連接.5螺紋連接和螺旋傳動分析

1、第二篇第二篇 連接連接第五章第五章 螺紋螺紋連接連接(DF)和和螺旋傳動螺旋傳動第六章第六章 鍵、鍵、花鍵花鍵(F)、無鍵和銷連接無鍵和銷連接第七章第七章 鉚接、焊接、膠接和過盈連接鉚接、焊接、膠接和過盈連接重點是螺紋重點是螺紋連接連接和鍵和鍵、花鍵連接設計與計算花鍵連接設計與計算難點是難點是螺紋螺紋連接計算連接計算（F：重點，重點，F(xiàn)ocus, Force，F(xiàn)enshu）（D：難點，難點，Difficult，對付可得）對付可得）（DF：難點難點+重點，重點， Focus on Difficult，得得分分）第二篇第二篇 連接連接連連接接機械動機械動連接連接運動副運動副機械靜機械靜連接連接可拆

2、卸連接可拆卸連接不可拆卸連接不可拆卸連接螺紋連接螺紋連接鍵、花鍵、銷連接鍵、花鍵、銷連接無鍵連接無鍵連接鉚接鉚接焊接焊接膠接膠接過盈連接過盈連接% 連接的基本類型連接的基本類型考慮考慮制造以制造以及及其其經(jīng)濟性經(jīng)濟性考慮結(jié)構(gòu)安考慮結(jié)構(gòu)安裝運輸維護裝運輸維護螺旋傳動螺旋傳動（螺旋副）（螺旋副）第五章 螺紋連接和螺旋傳動和螺旋傳動5-1 螺紋螺紋5-2 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接的類型和標準聯(lián)接的類型和標準聯(lián)接件件（F）5-3 螺紋螺紋的預的預緊緊（F）5-4 螺紋螺紋的防的防松松（F）5-5 螺栓螺栓組聯(lián)接的組聯(lián)接的設計設計（DF）5-6 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接的強度的強度計算計算（DF）5-7 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)

3、接的材料及的材料及許用應力許用應力（F）5-8 提高提高螺紋聯(lián)接強度的螺紋聯(lián)接強度的措施措施（DF）5-9 螺旋傳動螺旋傳動（簡介）（簡介）第五章 螺紋連接和螺旋傳動和螺旋傳動1.1.了解連接了解連接的基本的基本分類分類，掌握掌握螺紋連接的主要類型；螺紋連接的主要類型；2.2.了解螺栓擰緊時連接中各零了解螺栓擰緊時連接中各零件的受力及螺栓的防松原件的受力及螺栓的防松原 理、裝置和方法；理、裝置和方法；4 4. .理解提高理解提高螺栓連接強度的措螺栓連接強度的措施；施；5.5.掌握螺栓組連接的受力分析掌握螺栓組連接的受力分析及單個螺栓連接的強度計算及單個螺栓連接的強度計算；基本要求基本要求:Pd

4、2一一. . 螺紋的形成螺紋的形成用于連接用于傳動單單線線螺螺紋紋5 1 螺 紋Sd2多多線線螺螺紋紋升角升角，導程，導程S S，螺距，螺距P P，頭數(shù)，頭數(shù)n n；S=nPS=nP二二. . 螺紋的分類：螺紋的分類：1）按牙形分：）按牙形分：2）按螺旋的線數(shù)分：）按螺旋的線數(shù)分：單線、單線、多多 線（一線（一般不超過般不超過4線），線），線線 數(shù)越多，導程越大。數(shù)越多，導程越大。單線單線用于用于連接，多線用于傳動。連接，多線用于傳動。3 3）按旋向分：）按旋向分：右旋、左旋。一般用右旋。右旋、左旋。一般用右旋。4 4）內(nèi)、外螺紋之分：）內(nèi)、外螺紋之分：二者旋合組成螺旋副（螺紋副）二者旋合組成

5、螺旋副（螺紋副）5）按母體的形狀分：）按母體的形狀分：圓柱螺紋、圓錐螺紋圓柱螺紋、圓錐螺紋6 6）按采取標準制度的不同：）按采取標準制度的不同：公制、英制公制、英制三角形：三角形：鋸齒形：鋸齒形：矩矩 形：形：剃剃 形：形：5 1 螺 紋三、機械三、機械制造常用螺紋：制造常用螺紋：常用螺紋常用螺紋（ 按牙形分）按牙形分）三角螺紋三角螺紋矩形螺紋矩形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋普通螺紋普通螺紋管螺紋管螺紋粗牙螺紋粗牙螺紋細牙螺紋細牙螺紋普通細牙普通細牙非螺紋密封非螺紋密封螺紋密封螺紋密封圓錐管螺紋圓錐管螺紋用于傳動用于傳動用于用于連接連接5 1 螺 紋注：注：除了矩形螺紋外，其它螺紋

6、都已除了矩形螺紋外，其它螺紋都已標準化標準化了，設計時應按國家標了，設計時應按國家標準設計。準設計。 四、常用四、常用螺紋的特點及應用螺紋的特點及應用1. 普通螺紋：普通螺紋：是是牙型角牙型角 =60=60的三角形米制的三角形米制螺紋。螺紋。同一公稱直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，其余的均徑可以有多種螺距。其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的均稱為細稱為細牙螺紋。細牙螺紋因牙螺紋。細牙螺紋因螺距螺距小，升角小，因此小，升角小，因此自鎖性自鎖性好、好、強度高，但不耐磨強度高，但不耐磨、易、易滑扣。細牙螺紋用于滑扣。細牙螺紋用于薄壁薄壁零件以及受振零件以及受振動載荷動載荷的

7、連接的連接、微調(diào)機構(gòu)中。、微調(diào)機構(gòu)中。2. 管螺紋管螺紋：公稱直徑公稱直徑為管子為管子的公稱直經(jīng)。的公稱直經(jīng)。 3. 用于傳動的螺紋：用于傳動的螺紋：5 1 螺 紋五、螺紋五、螺紋的基本參數(shù)：的基本參數(shù)：1 1）大徑）大徑d d：（公稱直徑公稱直徑）2 2）小徑）小徑d d1 1：（強度計算用）（強度計算用）3 3）中徑中徑d d2 2：（分析效率時用）（分析效率時用）h4 4）螺距）螺距P P：相鄰相鄰兩在中徑線上對應點間的軸向距離。兩在中徑線上對應點間的軸向距離。5 5）導程）導程S S：同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上牙對應點間的軸向同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上牙對應點間的軸向 距離。距

8、離。S=nPS=nP5 1 螺 紋h6 6）牙形角）牙形角 ：螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。7 7）牙形斜角）牙形斜角 ：牙型側(cè)邊牙型側(cè)邊與垂直與垂直螺紋軸線的平面間的夾角。對于螺紋軸線的平面間的夾角。對于對稱牙對稱牙型型 = = /2/2。8 8）螺紋升角）螺紋升角：中徑圓柱上，螺中徑圓柱上，螺旋線切線與垂直螺紋軸線的平面旋線切線與垂直螺紋軸線的平面間的夾角。間的夾角。 tg=nP/tg=nP/ d d2 29 9）接觸高度）接觸高度h h：內(nèi)外螺紋旋合后內(nèi)外螺紋旋合后接觸面的徑向高度。接觸面的徑向高度。5 1 螺 紋五、螺紋的基本參數(shù)：五、螺紋

9、的基本參數(shù)： 5-2 5-2 螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型 及螺紋標準件及螺紋標準件一一. .螺紋連接的基本類型：螺紋連接的基本類型：螺栓連接螺栓連接螺釘連接螺釘連接雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接緊定螺釘連接緊定螺釘連接 5-2 5-2 螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型 及螺紋標準件及螺紋標準件1.1.螺栓連接螺栓連接1）被連接件的孔不用加工螺紋，裝拆方便，用于經(jīng)常）被連接件的孔不用加工螺紋，裝拆方便，用于經(jīng)常 拆裝的場合。拆裝的場合。2）只適用于被連接件都較薄的情況。）只適用于被連接件都較薄的情況。（1）普通螺栓連接（2）鉸制孔螺栓連接2. 雙頭螺柱連接：雙頭螺柱連接：特點及應用：特點

10、及應用： 被連接件之一需加工螺紋孔。被連接件之一需加工螺紋孔。用于被連接件之一比較厚，用于被連接件之一比較厚，需經(jīng)需經(jīng)常拆裝常拆裝的情況。的情況。3. 螺釘連接：螺釘連接：特點及應用：特點及應用： 被連接件之一需加工螺紋孔，被連接件之一需加工螺紋孔，省去了螺母，結(jié)構(gòu)簡單。用于被省去了螺母，結(jié)構(gòu)簡單。用于被連接件之一比較厚，連接件之一比較厚，不宜經(jīng)常拆不宜經(jīng)常拆裝裝的場合。的場合。 5-2 5-2 螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型 及螺紋標準件及螺紋標準件4. 緊定螺釘連接：緊定螺釘連接： 用于固定兩零件用于固定兩零件的相對位置，并傳遞的相對位置，并傳遞不大的力或力矩。不大的力或力矩。 5-

11、2 5-2 螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型 及螺紋標準件及螺紋標準件地腳螺栓地腳螺栓吊環(huán)螺栓吊環(huán)螺栓T T形槽螺栓形槽螺栓5. 其它其它常用的螺紋連接常用的螺紋連接 5-2 5-2 螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型 及螺紋標準件及螺紋標準件二二. .標準螺紋連接件標準螺紋連接件1.1.螺栓螺栓 螺栓的形狀較多，螺栓的形狀較多，用途也很廣泛。如右用途也很廣泛。如右圖所示為各種不同形圖所示為各種不同形式的螺栓。螺栓連接式的螺栓。螺栓連接也可以用于螺釘連接也可以用于螺釘連接中。中。2.2.雙頭螺柱雙頭螺柱 5-2 5-2 螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型 及螺紋標準件及螺紋標準件3.3

12、.螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘 螺釘?shù)念^部和端部有多種形式，以適應不同場合的需要。螺釘?shù)念^部和端部有多種形式，以適應不同場合的需要。 5-2 5-2 螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型 及螺紋標準件及螺紋標準件4.4.螺母螺母 5-2 5-2 螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型 及螺紋標準件及螺紋標準件 普通用的螺紋緊固件，按制造精度分粗制、精制兩類。普通用的螺紋緊固件，按制造精度分粗制、精制兩類。前者多用于建筑、木結(jié)構(gòu)及其它次要場合，精制的廣泛用于前者多用于建筑、木結(jié)構(gòu)及其它次要場合，精制的廣泛用于機器設備中。機器設備中。 螺紋連接件分三個精度等級：螺紋連接件分三個精度等級：A A、B

13、B、C C（高（高底），底），C C級級最常用。精度等級要配套使用。最常用。精度等級要配套使用。5.5.墊圈墊圈 5-2 5-2 螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型 及螺紋標準件及螺紋標準件5-3 5-3 螺紋連接的預緊螺紋連接的預緊 在裝配時，螺紋連接都必須預緊。對于重要的螺紋在裝配時，螺紋連接都必須預緊。對于重要的螺紋連接，還應控制其預緊力的大小。連接，還應控制其預緊力的大小。1.預緊力：預緊力：2.預緊的目的：預緊的目的：1）增加連接的可靠性；）增加連接的可靠性；2）增加連接的剛性；）增加連接的剛性；3）防松；）防松；4）受橫向載荷作用時，增大摩擦力，防止相對滑動；）受橫向載荷作用時，

14、增大摩擦力，防止相對滑動；5）增大疲勞強度。）增大疲勞強度。使連接在承受工作載荷之前預先受到力的作用，使連接在承受工作載荷之前預先受到力的作用， 這個力稱為這個力稱為預緊力預緊力。 預緊力不能太大，太大易過載拉斷，因此，預緊力要預緊力不能太大，太大易過載拉斷，因此，預緊力要保證且又不使其過載。保證且又不使其過載。3 3. .擰緊力矩擰緊力矩T=FL=T1+T2001）螺旋副間的摩擦力矩）螺旋副間的摩擦力矩T1：設設F0為螺栓所受的預緊力為螺栓所受的預緊力,則則:)(0vtgFF)(222021vtgdFdFT0FFRVVsin()FR=+0Vcos()FR=+擰緊螺紋相當于推動重物沿螺旋面上升

15、。取中徑為計算名義尺寸。擰緊螺紋相當于推動重物沿螺旋面上升。取中徑為計算名義尺寸。V-當量摩擦角3 3. .擰緊力矩擰緊力矩T=FL=T1+T2002）螺母與支撐面間的摩擦力矩：）螺母與支撐面間的摩擦力矩：fcrFfT02式中式中: : fc為螺母與被連接件支撐面間的摩擦系數(shù)。為螺母與被連接件支撐面間的摩擦系數(shù)。 無潤滑時無潤滑時fc=0.1520203030031dDdDFfc20203030020312dDdDFftgdFTcv擰緊力矩擰緊力矩: :()()00/20222/2002/ 4Dcdf FTrrdr Dd=-假設：接合面受國均布，并略去螺母周邊非圓部分的影響。假設：接合面受國均

16、布，并略去螺母周邊非圓部分的影響。20203030020312dDdDFftgdFTcv擰緊力矩擰緊力矩: :T 0.2F0 d Nmm 為使連接有足夠的預緊力又不使螺栓為使連接有足夠的預緊力又不使螺栓擰斷，預緊力可按屈服極限?。簲Q斷，預緊力可按屈服極限?。?碳素鋼：碳素鋼：F0 （0.6 0.7） SA1 合金鋼：合金鋼：F0 （0.5 0.6） SA1 對對M12M12以下的螺栓，應注意控制以下的螺栓，應注意控制預緊預緊力，以防過力，以防過載拉斷載拉斷。合金鋼安全系數(shù)更小？其強度較高。合金鋼安全系數(shù)更?。科鋸姸容^高00對于對于M10 M68的普通螺紋，的普通螺紋， ，fc=0.15， ，f

17、 為螺旋副的間的為螺旋副的間的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù),無潤滑時無潤滑時 f=0.10.2，則：則：dDdddd5 . 1,1 . 1,9 . 0002farctgv155. 1,23241測力矩扳手定力矩扳手4.控制預緊力的方法：控制預緊力的方法：1）控制擰緊力矩；）控制擰緊力矩；b.定力矩板手；定力矩板手；2）測量螺栓的伸長量；）測量螺栓的伸長量；a.測力矩板手；測力矩板手；等價于擰緊圈數(shù)等價于擰緊圈數(shù) 1）在沖擊、振動、變載荷作用下，螺旋副間的摩擦阻力極不穩(wěn)定，）在沖擊、振動、變載荷作用下，螺旋副間的摩擦阻力極不穩(wěn)定，在某一瞬間會急劇減少以致消失，失去自鎖能力，連接就可能松脫；在某一瞬間會急劇減

18、少以致消失，失去自鎖能力，連接就可能松脫； 2）螺栓在高溫、溫度變化較大的情況下工作，材料發(fā)生蠕變和應力）螺栓在高溫、溫度變化較大的情況下工作，材料發(fā)生蠕變和應力松弛，也會使預緊力和摩擦力逐漸減少，最終導致連接失效。松弛，也會使預緊力和摩擦力逐漸減少，最終導致連接失效。1.1.防松的根本原理：防松的根本原理：防止螺旋副的相對轉(zhuǎn)動防止螺旋副的相對轉(zhuǎn)動。3.3.防松的方法：防松的方法： 摩擦防松：摩擦防松：摩擦防松簡單方便，不如以下兩種方法可靠。摩擦防松簡單方便，不如以下兩種方法可靠。 機械防松：機械防松：機械防松可靠，可和摩擦防松聯(lián)合使用。機械防松可靠，可和摩擦防松聯(lián)合使用。用于不再拆卸連接。這

19、種方法是將螺旋副變成非運動副，用于不再拆卸連接。這種方法是將螺旋副變成非運動副，從而排除了相對運動的可能性。從而排除了相對運動的可能性。 永久防松：永久防松：2.2.防松的原因：防松的原因：5-4 5-4 螺紋連接的防松螺紋連接的防松1 1）摩擦防松：）摩擦防松： 彈簧墊圈防松彈簧墊圈防松5-4 5-4 螺紋連接的防松螺紋連接的防松對頂螺母防松對頂螺母防松0F0F00FF0F0F5-4 5-4 螺紋連接的防松螺紋連接的防松開口銷防松開口銷防松螺栓裝配圖開槽螺母開口銷2 2）機械防松：）機械防松：5-4 5-4 螺紋連接的防松螺紋連接的防松止動墊片防松止動墊片防松5-4 5-4 螺紋連接的防松螺

20、紋連接的防松2 2）機械防松：）機械防松：串聯(lián)鋼絲防松串聯(lián)鋼絲防松正確錯誤2 2）機械防松：）機械防松：5-4 5-4 螺紋連接的防松螺紋連接的防松3 3）永久防松：）永久防松：5-4 5-4 螺紋連接的防松螺紋連接的防松 5-5 螺栓組連接的設計一一. .螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設計螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設計1.1.被連接件結(jié)合面形狀應簡單對稱：被連接件結(jié)合面形狀應簡單對稱： 便于加工，便于螺栓對稱布置，使便于加工，便于螺栓對稱布置，使螺栓組的對稱中心與結(jié)合面形心重合螺栓組的對稱中心與結(jié)合面形心重合2.2.螺栓的布置應使螺栓受力合理：螺栓的布置應使螺栓受力合理： 受橫向力的螺栓組受力方向不受橫向力的螺栓組

21、受力方向不超過超過8 8個；受力矩作用時應適當遠個；受力矩作用時應適當遠離對稱軸；離對稱軸；3.3.布置螺栓應留有合理的間距、邊距，布置螺栓應留有合理的間距、邊距，方便裝配方便裝配 扳手空間尺寸，查標準扳手空間尺寸，查標準 壓力容器螺栓間距，壓力容器螺栓間距，P73P73表表5-45-4均勻受力，非對稱受力易損壞均勻受力，非對稱受力易損壞4. 4. 分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應取偶數(shù)取偶數(shù)5.5.避免螺栓偏心承載，而避免螺栓偏心承載，而產(chǎn)生附加彎曲載荷產(chǎn)生附加彎曲載荷6.6.同一螺栓組緊固件形狀、尺寸、材同一螺栓組緊固件形狀、尺寸、材料應盡量一致料應盡量一致 5-5

22、 螺栓組連接的設計一一. .螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設計螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設計 螺栓組連接設計計算的一般步驟：螺栓組連接設計計算的一般步驟： 螺栓組受力分析螺栓組受力分析 找出受力最大的螺栓找出受力最大的螺栓, ,及其力的大??；及其力的大小； 單個螺栓受力和失效分析單個螺栓受力和失效分析 單個螺栓強度計算；單個螺栓強度計算； 確定螺栓的尺寸（直徑、長度）。確定螺栓的尺寸（直徑、長度）。 5-5 螺栓組連接的設計一一. .螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設計螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設計 螺栓組螺栓組連接校核計算連接校核計算的一般步驟：的一般步驟： 螺栓組受力分析螺栓組受力分析 找出受力最大的螺栓找出受力最大的螺栓, ,及其力的大

23、小；及其力的大小； 確定螺栓的尺寸（直徑、長度）。確定螺栓的尺寸（直徑、長度）。 單個單個螺栓受力和失效分析螺栓受力和失效分析 單個螺栓強度計算；單個螺栓強度計算； 檢驗強度，若不足應加大軸徑。檢驗強度，若不足應加大軸徑。二二. .螺栓組連接的受力分析：螺栓組連接的受力分析：前者靠摩擦力工作，后者靠剪切力工作。兩種前者靠摩擦力工作，后者靠剪切力工作。兩種情況的工作原理不同情況的工作原理不同！% 普通螺栓連接% 鉸制孔用螺栓連接1. 承受承受橫向橫向(相對于螺栓軸向相對于螺栓軸向)載荷載荷作用的螺栓組連接作用的螺栓組連接 5-5 螺栓組連接的設計為了簡化計算，假設：為了簡化計算，假設： 1）所有

24、螺栓的）所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同材料、直徑、長度和預緊力均相同； 2）螺栓組的）螺栓組的幾何中心幾何中心與連接與連接結(jié)合面的形心重合結(jié)合面的形心重合； 3）受載后連接）受載后連接結(jié)合面仍保持為平面結(jié)合面仍保持為平面。00ssK FfF ziK FFfzi吵或單個螺栓受力單個螺栓受力0F3 . 11 . 1_6579_可靠性系數(shù)，取接合面數(shù)目；表接合面間的摩擦系數(shù)，sKiPf螺栓組受力螺栓組受力F dFddFca012103 . 144/3 . 1或1）普通螺栓組連接受力平衡條件受力平衡條件 5-5 螺栓組連接的設計許用應力最大降許用應力最大降30%，工作應力比拉應力加大，工作應

25、力比拉應力加大30%單個螺栓受力單個螺栓受力zFF螺栓組受力螺栓組受力F剪切強度計算：剪切強度計算： 4/20dF孔壁螺栓ppp,min擠壓強度：擠壓強度：ppLdFmin02）鉸制孔用螺栓連接 5-5 螺栓組連接的設計半圓柱面受擠壓力，全斷面受剪切力，均勻受力半圓柱面受擠壓力，全斷面受剪切力，均勻受力2. 2. 受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接01020zsF frF frF frK T+ 鬃 鬃 +)(210zsrrrfTKF 1 1）普通螺栓連接）普通螺栓連接ir0fF0fF dFddFca012103 . 144/3 . 1或ziisrfTK1不滑動條件不滑動條件 5-5 螺栓組連

26、接的設計各螺栓的作用力，簡化到其軸心處，視為近似點載荷作用各螺栓的作用力，簡化到其軸心處，視為近似點載荷作用iriFmaxFmaxr2）鉸制孔用螺栓連接）鉸制孔用螺栓連接zzrFrFrFT 2211力矩平衡：22221maxmaxzrrrTrF 受力最大螺栓：)(22221maxmaxzrrrrFT 即：變形量越大，則工作剪力越大變形量越大，則工作剪力越大 max22max11/zziiiiTrTrrr=邋剪切強度計算：剪切強度計算： 4/20maxdF擠壓強度：擠壓強度：ppLdFmin0maxF03.3.受軸向載荷的螺栓組連接受軸向載荷的螺栓組連接單個螺栓的受力：預緊力單個螺栓的受力：預緊

27、力F F0 0 工作力工作力F F : :zFFFCCCFFFFmbb002 dFddFca212123 . 144/3 . 1或001mbmCCCFFF對于有緊密性要求的連接，對于有緊密性要求的連接，F(xiàn)F8 .15 .11 5-5 螺栓組連接的設計4.4.受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接假定假定: : 1) 1)底板為剛體；底板為剛體； 2)2)傾覆力矩作用在螺栓組連接傾覆力矩作用在螺栓組連接的形心；的形心； 3)3)受載后繞受載后繞O-OO-O轉(zhuǎn)動仍保持平轉(zhuǎn)動仍保持平面。面。在在M的作用下：的作用下： 左側(cè)：左側(cè)：螺栓拉力增大；螺栓拉力增大； 右側(cè)：右側(cè)：螺栓拉力減小而地面壓螺

28、栓拉力減小而地面壓 力增大力增大失效分析：失效分析： 1.1.螺栓拉斷；螺栓拉斷； 2.2.底板左側(cè)出現(xiàn)間隙；底板左側(cè)出現(xiàn)間隙； 3.3.底板右側(cè)壓潰。底板右側(cè)壓潰。 5-5 螺栓組連接的設計% 螺栓所受的工作拉力與距離成正比螺栓所受的工作拉力與距離成正比iLmaxL% 螺栓所受的工作拉力螺栓所受的工作拉力maxFiF 5-5 螺栓組連接的設計zzLFLFLFM 2211力矩平衡： ziizLLMLLLLMF12max22221maxmax力：受力最大螺栓的工作拉iLmaxL% 螺栓所受的工作拉力螺栓所受的工作拉力max02FCCCFFmbb：受力最大螺栓的總拉力maxFiF 5-5 螺栓組連

29、接的設計2FmF2受翻轉(zhuǎn)力矩前，接合面擠壓應力分布圖受翻轉(zhuǎn)力矩前，接合面擠壓應力分布圖F0%底板受力分析底板受力分析在翻轉(zhuǎn)力矩作用下，接合面擠壓應力分布圖在翻轉(zhuǎn)力矩作用下，接合面擠壓應力分布圖 5-5 螺栓組連接的設計1B1C2F1FF2C2BmF1mF2mF2FmF2驗算接合面的強度計算驗算接合面的強度計算0maxminppp左側(cè)不出現(xiàn)間隙：左側(cè)不出現(xiàn)間隙：ppppmaxmax右側(cè)不壓潰：右側(cè)不壓潰：-許用擠壓應力許用擠壓應力AzFp0mbmpCCCWMmaxWM00minWMAzFpppWMAzF0maxmF%小結(jié)：小結(jié)：1.1.在實際工作中，螺栓所受的工作載荷往往是以上在實際工作中，螺栓

30、所受的工作載荷往往是以上四中四中 簡單形式的不同組合，但不論受力多復雜，都可以簡單形式的不同組合，但不論受力多復雜，都可以將復雜將復雜狀態(tài)簡化成以上四種簡單的受力狀況，先分別狀態(tài)簡化成以上四種簡單的受力狀況，先分別求螺栓求螺栓的工的工作載荷，然后向量迭加，就可求出螺栓所作載荷，然后向量迭加，就可求出螺栓所受的受的總工作載荷；總工作載荷；橫向荷載橫向荷載+ +軸向載荷軸向載荷+ +翻轉(zhuǎn)力矩翻轉(zhuǎn)力矩橫向載荷橫向載荷+ +旋轉(zhuǎn)力矩旋轉(zhuǎn)力矩FT=Fe 5-5 螺栓組連接的設計%小結(jié)：小結(jié)：2.2.雖然前面講了螺栓的四種不同外載（橫向、轉(zhuǎn)矩、雖然前面講了螺栓的四種不同外載（橫向、轉(zhuǎn)矩、軸向、傾覆力矩），

31、但對單個螺栓而言，受力只有軸向、傾覆力矩），但對單個螺栓而言，受力只有兩種：拉力、剪力；兩種：拉力、剪力；3.3.為了保證為了保證螺螺栓連接的可靠性，還要考慮綜合條件：栓連接的可靠性，還要考慮綜合條件：不出現(xiàn)間隙、不壓潰等。不出現(xiàn)間隙、不壓潰等。 5-5 螺栓組連接的設計橫向荷載橫向荷載+ +軸向載荷軸向載荷+ +翻轉(zhuǎn)力矩翻轉(zhuǎn)力矩橫向載荷橫向載荷+ +旋轉(zhuǎn)力矩旋轉(zhuǎn)力矩FT=Fe1.1.在軸向載荷作用下，螺栓桿或螺紋部分發(fā)生塑性變形或拉斷；在軸向載荷作用下，螺栓桿或螺紋部分發(fā)生塑性變形或拉斷； 5-6 5-6 螺栓連接的強度計算螺栓連接的強度計算一一. . 螺栓連接的失效形式：螺栓連接的失效形式

32、：v普通螺栓連接：普通螺栓連接： 松螺栓連接松螺栓連接 緊螺栓連接緊螺栓連接v鉸制孔用螺栓連接鉸制孔用螺栓連接受橫向工作載荷受橫向工作載荷F的的緊螺栓連接緊螺栓連接受軸向工作拉力受軸向工作拉力F F的緊螺栓連接的緊螺栓連接螺紋連接的失效往往是由于螺栓的失效而引起。螺紋連接的失效往往是由于螺栓的失效而引起。對單個螺栓來說受力的形式不外乎是對單個螺栓來說受力的形式不外乎是軸向力軸向力或或橫向力橫向力。2.2.在橫向載荷作用下，鉸制孔螺栓連接的失效形式是：螺拴桿在橫向載荷作用下，鉸制孔螺栓連接的失效形式是：螺拴桿 和孔壁的貼合上可能的壓潰或螺栓桿被剪斷；和孔壁的貼合上可能的壓潰或螺栓桿被剪斷；3.3

33、.螺紋牙的磨損。螺紋牙的磨損。% 螺栓連接大多工作之前應螺栓連接大多工作之前應 預緊，稱為緊螺栓連接預緊，稱為緊螺栓連接二二. .設計準則：設計準則：對受拉螺栓：對受拉螺栓：保證螺栓的靜力或疲勞強度。保證螺栓的靜力或疲勞強度。三三. 螺栓連接的強度計算：螺栓連接的強度計算：對受剪螺栓：對受剪螺栓：保證螺栓的擠壓強度和螺栓的保證螺栓的擠壓強度和螺栓的 剪切強度剪切強度。1. 松螺栓連接的強度計算：松螺栓連接的強度計算：421dF)(1mmd)(mmd許用應力，MPa14 Fd 校核公式校核公式設計公式設計公式 5-6 5-6 螺栓連接的強度計算螺栓連接的強度計算2. 2. 緊螺栓連接緊螺栓連接的

34、強度計算的強度計算1 1）受橫向工作載荷受橫向工作載荷F的的緊螺栓連接緊螺栓連接 僅受預緊力的緊螺栓連接僅受預緊力的緊螺栓連接 螺栓上的作用力：螺栓上的作用力：F0、T14210dF拉應力4/216/2/16/210123120311dFtgddddtgFdTvv剪應力對于對于M10-M68的螺紋，的螺紋，d1、d2、 取平均值，并取取平均值，并取tg v=f =0.155 . 0得：得：4/3 . 13 . 15 . 033102222dFca 2210/4/3 . 1mmNdFca強度條件F0F0FFF0 F / f ，當，當f=0.15, F0=8F，螺栓的可能尺寸較大。，螺栓的可能尺寸

35、較大。 可用減載零件來承受橫向力，此時螺栓只起連接作用，不可用減載零件來承受橫向力，此時螺栓只起連接作用，不承載，強度計算按減載零件計算。承載，強度計算按減載零件計算。 5-6 5-6 螺栓連接的強度計算螺栓連接的強度計算2 2）受軸向工作拉力）受軸向工作拉力F F的緊螺栓連接的緊螺栓連接由于螺栓由于螺栓和被連接和被連接件都是彈件都是彈性體，滿性體，滿足虎克定足虎克定律。律。bmF0F0F0F0F2F2FFF1F1螺栓上的總拉力：螺栓上的總拉力：F2 F0+F=螺栓上的作用力：螺栓上的作用力：預緊后，受外載預緊后，受外載F F前：前：F0、T1 受外載受外載F F后：后：F0、T1、F預緊前：

36、預緊前：螺栓不受力螺栓不受力 5-6 5-6 螺栓連接的強度計算螺栓連接的強度計算 FFbmF0F0F0F0F2F2FFF1F1bbbtgFC0mmmtgFC0 bF0F0bmm螺栓被連接件 5-6 5-6 螺栓連接的強度計算螺栓連接的強度計算2FFF1FmCFFbCF mbCCFFFFCCCFmbb2001bbmFFFCFFCCFF=+=+=+殘余預緊力1000( )1bbmmbmFFFFCFFCCCFFCC=-驏=-+桫=-+ FFbmF0F0F0F0F2F2FFF1F1F-F3 . 14212dFca0.90.80.70.2 0.3橡膠墊片橡膠墊片銅皮或石棉墊片銅皮或石棉墊片皮革墊片皮革

37、墊片金屬墊片或無墊片金屬墊片或無墊片墊類別墊類別mbbCCC 為了保證連接的緊密性，防止連接受載后結(jié)合面間產(chǎn)生為了保證連接的緊密性，防止連接受載后結(jié)合面間產(chǎn)生縫隙，應使縫隙，應使F10。推薦：。推薦：（2）對于一般連接，工作載荷穩(wěn)定時，對于一般連接，工作載荷穩(wěn)定時，F(xiàn)F6 . 02 . 01FF0 . 16 . 01（3）工作載荷不穩(wěn)定時，工作載荷不穩(wěn)定時，（4）對于地腳螺栓連接，對于地腳螺栓連接，F(xiàn)F 1（1）對于有緊密性要求的連接，對于有緊密性要求的連接，F(xiàn)F8 . 15 . 113 . 1421Fd校核公式校核公式設計公式設計公式 5-6 5-6 螺栓連接的強度計算螺栓連接的強度計算失效

38、形式有：失效形式有： 1 1）螺栓桿剪斷螺栓桿剪斷， 2 2）螺栓桿和孔壁兩者中的弱者被）螺栓桿和孔壁兩者中的弱者被壓潰壓潰。a. a. 螺栓桿孔壁表面間的壓力分布均勻；螺栓桿孔壁表面間的壓力分布均勻；b. b. 因因F F0 0很小，忽略了很小，忽略了F F0 0與與T T1 1的影響。的影響。3. 承受工作剪力的緊螺栓連接承受工作剪力的緊螺栓連接%假設：假設：擠壓強度：擠壓強度：ppLdFmin0剪切強度計算：剪切強度計算： 4/20dF孔壁螺栓ppp,min許用切應力，MPa 5-6 5-6 螺栓連接的強度計算螺栓連接的強度計算F24.4.受軸向變載荷受軸向變載荷F F 的緊螺栓連接的緊

39、螺栓連接 除了進行除了進行靜強度靜強度計算外，計算外，還要還要精確校核疲勞強度精確校核疲勞強度F：0 FF2：F0 F2 ： min max212max3 . 14dF210min3 . 14dF21minmax3 . 122dFCCCmbbaSKKSatccaminmin122式中：式中： -1tc螺栓材料的對稱循環(huán)拉壓疲勞極限螺栓材料的對稱循環(huán)拉壓疲勞極限 5-6 5-6 螺栓連接的強度計算螺栓連接的強度計算 5-7 5-7 螺紋連接件的材料和許用應力螺紋連接件的材料和許用應力一、常用材料一、常用材料： 碳素鋼：碳素鋼： Q215、Q235、10、35、45等等 合金鋼：合金鋼： 15Cr

40、、40Cr、30CrMnSi等等特殊用途（防蝕、防磁、導電、耐高溫）：特殊用途（防蝕、防磁、導電、耐高溫）： 特種鋼（如不銹鋼）、銅合金、鋁合金等特種鋼（如不銹鋼）、銅合金、鋁合金等 表表5-8螺栓的性能等級：螺栓的性能等級： 3.6 12.9 鉸制孔用螺鉸制孔用螺栓受橫向載荷栓受橫向載荷 控制預緊力時控制預緊力時S=1.21.5； 不能嚴格控制預緊力時不能嚴格控制預緊力時S查查 表表5-10 受軸向載荷、橫向載荷的受軸向載荷、橫向載荷的普通螺栓連接普通螺栓連接許用應力許用應力 連接的受載情況連接的受載情況 Ss 被聯(lián)接件為鑄鐵被聯(lián)接件為鋼PBpPspsSSS二、許用應力二、許用應力：安全系數(shù)

41、見表安全系數(shù)見表5-10 5-7 5-7 螺紋連接件的材料和許用應力螺紋連接件的材料和許用應力5-8 5-8 提高螺栓連接強度的措施提高螺栓連接強度的措施 一一. .降低影響螺栓疲勞強度的應力幅降低影響螺栓疲勞強度的應力幅 應力變化幅度過大是疲勞斷裂的根本原因。應力變化幅度過大是疲勞斷裂的根本原因。)(002mbbCCCFFFF的變化范圍：FF2F1：bC) 1F F0 0和和F F保保持持不不變變FF2F1：mC)25-8 5-8 提高螺栓連接強度的措施提高螺栓連接強度的措施 二二. . 改善螺紋牙的受力不均改善螺紋牙的受力不均: : 變形不諧調(diào)變形不諧調(diào)是螺紋牙受力不是螺紋牙受力不均的根本

42、原因。均的根本原因。5-8 5-8 提高螺栓連接強度的措施提高螺栓連接強度的措施三三. . 減少應力集中減少應力集中: : 對螺紋來講，形狀突變是對螺紋來講，形狀突變是產(chǎn)生應力集中的主要原因。產(chǎn)生應力集中的主要原因。四四. 減小附加應力減小附加應力: : 偏心拉伸對螺栓十分不利。偏心拉伸對螺栓十分不利。五五. .采用合理的制造工藝方法：采用合理的制造工藝方法： 1 1）冷墩頭部、滾壓螺紋）冷墩頭部、滾壓螺紋 2 2）氮化、氰化、噴丸等處理。）氮化、氰化、噴丸等處理。 59 螺旋傳動螺旋傳動一、螺旋傳動的類型、特點與應用一、螺旋傳動的類型、特點與應用 1、應用、應用 螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成

43、的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動,同時傳遞運動或動力。 2、傳動形式：、傳動形式： a)螺桿轉(zhuǎn)螺母移 b)螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺母固定）用得多 c) 螺母轉(zhuǎn)螺桿移 d) 螺母又轉(zhuǎn)又移（螺桿固定）用得少 按用途分三類： 1）傳力螺旋舉重器、千斤頂、加壓螺旋 特點：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖 2）傳導螺旋機床進給機構(gòu)的螺旋傳遞運動和動力 特點：速度高、連續(xù)工作、精度高 3）調(diào)整螺旋機床、儀器及測試裝置中的微調(diào)螺旋。 特點：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動 3、螺旋傳動類型、螺旋傳動類型59 螺旋傳動螺旋傳動4 、螺旋傳動按其螺紋間摩擦性質(zhì)的不同、螺旋傳動按其螺紋間摩擦性質(zhì)的不同,

44、可分為可分為: 滑動螺旋：滑動螺旋：滑動摩擦，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，應用最廣。 滾動螺旋：滾動螺旋：滾動摩擦滾動摩擦 靜壓螺旋：靜壓螺旋：液體摩擦液體摩擦 滑動螺旋牙形：滑動螺旋牙形：多用多用梯形螺紋梯形螺紋,重載起重螺旋也有用鋸齒形螺紋重載起重螺旋也有用鋸齒形螺紋, 對效率要求對效率要求高時可用矩形螺紋。高時可用矩形螺紋。59 螺旋傳動螺旋傳動螺旋千斤頂螺旋千斤頂設計大作業(yè)設計大作業(yè)注意事項注意事項 選擇梯形螺紋，螺母用青銅，且自鎖性好；選擇梯形螺紋，螺母用青銅，且自鎖性好； 螺桿長度，螺桿最底端不要頂?shù)孛妫宦輻U長度，螺桿最底端不要頂?shù)孛妫?符合制圖標準：標題欄、明細表尺寸、位置，編號順序。符

45、合制圖標準：標題欄、明細表尺寸、位置，編號順序。設計任務和要求設計任務和要求 螺旋起重器裝配圖一張（螺旋起重器裝配圖一張（A2或或A3）；）； 設計說明書一份，主要內(nèi)容：已知設計基本參數(shù)和條設計說明書一份，主要內(nèi)容：已知設計基本參數(shù)和條件、螺旋起重器受力分析、各主要零件的設計計算。件、螺旋起重器受力分析、各主要零件的設計計算。- - - 例例 題題 - - - 例例1 1：一鋼制液壓缸有關(guān)尺寸如圖：一鋼制液壓缸有關(guān)尺寸如圖 示，油壓示，油壓 P=3N/mmP=3N/mm2 2，為保證，為保證 密封性要求，螺栓間距密封性要求，螺栓間距L L不得不得 大于大于4.54.5倍螺栓公稱直徑，試倍螺栓公

46、稱直徑，試 設計該雙頭螺柱連接（確定設計該雙頭螺柱連接（確定 螺柱直徑、個數(shù)及分布圓直徑螺柱直徑、個數(shù)及分布圓直徑D D0 0）。）。解：解：1 1、求螺柱總拉力、求螺柱總拉力 顯然，顯然，F(xiàn) F 不變，螺柱直徑大則數(shù)目不變，螺柱直徑大則數(shù)目Z Z??；反之??；反之Z Z大則螺柱直徑小。因大則螺柱直徑小。因此此Z Z取值不同本題可有多解。考慮到油缸是壓力容器，有緊密性要求，取值不同本題可有多解?？紤]到油缸是壓力容器，有緊密性要求，故故Z Z應適當大些。另外，數(shù)目應適當大些。另外，數(shù)目Z Z最好是偶數(shù)，而且要便于分度。綜上：取最好是偶數(shù)，而且要便于分度。綜上：取Z=12Z=12NpDF602884

47、12/12200/1252.4LDmm=NZFF5024螺柱工作拉力為：螺柱工作拉力為：FF8 . 11取螺柱總拉力為：螺柱總拉力為：NFFFF2 .140678 . 21222107.121602 .140672 . 53 . 14mmFd由強度條件得：由強度條件得： 用用4.64.6級的級的Q235Q235螺柱，擰緊時控制予緊力螺柱，擰緊時控制予緊力, ,取取S=1.5 S=1.5 ，于是，于是（P83P83表表5-85-8、P84P84表表5-105-10）asMPS1605 . 12402 2、求螺柱直徑、求螺柱直徑: : 查手冊，取查手冊，取M16M16可矣（其可矣（其d d1 1=

48、13.835=13.835計算值計算值12.0712.07）。）。3 3、確定螺栓分布圓直徑、確定螺栓分布圓直徑D D0 0：mmdDD2005 . 20暫定暫定而臨界許用值為而臨界許用值為： 4.572,4.5dm m Ld=符 合 要 求因此，最終取分布圓直徑因此，最終取分布圓直徑 。mmD2000于是螺栓間距為：于是螺栓間距為：mmDL33.5212/14. 30注：注：根據(jù)題意，本題確定根據(jù)題意，本題確定Z=12Z=12，d=16d=16，D D0 0=200mm=200mm后就算解后就算解 畢，但對于有密封性要求的螺栓連接，一般應確定必畢，但對于有密封性要求的螺栓連接，一般應確定必

49、須的予緊力?，F(xiàn)確定如下：須的予緊力?，F(xiàn)確定如下： 由結(jié)構(gòu)示意圖知，缸蓋與缸體間無軟墊片，查手冊或教材可由結(jié)構(gòu)示意圖知，缸蓋與缸體間無軟墊片，查手冊或教材可得相對剛度為：得相對剛度為：25.0mbbCCCNFCCCFFmbb2 .1281120于是預緊力為：于是預緊力為：NF130000最終取預緊力為：最終取預緊力為：例例2.2.圖示支架用圖示支架用6 6個螺栓連接在磚墻上。已知磚墻為水泥個螺栓連接在磚墻上。已知磚墻為水泥 砂漿縫，載荷砂漿縫，載荷F F=10KN=10KN，螺栓材料，螺栓材料Q235Q235，強度級別，強度級別4.64.6 級，支架底板與磚墻間摩擦系數(shù)級，支架底板與磚墻間摩擦系

50、數(shù)f f=0.3=0.3，底板材料為，底板材料為 ZG270-500ZG270-500， ，試設計該螺栓連接。，試設計該螺栓連接。1 .0mbbCCCF F HF VF HF V- - - 例例 題題 - - -已知已知:z = 6, F:z = 6, F=10KN=10KN，Q235Q235，強度級別，強度級別4.64.6級，級，f f=0.3=0.3， ，1 .0mbbCCC分析：分析：支架正常工作支架正常工作 的條件是：的條件是：在傾覆力矩在傾覆力矩M和水和水 平力平力F H作用下作用下, ,上上 側(cè)螺栓不被拉斷；側(cè)螺栓不被拉斷；在鉛垂力在鉛垂力F V作用下作用下 底板不下滑；底板不下滑

51、；底板上側(cè)與磚墻底板上側(cè)與磚墻 不能有間隙；不能有間隙；底板下側(cè)或磚墻底板下側(cè)或磚墻 不能被壓潰?？紤]到不能被壓潰?？紤]到 便于安裝和制造，采用普通受拉螺栓為好。便于安裝和制造，采用普通受拉螺栓為好。F F HF VF HF V解：解：根據(jù)力的分解和簡化原理，載荷對螺栓組連接的作用可用根據(jù)力的分解和簡化原理，載荷對螺栓組連接的作用可用軸向力軸向力F H 、橫向力橫向力F V及及傾覆力矩傾覆力矩M的聯(lián)合作用來代替，其中：的聯(lián)合作用來代替，其中：NFFV866030cosNFFH500030sinmmNFFMHV5156800200480F F HF VF HF V1 1、由、由F H引起的每個螺栓的工作拉力：引起的每個螺栓的工作拉力： 2 2、由力矩、由力矩M引起的受力最大螺栓的工作拉力：引起的受力最大螺栓的工作拉力：NzFFHa3 .83365000NMLMLFii3 .429712008 .51566200612maxmax4 4、 在在F V作用下，作用下，由不下滑條件確定螺栓予緊力：由不下滑條件確定螺栓予緊力：VsambmFKFCCCFffF)