機械設(shè)計螺紋連接與螺旋傳動

1、關(guān)于機械設(shè)計螺紋連接和螺旋傳動第一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月中國地質(zhì)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺紋的形成51螺 紋d2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)，同時沿軸向作等速移動的軌跡。螺紋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。螺紋第二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋第三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘

2、存云教授研制螺紋的牙型潘存云教授研制矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋1530330潘存云教授研制潘存云教授研制第四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋潘存云教授研制左旋螺紋第五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分 按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋一般: n 4P

3、SS = 2PPSPS =Pn線螺紋: S = n P單線螺紋多線螺紋第六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分 按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分 按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋螺紋副第七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制外螺紋內(nèi)螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制第八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分 按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形

4、螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋連接螺紋傳動螺紋螺旋傳動第九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月連接螺紋傳動螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制第十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分 按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋連接螺紋傳動螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋第十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制圓柱螺紋圓錐螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制管螺紋第十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制(3

5、)中徑d2 也是一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。d1d2d(1)大徑d 與外螺紋牙頂(或內(nèi)螺紋牙底)相重合的假想圓柱體的直徑。(2) 小徑 d1 與外螺紋牙底(或內(nèi)螺紋牙頂)相重合的假想圓柱體的直徑。(4) 螺距P 相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。(5) 導(dǎo)程S(6) 螺紋升角 中徑d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角 (7)牙型角 軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角。牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。tan=d2 nP 牙側(cè)角 d2SS = nP同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距P二、螺紋的主要幾何參數(shù)SPP/2P/2 (8

6、)接觸高度 h 內(nèi)外螺紋旋合后，接觸面的徑向高度。h圓周長展開長度第十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 普通螺紋以大徑d為公稱直徑，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，其余的統(tǒng)稱為細牙螺紋。60螺紋的精度等級:A級B級C級公差小，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)整或承受變載荷的連接用于一般連接，最常用粗牙螺紋應(yīng)用最廣。細牙螺紋的優(yōu)點：升角小、小徑大、自鎖性好、強度高缺點：不耐磨，易滑扣。應(yīng)用：薄壁零件、受動載荷的連接和微調(diào)機構(gòu)。Pd粗牙dP細牙dP細牙第十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制梯形螺紋：

7、梯 形鋸齒形30330為了減少摩擦和提高效率，這兩種螺紋的牙側(cè)角比三角形螺紋的要小得多。用于剖分螺母時，梯形螺紋可消除因摩擦而產(chǎn)生的間隙，應(yīng)用較廣。鋸齒形螺紋的效率比矩形螺紋高，但只適合單向傳動。鋸齒形螺紋: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后續(xù)各表（或查閱相關(guān)機械設(shè)計手冊）。螺紋的基本尺寸：第十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月52螺紋連接的類型及標準連接件一、 螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型eaal1l1可承受橫向載荷。螺紋余留長度l1 鉸制孔用螺栓靜載荷l1=(0.30.5)d;變載荷l1=0.75d;沖擊載荷或彎曲載荷l1 d;鉸

8、制孔用螺栓l1 d;螺紋伸出長度a=(0.20.3)d; 螺栓軸線到被連接件邊緣的距離e=d+(36) mm用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。潘存云教授研制潘存云教授研制d潘存云教授研制d孔與螺桿之間留有間隙潘存云教授研制潘存云教授研制第十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、 螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型螺釘連接座端擰入深度H，當(dāng)螺孔材料為：aee雙頭螺柱連接 連接件厚，允許拆裝。鋼或青銅 H=d;鑄鐵 H=(1.251.5)d鋁合金 H=(1.52.5)d螺紋孔深度 H1=H+(22.5)P;鉆孔深度 H2=H1+(0.51)d;參數(shù)l1 、

9、e、a與螺栓相同 l1l1HHH1H1H2H2結(jié)構(gòu)簡單，省了螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺孔而修復(fù)困難。52螺紋連接的類型及標準連接件d第十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制一、 螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型螺釘連接雙頭螺柱連接緊定螺釘連接緊定螺釘52螺紋連接的類型及標準連接件潘存云教授研制第十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制二、螺紋緊固件螺栓螺紋緊固件螺栓的結(jié)構(gòu)形式LL0d六角頭LdL0小六角頭第十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月dL0L1LL1 座端長度L0 螺母端長度二、螺紋緊固件螺紋緊固件雙頭螺柱螺栓第二

10、十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、螺紋緊固件螺紋緊固件末端結(jié)構(gòu)頭部結(jié)構(gòu)螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓第二十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制二、螺紋緊固件螺紋緊固件潘存云教授研制地腳螺栓機座、機架固定于地基 潘存云教授研制起吊螺釘機器或大型零、部件的頂蓋或外殼，便于起吊 螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋連接T 型螺栓 工裝設(shè)備中第二十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、螺紋緊固件螺紋緊固件用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。用于尺寸受限制之處。國標羅列有余種不同結(jié)構(gòu)的螺母螺母螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋連接六角螺母六角扁螺母六角厚螺母潘存云教授研制圓螺

11、母第二十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月墊圈 平墊圈薄平墊圈A型平墊圈B型平墊圈螺母 螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱二、螺紋緊固件螺栓螺紋緊固件斜墊圈彈簧墊圈圓螺母用止動墊圈作用：增加支撐面積以減小壓強，避免擰緊螺母擦傷表面、防松。專用螺紋連接第二十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月53螺紋連接的預(yù)緊預(yù)緊力：大多數(shù)螺紋連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。預(yù)緊的目的：增強連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對移動。預(yù)緊力的確定原則： 擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限ss的80%。 一、

12、概述一般螺紋連接在裝配時都必須擰緊，這時螺紋連接受到預(yù)緊力的作用。對于重要的螺紋連接，應(yīng)控制其預(yù)緊力，因為預(yù)緊力的大小對螺紋連接的可靠性，強度和密封均有很大影響。碳素鋼螺栓：F0(0.60.7) s A1合金鋼螺栓：F0 (0.50.6) s A1A1 危險截面積， A1 d21/4第二十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月尼龍圈鎖緊螺母連接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時，不會自動松脫。但在沖擊、振動和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時消失，連接仍有可能松動而失效。高溫下的螺栓連接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設(shè)計時必須考慮防松，即防止

13、相對轉(zhuǎn)動。防松的方法 1. 利用附加摩擦力防松彈簧墊圈對頂螺母54螺紋連接的防松防松防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。 第二十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月開口銷與六角開槽螺母串聯(lián)鋼絲2. 采用專門防松元件防松圓螺母用止動墊圈潘存云教授研制止動墊圈潘存云教授研制潘存云教授研制第二十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月沖點防松法3. 其它方法防松11.5P用沖頭沖2至3點粘合法防松涂粘合劑第二十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月55螺栓組連接的設(shè)計在設(shè)計螺栓組連接時，關(guān)鍵是連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計。它是根據(jù)被連接件的結(jié)構(gòu)和連接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式。為了便于加工制造和對稱布置螺栓

14、，保證連接結(jié)合面受力均勻，通常連接接合面的幾何形狀都設(shè)計成一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則：大多數(shù)機械中螺栓都是成組使用的。軸對稱的簡單幾何形狀 圓形 圓環(huán)形 矩形 矩形框 三角形 第二十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理FF(1) 對于鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均；潘存云教授研制潘存云教授研制合理不合理(2)當(dāng)螺栓連接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近連接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。第三十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研

15、制潘存云教授研制潘存云教授研制dhD螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距，以保證扳手空間(3)當(dāng)同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，采用抗 剪零件來承受橫向載荷。潘存云教授研制潘存云教授研制60CCEE60扳手空間的尺寸見有關(guān)標準。AB潘存云教授研制第三十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月對于壓力容器等緊密性要求較高的重要連接。螺栓的間距不大于下表所推薦的取值。t0潘存云教授研制螺栓間距t0工作壓力/MPa7d 5d 4.5 4d 3.5 3d t0 /mm 1.6 1.6 4 410 1016 1620 2030 d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

16、、6、8等偶數(shù)。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應(yīng)相同第三十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制支承面傾斜采用凸臺或沉孔結(jié)構(gòu)潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制支承面不平保證被連接件，螺母和螺栓頭支承面平整，并與螺栓軸線相互垂直。對于在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時，應(yīng)制成凸臺或沉頭座。當(dāng)支承面為傾斜表面時，應(yīng)采用斜面墊圈等。避免螺栓承受附加的彎曲載荷切削加工支承面支承面傾斜潘存云教授研制第三十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、螺栓組連接的受力分析受力分析的目的: 根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進行螺栓連接的強度計

17、算。受力分析時所作假設(shè): (1)所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同； (3)受載后連接接合面仍保持為平面。受力分析的類型：(2)螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合；受轉(zhuǎn)矩受橫向載荷受軸向載荷受傾覆力矩M第三十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）對于鉸制孔用螺栓連接，每個螺栓所受工作剪力為（2）對于普通螺栓連接 ，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連接。1受橫向載荷的螺栓組連接Ks為防滑系數(shù)，設(shè)計中可取Ks =1.11.3。潘存云教授研制鉸制孔螺栓FFFF潘存云教授研制普通螺栓或

18、i 接合面數(shù)f 接合面摩擦系數(shù)第三十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制TO潘存云教授研制O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)矩的螺栓組連接采用普通螺栓，是靠連接預(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。TrmaxFmaxr1f F0f F0r2riFi假設(shè)底板受載仍為平面，則螺栓的剪切變形量與距離成正比，F(xiàn)=Kri剪切力與距離r的比值為常數(shù)第三十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制D3受軸向載荷的螺栓組連接若作用在螺栓組上軸向總載荷F作用線與

19、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)連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F2 = F1 + FpFFF第三十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制4受傾覆力矩的螺栓組連接 傾覆力矩 M 作用在連接接合面的一個對稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已被擰緊并承受預(yù)緊力F0且被拉伸，地基有均勻的壓縮。在作用M后，接觸面繞0-0線轉(zhuǎn)動一個角度，左邊的地基被放松，而螺栓被進一步拉伸；右邊的螺栓被放松，而地基被進一步壓縮。單個螺栓拉力產(chǎn)生的力矩為F1F0 F

20、0 p ( F 0引起)F2mp2( F1m引起)p1( F1引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi Li 假設(shè)底板受載仍為平面，則螺栓受力與螺栓中心到螺栓組排列中心的距離成正比。螺栓承受的載荷與距離成正比 第三十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制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Om 力 變形 Ob 作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡，即未加傾覆力矩時，工作點在A。Mi=0施加傾覆力矩M時，左邊的螺栓，工作點移至B1 和C1 右邊的螺栓，工作點移至B2 和C2 左邊螺栓總拉力增加，右邊螺栓總拉力減小。F2 F2m

21、C1 B2 B1 求得最大工作載荷A F0 第三十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月螺栓的總拉力為防止接合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求連接接合面材料的許用擠壓應(yīng)力材料 鋼 鑄鐵 混凝土 磚(水泥漿縫) 木材p(MPa) 0.8 S (0.40.5)B 2.03.0 1.52.0 2.04.0直接引用前面的結(jié)論第四十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月56螺紋連接的強度計算螺栓連接的主要失效形式滑扣 因經(jīng)常拆裝受拉螺栓塑性變形 螺紋部分疲勞斷裂受剪螺栓 剪斷壓潰 螺桿和孔壁的貼合面經(jīng)常拆卸 軸向變載荷斷裂螺栓桿第四十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存

22、云教授研制螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據(jù)等強度原則及使用經(jīng)驗規(guī)定的。采用標準件時，這些部分都不需要進行強度計算。所以，螺栓連接的計算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標準選定螺紋公稱直徑d及螺距P等。 一、松螺栓連接強度計算強度條件式中 d1 螺紋小徑 mm ， 許用應(yīng)力二、緊螺栓連接強度計算FaFa力除以面積設(shè)計公式裝配時需要擰緊，在工作狀態(tài)下可能還需要補充擰緊。1. 僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接2. 承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接3. 承受工作剪力的緊螺栓連接裝配時不須要擰緊起重吊鉤第四十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月螺栓受軸向拉力F0和摩擦力矩T1的雙重作用。拉應(yīng)力1.

23、 僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力對于M10M64的普通鋼制螺紋，可?。?Tan f =0.17， d2 /d1=1.04 1.08, tan 0.5 得： 0.5 分母為抗剪截面系數(shù)計算應(yīng)力由此可見，對于M10 M64普通螺紋的鋼制緊螺栓連接，在擰緊時，雖然同時承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，但在計算時，可以只考慮拉伸強度計算，并將預(yù)緊力增大30%來考慮扭轉(zhuǎn)的影響。強度條件第四十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)承受橫向工作載荷時， 預(yù)緊力F0導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于橫向載荷F。C 可靠性系數(shù)，常取 C=1.11.3預(yù)緊力F0 f 摩擦系數(shù)，對鋼與鑄鐵，取 f =0.10.15

24、m 結(jié)合面數(shù) 上圖m=1,下圖m=2若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 則F0 8F螺栓結(jié)構(gòu)尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0第四十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制FF/2F/2潘存云教授研制D2. 受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接改進措施：采用鍵、套筒、銷等減載零件承擔(dān)橫向工作載荷。螺栓僅起連接作用設(shè)流體壓強為p，螺栓數(shù)目為Z，則缸體周圍每個螺栓的平均載荷為pD2/4F =ZpFF第四十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授

25、研制潘存云教授研制 預(yù)緊 狀態(tài)潘存云教授研制特別注意，螺栓和被連接件的彈性變形，軸向載荷：F2 F0+F加預(yù)緊力后螺栓受拉伸長b被連接件受壓縮短m加載 F 后:螺栓總伸長量增加為 總拉力為 被連接件壓縮量減少為 殘余預(yù)緊力減少為 F1 很顯然 F1F0 被連接件放松了 +bm - F0F0受載變形松弛狀態(tài)潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F2F2F2=F+F1F1F1FFmb F0F0第四十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制b連接件變形壓縮力螺栓變形拉力FbFm螺栓變形力F2F1FF0F0F0barctanCbarctanCmmm第四十七張，PPT

26、共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月力螺栓變形arctanCb潘存云教授研制螺栓的相對剛度系數(shù)F= Fb +Fm=(Cb +Cm ) Cb +CmCbF2 = F0 +FCb +CmCbF1 = F0 F 1-F1= F0- Fm= F0 - Cm F2= F0 + Fb= F0 +Cb Cb +CmF=FF2FbF0代入得：表54螺栓的相對剛度系數(shù)墊片類型 金屬墊片或無墊片 皮革 銅皮石棉 橡膠 0.20.3 0.7 0.8 0.9Cb +CmCbFmF1第四十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月靜強度條件重要場合的螺栓連接，還應(yīng)進行疲勞強度校核。設(shè)計公式當(dāng)工作拉力在0F之間變化時，螺栓

27、所受總拉力在F0 F2之間變化。F2 F0 m bF 若不考慮摩擦力矩的影響，有第四十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月DI因為min =const , 應(yīng)力工作點M落在ODG I區(qū)域內(nèi)，依據(jù)疲勞強度理論有其中 -1tc 螺栓材料的對稱循環(huán)拉壓疲勞極限。疲勞極限-1 -1tc10 160220 120 150Q215 170220 12016035 220300 17022045 250340 19025040Cr 320440 240340材 料 材料特性系數(shù)碳素鋼 =0.10.2合金鋼 =0.30.3min-1e-1amOCAS GMM3K 綜合影響系數(shù)S 安全系數(shù) 見下頁螺栓的

28、最大應(yīng)力計算安全系數(shù)-1 彎曲循環(huán)疲勞極限第五十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制 這種連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。在連接接合面處，螺栓桿則受剪切。3承受工作剪力的緊螺栓連接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 F 螺栓所受的工作剪力，單位為N；Lmin鉸制孔用螺栓FFd0設(shè)計時應(yīng)使 Lmin1.25d0d0 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。螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力許用切應(yīng)力第五十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于202

29、2年6月57螺栓的材料和許用應(yīng)力一、螺紋連接件材料國家標準規(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。螺紋聯(lián)接件的材料與許用應(yīng)力3.6 4.6 4.8 5.6 58 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9作為標準零件，螺紋連接件是按其性能等級選用的。對于一定性能等級的螺紋連接件應(yīng)具備一定的強度極限。第五十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月特殊用途(防磁、導(dǎo)電): 特殊鋼、銅合金、鋁合金等。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級。普通墊圈：Q235、15、 35彈簧墊圈： 65Mn 常用的螺紋聯(lián)接件材料為Q215、Q235、35、45等

30、碳素鋼。當(dāng)強度要求高時，還可采用合金鋼，如15Cr、40Cr等。第五十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月中國地質(zhì)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 選用原則： 一般用途：通常選用4.8級左右的螺栓， 重要場合：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。螺母的性能等級分為 7級。 4 5 6 8 9 10 12第五十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、螺紋連接件的許用應(yīng)力 螺紋連接件的許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)(靜、變載荷)、裝配情況(松、緊連接)、材料、結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。許用拉應(yīng)力 許用切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力 被連接件為鋼被連接件為鑄鐵S, Sp 安全系數(shù)，其取值詳見下頁表。屈服

31、極限第五十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制螺栓連接的安全系數(shù)S 碳素鋼 54 42.5 2.52 碳素鋼 12.58.5 8.5 8.512.5 M6M16 M16M30 M30M60 M16M16 M16 M30 M30M60不控制預(yù)緊力的計算控制預(yù)緊力的計算受載類型 靜載荷 變載荷松螺栓連接 1.21.7合金鋼 5.75 53.4 3.43 合金鋼 106.8 6.8 6.810 1.2 1.5 1.2 1.5(Sa=2.54 )鋼：S=2.5， Sp= 1. 25 鋼：S=3.55， Sp= 1. 5鑄鐵：Sp=2.02.5 鑄鐵： Sp= 2.53鉸制孔用螺栓

32、連接受軸向及橫向載荷的普通螺栓連接緊螺栓連接第五十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月58提高螺栓連接強度的措施承受軸向變載荷時，螺栓的損壞形式：疲勞斷裂容易斷裂部位：一、降低影響螺栓疲勞強度的應(yīng)力幅。軸向工作載荷F的變化范圍 0 FCb+ CmCbF0 F0 +F總拉伸載荷的F2變化范圍 螺栓剛度 Cb 或 被連接件剛度Cm F2變化范圍F 提高螺栓連接強度的措施有哪些呢？ 以螺栓連接為例，螺栓連接的強度主要取決于螺栓的強度，因此，提高螺栓的強度，將大大提高連接系統(tǒng)的可靠性。2、改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象。1、降低影響螺栓疲勞強度的應(yīng)力幅。3、減小應(yīng)力集中的影響。4、采用合理的制

33、造工藝。第五十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F0 m b措施一：降低螺栓剛度（ Cb Cb , b Cm , m m ） 措施三：綜合措施（ Cb Cm , F0 F0 ）F F F1 F2 F2FF m F1 bF0m 雖然F=FFF強調(diào)殘余預(yù)緊力減小但有FF強調(diào)殘余預(yù)緊力減小F=FF=F， F1 =F 1FF2F3F4F510圈以后，螺母牙幾乎不承受載荷。螺栓桿F潘存云教授研制螺栓桿F螺母體均載螺母均載原理 螺母和螺桿均為拉伸變形，有助于減小兩者螺距變化，使受載均勻。加厚螺母第六十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研

34、制1015懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母1015內(nèi)斜與環(huán)槽螺母均載原理相同螺母也受拉內(nèi)斜螺母因力的作用點外移可使載荷較大的頭幾圈螺紋牙容易變形，使載荷上移而改善載荷分布不均。均載元件懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母內(nèi)斜螺與環(huán)槽螺母都是改變螺母旋合部分的變形性質(zhì)，使之和螺栓變形性質(zhì)相同，均為拉伸變形，從而使螺紋牙上載荷分布趨于均勻；鋼絲螺套加工復(fù)雜，僅限于用在重要場合或大型連接。第六十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制采用凸臺或沉孔結(jié)構(gòu)潘存云教授研制潘存云教授研制三、減小應(yīng)力集中1.增大過渡圓角2.切制卸載槽r四、避免或減小附加應(yīng)力3.卸載過渡結(jié)構(gòu)要從結(jié)構(gòu)、制造與裝配精度采取措施。潘存

35、云教授研制支承面不平切削加工支承面潘存云教授研制第六十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月五、采用特殊制造工藝冷鐓螺栓頭部、滾壓螺紋螺栓疲勞強度提高30%到40%表面處理： 氰化、氮化也能提高疲勞強度。球面墊圈采用球面墊圈和腰環(huán)螺栓可以保證螺栓的裝配精度。潘存云教授研制腰環(huán)螺栓潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制第六十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月一、螺旋傳動的類型和應(yīng)用調(diào)整螺旋靜壓螺旋類型運動形式有59螺旋傳動螺母固定，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：回轉(zhuǎn)運動 直線運動，同時傳遞動力。螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動 刀架 按用途分傳力螺

36、旋傳導(dǎo)螺旋滑動螺旋滾動螺旋按摩擦性質(zhì)分傳遞動力 傳遞運動,要求精度高調(diào)整零件相對位置應(yīng)用實例為車床刀架溜板第六十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制潘存云教授研制調(diào)整螺旋調(diào)整螺旋第六十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月機床的進給機構(gòu)潘存云教授研制應(yīng)用實例: 機床的進給機構(gòu)、起重設(shè)備（千斤頂） 、鍛壓機械(壓力機)、測量儀器（千分尺）、夾具、玩具、機器人及其他工業(yè)裝備中。潘存云教授研制第六十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月應(yīng)用實例 起重設(shè)備（千斤頂）鍛壓機械(壓力機)潘存云教授研制潘存云教授研制第六十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月應(yīng)用實例

37、 工件夾緊裝置(鋸床)潘存云教授研制潘存云教授研制第六十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月應(yīng)用實例 潘存云教授研制鉗工虎鉗 潘存云教授研制千分尺 第六十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月整體螺母組合螺母剖分螺母螺母結(jié)構(gòu)潘存云教授研制組合螺母潘存云教授研制調(diào)整楔快固定螺釘調(diào)整螺釘二、滑動螺旋的結(jié)構(gòu)和材料 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。1. 結(jié)構(gòu) 潘存云教授研制剖分螺母第七十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制螺旋副材料要求：足夠的強度、耐磨性、摩擦因子小2. 滑動螺旋的材料螺桿材料:

38、 Q257、45、50鋼，或T12、40Cr、65Mn 螺母材料: ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl10Fe3.螺桿-螺母材料 滑動速度 m/min 許用壓力/MPa 摩擦因子 低速 1825 3 1118 612 710 15 12 淬火鋼青銅 鋼青銅 鋼鑄鐵 鋼鋼 612 1013 0.060.08 2.4 1318 612 47 低速 7.513 0.110.17 0.080.1 0.120.15 滑動螺旋副材料的許用壓力p及摩擦因子 第七十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月潘存云教授研制三、滑動螺旋傳動的設(shè)計計算承受載荷: 轉(zhuǎn)矩、軸向力 設(shè)計準則：按耐磨損確定直徑，選擇螺距校核螺桿、螺母強度等。主要失效形式: 螺牙的磨損滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力許用應(yīng)力/MPa螺旋副材料螺桿 鋼 /(35)螺母青銅 4060 3040鑄鐵 4555 40鋼 (0.10.2) 0.6 b 注：1) s 為材料的屈服極限； 2)載荷穩(wěn)定時，許用應(yīng)力取大值。第七十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)