺栓組連接。受載特點(diǎn)是力

28、的作用線與螺栓軸線平行，并通過(guò)螺栓組的對(duì)稱中心。由于螺栓均布，所以每個(gè)螺栓所受的軸向工作載荷F相等，即 F Fzz為螺栓數(shù)量 第65頁(yè)/共162頁(yè)【工程實(shí)例4-1】汽缸蓋螺栓組連接設(shè)計(jì) 如圖4-19所示的汽缸蓋螺栓連接，缸內(nèi)工作壓力p = 1.2 MPa，汽缸內(nèi)徑D = 220 mm，缸體壁厚= 10 mm。試設(shè)計(jì)此螺栓組連接。圖4-19 汽缸蓋螺栓組連接第66頁(yè)/共162頁(yè)解： 此螺栓組連接的設(shè)計(jì)包括：確定螺栓的公稱直徑d、個(gè)數(shù)z、螺栓組分布圓周直徑D0，同時(shí)要保證連接的緊密性要求及符合扳手空間要求。第67頁(yè)/共162頁(yè) 這是受軸向載荷的緊螺栓連接，螺栓承受預(yù)緊力和工作拉力的作用。因每個(gè)螺栓

29、上承受的工作載荷與螺栓的個(gè)數(shù)有關(guān)，而螺栓個(gè)數(shù)又與螺栓直徑有關(guān)，因此無(wú)法同時(shí)確定。所以，需要先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初定螺栓個(gè)數(shù)z，再通過(guò)強(qiáng)度條件確定直徑d，最后根據(jù)其他條件修改初定值，直到符合設(shè)計(jì)要求。這種方法稱為試算法這種方法稱為試算法，它是工程設(shè)計(jì)計(jì)算中常用的方法。 n 試算法：先初定；再通過(guò)強(qiáng)度條件等確定；最后根據(jù)其他條件修改初定值，直到符合設(shè)計(jì)要求。第68頁(yè)/共162頁(yè)（1）確定每個(gè)螺栓的工作載荷F初定螺栓個(gè)數(shù)為z = 12，總工作載荷均勻分布在每個(gè)螺栓上，則根據(jù)式(4-31)得 （2）確定每個(gè)螺栓的總拉力F2因汽缸蓋連接有緊密性要求，根據(jù)表4-4，取殘余預(yù)緊力F1 = 1.8F，由式(4-16)得

30、 212.82.83801.3310 643.72 NFFFF第69頁(yè)/共162頁(yè)（3）確定螺栓公稱直徑d 汽缸與缸蓋的連接屬于重要的螺栓連接，所以取螺栓材料性能等級(jí)為4.8級(jí)，由附表4-2查得s = 320 MPa，考慮裝配時(shí)不控制預(yù)緊力（即按最危險(xiǎn)情況設(shè)計(jì)），假設(shè)d = 16 mm，由附表4-5查得S = 34，取S = 3，則許用應(yīng)力=320/3=106.67MPa，由式(4-25)得 由附表4-12查得，當(dāng)粗牙普通螺栓的公稱直徑d = 16 mm時(shí)，小徑d1 = 13.835 mm12.85 mm，故假設(shè)d值與計(jì)算結(jié)果相符。否則，應(yīng)重新假設(shè)d值，再按上述步驟進(jìn)行計(jì)算，直至相符。 第70

31、頁(yè)/共162頁(yè)第71頁(yè)/共162頁(yè)2受橫向載荷的螺栓組連接 圖4-20所示的是由z個(gè)螺栓組成的受橫向載荷為F的螺栓組連接。 受載特點(diǎn)受載特點(diǎn)： F的作用線與螺栓軸線垂直，并通過(guò)螺栓組的對(duì)稱中心。 傳遞方式：傳遞方式： 普通螺栓連接 鉸制孔螺栓連接 第72頁(yè)/共162頁(yè)1）普通螺栓連接 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證連接預(yù)緊后保證連接預(yù)緊后，結(jié)合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力大于或等于橫結(jié)合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力大于或等于橫向載荷向載荷，即 F0為各螺栓所需的預(yù)緊力（N） i為結(jié)合面數(shù) Ks為防滑系數(shù)Ks = 1.11.3 Z為螺栓數(shù)目 為結(jié)合面摩擦系數(shù) f預(yù)緊力F0 第73頁(yè)/共162頁(yè)2）鉸制孔螺栓連接 外載荷直接

32、作用在每個(gè)螺栓上，靠螺栓桿受剪切和擠壓來(lái)抵抗橫向載荷。 計(jì)算時(shí)不必考慮預(yù)緊力和摩擦力的影響。 若每個(gè)螺栓所承受的橫向工作載荷均為F，則有 第74頁(yè)/共162頁(yè)【工程實(shí)例4-2】受力薄板的螺栓連接 如圖4-21(a)所示，一個(gè)厚度為15 mm的薄板，用兩個(gè)螺栓固定在機(jī)架上。已知載荷F = 4000 N，其他尺寸如圖所示。薄板和機(jī)架材料為Q235。要求： 對(duì)螺栓組進(jìn)行受力分析； 分析螺栓的失效形式和 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則； 按強(qiáng)度設(shè)計(jì)螺栓直徑。圖4-21 受力薄板螺栓連接第75頁(yè)/共162頁(yè) 根據(jù)螺栓組連接的設(shè)計(jì)可知，此時(shí)薄板連接可使用鉸制孔螺栓，也可使用普通螺栓。前者在載荷F的作用下，螺栓組連接受橫向工作剪

33、力作用，后者則僅受預(yù)緊力F0作用，由于受力特性不同，故應(yīng)分別進(jìn)行分析和討論。 （1）采用鉸制孔螺栓連接 此時(shí)，螺栓可能的失效形式是螺栓光桿在兩個(gè)被連接件結(jié)合面間被剪斷或薄板與光桿接觸面被壓潰。因此，應(yīng)分別按剪切強(qiáng)度與擠壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)確定螺栓直徑。在F作用下，兩個(gè)螺栓所受橫向工作載荷是不相同的，設(shè)分別為F、F，方向如圖4-21(b)所示，則根據(jù)薄板的力平衡條件有 FFF 第76頁(yè)/共162頁(yè)第77頁(yè)/共162頁(yè)對(duì)于薄板，對(duì)兩個(gè)螺栓的對(duì)稱中心O點(diǎn)取矩有 ()F aF aF la 由式、式可得 20040008000 N2100lFFa2300400012000 N2100laFFa則螺栓2受到

34、的工作載荷最大，即 max12 000 NFF第78頁(yè)/共162頁(yè) 由螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件和擠壓強(qiáng)度條件可分別計(jì)算螺栓所需的光桿直徑。 選用螺栓的材料為Q235，查附表4-1可知材料Q235的屈服極限 ，由附表4-6查得安全系數(shù) , ;有螺栓的許用剪切應(yīng)力 ，螺栓的許用擠壓應(yīng)力 。 s240 MPa2.5Sp1.25S s 2.596 MPaps1.25192 MPa由式(4-28)得螺栓滿足剪切強(qiáng)度條件所需光桿直徑為 max044 12 00012.62 mm96Fd由式(4-30)得螺栓滿足擠壓強(qiáng)度條件所需光桿直徑為 max0minp120004.17 mm15 192Fdl第79頁(yè)/共1

35、62頁(yè) 因?yàn)?，所以按 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選2個(gè)M12的鉸制孔螺栓，光桿部分直徑d0 = 13 mm即可。 00dd0d第80頁(yè)/共162頁(yè)（2）采用普通螺栓連接 此時(shí)，螺栓連接可能的失效形式是被連接件之間產(chǎn)生相對(duì)滑移。故應(yīng)根據(jù)預(yù)緊后被連接件接觸面之間產(chǎn)生的摩擦力大于橫向工作載荷的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)確定螺栓所需的預(yù)緊力F0，并根據(jù)F0計(jì)算螺栓直徑。 設(shè)每個(gè)螺栓的預(yù)緊力相等，兩個(gè)接觸面的摩擦系數(shù)查附表4-4，取f = 0.15；取防滑系數(shù)Ks = 1.2，同樣，螺栓2受到的工作載荷最大為12 000 N，則螺栓所受的預(yù)緊力為 smax01.2 12 00096 000 N0.15K FFf第81頁(yè)/共162

36、頁(yè)按照抗拉強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓直徑。 選用螺栓的材料為Q235，查附表4-1可知 。由附表4-5得 ，若假設(shè)螺栓直徑d 30，則由附表4-5試選S = 1.5，所以螺栓的許用拉應(yīng)力 。由式(4-15)得螺栓滿足抗拉強(qiáng)度條件所需螺栓的小徑為 s240 MPas S 240 1.5160 MPa 014 1.34 1.3 9600031.51 mm160Fd第82頁(yè)/共162頁(yè)附表4-5 受拉螺栓連接的許用應(yīng)力、安全系數(shù)和許用應(yīng)力幅 第83頁(yè)/共162頁(yè) 查附表4-12，取兩個(gè)M36的普通螺栓（小徑d1 = 31.67 mm）即可，且和假設(shè)一致。 附表4-12 普通螺紋常用第一系列（摘自JB/T 79

37、121999） 第84頁(yè)/共162頁(yè) 通過(guò)以上兩種情況的分析和計(jì)算可以看出，雖然受到的外載荷相同，但由于螺栓連接的類型不同，單個(gè)螺栓的受力情況會(huì)有很大差異，致使所選螺栓直徑相差很大。 確定了螺栓的公稱直徑后，螺栓的類型、長(zhǎng)度、精度及相應(yīng)的螺母、墊圈等結(jié)構(gòu)尺寸，都可根據(jù)機(jī)架、薄板的厚度等進(jìn)行確定。 第85頁(yè)/共162頁(yè)3受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接 對(duì)于每個(gè)螺栓而言，都受到橫向載荷的作用。因此，與前面的情況相同，載荷可通過(guò)兩種連接形式傳遞。 1）普通螺栓連接 當(dāng)用普通螺栓連接時(shí)，靠預(yù)緊后在結(jié)合面上各螺栓處的摩擦力對(duì)形心O的力矩之和來(lái)平衡轉(zhuǎn)矩T，如圖4-22(b)所示。 由力矩平衡條件得 0 10 20sz

38、fF rfF rfF rK T第86頁(yè)/共162頁(yè)由此可得每個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力為ss0121()zziiK TK TFf rrrfr為第個(gè)螺栓的軸線到螺栓組形心O的距離 ir第87頁(yè)/共162頁(yè)2）鉸制孔螺栓連接 當(dāng)用鉸制孔螺栓連接時(shí)，靠螺栓所受剪力對(duì)形心O的力矩之和來(lái)平衡轉(zhuǎn)矩T，如圖4-22(c)所示。各螺栓所受剪切力Fi的方向垂直于螺栓中心與螺栓組形心O的連線，并與轉(zhuǎn)矩T反向。 圖4-22 受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接第88頁(yè)/共162頁(yè)由力矩平衡條件得1 12 2z zFrF rF rT 各個(gè)螺栓的變形量和受力大小與其到螺栓組形心O的距離成正比（胡克定律），即1212zzFFFrrr螺栓組中距離形

39、心O最遠(yuǎn)的螺栓所受的工作剪力最大 maxmaxmaxmaxiiiiFFFFrrrr受力最大螺栓所受工作剪力為 maxmax21ziiTrFr為受力最大螺栓中心到螺栓組形心O的距離 maxr第89頁(yè)/共162頁(yè)4受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接受載特點(diǎn)受載特點(diǎn)是翻轉(zhuǎn)力矩作用在通過(guò)軸并垂直于連接結(jié)合面的對(duì)稱平面內(nèi)，使底板有繞軸翻轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。 1 1、基本假定基本假定（1 1）螺栓、地基為彈性體；）螺栓、地基為彈性體；（2 2）M M作用在作用在z-zz-z平面內(nèi)，平面內(nèi)， 機(jī)座在機(jī)座在M M作用下繞作用下繞O-OO-O轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)（3 3）機(jī)座剛性較大，變形后）機(jī)座剛性較大，變形后 與基礎(chǔ)的接觸面仍為平面與基礎(chǔ)的

40、接觸面仍為平面第90頁(yè)/共162頁(yè)2、受力分析受力分析p minp maxp 螺栓螺栓接合面接合面左側(cè)左側(cè)螺栓螺栓右右側(cè)側(cè)螺栓螺栓左側(cè)左側(cè)右側(cè)右側(cè)預(yù)緊預(yù)緊狀態(tài)狀態(tài)拉拉拉拉壓壓壓壓工作工作狀態(tài)狀態(tài)p F0 F0 F左 F右 底板的靜力平衡條件得 1122zzF LF LF LM第91頁(yè)/共162頁(yè)圖4-23 受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接 根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，各螺栓的拉伸變形量與其中心至底板翻轉(zhuǎn)軸線的距離成正比。又由于各螺栓的拉伸剛度相同，所以左邊螺栓所受工作載荷和右邊地基座上螺栓處所受的壓力，都與到軸線的距離成正比，且距離最遠(yuǎn)的螺栓受到的工作載荷最大，即max1212maxzzFFFFLLLL第92頁(yè)/

41、共162頁(yè)maxmax21ziiMLFL傾翻力矩傾翻力矩個(gè)螺栓至翻轉(zhuǎn)中心之距個(gè)螺栓至翻轉(zhuǎn)中心之距第第心之距心之距受力最大螺栓至翻轉(zhuǎn)中受力最大螺栓至翻轉(zhuǎn)中式中：式中： MiLLi max第93頁(yè)/共162頁(yè) 為防止結(jié)合面受壓最大處（圖4-23底板右邊緣）被壓碎或受壓最小處（圖4-23底板左邊緣）出現(xiàn)間隙，應(yīng)使受載后地基結(jié)合面擠壓應(yīng)力的最大值不受載后地基結(jié)合面擠壓應(yīng)力的最大值不超過(guò)底板與地基兩者中最弱材料的許用值，最小值不小于零超過(guò)底板與地基兩者中最弱材料的許用值，最小值不小于零，即0pmaxpzFMAW0pmin0zFMAWA為結(jié)合面的有效面積(mm)； W為承壓面的抗彎載面系數(shù)（mm3）； 為

42、結(jié)合面材料的許用擠壓應(yīng)力（MPa） p第94頁(yè)/共162頁(yè)表4-5 連接結(jié)合面材料的許用擠壓應(yīng)力p/MPa材 料鋼鑄 鐵混 凝 土水泥漿磚砌面木 材p0.8s(0.40.5)b2.03.01.22.02.04.0注：1當(dāng)連接結(jié)合面的材料不同時(shí)，應(yīng)按強(qiáng)度較弱者選取； 2當(dāng)連接承受靜載荷時(shí)，p應(yīng)取表中較大者；當(dāng)承受變載荷時(shí) 則p應(yīng)取較小值。第95頁(yè)/共162頁(yè) 因此，當(dāng)計(jì)算受傾覆力矩的螺栓組的強(qiáng)度時(shí)，首先由預(yù)緊力由預(yù)緊力F0和最大工作載荷和最大工作載荷Fmax確定受力最大的螺旋的總拉力確定受力最大的螺旋的總拉力F2，然后按式按式 進(jìn)行強(qiáng)度校核。進(jìn)行強(qiáng)度校核。2ca211.3 4Fd第96頁(yè)/共16

43、2頁(yè)一般來(lái)說(shuō)， 普通螺栓普通螺栓 按軸向載荷及翻轉(zhuǎn)力矩確定螺栓的工作拉力 按橫向載荷及轉(zhuǎn)矩確定所需的預(yù)緊力 進(jìn)而求出螺栓的總拉力 鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓 按橫向載荷及轉(zhuǎn)矩確定螺栓的工作剪力。 第97頁(yè)/共162頁(yè)4.5螺栓連接的材料及許用應(yīng)力螺栓連接的材料及許用應(yīng)力 1、螺紋連接件的常用材料及其力學(xué)性能（1）常用材料：碳鋼：Q215-A、Q235-A、35、 45一般聯(lián)接 合金鋼：15Cr、20Cr、30CrMnSi 等重要聯(lián)接（2）螺栓、螺母材料性能等級(jí)（表2-7） a、螺栓材料性能等級(jí)：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9 第98頁(yè)/共162頁(yè)4

44、.5螺栓連接的材料及許用應(yīng)力螺栓連接的材料及許用應(yīng)力 10.100. BsBba 螺螺栓栓性性能能等等級(jí)級(jí)含含義義：MpabaMpaasB18010631030010031006 . 3 例例：螺螺栓栓材材料料性性能能等等級(jí)級(jí)第99頁(yè)/共162頁(yè)b、螺母的性能等級(jí)：4，5，6，8，9，10，12螺母性能等級(jí)表示可與該螺母相配最高性能等級(jí)螺栓抗拉強(qiáng)度的1/100 MpaaB40010041004 度度為為，相相配配螺螺栓栓最最高高抗抗拉拉強(qiáng)強(qiáng)例例：螺螺母母材材料料性性能能等等級(jí)級(jí)第100頁(yè)/共162頁(yè)2、螺紋連接件的許用應(yīng)力許用應(yīng)力影響因素：許用應(yīng)力影響因素： 載荷性質(zhì)：靜、變載荷載荷性質(zhì)：靜、

45、變載荷 材料質(zhì)量：性能等級(jí)材料質(zhì)量：性能等級(jí) 結(jié)構(gòu)尺寸：尺寸系數(shù)結(jié)構(gòu)尺寸：尺寸系數(shù) 裝配質(zhì)量：載荷控制準(zhǔn)確性裝配質(zhì)量：載荷控制準(zhǔn)確性受拉螺栓的許用應(yīng)力可按附表4-5進(jìn)行計(jì)算； 第101頁(yè)/共162頁(yè)受剪螺栓連接的許用應(yīng)力可按附表4-6進(jìn)行計(jì)算。 第102頁(yè)/共162頁(yè)4.6提高螺栓連接強(qiáng)度的措施提高螺栓連接強(qiáng)度的措施 1改善螺紋牙上載荷分布不均現(xiàn)象螺牙間變形不協(xié)螺牙間變形不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致牙間載調(diào)，導(dǎo)致牙間載荷分配不均荷分配不均第103頁(yè)/共162頁(yè) 研究結(jié)果表明，靠近螺母支承面的第1圈螺紋變形最大，因而受力也最大，約占總載荷的30，以后各圈受力遞減，到第8圈以后的螺紋牙幾乎不承受載荷。旋合的圈數(shù)越

46、多，載荷分配不均勻的程度越嚴(yán)重。因此，采用圈數(shù)過(guò)多的加厚螺母，并不能提高連接的強(qiáng)度。第104頁(yè)/共162頁(yè) 解決的辦法：降低螺母的剛度，使之容易變降低螺母的剛度，使之容易變形形；增加螺母與螺桿的變形協(xié)調(diào)性，以緩和矛盾增加螺母與螺桿的變形協(xié)調(diào)性，以緩和矛盾。常采取以下一些方法。（1）采用懸置螺母 減小了螺母的剛度，使螺母的旋合部分也受拉，與螺栓螺紋牙的受拉變形協(xié)調(diào)，使各圈螺紋牙上的載荷分配趨于均勻。 第105頁(yè)/共162頁(yè)（2）采用環(huán)槽螺母 螺母開割凹槽后，螺母內(nèi)緣下端局部受拉，減小了螺母下部的剛度，使螺母接近支承面處受拉且富有彈性。 第106頁(yè)/共162頁(yè)（3）采用內(nèi)斜螺母 螺母上螺栓旋入端內(nèi)

47、斜1015，以減小螺母中受力大的螺紋牙的剛度，把部分力移到受力小的螺紋牙上，載荷上移，使載荷分配趨于均勻。 第107頁(yè)/共162頁(yè)（4）采用特殊結(jié)構(gòu)螺母 這種螺母綜合了環(huán)槽螺母和內(nèi)斜螺母的優(yōu)點(diǎn)，均載效果更明顯。第108頁(yè)/共162頁(yè)（5）螺栓和螺母采用不同的材料匹配 通常，螺母用彈性模量低且較軟的材料，如鋼螺栓配有色金屬螺母，能改善螺紋牙受力的分配。 第109頁(yè)/共162頁(yè)2降低螺栓的應(yīng)力幅 F0工作載荷波動(dòng)：第110頁(yè)/共162頁(yè) 在保持預(yù)緊力F0不變的條件下，若減小螺栓剛度Cb或增大被連接件剛度Cm，都可以達(dá)到減小總拉力F2的變動(dòng)范圍，即減小應(yīng)力幅的目的，如圖4-26(a)、(b)所示。第

48、111頁(yè)/共162頁(yè)第112頁(yè)/共162頁(yè)第113頁(yè)/共162頁(yè) 但在這兩種情況下都將引起殘余預(yù)緊力F1減小，從而降低了連接的可靠性。所以，在減小Cb，增大Cm的同時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)增加F0，使F1不至于減小太多或保持不變，如圖4-26(c)所示。第114頁(yè)/共162頁(yè)圖4-26 降低螺栓應(yīng)力幅的措施第115頁(yè)/共162頁(yè) 為了減小螺栓剛度，可減小螺栓光桿部分的直徑或采用空心螺桿，如圖4-27所示。 圖4-27 柔性螺栓 第116頁(yè)/共162頁(yè) 可酌情增加螺栓的長(zhǎng)度。圖4-28所示的是液壓油缸缸體和缸蓋的螺栓連接，采用長(zhǎng)螺栓比采用短螺栓的疲勞強(qiáng)度高。圖4-28 油缸缸體和缸蓋的兩種螺栓連接方式 第1

49、17頁(yè)/共162頁(yè) 被連接件本身的剛度往往是較大的，但被連接件的結(jié)合面因需要密封而采用軟墊片時(shí)，會(huì)使其剛度降低，如圖4-29(a)所示，這將降低螺栓連接的疲勞強(qiáng)度。 這時(shí)應(yīng)改用剛度較大的金屬薄墊片或密封環(huán)，如圖4-29(b)所示，即可保持被連接件原來(lái)的剛度值。 第118頁(yè)/共162頁(yè)3避免附加彎曲應(yīng)力 螺紋牙根部對(duì)彎曲十分敏感，故附加彎曲應(yīng)力是螺栓斷裂的重要因素。圖4-30所示的是幾種常見的產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。圖4-30 螺栓的附加彎曲應(yīng)力 第119頁(yè)/共162頁(yè) 根本方法根本方法是使螺紋孔軸線與被連接件各支承面垂直 第120頁(yè)/共162頁(yè)4減小應(yīng)力集中的影響 減小應(yīng)力集中的程度，可適當(dāng)加

50、大螺紋牙根的過(guò)渡圓角，它可使螺栓的疲勞強(qiáng)度提高2040。 第121頁(yè)/共162頁(yè) 在螺栓頭部與螺栓桿交接處采用較大的過(guò)渡圓角，如圖4-31(a)所示 切制卸載槽，如圖4-31(b)所示 圖4-31 減小應(yīng)力集中的方法 第122頁(yè)/共162頁(yè)5采用合理的制造工藝?yán)涠疹^部、滾壓螺紋有利于提高螺栓疲勞強(qiáng)度冷墩頭部、滾壓螺紋有利于提高螺栓疲勞強(qiáng)度 熱處理后再進(jìn)行滾壓螺紋，則效果更佳，螺栓的疲勞強(qiáng)度可提高近一倍。此制造工藝具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的功效。 噴丸、氰化、氮化等熱處理工藝能使螺栓表面冷作硬化，表層有殘余壓應(yīng)力，從而可明顯提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。第123頁(yè)/共162頁(yè)【工程實(shí)例4-3】支架與地基連接

51、的螺栓組設(shè)計(jì) 圖4-32所示的是一鑄鐵支架固定在水泥地基上，受靜載荷= 5000 N，水泥地基的許用擠壓應(yīng)力p = 1.2 MPa，支架與地基之間的摩擦系數(shù)fs = 0.3。設(shè)螺栓材料為35號(hào)鋼，許用應(yīng)力 = 100 MPa，因?qū)賱傂赃B接可取，可靠性系數(shù)取，其尺寸如圖4-32所示，試設(shè)計(jì)此螺栓組。bbm/()0.2CCCs1.2K 第124頁(yè)/共162頁(yè)第125頁(yè)/共162頁(yè)解：1受力分析（1）外載荷 可以分解為水平方向和垂直方向的兩個(gè)分力 、 ，將 移至結(jié)合面，則螺栓組受到一個(gè)橫向力 及傾覆力矩M，即 FHFVFHFHFHcos3050000.8664330 N FFVsin3050000.

52、52500 N FFH0.350.3543301515 N mMF（2）在Fv作用下，螺栓受拉，由于螺栓組均布，每個(gè)螺栓收到的拉力相等，即 F1 = Fv /4 = 2500/4 = 625 N。 第126頁(yè)/共162頁(yè)（3）在M作用下，使結(jié)合面有繞軸 順時(shí)針翻轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，左邊螺栓受拉，右邊螺栓則被放松，故左邊螺栓受到的拉力較大為 OOmaxmax22211515 0.251515 N2(0.250.25 )ziiMlFl（4）故左邊的螺栓所受的最大工作拉力為 1max62515152140 NFFF第127頁(yè)/共162頁(yè)（5）求每個(gè)螺栓需要的預(yù)緊力 ， 欲使底板向右滑動(dòng)，受到結(jié)合面摩擦阻力的阻

53、擋。預(yù)緊力 使結(jié)合面之間產(chǎn)生摩擦力，而 的作用是使預(yù)緊力減小。M對(duì)摩擦力無(wú)影響，因?yàn)樵趦A覆力矩M作用下，底板右邊壓力雖增大，但其左邊的壓力卻以同樣程度減小。參考式(4-22)殘余預(yù)緊力的計(jì)算公式，則保證底板不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的條件為 HF0F0FVFms0VsHbm()Cf zFFK FCCsm0Vsbm11 1.3 433010.225005191 N40.3HK FCFFzfCC（）第128頁(yè)/共162頁(yè)（6）計(jì)算螺栓組中受最大載荷的螺栓的工作拉力為 b20bm51910.221405619 NCFFFCC2確定螺栓的直徑 根據(jù)已知條件：螺栓材料為35號(hào)鋼，許用應(yīng)力 = 100 MPa，由強(qiáng)度

54、條件可得 214 1.34 1.3 56199.646 mm 100Fd 根據(jù)附表4-12，查得粗牙普通螺栓的公稱直徑為M12，小徑d1 = 10.106 mm 9.646 mm。 第129頁(yè)/共162頁(yè)3校驗(yàn)螺栓安全工作時(shí)的必要條件 （1）底板接觸面不壓潰的條件 由于底板右邊所受的壓力大，因此根據(jù)已知條件許用壓應(yīng)力 ，根據(jù)式(4-41)，則 p1.2 MPampmax0Vpbm1CMzFFACCW62pmax2115154 5191(10.2)25000.33 10 (N/m )0.33 MPa0.58 0.180.580.186由于 ，因此底板右邊的水泥不會(huì)被壓潰。 pmaxp0.33MP

55、a第130頁(yè)/共162頁(yè)（2）底板接觸面不出現(xiàn)縫隙的條件 根據(jù)式(4-42)，底板左邊會(huì)被放松，即 66mpmin0Vbm1(0.18 100.15 10 )0.03MPa0CMzFFACCW上述驗(yàn)算表明，左邊接縫處不會(huì)出現(xiàn)縫隙。 第131頁(yè)/共162頁(yè)4.7螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng) 螺旋傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用 螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)是用螺桿和螺母?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)構(gòu)。 將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，用較小的轉(zhuǎn)矩獲得很大的推力； 在螺旋升角大于摩擦角時(shí)，也可將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 3312第132頁(yè)/共162頁(yè)在螺旋升角大于摩擦角時(shí)，也可將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)螺旋傳動(dòng)用做減速機(jī)構(gòu)時(shí)，可獲得很大的減速比，有

56、較高的傳動(dòng)精度，且傳動(dòng)平穩(wěn)； 用做測(cè)量元件時(shí)，可獲得很高的測(cè)量精度，最小讀數(shù)可達(dá)0.001 mm； 當(dāng)用螺旋升角小于摩擦角的自鎖螺旋作為升降機(jī)構(gòu)時(shí)，可防止因自重而自行降落。 36353433第133頁(yè)/共162頁(yè)按用途螺旋傳動(dòng)可分為以下三類 （1）傳力螺旋： 以傳遞動(dòng)力為主，一般要求用較小的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿（或螺母）而使螺母（或螺桿）產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)和較大的軸向推力。圖4-33 傳力螺旋傳動(dòng) 第134頁(yè)/共162頁(yè)（2）傳導(dǎo)螺旋： 以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，要求能在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作，工作速度較高，因此，要求較高的傳動(dòng)精度。如精密車床的走刀螺桿。 圖4-34 機(jī)床進(jìn)給螺旋機(jī)構(gòu) 第135頁(yè)/共162頁(yè)（3）調(diào)整

57、螺旋： 用于調(diào)整并固定零部件之間的相對(duì)位置，它不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)，一般在空載下調(diào)整，要求有可靠的自鎖性能和精度，用于測(cè)量?jī)x器及各種機(jī)械的調(diào)整裝置。如千分尺中的螺旋。 圖4-35 鏜刀微調(diào)機(jī)構(gòu) 第136頁(yè)/共162頁(yè)圖4-36 虎鉗鉗口調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 第137頁(yè)/共162頁(yè) 按螺旋副的摩擦性質(zhì)不同，螺旋傳動(dòng)可分為以下三類 （1）滑動(dòng)螺旋： 螺旋副作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦的螺旋?；瑒?dòng)螺旋結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，螺母和螺桿的嚙合是連續(xù)的，工作平穩(wěn)，易于自鎖，這對(duì)起重設(shè)備，調(diào)節(jié)裝置等很有意義。但螺紋之間摩擦大、磨損大、效率低（一般在0.250.70之間，自鎖時(shí)效率小于50%）；滑動(dòng)螺旋不適宜用于高速和大功率傳動(dòng)。 第138頁(yè)

58、/共162頁(yè)（2）滾動(dòng)螺旋： 螺旋副作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦的螺旋。滾動(dòng)螺旋的摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高（90%以上），磨損小，精度易保持，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不能自鎖。滾動(dòng)螺旋主要用于對(duì)傳動(dòng)精度要求較高的場(chǎng)合。第139頁(yè)/共162頁(yè)圖4-37 滾動(dòng)螺旋 第140頁(yè)/共162頁(yè)（3）靜壓螺旋： 將靜壓原理應(yīng)用于螺旋傳動(dòng)中。靜壓螺旋摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高（可達(dá)90%以上），但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要供油系統(tǒng)。適用于要求高精度、高圖4-38 靜壓螺旋 第141頁(yè)/共162頁(yè)滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料 1滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu) 滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)主要指螺桿、螺滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)主要指螺桿、螺母的固定和支承的結(jié)構(gòu)形式。母的固定和支承的結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動(dòng)的工作剛度和精度等與支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。 第142頁(yè)/共162頁(yè) 當(dāng)螺桿短粗且垂直布置時(shí)，可以利用螺母