機械設(shè)計課件濮良貴版本05(1)

1、第五章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動5-1 螺 紋5-2 螺紋聯(lián)接的類型與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊5-6 螺紋聯(lián)接組的設(shè)計5-5 螺紋聯(lián)接的強度計算5-8 提高螺紋聯(lián)接強度的措施5-7 螺紋聯(lián)接件的材料與許用應(yīng)力5-9 螺旋傳動5-4 螺紋聯(lián)接的防松螺紋的類型與特點1螺紋有外螺紋與內(nèi)螺紋之分，它們共同組成螺旋副。螺紋聯(lián)接用螺紋的當(dāng)量摩擦角較大，有利于實現(xiàn)可靠聯(lián)接；傳動用螺紋的當(dāng)量摩擦角較小，有利于提高傳動的效率。螺紋按工作性質(zhì)分為聯(lián)接用螺紋和傳動用螺紋。一、螺紋的分類 螺紋的類型與特點2二、普通螺紋的主要參數(shù)大徑d即螺紋的公稱直徑。小徑d1常用于聯(lián)接的強度計算。中徑d2常用于聯(lián)接的幾何計算。螺距

2、P螺紋相鄰兩個牙型上對應(yīng)點間的 軸向距離。牙型角a螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩 側(cè)邊的夾角。升角y螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線 的平面間的夾角。線數(shù)n螺紋的螺旋線數(shù)目。導(dǎo)程S螺紋上任一點沿同一條螺旋線轉(zhuǎn) 一周所移動的軸向距離，S=nP。升角y的計算式為：22arctanarctandnPdSy 螺紋聯(lián)接類型與標(biāo)準(zhǔn)件1螺紋聯(lián)接的類型與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接的基本類型 除上述聯(lián)接的基本類型外，在機器中，還有一些特殊結(jié)構(gòu)的螺紋聯(lián)接。如：T型槽螺栓聯(lián)接、吊環(huán)螺釘聯(lián)接和地腳螺栓聯(lián)接等。說明 聯(lián)接類型與標(biāo)準(zhǔn)件2螺紋聯(lián)接的類型與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件 螺紋聯(lián)接的類型很多，在機械制造中常見的螺紋聯(lián)接件的結(jié)

3、構(gòu)型式和尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時可以根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。 虛擬現(xiàn)實中的螺紋聯(lián)接件 利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。通?？刹捎脺y力矩扳手或定力矩扳手，對于重要的螺栓聯(lián)接，也可以采用測定螺栓伸長的方法來控制預(yù)緊力。紋聯(lián)接的預(yù)緊螺紋聯(lián)接的預(yù)緊 大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。 增強聯(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)生相對移動。 注意：對于重要的聯(lián)接，應(yīng)盡可能不采用直徑過小(M12)的螺栓。預(yù)緊力限制 擰緊后螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限ss的80%。v 預(yù)緊力：v 預(yù)緊的目的：v 預(yù)緊力

4、的確定原則：v 預(yù)緊力的控制：v 預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系：dFT02 . 0詳細(xì)推導(dǎo) 螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接的防松 螺紋聯(lián)接一般都能滿足自鎖條件不會自動松脫。但在沖擊、振動或變載荷作用下，或在高溫或溫度變化較大的情況下，螺紋聯(lián)接中的預(yù)緊力和摩擦力會逐漸減小或可能瞬時消失，導(dǎo)致聯(lián)接失效。防松的根本問題在于防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。按工作原理的不同，防松方法分為摩擦防松、機械防松等。此外還有一些特殊的防松方法，例如鉚沖防松、在旋合螺紋間涂膠防松等。 螺紋聯(lián)接的強度計算1螺紋聯(lián)接的強度計算 螺栓聯(lián)接的強度計算主要與聯(lián)接的裝配情況（預(yù)緊或不預(yù)緊）、外載荷的性質(zhì)和材料性能等有關(guān)。 螺栓聯(lián)接強度計算的目的是

5、根據(jù)強度條件確定螺栓直徑，而螺栓和螺母的螺紋牙及其他各部分尺寸均按標(biāo)準(zhǔn)選定。一、松螺栓聯(lián)接強度計算二、緊螺栓聯(lián)接強度計算1僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接 2受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接3承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接 聯(lián)接的失效形式：主要是指螺紋聯(lián)接件的失效。對于受拉螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂。對于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓桿被剪斷或螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰。詳細(xì)推導(dǎo)65%20%15% ss4/21dF 螺紋聯(lián)接的強度計算2 螺紋聯(lián)接的強度計算1僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接2104dFs預(yù)緊力引起的拉應(yīng)力：sy5 . 0162)tan(312v0ddF螺牙間的摩擦力矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力

6、： ss210ca43 . 1dF強度條件：當(dāng)聯(lián)接承受較大的橫向載荷F時，由于要求F0Ff（f=0.2），即F05F ，因而需要大幅度地增加螺栓直徑。為減小螺栓直徑的增加，可采用減載措施。說明sss3 . 1322ca根據(jù)第四強度理論，螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的計算應(yīng)力:F0F0FF 螺紋聯(lián)接的強度計算3螺紋聯(lián)接的強度計算2受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接FDDp 螺栓預(yù)緊力F0后，在工作拉力F 的作用下，螺栓的總拉力F2 = ?FFF12 ss4/3 . 1212cadFFCCCFFmbb02這時螺栓的總拉力為： 為使工作載荷作用后，聯(lián)接結(jié)合面間有殘余預(yù)緊力F1存在，要求螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力F0為：FCCCFFm

7、bm10靜強度條件：式中F1為殘余預(yù)緊力，為保證聯(lián)接的緊密性，應(yīng)使 F1 0，一般根據(jù)聯(lián)接的性質(zhì)確定F1的大小。式中：mbbCCC為螺栓的相對剛度，其取值范圍為 01。詳細(xì)分析疲勞強度校核 螺紋聯(lián)接的強度計算4螺紋聯(lián)接的強度計算3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承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無間隙，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度條件為：螺栓桿的剪切強度條件為：式中：F螺栓所受的工作剪力，單位為N；d0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；設(shè)計時應(yīng)使Lmin1.25d0P

8、min0PssLdF 204dFFFd0Lmin 螺紋聯(lián)接組的設(shè)計1螺栓組聯(lián)接的設(shè)計 在設(shè)計螺栓組聯(lián)接時，關(guān)鍵是聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計。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。v為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證聯(lián)接結(jié)合面受力均勻，通常聯(lián)接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀。v螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。v螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。v 為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，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)。v避免螺栓承受附加的彎曲載荷。說明說明說明一、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計 各螺栓之間的距離大小既要保證聯(lián)接的可靠性又要考慮裝拆方便，還應(yīng)留有足夠的扳

9、手空間。大多數(shù)機械中螺栓都是成組使用的。 螺紋聯(lián)接組的設(shè)計2螺栓組聯(lián)接的設(shè)計1受橫向載荷2受轉(zhuǎn)矩3受軸向載荷4受傾覆力矩 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)接的強度計算。 受力分析時所作假設(shè)：所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同； 受載后聯(lián)接接合面仍保持為平面。 受力分析的類型：二、螺栓組聯(lián)接的受力分析螺栓組的對稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合； FFriOOMTfF0fF0FF螺紋聯(lián)接組的設(shè)計3 （1）對于鉸制孔用螺栓聯(lián)接（圖b），每個螺栓所受工作剪力為： （2）對于普通螺栓聯(lián)接（圖a） ，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

10、于橫向載荷的要求，有： 式中：z為螺栓數(shù)目。 圖示為由四個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聯(lián)接zFFFKzifFS0fziFKFS0或螺栓組聯(lián)接的設(shè)計 Ks為防滑系數(shù)，設(shè)計中可取Ks =1.11.3。FFFFb)a)螺紋聯(lián)接組的設(shè)計4 采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺栓組受轉(zhuǎn)矩時的受力情況是不同的。2受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接TKfrFfrFfrFsz02010 TrFziii1 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抵抗轉(zhuǎn)矩T。iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmaxziirf

11、TKF1S0螺栓組聯(lián)接的設(shè)計 螺紋聯(lián)接組的設(shè)計5螺栓組聯(lián)接的設(shè)計3受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接 若作用在螺栓組上軸向總載荷F作用線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對稱中心，則各個螺栓受載相同，每個螺栓所受軸向工作載荷為： 通常，各個螺栓還承受預(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，每個螺栓所承受的總載荷F2為。zFFF2 = F1 + F 螺紋聯(lián)接組的設(shè)計6螺栓組聯(lián)接的設(shè)計4受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接 傾覆力矩 M 作用在聯(lián)接接合面的一個對稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已擰緊并承受預(yù)緊力F0。 作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡，即： 由此可以求出最大工作載荷：ziLFM1iiZi

12、LMLF12imaxmax 螺紋聯(lián)接組的設(shè)計7螺栓組聯(lián)接的設(shè)計0maxPPWMAzFss00minPWMAzFs螺栓的總拉力：maxmbb02FCCCFF 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： 底板受傾覆力矩后，在軸線 O-O 左側(cè)，螺栓與地基的工作點分別移至B1 和C1 ，兩者作用在底板上的合力為F。 受傾覆力矩的底板螺栓組聯(lián)接的受力過程可用右圖表示。 在軸線O-O 右側(cè)，螺栓與地基的工作點分別移至B2 和C2 ，兩者作用在底板上的合力為 Fm 。在傾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作點都處于A點。 提高螺紋聯(lián)接強度的措施提高螺紋聯(lián)接強度的措施以螺栓聯(lián)接為例，螺栓聯(lián)接的強度主

13、要取決于螺栓的強度，因此，提高螺栓的強度，將大大提高聯(lián)接系統(tǒng)的可靠性。影響螺栓強度的因素主要有以下幾個方面，或從以下幾個方面提高螺栓強度。改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象降低影響螺栓疲勞強度的應(yīng)力幅減小應(yīng)力集中的影響采用合理的制造工藝 分析分析分析國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了螺紋聯(lián)接件的性能等級。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級，螺母的性能等級分為 7級。在一般用途的設(shè)計中，通常選用4.8級左右的螺栓，在重要的或有特殊要求設(shè)計中的螺紋聯(lián)接件，要選用高的性能等級，如在壓力容器中常采用8.8級的螺栓。螺紋聯(lián)接件的材料與許用應(yīng)力螺紋聯(lián)接件的材料與許用應(yīng)力一、螺紋聯(lián)接件材料常用的螺紋聯(lián)接件材料為Q215、Q235

14、、35、45等碳素鋼。當(dāng)強度要求高時，還可采用合金鋼，如15Cr、40Cr等。性能等級二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力1螺紋聯(lián)接件的許用拉應(yīng)力2螺紋聯(lián)接件的許用剪應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力3螺紋聯(lián)接件的安全系數(shù)說明SssssSsPsPSss（被聯(lián)接件為鋼）PBPSss（被聯(lián)接件為鑄鐵） 螺旋傳動1螺旋傳動一、螺旋傳動的類型和應(yīng)用傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋 調(diào)整螺旋螺旋傳動按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為：說明滑動螺旋 滾動螺旋 靜壓螺旋說明 螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，同時傳遞動力。螺旋傳動按其用途不同，可分為以下三種類型: 螺旋機構(gòu)在機床的進(jìn)給機構(gòu)、起重設(shè)備

15、、鍛壓機械、測量儀器、工具、夾具、玩具及其他工業(yè)裝備中有著廣泛的應(yīng)用。 螺旋傳動常見的運動形式有：螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動或螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動。 螺旋傳動2螺旋傳動二、滑動螺旋的結(jié)構(gòu)和材料1滑動螺旋的結(jié)構(gòu)整體螺母組合螺母剖分螺母螺母結(jié)構(gòu): 滑動螺旋的結(jié)構(gòu)主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。固定螺釘調(diào)整螺釘調(diào)整楔快 螺桿的材料要有足夠的強度和耐磨性。螺母的材料除了要有足夠的強度外，還要求在與螺桿材料相配合時摩擦系數(shù)小和耐磨。2滑動螺旋的材料說明 螺旋傳動3螺旋傳動三、滑動螺旋傳動的設(shè)計計算主要失效形式: 螺牙的磨損 設(shè)計準(zhǔn)則：按抗磨損確定直徑

16、，選擇螺距； 校核螺桿、螺母強度等。設(shè)計方法和步驟：1耐磨性計算 滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力，其強度條件：22phHdFPhudFp設(shè)計公式：令2dH則得：2phFPd5 . 32 . 1一般值越大，螺母越厚，螺紋工作圈數(shù)越多。式中:Ph5 . 030鋸齒形螺紋Ph75.0矩形和梯形螺紋螺紋工作高度 螺旋傳動4螺旋傳動2122122)4343dTFdca（ssssca 依據(jù)計算出的螺紋中徑，按螺紋標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的直徑和螺距。驗算：10PHu若不滿足要求，則增大螺距。對有自鎖性要求的螺旋傳動，應(yīng)校核自鎖條件：vy2螺桿的強度計算 對于受力比較大的螺桿，需根據(jù)第四強度理論求出危險截面的計算應(yīng)力：螺桿的強度條件：vvffarctancosarctan式中，F(xiàn)為螺桿所受的