機械設(shè)計課件-螺紋聯(lián)接

聯(lián)接動聯(lián)接運動副靜聯(lián)接可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接螺紋聯(lián)接鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接銷聯(lián)接小過盈配合焊接鉚接膠接大過盈配合第二篇聯(lián)接第二篇聯(lián)接第五章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動§5—1螺紋一、形成、類型及應(yīng)用1.形成

S—導(dǎo)程

P—螺距ψ—升角螺旋線：螺紋：第五章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動。普通螺紋管螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋2.類型梯形牙矩形牙強度低鋸齒形牙強度高效率高

公制英制

自鎖性好(2)按用途分螺紋傳動矩形：η最高，牙根強度弱，磨損后間隙不可調(diào)梯形：η高，強度高，雙向傳動鋸齒形：η高,強度高,單向傳動聯(lián)接三角形普通粗牙：常用M20細(xì)牙：緊固、薄壁、微調(diào)圓錐圓柱英制α=55°圓錐公制α=60°管（3）按旋向分三角形螺紋：粗牙螺紋——用于緊固件

細(xì)牙螺紋——自鎖性好，適于薄壁

細(xì)小零件和沖擊變載等

右旋左旋（4）按線段分:螺旋線根數(shù)(單、多)單線:ψ小自鎖性好聯(lián)接多線:ψ大效率高傳動小結(jié):聯(lián)接螺紋:單線、三角形螺紋（效率低，易自鎖）傳動螺紋:多線、矩形、梯形、鋸齒形螺紋（效率高）二、主要參數(shù)d——大徑公稱直徑M10d1——小徑危險直徑d2——中徑平均直徑d2=(d1+d)／2n——線數(shù)

p——螺距S——導(dǎo)程S=npα——牙形角ψ——升角

ψ=arctg公制：600英制：550β——牙側(cè)角h——接觸高度效率：自鎖條件：§5-2螺紋聯(lián)接的類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件1.螺栓聯(lián)接：被聯(lián)接件不厚，必須打成通孔一、螺栓聯(lián)接的基本類型2.雙頭螺柱聯(lián)接：⑴被聯(lián)接件不能打成通孔

⑵經(jīng)常拆卸處⒊螺釘聯(lián)接：⑴被聯(lián)接件不能打成通孔

⑵不經(jīng)常拆卸處⒋緊定螺釘聯(lián)接：⑴用于軸向或周向固定

⑵傳遞不大的力或力矩普通螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接§5-2螺紋聯(lián)接的類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件普通螺栓雙頭螺柱螺釘螺釘聯(lián)接緊定螺釘自攻螺釘普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接盲孔雙頭螺柱聯(lián)接螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接5其他：

地腳螺栓聯(lián)接T型槽螺栓聯(lián)接吊環(huán)螺栓聯(lián)接二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件五大件：螺栓、雙頭螺栓、螺釘、螺母、墊圈★★自學(xué)（結(jié)構(gòu)、特點、應(yīng)用）★★螺母★★預(yù)緊的目的提高聯(lián)接的緊密性防止聯(lián)接松動提高聯(lián)接件強度＃關(guān)鍵是控制預(yù)緊力Fo一、一般聯(lián)接：預(yù)緊力F0碳素鋼：F0≤(0.6～0.7)σSA1合金鋼：F0≤（0.5～0.6)σSA1§5-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊§5-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊

二、重要聯(lián)接：擰緊力矩TT=T1+T2T1：螺旋副摩擦阻力矩T2：螺母支承面的摩擦阻力矩對于普通粗牙螺紋M10~M68T≈0.2F0d※注意：對于重要聯(lián)接d≥M12※∵一般扳手長度L=15dT=FL∴Qp=75F(擰緊力）當(dāng)F=200NQp=15000NM12以下的螺栓以被擰斷三、控制Qp的方法⒈測力矩扳手，定力矩扳手（不準(zhǔn)確）⒉測量螺栓伸長量的方法（準(zhǔn)確）定力矩扳手測力矩扳手沖擊扳手§5-4螺紋聯(lián)接的防松目的：防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動，以防止聯(lián)接的松動，影響正常工作。靜載荷溫差?。嚎勘旧碜枣i變載荷溫差大：要有防松措施§5-4螺紋聯(lián)接的防松

⒈摩擦防松：增大摩擦力，不可靠一防松方法：類型結(jié)構(gòu)特點⒉機械防松：鎖住螺旋副，可靠⒊不可拆卸防松：鉚、沖、焊、膠接彈簧墊圈防松自鎖螺母防松摩擦防松摩擦防松---對頂螺母防松機械防松機械防松----止動墊片機械防松----止動墊片機械防松

----串聯(lián)鋼絲串聯(lián)金屬絲鉚沖焊接不可拆卸防松

§5-5螺紋聯(lián)接的強度計算選擇螺栓類型：軸向載荷傾覆力矩橫向載荷轉(zhuǎn)矩普通螺栓普通螺栓鉸制孔用螺栓普通螺栓受拉螺栓鉸制孔螺栓受剪螺栓§5-6螺紋聯(lián)接的強度計算

失效形式：⒈受拉螺栓：靜力或疲勞斷裂⒉受剪螺栓：⑴接合面被壓潰⑵螺栓桿被剪斷設(shè)計準(zhǔn)則：⒈受拉螺栓：⒉受剪螺栓：一受拉螺栓：普通螺栓㈠松聯(lián)接（不預(yù)緊）例：拉桿、吊鉤、定滑輪架等強度條件：或設(shè)計式：校核式:（二）緊聯(lián)接（預(yù)緊）⒈只受預(yù)緊力（橫向載荷、轉(zhuǎn)矩）例：索引器、聯(lián)軸器拉應(yīng)力：根據(jù)第四強度理論：剪應(yīng)力：＃＃近似處理強度條件：校核式:或設(shè)計式：⒉同時受預(yù)緊力和工作拉力（軸向載荷傾覆力矩）例：汽缸、高壓容器⑴預(yù)緊未加工作載荷螺栓：拉伸變形為被聯(lián)接件：壓縮變形為單個緊螺栓聯(lián)接受力變形圖變形力力力λbλmλbλm△δF0F0F2FF1θ1θ2螺栓被聯(lián)接件F0單個螺栓受力變形線圖受預(yù)緊力⑵加入工作載荷螺柱：進(jìn)一步拉伸變形為被聯(lián)接件：放松F1

變形為受工作載荷后⑶螺栓的總拉力①②①選擇有密封性要求時

一般聯(lián)接，載荷穩(wěn)定時

一般聯(lián)接，載荷不穩(wěn)定時地腳螺栓聯(lián)接②根據(jù)橫向載荷或轉(zhuǎn)矩求出強度條件：螺栓的相對剛度，表5-4校核式:或設(shè)計式：⒊受軸向載荷（圖5-18)工作拉力在0～F之間變化螺栓總拉力在Qp～

Q之間變化因此可知：★★按

⒈螺栓桿與孔壁的擠壓條件：⒉螺栓桿的剪切強度條件：擠壓面的最小高度光桿直徑二受剪螺栓：鉸制孔用螺栓§5-6 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計★★螺栓組聯(lián)接一般均成組使用螺栓組聯(lián)接設(shè)計內(nèi)容｛結(jié)構(gòu)設(shè)計受力設(shè)計一、結(jié)構(gòu)設(shè)計目的：合理確定接合面的形狀和螺栓組的布置⒈聯(lián)接接合面為簡單幾何形狀：圓形、環(huán)形、矩形、三角形，便于制造、受力均勻§5-5 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計

⒉螺栓的布置應(yīng)保證受力合理⑴鉸制孔用螺栓小于8⑵承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時，應(yīng)靠邊緣布置⒊合理的間距和扳手空間⒋同一圓周數(shù)為偶數(shù)（4、6、8等）且螺栓的直徑材料長度均相同⒌避免承受附加彎曲載荷鑄鍛表面應(yīng)制成凸臺或沉頭座傾斜面加斜面墊圈球面墊圈斜面墊圈的應(yīng)用凸臺與沉頭座的應(yīng)用斜面墊圈球面墊圈

二、螺栓組聯(lián)接的受力分析目的：找出受力最大的螺栓和求出所受力，以便于強度計算。幾種典型受力分析：

受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接橫向載荷：載荷作用線垂直螺栓軸線⒈普通螺栓組聯(lián)接：要求接和面不滑移，靠摩擦力來抵抗橫向載荷受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接每個螺栓所受預(yù)緊力f接合面摩擦系數(shù)（表（5-7)i接合面數(shù)

防滑系數(shù)，

=1.1~1.52.鉸制孔用聯(lián)接靠螺栓桿受擠壓和剪切來抵抗橫向載荷每個螺栓所受剪力F受轉(zhuǎn)矩T

防止底版繞對稱中心O轉(zhuǎn)動⒈普通螺栓聯(lián)接：螺栓受預(yù)緊力特例：聯(lián)軸器⒉鉸制孔用螺栓組聯(lián)接：螺栓受剪力F根據(jù)變形協(xié)調(diào)原則：距對稱中心O越遠(yuǎn)，剪切變形量越大，所受工作剪力越大。

或或特例：聯(lián)軸器受軸向載荷軸向載荷：載荷作用線平行螺栓軸線螺栓受拉力預(yù)緊力聯(lián)合作用F2總拉力受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩M

(圖5-27)防止底板繞對稱軸線OO翻轉(zhuǎn)根據(jù)變形協(xié)調(diào)原則或兩項驗算：⒈接合面受壓最大處不壓潰接合面材料（表5-8)⒉接合面受拉最大處不出現(xiàn)間隙※注意：實際螺栓組受力為組合狀況※普通螺栓聯(lián)接：受拉力⒈按和M求工作拉力F⒉按和T求預(yù)緊力求Q總拉力鉸制孔用螺栓聯(lián)接：受剪力按和T求工作剪力

§5-7材料及許用應(yīng)力一材料常用材料：螺栓一般：碳鋼低碳鋼Q215、10中碳鋼Q235、35、45變載荷；合金鋼低碳鋼：15Cr高合金鋼：40Cr、30CrMnSi特殊用途：防銹、防磁、導(dǎo)電耐高溫§5-7材料及許用應(yīng)力

螺母，墊圈：Q235、15、35彈簧墊圈：65Mn二許用應(yīng)力許用拉應(yīng)力：許用切應(yīng)力：許擁擠壓應(yīng)力：鋼：鑄鐵：表5-9安全系數(shù)表5-11§5-8提高螺栓聯(lián)接強度的措施一降低應(yīng)力幅，提高疲勞強度F,Qp

不變

減少螺栓剛度增加被聯(lián)接件剛度Q降低應(yīng)力幅⒈減少螺栓剛度⑴加長螺栓§5-8提高螺栓聯(lián)接強度的措施⑵柔性螺栓：

空心腰桿⑶螺母下加彈性元件

⒉增加被聯(lián)接件的剛度⑴剛度大的墊圈

⑵密封環(huán)（圖5-32)⒊同時再增大預(yù)緊力Qp更有效（圖5-29c)二改善牙間載荷分布不均螺母：受壓Pm螺栓：受拉Pb第一圈變化最大第一圈承受1/3的載荷第八圈幾乎不受載荷措施：使減?、爬炻菽福簯抑谩h(huán)槽（圖5-35)⑵內(nèi)斜螺母：載荷上移、趨于均勻⑶環(huán)槽、內(nèi)斜螺母：綜合⑷鋼絲螺套：均載、防震（圖5-36)三減少應(yīng)力集中

⒈加大圓角卸載槽螺尾退刀槽

⒉減小彎曲應(yīng)力：凸臺沉頭座球面墊圈要環(huán)螺栓四合理的制造工藝⒈改車制為冷鐓、滾壓⒉表面處理：氮化、氰化、噴丸等108

QQ例2、設(shè)計圖示螺紋聯(lián)接：1.受拉螺栓2.受剪螺栓解：一）受力分析RTFSRFSRFSRFSRFSTFSTFSTFSTR=Q/2=10000NQT=R×300=3000000N.mm[例題]固定在鋼制立柱上的鑄鐵托架已知：載荷P、底版尺寸[解]

1.螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.螺栓組受力分析：向底板對稱中心簡化。

軸向載荷

軸向載荷

傾覆力矩3.螺栓受力分析上面兩螺栓受力最大：4.在作用下，按底板接合面不滑移的條件，求出殘余預(yù)緊力預(yù)緊力:5.螺栓所受總拉力Q6.強度計算7.螺栓組接合面的兩項校核

（1）接合面不壓潰

（2）接合面不產(chǎn)生間隙

1.組成螺旋副效率高｛螺桿螺母§5-9螺旋傳動一、螺旋傳動的類型和應(yīng)用｛變轉(zhuǎn)動為移動傳遞運動和動力2.作用§5-9螺旋傳動絲杠3.類型（1）按用途分

傳力螺旋：增力（千斤頂，壓力機）

傳導(dǎo)螺旋：傳遞運動（進(jìn)給、分度）

調(diào)整螺旋：調(diào)節(jié)位置（相機、儀器）（2）按摩擦性質(zhì)分

滑動螺旋：簡單，易制造，易自鎖，

滾動螺旋

靜壓螺旋}，精度高1.托杯；2.螺釘3.手柄；4.擋環(huán)5.螺母；6.緊訂螺釘7.螺桿；8.底座9.擋環(huán)起重量Q（KN）1015202530起重高度H（mm）150200250280300手柄操作力P（N）150150200250250螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計數(shù)據(jù)二、滑動螺旋的結(jié)構(gòu)和材料

1.結(jié)構(gòu) 螺桿：多線，梯形、鋸齒形螺紋 螺母：整體：簡單，間隙不可調(diào) 剖分 組合}間隙可調(diào)2.材料

要求：強度、耐磨性、減磨性、工藝性

螺桿（耐磨）

螺母（減磨）{一般：45等青銅ZCu10P1等重要：40Cr等螺旋副材料牌號應(yīng)用范圍Q235,Q275,45,50材料不經(jīng)熱處理，適用于經(jīng)常運動，受力不大，轉(zhuǎn)速較地的傳動40Cr,65Mn,T12,40WMn,

8CrMnTi材料需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性，適用于重載、轉(zhuǎn)速較高的重要傳動螺桿

9Mn2V,CrWMn,

8CrMnAl材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸穩(wěn)定性，適用于精密傳導(dǎo)螺旋傳動ZCu10P1,ZCu5Pb5Zn5材料耐磨性好，適用于一般傳動螺母ZCuAl9Fe4Ni4Mn2,ZCn25Al6Fe3Mn3材料耐磨性好，強度高，適用于重載、底速的傳動。對于尺寸較大或高傳動螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金三、滑動螺旋傳動的設(shè)計計算

主要失效形式：螺紋磨損

設(shè)計內(nèi)容：

（1）按耐磨性計算確定主要參數(shù)d2H2

（2）其他失效形式的較核計算

（3）查手冊確定螺旋的其他尺寸1.耐磨性計算{確定d2H2驗算自鎖條件（1）{較核：設(shè)計：{矩形、梯形：鋸齒形(2)系數(shù)中{整體式剖分式載荷大、精度高、壽命長工作高度h{矩形、梯形：h=0.5p鋸齒形：h=0.75p工作圈數(shù)許用應(yīng)力（3）自鎖條件摩擦系數(shù)f（4）按d2查手冊確定（d，p）防止其他實效形式的校核2.螺桿的強度計算螺桿受力拉(壓)力扭矩{第四強度理論：注：1）為材料屈服極限。

2）載荷穩(wěn)定時，許用應(yīng)力取最大值。3.螺母螺紋細(xì)牙的強度計算將一圈螺紋展開，相當(dāng)懸臂梁

剪切強度條件：彎曲強度條件：b：根部厚度{矩形b=0.5p梯形b=0.6p鋸齒形b=0.75p注：1）為材料屈服極限。

2）載荷穩(wěn)定時，許用應(yīng)力取最大值。4.螺母外徑與凸緣的強度計算拉伸強度條件：注：考慮螺紋細(xì)牙摩擦力矩影響將Q增加20~30%擠壓強度條件：彎曲強度條件：5.螺桿的穩(wěn)定性計算Q>QcQ——軸向力Qc——臨界載荷

穩(wěn)定條件為：安全系數(shù)Ss

傳力螺旋：Ss=3.5~5.0

傳導(dǎo)螺旋：Ss=2.5~4.0

精密螺桿或水平螺桿：Ss>4臨界載荷Qc：按柔度計算：長度系數(shù)，：慣性半徑I：慣性矩（1）當(dāng)時，按歐拉公式計算（2）當(dāng)時對的普通碳素鋼對的優(yōu)質(zhì)碳素鋼（3）當(dāng)時，不必進(jìn)行穩(wěn)定性較核。

注：如不滿足要求時，應(yīng)增大d1正、反螺旋快速調(diào)整結(jié)構(gòu)鏜刀差動螺旋微調(diào)結(jié)構(gòu)問答題1.問：常用螺紋的類型主要有哪些？

答：普通螺紋、米制錐螺紋、管螺紋、梯形螺紋、矩形螺紋和鋸齒形螺紋。2.問：哪些螺紋主要用于聯(lián)接？哪些螺紋主要用于傳動？

答：普通螺紋、米制錐螺紋、管螺紋主要用于聯(lián)接。梯形螺紋、矩形螺紋和鋸齒形螺紋主要用于傳動。3.問：螺紋聯(lián)接的基本類型有哪些？

答：螺栓聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接、螺釘聯(lián)接、緊定螺釘聯(lián)接。其它還有地腳螺栓聯(lián)接、吊環(huán)螺釘聯(lián)接和T型槽螺栓聯(lián)接等。4.問：螺紋聯(lián)接預(yù)緊的目的是什么？

答：預(yù)緊的目的在于增強聯(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)生相對滑移。5.問：螺紋聯(lián)接防松的方法按工作原理可分為哪幾種？

答：摩擦防松、機械防松（正接鎖?。┖豌T沖防松（破壞螺紋副關(guān)系）等。6.問：受拉螺栓的主要破壞形式是什么？

答：靜載荷下受拉螺栓的損壞多為螺紋部分的塑性變形和斷裂。變載荷下多為栓桿部分的疲勞斷裂。7.問：受剪螺栓的主要破壞形式是什么？

答：螺栓桿和孔壁的貼合面上出現(xiàn)壓潰或螺栓桿被剪斷。8.問：為了提高螺栓的疲勞強度，在螺栓的最大應(yīng)力一定時，可采取哪些措施來降低應(yīng)力幅？并舉出三個結(jié)構(gòu)例子。

答：可采取減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度的方法來降低應(yīng)力幅。1）適當(dāng)增加螺栓的長度；2）采用減小螺栓桿直徑的腰狀桿螺栓或空心螺栓；3）在螺母下面安裝彈性元件。9.問：螺紋聯(lián)接設(shè)計時均已滿足自鎖條件，為什么設(shè)計時還必須采取有效的防松措施？

答：在靜載荷及工作溫度變化不大時，聯(lián)接一般不會自動松脫。但在沖擊、振動、載荷變化、溫度變化較大或高溫下均造成聯(lián)接間摩擦力減小或瞬時消失或應(yīng)力松馳而發(fā)生聯(lián)接松脫。10.問：橫向載荷作用下的普通螺栓聯(lián)接與鉸制孔用螺栓聯(lián)接兩者承受橫向載荷的機理有何不同？當(dāng)橫向載荷相同時，兩種

答：前者靠預(yù)緊力作用，在接合面間產(chǎn)生的摩擦力來承受橫向力；后者靠螺栓和被聯(lián)接件的剪切和擠壓來承載。前者由于靠摩擦傳力，所需的預(yù)緊力很大，為橫向載荷的很多倍，螺栓直徑也較大。

11.問：承受預(yù)緊力Fo和工作拉力F的緊螺栓聯(lián)接，螺栓所受的總拉力F2是否等于Fo+F？為什么？

答：不等于。因為當(dāng)承受工作拉力F后，該聯(lián)接中的預(yù)緊力Fo減為殘余預(yù)緊力F1，故F2=F1+F12.問：對于緊螺栓聯(lián)接，其螺栓的拉伸強度條件式中的系數(shù)1.3的含義是什么？

答：系數(shù)1.3是考慮到緊聯(lián)接時螺栓在總拉力F2的作用下可能補充擰緊，故將總拉力增加30%以考慮此時扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。選擇題1、采用普通螺栓聯(lián)接的凸緣聯(lián)軸器，在傳遞轉(zhuǎn)矩時，＿＿。

A、螺栓的橫截面受剪切B、螺栓與螺栓孔配合面受擠壓

C、螺栓同時受剪切與擠壓D、螺栓受拉伸與扭轉(zhuǎn)作用2、當(dāng)螺紋公稱直徑、牙型角、螺紋線數(shù)相同時，細(xì)牙螺紋的自鎖性能比粗牙螺紋的自鎖性能＿＿。

A、好B、差C、相同D、不一定3、用于聯(lián)接的螺紋牙型為三角形，這是因為三角形螺紋＿＿。

A牙根強度高，自鎖性能好B、傳動效率高

C、防振性能好D、自鎖性能差4、若螺紋的直徑和螺旋副的摩擦系數(shù)一定，則擰緊螺母時的效率取決于螺紋的＿＿。

A、螺距和牙型角B、升角和頭數(shù)C、導(dǎo)程和牙形斜角D、螺距和升角5、對于聯(lián)接用螺紋，主要要求聯(lián)接可靠，自鎖性能好，故常選用＿＿。

A、升角小，單線三角形螺紋B、升角大，雙線三