機械設計精品課程-課件第5章.

1、第五章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動 第二篇 聯(lián) 接第一講：第一講：【教學目標【教學目標】1 了解螺紋聯(lián)接的基本類型以及其間的區(qū)別；了解螺紋聯(lián)接的基本類型以及其間的區(qū)別；2 了解螺紋聯(lián)接擰緊的目的和擰緊力矩的計算方法；了解螺紋聯(lián)接擰緊的目的和擰緊力矩的計算方法；3 了解螺紋聯(lián)接防松的必要性以及防松的基本原理和措施。了解螺紋聯(lián)接防松的必要性以及防松的基本原理和措施?！窘虒W重點【教學重點】1螺紋聯(lián)接類型間的區(qū)別；螺紋聯(lián)接類型間的區(qū)別；2防松的必要性、基本原理和具體措施。防松的必要性、基本原理和具體措施。問題：機械零部件分為哪幾類？問題：機械零部件分為哪幾類？ 聯(lián)接零件聯(lián)接零件,傳動零件傳動零件,軸系零部件軸

2、系零部件問題：聯(lián)接有哪些類型？問題：聯(lián)接有哪些類型？動聯(lián)接動聯(lián)接靜聯(lián)接：靜聯(lián)接：可拆聯(lián)接：螺栓聯(lián)接，鍵聯(lián)接，銷聯(lián)接等可拆聯(lián)接：螺栓聯(lián)接，鍵聯(lián)接，銷聯(lián)接等不可拆聯(lián)接：鉚釘聯(lián)接，焊接，膠接等不可拆聯(lián)接：鉚釘聯(lián)接，焊接，膠接等第五章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動 螺紋有內(nèi)外之分，內(nèi)外螺紋共同組成螺紋聯(lián)接和螺旋傳動。螺紋有內(nèi)外之分，內(nèi)外螺紋共同組成螺紋聯(lián)接和螺旋傳動。 對螺紋的總要求是有足夠的強度和良好的工藝性，針對螺紋的總要求是有足夠的強度和良好的工藝性，針對不同的螺紋提出不同的要求。對不同的螺紋提出不同的要求。 對聯(lián)接螺紋：自鎖、緊密性對聯(lián)接螺紋：自鎖、緊密性 對傳動螺紋：效率，耐磨、強度對傳動螺紋：效率，

3、耐磨、強度 一、螺紋的形成一、螺紋的形成5 51 1 螺螺 紋紋d2螺旋線螺旋線-一動點在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋轉(zhuǎn)，一動點在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋轉(zhuǎn)，同時沿軸向作等速移動的軌跡。同時沿軸向作等速移動的軌跡。螺紋螺紋-一平面圖形沿螺旋線運動，運動時保持該圖形通過圓一平面圖形沿螺旋線運動，運動時保持該圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。柱體的軸線，就得到螺紋。螺紋螺紋按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分螺螺紋紋的的分分類類按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母體形狀分按母體形狀分矩形螺紋矩形

4、螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分螺螺紋紋的的分分類類按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母體形狀分按母體形狀分矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋右旋螺紋左旋螺紋左旋螺紋按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分螺螺紋紋的的分分類類按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按螺旋線的根數(shù)分 按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母體形狀分按母體形狀分矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形

5、螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋右旋螺紋左旋螺紋左旋螺紋單線螺紋單線螺紋多線螺紋多線螺紋外螺紋外螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋螺紋副螺紋副外螺紋外螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分螺螺紋紋的的分分類類按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按螺旋線的根數(shù)分 按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母體形狀分按母體形狀分矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋右旋螺紋左旋螺紋左旋螺紋單線螺紋單線螺紋多線螺紋多線螺紋外螺紋外螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接螺紋傳動螺紋傳動螺紋螺旋傳動螺旋傳

6、動聯(lián)接螺紋聯(lián)接螺紋傳動螺紋傳動螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分螺螺紋紋的的分分類類按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按螺旋線的根數(shù)分 按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母體形狀分按母體形狀分矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋右旋螺紋左旋螺紋左旋螺紋單線螺紋單線螺紋多線螺紋多線螺紋外螺紋外螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接螺紋傳動螺紋傳動螺紋圓柱螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋圓錐螺紋圓柱螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋圓錐螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制管螺紋管螺紋螺紋的類型與特點2二、二、普通普通螺紋的

7、主要參數(shù)螺紋的主要參數(shù)大徑大徑d即螺紋的公稱直徑。即螺紋的公稱直徑。小徑小徑d1常用于聯(lián)接的強度計算。常用于聯(lián)接的強度計算。中徑中徑d2常用于聯(lián)接的幾何計算。常用于聯(lián)接的幾何計算。螺距螺距P螺紋相鄰兩個牙型上對應點間的螺紋相鄰兩個牙型上對應點間的 軸向距離。軸向距離。牙型角牙型角a a螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩 側(cè)邊的夾角。側(cè)邊的夾角。升角升角y y螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線 的平面間的夾角。的平面間的夾角。線數(shù)線數(shù)n螺紋的螺旋線數(shù)目。螺紋的螺旋線數(shù)目。導程導程S螺紋上任一點沿同一條螺旋線轉(zhuǎn)螺紋上任一點沿同一條螺旋線轉(zhuǎn) 一周所移動的軸向距

8、離，一周所移動的軸向距離，S=nP。升角升角y y的計算式為：的計算式為：22arctanarctandnPdSy 普通螺紋以大徑普通螺紋以大徑d d為為公稱直徑，公稱直徑，同一公稱直徑可以有多種同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為，其余的統(tǒng)稱為細牙螺細牙螺紋。紋。60螺紋的精度等級螺紋的精度等級:A級級B級級C級級公差小，精度最高，用于配合精確，防振動等場合；公差小，精度最高，用于配合精確，防振動等場合；受載較大且經(jīng)常拆卸，調(diào)整或承受變載荷的聯(lián)接；受載較大且經(jīng)常拆卸，調(diào)整或承受變載荷的聯(lián)接；用于一般聯(lián)接，最常用。用于一般聯(lián)接，最

9、常用。粗牙螺紋粗牙螺紋應用應用最廣最廣細牙螺紋的優(yōu)點：細牙螺紋的優(yōu)點：升角小、小徑大、自鎖性好、強度高升角小、小徑大、自鎖性好、強度高缺點：缺點：不耐磨易滑扣。不耐磨易滑扣。應用：應用：薄壁零件、受動載荷的聯(lián)接和微調(diào)機構(gòu)。薄壁零件、受動載荷的聯(lián)接和微調(diào)機構(gòu)。Pd粗牙粗牙dP細牙細牙dP細牙細牙梯形梯形螺紋：螺紋：梯梯 形形鋸齒形鋸齒形30330鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋:常用于傳動。常用于傳動。= 15= 3 粗牙普通螺紋、細牙普通螺紋和梯形螺紋的基本尺寸見粗牙普通螺紋、細牙普通螺紋和梯形螺紋的基本尺寸見后續(xù)各表（或查閱相關機械設計手冊）。后續(xù)各表（或查閱相關機械設計手冊）。螺紋的基本尺寸：螺紋的基

10、本尺寸：潘存云教授研制d dd d2 2d d1 1P P用螺紋密封的管用螺紋密封的管螺紋螺紋普通細牙普通細牙螺紋螺紋管管螺紋螺紋非螺紋密封管非螺紋密封管螺紋螺紋（圓柱管壁（圓柱管壁 = 55）用螺紋密封管用螺紋密封管螺紋螺紋（圓錐管壁（圓錐管壁 = 55）60圓錐管圓錐管螺紋螺紋公稱直徑公稱直徑-管子的公稱通徑。管子的公稱通徑。55 55 非螺紋密封的管非螺紋密封的管螺紋螺紋d dd d2 2d d1 1P P252 螺紋聯(lián)接的類型及螺紋聯(lián)接件 一、螺紋聯(lián)接主要類型1、螺栓聯(lián)接a) 普通螺栓聯(lián)接被聯(lián)接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在工

11、作中不許消失，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，可多個裝拆，應用較廣。b) 精密螺栓聯(lián)接裝配后無間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用，采用基孔制配合鉸制孔螺栓聯(lián)接a(a)d(b)l1d0a(a)d(b)l1d02、雙頭螺柱聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接用兩頭均有螺紋的桿柱和螺母把被聯(lián)接件固定起來被聯(lián)接件之一為光孔、另一個為螺紋孔適用于被聯(lián)接件之一厚度很大，而又不宜鉆通孔，但又經(jīng)常拆卸的地方，3 3、螺釘聯(lián)接、螺釘聯(lián)接 被聯(lián)接件同上。只用螺栓，不用螺母，直接把螺釘擰進缸體的螺釘孔中。 適用于載荷較輕，且不經(jīng)常裝折的場合。 常用于軸承蓋螺釘聯(lián)接。四、緊定螺釘聯(lián)接四、緊定螺釘聯(lián)接 利用擰入被聯(lián)接件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零

12、件的表面，達到固定零件的相對位置，可傳遞不大的力或扭矩。 還有地腳螺釘、吊環(huán)螺釘、T型槽螺釘 螺紋聯(lián)接件應用廣泛，所以結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸都制定有國家標準，見手冊。 特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接 , 吊環(huán)螺釘聯(lián)接二、螺紋聯(lián)接件1）螺栓 普通螺栓 六角頭，小六角頭，標準六角頭，大六角頭, 內(nèi)六角 鉸制孔螺栓螺紋部分直徑較小螺母klgklsdsda1530rlsde輾制末端2）雙頭螺柱兩端帶螺紋 A型有退刀槽 B型無退刀槽bmB型XA型bm輾制末端X倒角端lbXdsdl輾制末端Xbdsd倒角端3）螺釘 與螺栓區(qū)別要求螺紋部分直徑較粗;要求全螺紋nbXdktldRnbXdktldR4）緊定螺釘 錐 端適于零件

13、表面硬度較低不常拆卸常合 平 端接觸面積大、不傷零件表面，用于頂緊硬度較大的平面，適于經(jīng)常拆卸 圓柱端壓入軸上凹抗中，適于緊定空心軸上零件的位置輕材料和金屬薄板nRld90t5）螺母 六角螺母：標準，扁，厚 emsd3015emsd3015圓螺母+止退墊圈帶有缺口，應用時帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平墊圈斜墊圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平墊圈斜墊圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平墊圈斜墊圈DC1120

14、btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平墊圈斜墊圈6）墊圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平墊圈斜墊圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平墊圈斜墊圈作用：增加支撐面積以減作用：增加支撐面積以減小壓強，避免擰緊螺母擦小壓強，避免擰緊螺母擦傷表面、防松。傷表面、防松。5 螺紋聯(lián)接的預緊和防松 一、預緊預緊目的保持正常工作。如汽缸螺栓聯(lián)接，有緊密性要求，防漏氣，接觸面積要大，靠摩擦力工作，增大剛性等。增大剛性增加聯(lián)接剛度、緊密性和提高防松能力預緊力QP預先軸向作用力（拉力）螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接在裝配

15、時不擰緊，只存受外載時才受到力的作用 緊聯(lián)接在裝配時需擰緊，即在承載時，已預先受力，預緊力QP預緊過緊擰緊力QP過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強度 過松擰緊力QP過小，工作不可靠 擰緊時螺母：T=T1+T2T擰緊力矩 T1螺紋摩擦阻力矩 T2螺母端環(huán)形面與被聯(lián)接件間的摩擦力矩2)(21dtgQTvP)(31202130312dDdDQfTpc)(32)(21 20213031221dDdDftgdQTTTcvp)(32)(21202130212dDdDdftgddKcvdKQTP 一般 K=0.10.3 擰緊力矩系數(shù)由于直徑過小的螺栓，容易在擰緊時過載拉斷，所以對于重要的聯(lián)接不宜小于M10M1

16、4T2TT1預緊力QP的控制：測力矩板手測出預緊力矩，如左圖定力矩板手達到固定的擰緊力矩T時，彈簧受壓將自動打滑，如右圖測量預緊前后螺栓伸長量精度較高 12圖4-12 測力矩扳手123412圖4-12 測力矩扳手12341、防松目的實際工作中，外載荷有振動、變化、材料高溫蠕變等會造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動，如經(jīng)反復作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進行防松，否則會影響正常工作，造成事故 2、防松原理消除（或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。二、螺紋防松 3、防松辦法及措施1）摩擦防松 雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等

17、 上螺母螺栓下螺母上螺母螺栓下螺母2）機械防松： 開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動墊圈，彈簧墊片，軸用帶翅墊片，止動墊片，串聯(lián)鋼絲等開槽螺母與開口銷圓螺母與止動墊圈串聯(lián)鋼絲3）永久防松：端鉚、沖點、點焊4）化學防松粘合 思考題思考題、 在重要的普通螺紋聯(lián)接中，為什么應盡可能不采用小在重要的普通螺紋聯(lián)接中，為什么應盡可能不采用小于于Ml2的螺栓的螺栓?。常用螺紋有哪幾種類型。常用螺紋有哪幾種類型?各用于什么場合各用于什么場合?對聯(lián)接螺紋對聯(lián)接螺紋和傳動螺紋的要求有何不同和傳動螺紋的要求有何不同?3。 聯(lián)接螺紋都具有良好的自鎖性，為什么有時還需要防聯(lián)接螺紋都具有良好的自鎖性，為什么有時還需要防松裝置

18、松裝置?試各舉出兩個機械防松和摩擦防松的例子。試各舉出兩個機械防松和摩擦防松的例子。試指出下列圖中的錯誤結(jié)構(gòu)，并畫出正確的結(jié)構(gòu)試指出下列圖中的錯誤結(jié)構(gòu)，并畫出正確的結(jié)構(gòu)圖。圖。 a)螺釘聯(lián)接 b)雙頭螺柱聯(lián)接 c)鉸制孔用螺栓聯(lián)接55 單個螺栓聯(lián)接的強度計算 第二講：第二講：【教學目標【教學目標】1 掌握受剪螺栓聯(lián)接強度計算方法；掌握受剪螺栓聯(lián)接強度計算方法；2掌握受拉螺栓聯(lián)接強度計算方法。掌握受拉螺栓聯(lián)接強度計算方法?！窘虒W難點【教學難點】既受預緊力又受工作載荷的受拉緊螺栓聯(lián)接強度既受預緊力又受工作載荷的受拉緊螺栓聯(lián)接強度計算。計算。55 單個螺栓聯(lián)接的強度計算 針對不同零件的不同失效形式，

19、分別擬定其設計計算方法，則失效形式是設計計算依據(jù)和出發(fā)點。1、失效形式和原因 受拉螺栓螺栓桿和螺紋可能發(fā)生塑性變形或斷裂受剪螺栓螺栓桿和孔壁間可能發(fā)生壓潰或被剪斷b）失效原因：應力集中 a）失效形式 工程中螺栓聯(lián)接多數(shù)為疲勞失效 65%20%15%受拉螺栓：設計準則為保證螺栓的疲勞拉伸強度和靜強度受剪螺栓：設計準則為保證螺栓的擠壓強度和剪切強度 2、設計計算準則與思路、松螺栓聯(lián)接F如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無QP，只有工作載荷F起拉伸作用強度條件為：421dF41Fd 驗算用 設計用 d1螺桿危險截面直徑（mm）許用拉應力 N/mm2 (MPa)nS/Ss材料屈服極限Mpa表4-8 N 安全系

20、數(shù)，表4-9緊螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接二二 緊螺栓聯(lián)接強度計算緊螺栓聯(lián)接強度計算 （有（有0 0 ） M10M64的螺栓：05預緊狀態(tài)的應力：ca=有預緊力，還有工作拉力有預緊力，還有工作拉力只有預緊力，無工作拉力只有預緊力，無工作拉力緊螺栓緊螺栓擰緊擰緊擰緊力矩擰緊力矩剪應力剪應力擰緊擰緊預緊拉力預緊拉力拉應力拉應力3 . 13221、橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接計算主要防止被聯(lián)接件錯動 特點：桿孔間有間隙，靠擰緊的正壓力(F0)產(chǎn)生摩擦力來傳遞外載荷，保證聯(lián)接可靠(不產(chǎn)生相對滑移)的條件為：普通螺栓聯(lián)接FKFfiS0f 接縫面間的摩擦系數(shù) i接縫界面數(shù)目 KS防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)） KS=1.11.3

21、F0F0FFifFKFS0F0F0FF 21043 . 1dFca式中：F0 預緊力（N） 1.3系數(shù)將外載荷提高30%，以考慮螺紋力矩對螺栓聯(lián)接強度的影響，這樣把拉扭的復合應力狀態(tài)簡化為純拉伸來處理，大大簡化了計算手續(xù)，故又稱簡化計算法 1、橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接計算 當聯(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。工作特點：工作前擰緊，有F0；工作后加上工作載荷F 工作前、工作中載荷變化工作原理：靠螺桿抗拉強度傳遞外載F解決問題： a) 保證安全可靠的工作，F(xiàn)0=？ b) 工作時螺栓總載荷， F2

22、=？ FDDp2 2 受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接強度受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接強度 2、軸向載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算分析： 圖1，螺母未擰緊螺栓螺母松馳狀態(tài) QpQpQpQpQpQpQpQpFbmbm2 2 受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接強度受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接強度 圖，擰緊預緊狀態(tài) 凸緣壓mF0 栓桿拉b F0 FFFFbbbb120從 圖3，加載F后工作狀態(tài)栓桿繼續(xù)拉凸緣放松10FFmmmm從殘余預緊力總載 作圖，為了更明確以簡化計算（受力變形圖）設：材料變形在彈性極限內(nèi)，力與變形成正比 單個緊螺栓聯(lián)接受力變形圖從圖線可看出，螺栓受工作載荷F時，螺栓總載荷： (c)(b)(a)QpbObb變形Qp力mb變

23、形mObb mmmF1變形力力F2FF0mFb由圖可知，螺栓剛度： FFCFtgCbbbbb0被聯(lián)接件剛度： FFFCFtgCmmmmm0mbbmbmbCCCFFCCFFFtantanFKFCCCFcmbbmbbcCCCK稱螺栓相對于聯(lián)接的剛度，稱螺栓的相對剛度 F 部分工作載荷 對殘余預緊力的要求，為保證受載后接合面聯(lián)接的緊密性應使01FF1的取法: F1 =（1.51.8）F有密封要求 一般聯(lián)接 F1 =（0.20.6）F 載荷穩(wěn)定 F1 =（0.61.0）F 載荷不穩(wěn)定 F1F 地腳螺栓聯(lián)接討論： ） 最不利的情況 ) 1(02CmbKFFFCC)0(20CmbKFFCC） 最理想的情況

24、 ）不允許的情況有縫隙存在，漏氣 FF01F 0即）降低螺栓受力的措施： a) 必須采用剛度小螺栓（空心、加長、細頸）b) 加硬墊片或直接擰在凸緣上均可提高強度 ）為聯(lián)接緊密、不漏氣，要求F1 0 F2=F +F1 = F0 +F F= FmbbCCC靜強度公式： 212123 . 1443 . 1FddF6）計算時可根據(jù)已知條件選擇其一進行計算a）軸向靜力緊螺栓聯(lián)接強度計算 靜力F不變，F(xiàn)2為靜力，但考慮補充擰緊防斷 3.軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算 螺紋聯(lián)接的強度計算4三承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接 鉸制孔用螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓。鉸制孔用螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓

25、。在聯(lián)接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。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；設計時應使Lmin1.25d0Pmin0PLdF 204dFFFd0Lmin 小結(jié)：小結(jié)： 按照螺栓聯(lián)接承載機理、失效形式、受力特點，按照螺栓聯(lián)接承載機理、失效形式、受力特點，確定其強度計算的方法。確定其強度計算的方法。 ）僅受預緊力的緊螺栓聯(lián)接，是螺栓強度計算的基礎，式）僅受預緊力的緊螺栓聯(lián)接，是螺栓強度計算的基礎，式5-14是基本式，

26、要熟記，要注意式中的是基本式，要熟記，要注意式中的1.3系數(shù)的含義。以后的系數(shù)的含義。以后的各種受力情況下的強度設計，實際上就是求出螺栓所受最大拉各種受力情況下的強度設計，實際上就是求出螺栓所受最大拉力的過程，將最大拉力代替式中的力的過程，將最大拉力代替式中的F0即可進行要求的計算。即可進行要求的計算。）承受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接，重點是受力變形圖。）承受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接，重點是受力變形圖。承受工作載荷的緊螺栓聯(lián)接中，螺栓實際承受的最大拉力承受工作載荷的緊螺栓聯(lián)接中，螺栓實際承受的最大拉力F2不等不等于預緊力于預緊力F0與工作載荷與工作載荷F的和，即：的和，即：F2F0+F，

27、而是殘余預緊力，而是殘余預緊力F1與工作載荷與工作載荷F的和，即：的和，即：F2=F1+F。）承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接，按擠壓和剪切強度計算。）承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接，按擠壓和剪切強度計算。思考題：思考題： .普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔用螺栓聯(lián)接的主要普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔用螺栓聯(lián)接的主要失效形式是什么失效形式是什么?計算準則是什么計算準則是什么? 2.計算普通螺栓聯(lián)接時，為什么只考慮螺栓計算普通螺栓聯(lián)接時，為什么只考慮螺栓危險截面的拉伸強度，而不考慮螺栓頭、螺母和危險截面的拉伸強度，而不考慮螺栓頭、螺母和螺紋牙的強度螺紋牙的強度? 3.普通緊螺栓聯(lián)接所受到的軸向工作載荷或普通緊螺栓聯(lián)接所受到的軸向

28、工作載荷或橫向工作載荷為脈動循環(huán)時，螺栓上的總載荷是橫向工作載荷為脈動循環(huán)時，螺栓上的總載荷是什么循環(huán)什么循環(huán)? 螺栓一般成組使用，關鍵是求出受力最大螺栓螺栓一般成組使用，關鍵是求出受力最大螺栓及其載荷及其載荷.56 螺栓組聯(lián)接的設計與受力分析 第三講第三講:【教學目標【教學目標】1 掌握螺栓組受力分析的方法；掌握螺栓組受力分析的方法；2掌握提高螺栓聯(lián)接強度的幾項措施。掌握提高螺栓聯(lián)接強度的幾項措施?！窘虒W重點【教學重點】1螺栓組受力分析。螺栓組受力分析?！窘虒W難點【教學難點】1受翻轉(zhuǎn)力矩螺栓組的受力分析。受翻轉(zhuǎn)力矩螺栓組的受力分析。56 螺栓組聯(lián)接的設計與受力分析 工程中螺栓皆成組使用。因此

29、必須研究栓組設計和受力分析。它是單個螺栓計算基礎和前提條件。螺栓組聯(lián)接設計的順序選布局、定數(shù)目、力分析、設計尺寸一、結(jié)構(gòu)設計原則一、結(jié)構(gòu)設計原則 接合面形狀接合面形狀對稱對稱 螺栓布置螺栓布置合理合理 間距間距 邊距邊距 扳手空間扳手空間 接合面與螺栓接合面與螺栓受力均勻受力均勻 加工安裝加工安裝方便方便 螺栓材料直徑螺栓材料直徑 長度相同長度相同避免偏心載荷作用防偏載措施：a）凸合；b）凹坑（魚眼坑）；c）斜墊片二、螺栓組受力分析目的求受力最大載荷的螺栓前提（假設）：被聯(lián)接件為剛性不變形，只有地基變形。各螺栓材料、尺寸、擰緊力均相同受力后材料變形在彈性范圍內(nèi)接合面形心與螺栓組形心重合，受力后

30、其接縫面仍保持平面1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接 單個螺栓工作載荷為：F=P/ZP軸向外載Z螺栓個數(shù)pDP平衡條件：f F0 ziKs F Ks防滑系數(shù) Ks=1.11.3 F0 Ks F zi f i接合面的數(shù)目 f接合面的摩擦系數(shù) 螺栓本身受剪切和擠壓螺栓本身受剪切和擠壓各螺栓受力為： F= F z z螺栓數(shù)目1）鉸制孔用螺栓聯(lián)接）鉸制孔用螺栓聯(lián)接2 2 受橫向載荷受橫向載荷F F的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接 螺栓本身受預緊拉力螺栓本身受預緊拉力F0 擰緊擰緊產(chǎn)生夾緊力產(chǎn)生夾緊力接合面間的摩擦力接合面間的摩擦力承受載荷承受載荷橫向載荷(垂直螺栓軸心線）2）普通螺栓聯(lián)接）普通螺栓聯(lián)接 討論討論: 若若

31、 f =0.2, z=1, i=1, Ks =1.2 ,則則 F0 =Ks F zi f=6 F 1）受橫向載荷普通螺栓受力比鉸制孔用螺栓）受橫向載荷普通螺栓受力比鉸制孔用螺栓 的大，的大， 此時宜采用后者此時宜采用后者 2）若要采用普通螺栓，靠利用減載鍵銷或減載套筒）若要采用普通螺栓，靠利用減載鍵銷或減載套筒3、受橫向扭矩螺栓組聯(lián)接 a)普通螺栓聯(lián)接由靜平衡條件0TZiiSZSrfTKrrrfKTF1210)(則各個螺栓所需的預緊力為聯(lián)接件不產(chǎn)生相對滑動的條件為：f F0 r1+ f F0 r2 + f F0 rz KsT分析：各螺栓預緊拉力均為分析：各螺栓預緊拉力均為F0各螺栓聯(lián)接各螺栓聯(lián)

32、接處產(chǎn)生相同的處產(chǎn)生相同的 摩擦力，并假設此摩擦力集摩擦力，并假設此摩擦力集中作用螺栓中心處中作用螺栓中心處, 且方向垂直其到中心的且方向垂直其到中心的向徑。向徑。b)鉸制孔螺栓聯(lián)接組由變形協(xié)調(diào)條件可知，各個螺栓的變形量和受力大小與其中心到接合面形心的距離成正比TrFrFrFrFZiiiZZ12211由假設板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應變與半徑成正比。在材料彈性范圍內(nèi)，應力與應變成正比iiirrFFrFrFmaxmaxmaxmax1由靜平衡條件0TTrFrFrFZZ2211ZiirrTF12maxmax 4 4受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接單個螺栓拉力產(chǎn)生單個螺栓拉力產(chǎn)

33、生的力矩為：的力矩為：F1F0 F0 p ( F 0引起引起)F2mp2( F1m引起引起)p1( F1引起引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi Li iirFrFmaxmaxiirKF螺栓承受的載荷與距離成正比：螺栓承受的載荷與距離成正比： F1m 強調(diào)是基座上的壓力Fm F2m F1 F F2 C2 單個螺栓的受力分析：單個螺栓的受力分析：Om 力力 變形變形 Ob ziLFM1ii作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡，即：平衡，即：未加傾覆力矩時，工作點未加傾覆力矩時，工作點在在A。Mi=0施加傾覆力矩施加傾覆力矩M時時:左邊的螺栓，工作點移至：左

34、邊的螺栓，工作點移至：B1 和和C1 右邊的螺栓，工作點移至：右邊的螺栓，工作點移至：B2 和和C2 左邊螺栓總拉力增加，右邊螺栓總拉力減小。F2 F2m C1 B2 B1 iiLFLFmaxmax由：iiLLFFmaxmax求得最大工作載荷ZiLMLF12imaxmaxA F0 0maxPPWMAzF00minPWMAzF螺栓的總拉力：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：求： 聯(lián)接接合面材料的許用擠壓應力材料 鋼 鑄鐵 混凝土 磚(水泥漿縫) 木材p(Mpa) 0.8 s (0

35、.40.5)B 2.03.0 1.52.0 2.04.0直接引用前面的結(jié)論實際使用中螺栓組聯(lián)接所受的載荷是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合。計算時只要分別計算出螺栓組在這些簡單受力狀態(tài)下每個螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來，便得到每個螺栓的總工作載荷，再對受力最大的螺栓進行強度計算即可總設計思路：螺栓組結(jié)構(gòu)設計（布局、數(shù)目）螺栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）求單個螺栓的最大工作載荷（判斷哪個最大）按最大載荷的單個螺栓設計（求d1標準）全組采用同樣尺寸螺栓（互換的目的）思考：思考：1.對于受轉(zhuǎn)矩作用的螺栓組，螺栓應布置在盡量靠近對對于受轉(zhuǎn)矩作用的螺栓組，螺栓應布置在盡量靠近對稱中心，還是盡量

36、遠離對稱中心稱中心，還是盡量遠離對稱中心?為什么為什么?2、 受預緊力的緊螺栓聯(lián)接中，如單個螺栓受工作拉力受預緊力的緊螺栓聯(lián)接中，如單個螺栓受工作拉力F時，其總拉力是時，其總拉力是 否等于預緊力否等于預緊力F與工作拉力與工作拉力F之和之和?5-7、螺栓材料與許用應力計算 1、材料 螺母、螺栓強度級別： 1）根據(jù)機械性能，把栓母分級并以數(shù)字表示，此乃強度級別 2）所依據(jù)機械性能為抗拉強度極限Bmin和屈服極限Smin螺栓級別: 帶點數(shù)字表示，點前數(shù)字為100/minB點后數(shù)字為minmin/10Bs螺母級別: 100/minB注意：選擇對螺母的強度級別應低于螺栓材料的強度級別，螺母的硬度稍低于螺

37、栓的硬度（均低于2040HB） 在一般用途的設計中，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。 常用的螺紋聯(lián)接件材料為Q215、Q235、35、45等碳素鋼。當強度要求高時，還可采用合金鋼，如15Cr、40Cr等。2、許用應力 許用拉應力： 已知：不控制QP的緊螺栓聯(lián)接，易過載。設計時應取較大的完全系數(shù)?？刂祁A緊力時可取較小的安全系數(shù)s。顯然n，與d 有關。設計時，先假設d，進行試算，選取一安全系數(shù)進行計算，計算結(jié)果與估計直徑相比較，如在原先估計直徑所屬范圍內(nèi)即可，否則需重新進行估算。試算法Ss一一 降低影響螺栓

38、疲勞強度的應力幅降低影響螺栓疲勞強度的應力幅5 58 8 提高螺栓聯(lián)接強度的措施提高螺栓聯(lián)接強度的措施1降低螺栓的剛度：降低螺栓的剛度： 增加螺栓長度增加螺栓長度 采用腰狀桿螺栓或空心螺栓采用腰狀桿螺栓或空心螺栓2增大被聯(lián)接件的剛度：不用墊片或采用增大被聯(lián)接件的剛度：不用墊片或采用 剛度較大的墊片剛度較大的墊片二二 改善螺紋牙上載荷分布不均勻的現(xiàn)象改善螺紋牙上載荷分布不均勻的現(xiàn)象原因：原因：螺母與螺栓的變形性質(zhì)不同螺母與螺栓的變形性質(zhì)不同 螺母與螺栓的剛度不同螺母與螺栓的剛度不同改善措施改善措施：采用均載螺母（懸置螺母、內(nèi)斜螺母等）使采用均載螺母（懸置螺母、內(nèi)斜螺母等）使螺母受拉或改變螺母牙受

39、載位置螺母受拉或改變螺母牙受載位置 采用鋼絲螺套，利用其彈性來均載采用鋼絲螺套，利用其彈性來均載三三 減少應力集中的影響減少應力集中的影響措施：采用大圓角、卸載槽，加工措施：采用大圓角、卸載槽，加工 支承、加球面墊圈支承、加球面墊圈四四 采用合理的制造工藝方法采用合理的制造工藝方法一、螺旋傳動的類型和應用一、螺旋傳動的類型和應用調(diào)整螺旋調(diào)整螺旋靜壓螺旋靜壓螺旋類類型型運動形式有：運動形式有：5 59 9 螺旋傳動螺旋傳動螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動 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。作用：作用：回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動 直線運動，同時傳遞動力。直線運動，同時傳遞動力

40、。螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動 按用按用途分途分傳力螺旋傳力螺旋傳導螺旋傳導螺旋滑動螺旋滑動螺旋滾動螺旋滾動螺旋按摩擦按摩擦性質(zhì)分性質(zhì)分傳遞動力傳遞動力 傳遞運動傳遞運動, ,要求精度高要求精度高調(diào)整相對位置調(diào)整相對位置整體螺整體螺母母組合螺組合螺母母剖分螺剖分螺母母螺母結(jié)構(gòu)螺母結(jié)構(gòu)潘存云教授研制組合螺母組合螺母調(diào)整楔快調(diào)整楔快固定螺釘固定螺釘調(diào)整螺釘調(diào)整螺釘剖分螺母剖分螺母三、滑動螺旋傳動的設計計算三、滑動螺旋傳動的設計計算承受載荷承受載荷: 轉(zhuǎn)矩、軸向力轉(zhuǎn)矩、軸向力 設計準則：設計準則：按抗磨損確定直徑，選擇螺距；按抗磨損確定直徑，選擇螺距；校核螺桿、螺母強度等。校核螺桿、螺母強度

41、等。主要失效形式主要失效形式: 螺牙的磨損螺牙的磨損螺旋副材料要求：螺旋副材料要求：足夠的強度、耐磨性、摩擦系數(shù)小足夠的強度、耐磨性、摩擦系數(shù)小2滑動螺旋的材滑動螺旋的材料料螺桿材料螺桿材料: : Q257、45、50鋼，或鋼，或T12、40Cr、65Mn 螺母材料螺母材料: : ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl10Fe3.對螺旋傳動的要求對螺旋傳動的要求: : 強度足夠強度足夠, , 耐磨耐磨, , 摩擦系數(shù)小摩擦系數(shù)小. .失效形式失效形式: : 磨損磨損 通常先由耐磨性條件，計算螺桿直徑和螺母高度，再參照標準確定螺旋各主要參數(shù)，而后對可能發(fā)生的其他失效一一校核。

42、一一) )耐磨性計算耐磨性計算校核公式：校核公式：p = p MPa MPa d2 hzFaFa為軸向力；為軸向力； z z為參加接觸的螺紋圈數(shù)；為參加接觸的螺紋圈數(shù)； d2為螺紋中為螺紋中徑；徑；h h為螺紋的工作高度；為螺紋的工作高度； p p 為許用壓強。為許用壓強。潘存云教授研制螺桿許用壓強許用壓強螺母設計方法和步驟設計方法和步驟：1 1耐磨性計算耐磨性計算 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：令令 =H/ d2 ，又又 h=0.5P-矩形梯形螺紋的工作高度矩形梯形螺紋的工作高度 h=0.75P-鋸齒形螺紋的工作高度。鋸齒形螺紋的工作高度。代入上式得螺紋中徑

43、的計算公式：代入上式得螺紋中徑的計算公式：校核公式：校核公式：p = d2 huFF- -軸向力；軸向力；= p MPa MPa d2 hHFP顯然有：顯然有： u =H / Pu u- -螺紋工作圈數(shù)；螺紋工作圈數(shù)；d2- -螺紋中徑；螺紋中徑；h h- -螺紋的工作高度螺紋的工作高度; ;H-螺母高度螺母高度;hPHD2d2P-螺距螺距;F/uF鋸齒形螺紋：鋸齒形螺紋： p Fad2 0.65 mm=1.22.5 整體式螺母整體式螺母2.53.5 剖分式螺母剖分式螺母一般?。阂话闳。簎10u10梯形螺紋梯形螺紋: p Fd2 0.8 mm值越大，螺母越厚，螺紋工作圈數(shù)越多。值越大，螺母越厚

44、，螺紋工作圈數(shù)越多。依據(jù)計算出的螺紋中徑，按螺紋標準選擇合適的直徑和螺距。驗算：驗算：10PHu若不滿足要求，則增大螺距。若不滿足要求，則增大螺距。對有自鎖性要求的螺旋傳動，應校核自鎖條件：對有自鎖性要求的螺旋傳動，應校核自鎖條件：vyvvffarctancosarctan螺紋中徑的計算公式：螺紋中徑的計算公式：ca2 2螺桿的強度計算螺桿的強度計算 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力：出危險截面的計算應力：螺桿的強度條件：螺桿的強度條件：式中，式中，F(xiàn)為螺桿所受的軸向壓力（或拉力），為螺桿所受的軸向壓力（或拉力），T為螺為

45、螺桿所受的扭矩：桿所受的扭矩：2tan(2dFTv）y對碳素鋼對碳素鋼, , =5080 MPa223caMPadTdF16/34221221潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制，DbuF3 3螺母螺牙的強度計算螺母螺牙的強度計算螺牙上的平均壓力為：螺牙上的平均壓力為：F/u剪切強度條件剪切強度條件:DD2aaF / uDaaDD2aaF / u1）考慮螺旋副摩擦力矩的作用，）考慮螺旋副摩擦力矩的作用，螺母懸置部分危險截面螺母懸置部分危險截面bb的拉伸的拉伸強度條件：強度條件：其危險截面 a a 的彎曲強度條件：彎曲強度條件：在螺旋起重器螺母的設計計算中，除了進行耐磨性計算與螺紋牙的強度計算外，還要進行螺母下段與螺母凸緣的強度計算工作時，螺母凸緣與底座的接觸面上產(chǎn)生擠壓應力；凸緣根部受到彎曲和剪切作用；螺母下段承受拉力和螺旋副摩擦力矩的作用。4螺母外徑與凸緣的強度計算螺母外徑與凸緣的強度計算Fbb)(4) 3 . 12 . 1 (223DDFbbD3Db83. 0：其中6b2buDbFl潘存云教授研