螺紋連接和螺旋傳動(dòng)

第二篇連接為了便于機(jī)器的制造、安裝、運(yùn)輸、維修以及提高生產(chǎn)率，廣泛地使用各種連接。因此設(shè)計(jì)者應(yīng)了解各種機(jī)器中常用的連接方法、連接種類、特點(diǎn)和應(yīng)用，熟悉連接設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則，掌握好設(shè)計(jì)的方法。機(jī)械連接動(dòng)連接---運(yùn)動(dòng)副靜連接不可拆連接可拆連接焊接、鉚接、膠接螺紋連接、鍵連接、銷連接在設(shè)計(jì)被連接零件時(shí)，應(yīng)同時(shí)決定所要采用的連接類型。連接類型的選擇是以使用要求及經(jīng)濟(jì)要求為依據(jù)的。一般，采用不可拆連接多由于制造及經(jīng)濟(jì)上的原因；采用可拆連接多由于結(jié)構(gòu)、安裝、運(yùn)輸、維修上的原因。不可拆連接的制造成本通常較可拆連接低。在具體選擇連接類型時(shí)，還要考慮到連接的加工條件和被連接零件的材料、形狀、尺寸等因素。在設(shè)計(jì)連接時(shí)，除應(yīng)考慮強(qiáng)度、剛度及經(jīng)濟(jì)性等基本問題外，在某些場(chǎng)合，還必須滿足緊密性的要求。第五章螺紋連接與螺旋傳動(dòng)§5-1

螺紋§5-2螺紋連接的類型與標(biāo)準(zhǔn)連接件§5-3螺紋連接的預(yù)緊§5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算§5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)§5-8提高螺紋連接強(qiáng)度的措施§5-7螺紋連接件的材料與許用應(yīng)力§5-9螺旋傳動(dòng)§5-4螺紋連接的防松螺紋連接——利用帶有螺紋的的零件構(gòu)成的可拆連接?！?-1

螺紋一、螺紋的類型和應(yīng)用螺紋的形成1、螺紋有外螺紋與內(nèi)螺紋之分，它們共同組成螺旋副。螺紋的類型2、根據(jù)平面圖形的形狀分為：3、根據(jù)母體形狀分為：圓柱螺紋圓錐螺紋

三角形螺紋（普通螺紋M）

矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋半圓形螺紋4、根據(jù)螺旋線繞行方向分為：右旋螺紋左旋螺紋（車床溜板箱、煤氣罐開關(guān)、自行車中軸）單線螺紋雙線螺紋多線螺紋5、根據(jù)螺旋線數(shù)目分為：螺紋的類型與特點(diǎn)1連接用螺紋的當(dāng)量摩擦角較大，有利于實(shí)現(xiàn)可靠連接；傳動(dòng)用螺紋的當(dāng)量摩擦角較小，有利于提高傳動(dòng)的效率。6、螺紋按工作性質(zhì)分為連接用螺紋和傳動(dòng)用螺紋。

牙型為等邊三角形，牙型角60°，內(nèi)外螺紋旋合后留有徑向間隙。外螺紋牙根有較大的圓角，以減小應(yīng)力集中。同一公稱直徑按螺距大小，分為粗牙和細(xì)牙。細(xì)牙螺紋的螺距小，升角小，自鎖性好，連接強(qiáng)度高，因牙細(xì)不耐磨，易滑扣。

一般連接多用粗牙螺紋，細(xì)牙螺紋常用于細(xì)小零件，薄壁管件或受沖擊、振動(dòng)和變載荷的連接中。細(xì)牙螺紋也可作為微調(diào)機(jī)構(gòu)的調(diào)整螺紋用。普通螺紋（三角形螺紋）

M10；

M10×1自攻螺釘用螺紋與普通螺紋相比，牙型相同，但是在相同的大徑時(shí)，自攻螺紋的螺距大而小徑則略小。自攻螺釘用螺紋已是一種標(biāo)準(zhǔn)化的螺紋。自攻螺釘螺紋

管螺紋是用于管子連接的螺紋，其螺紋牙分布在圓錐體上。常用的管螺紋根據(jù)牙型角的不同可分為55°和60°的管螺紋。管螺紋根據(jù)其密封的性能，可將其分為密封管螺紋和非密封管螺紋。密封管螺紋的螺旋副本身具有密封和機(jī)械連接兩種功能；非密封管螺紋則螺旋副本身僅具有機(jī)械連接一種功能，但它可以鎖緊螺紋以外的密封結(jié)構(gòu)。管螺紋的尺寸規(guī)格直接采用相應(yīng)管子的尺寸規(guī)格，選用時(shí)只能使用與管子具有相同尺寸規(guī)格的管螺紋。管螺紋

G1/4"；

ZG1/4"

牙型為等腰梯形，牙型角為α＝30°，內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)。與矩形螺紋相比，傳動(dòng)效率略低，但工藝性好，牙根強(qiáng)度高，對(duì)中性好。如用剖分螺母，還可以調(diào)整間隙。梯形螺紋是最常用的傳動(dòng)螺紋。如車床絲杠。梯形螺紋

牙型為正方形，牙型角α=0°，其傳動(dòng)效率較其它螺紋高，但牙根強(qiáng)度弱，螺旋副磨損后，間隙難以修復(fù)和補(bǔ)償，傳動(dòng)精度降低。為了便于銑、磨削加工，可制成10°的牙型角。

矩形螺紋尚未標(biāo)準(zhǔn)化，推薦尺寸：d=1.25d1，P=0.25d1。矩形螺紋

牙型為不等腰梯形，工作面的牙側(cè)角為3°，非工作面的牙側(cè)角為30°，外螺紋牙根有較大的圓角，以減小應(yīng)力集中。這種螺紋兼有矩形螺紋傳動(dòng)效率高、梯形螺紋牙根強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但只能用于單向受力的螺紋連接或螺旋傳動(dòng)中，如螺旋壓力機(jī)及載荷很大的起重螺旋。鋸齒型螺紋螺紋的類型與特點(diǎn)2二、普通螺紋的主要參數(shù)螺距P－螺紋相鄰兩個(gè)牙型上對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離。大徑d－即螺紋的公稱直徑。小徑d1－常用于連接的強(qiáng)度計(jì)算。中徑d2－常用于連接的幾何計(jì)算。牙型角α－螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。對(duì)稱牙型的牙側(cè)角β=α/2。升角Ψ－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(diǎn)沿同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動(dòng)的軸向距離。升角的計(jì)算式為：接觸高度h－內(nèi)、外螺紋旋合后的接觸面的徑向高度。S=nP

M10；

M10×1；聯(lián)接類型與標(biāo)準(zhǔn)件2§5-2螺紋連接的類型與標(biāo)準(zhǔn)連接件一、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件螺紋連接的類型很多，螺栓、螺柱、螺釘、螺母等稱為螺紋聯(lián)接件。在機(jī)械制造中常見的螺紋連接件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。

普通螺栓

鉸制孔用螺栓

內(nèi)六角螺栓

雙頭螺柱

緊定螺釘

機(jī)器螺釘

平墊圈

六角螺母

自攻螺釘

彈簧墊圈

止動(dòng)墊圈普通六角頭螺栓的種類很多，應(yīng)用最廣。精度分為Ａ、Ｂ、Ｃ三級(jí)，通用機(jī)械中多用Ｃ級(jí)。螺桿部可制出一段螺紋或全螺紋，螺紋有粗牙和細(xì)牙之分。普通（六角頭）螺栓高強(qiáng)度螺栓的螺栓頭部常作成內(nèi)六角頭，如8.8～12.9級(jí)的螺栓，可用于施加大安裝扭矩。在裝配時(shí)，應(yīng)采用內(nèi)六角扳擰專用工具。在自動(dòng)化裝配中應(yīng)用內(nèi)六角螺栓，可獲得可靠的擰緊效果。內(nèi)六角螺栓雙頭螺柱的兩端都制有螺紋，兩端螺紋可相同或不同，螺柱可帶退刀槽（Ａ型）或制成腰桿（Ｂ型）。螺柱的一端常用于旋入鑄鐵或有色金屬的螺紋孔中，旋入后即不經(jīng)常拆卸，以保護(hù)螺紋孔的螺紋，另一端則用于安裝螺母以固定其它零件，螺柱也有制成全螺紋的。雙頭螺柱螺釘頭部形狀有圓頭、六角頭、圓柱頭和沉頭等。頭部起子槽有一字槽、十字槽和內(nèi)六角槽等形式。十字槽螺釘頭部的強(qiáng)度較高、對(duì)中性好，便于自動(dòng)裝配。內(nèi)六角孔螺釘能承受較大的扳手力矩，并且連接強(qiáng)度高，可代替六角頭普通螺栓，用于結(jié)構(gòu)要求緊湊的場(chǎng)合。螺釘緊定螺釘?shù)哪┒诵螤钔ǔＳ绣F端、平端和圓柱端。錐端適用于被緊定零件的表面硬度較低或不經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合；平端接觸面積大，不傷零件表面，常用于頂緊硬度較大的平面或經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合；圓柱端壓入軸上的凹坑中，適用于緊定空心軸上的零件位置。緊定螺釘螺釘?shù)念^部形狀有平頭、盤頭、半沉頭、沉頭等。頭部起子槽有一字槽、十字槽等形狀。末端形狀有錐端和平端兩種。多用于連接金屬薄板、輕合金或塑料零件。在被連接件上可不預(yù)先制出螺紋，在連接時(shí)利用螺紋直接攻出螺紋。螺釘材料一般用滲碳鋼，熱處理后表面硬度不低于45HRC。自攻螺釘?shù)穆菁y與普通螺紋相比，在相同的大徑時(shí)，自攻螺紋的螺距大而小徑則略小。自攻螺釘已是一種標(biāo)準(zhǔn)化的螺釘。自攻螺釘根據(jù)螺母厚度的不同，螺母分為標(biāo)準(zhǔn)螺母和薄型螺母兩種。薄型螺母常用于受剪力的螺栓或空間尺寸受限制的場(chǎng)合。螺母的制造精度與螺栓相同，分為Ａ、Ｂ、Ｃ三級(jí)，分別與相同級(jí)別的螺栓配用。六角螺母圓螺母平墊圈是螺紋連接中不可缺少的附件，常放置在螺母和被連接件之間，起保護(hù)支承表面等作用。平墊圈按加工精度不同，分為Ａ級(jí)和Ｃ級(jí)兩種。用于同一螺紋直徑的墊圈又分為特大、大、普通和小的四種規(guī)格，特大墊圈主要在鐵木結(jié)構(gòu)上使用。此外，有一種用于傾斜支承面的墊圈為斜墊圈。平墊圈彈簧墊圈是用于防松的一種墊圈，安裝在螺母與被連接件之間。螺母擰緊后，靠墊圈壓平后而產(chǎn)生的彈性反力使旋合螺紋間壓緊。同時(shí)墊圈斜口的尖端抵住螺母與被連接件的支承面也有放松效果。彈簧墊圈

止動(dòng)墊圈是用于防松的一種墊圈，通常安裝在螺母與被連接件之間。螺母擰緊后，將單耳或雙耳止動(dòng)墊圈分別向螺母和被連接件的側(cè)面折彎貼緊，即可將螺母鎖住。若兩個(gè)螺栓需要雙聯(lián)鎖緊時(shí)，可采用雙聯(lián)止動(dòng)墊圈，使兩個(gè)螺母相互制動(dòng)。止動(dòng)墊圈國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，螺紋連接件分為三個(gè)精度等級(jí)，其代號(hào)為Ａ、Ｂ、Ｃ級(jí)。Ａ級(jí)精度最高，用于要求配合精確、防止振動(dòng)等重要零件的連接；Ｂ級(jí)多用于受載較大且經(jīng)常裝拆、調(diào)整或承受變載荷的連接；Ｃ級(jí)精度多用于一般的螺紋連接。常用的標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件通常選用Ｃ級(jí)精度。是誰、什么時(shí)候發(fā)明了螺紋連接已無據(jù)可查，但在1456年制造的一個(gè)頭盔上，發(fā)現(xiàn)了有固定羽飾的螺釘、螺母，這是最早作為緊固件用的螺釘、螺母。

1760年英國(guó)懷亞特家族的喬布和威廉兄弟發(fā)明了車螺紋的車床，他們被認(rèn)為是工業(yè)制造螺栓、螺母的創(chuàng)始人。

1841年，英國(guó)人惠特沃思最早提出標(biāo)準(zhǔn)螺紋體制，稱為惠氏螺紋，隨后成為沿用多年的英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)螺紋。1864年美國(guó)人賽勒在惠氏螺紋體制的基礎(chǔ)上，提出了新的螺紋體制，將牙型角由55°改為60°，1868年正式定為美國(guó)螺紋標(biāo)準(zhǔn)，稱為US螺紋。1894年，法國(guó)制定了SF螺紋體制，將英、美的英寸制螺紋改為米制螺紋。1962年ISO發(fā)表了米制螺紋標(biāo)準(zhǔn)，使螺紋標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化。雖然現(xiàn)代螺紋連接已經(jīng)有一百多年的歷史，使用的又十分普遍，但螺紋連接件形狀復(fù)雜，構(gòu)成連接后，載荷與變形關(guān)系也很復(fù)雜，所以對(duì)螺紋連接依然要認(rèn)真對(duì)待。在某些重要的機(jī)器設(shè)備中，例如飛機(jī)、汽輪機(jī)、核反應(yīng)堆等大型裝備中，一旦螺紋連接出現(xiàn)損壞，將造成嚴(yán)重后果。1966年日本航空公司一架從千葉飛往東京羽田機(jī)場(chǎng)的飛機(jī)，因?yàn)檫B接發(fā)動(dòng)機(jī)的螺栓疲勞斷裂，在羽田海面墜入海中。在美國(guó)汽車制造商接到的投訴中，最多的是緊固件的問題。美國(guó)空間試驗(yàn)計(jì)劃的統(tǒng)計(jì)資料表明，在螺栓連接失效的原因中，設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的損失竟占24%，若把裝配不當(dāng)引起的損壞29%加在一起數(shù)字相當(dāng)可觀。許多機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量與緊固件的質(zhì)量密切相關(guān)，生產(chǎn)的完全自動(dòng)化要求緊固件沒有任何缺陷，例如，在機(jī)器人的自動(dòng)裝配線中，螺紋緊固件的質(zhì)量偏離合格標(biāo)準(zhǔn)1%，則自動(dòng)線每20分鐘將關(guān)閉一次。隨著技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品超高速、大功率、精密、小型輕量化方向發(fā)展，對(duì)緊固件的性能提出了更高的要求。

二、螺紋連接的基本類型受拉螺栓連接（普通螺栓連接）受剪螺栓連接（鉸制孔用螺栓連接）1）螺栓連接2）雙頭螺柱連接3）螺釘連接4）緊定螺釘連接

普通螺栓連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是被連接件的通孔與普通螺栓的桿部之間留有一定的間隙。通孔的加工精度要求較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，應(yīng)用十分廣泛。螺栓孔的直徑大約是螺栓公稱直徑的1.1倍。普通螺栓連接

鉸制孔用螺栓連接（也稱配合螺栓連接）的被連接件通孔與螺栓的桿部之間多采用基孔制過渡配合，螺栓能精確固定被連接件的相對(duì)位置，并能承受橫向載荷。這種連接對(duì)孔的加工精度要求較高，應(yīng)精確鉸制加工而成，連接也因此得名。鉸制孔用螺栓連接雙頭螺柱連接使用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓連接的場(chǎng)合，例如，被連接件之一太厚不宜制成通孔，材料又比較軟，且需要經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。H為擰入深度，當(dāng)帶有螺紋孔件的材料為：

鋼或青銅：H≈d鑄鐵：H=(1.25～1.5)d鋁合金：H=(1.5～2.5)d雙頭螺柱連接

螺釘連接的特點(diǎn)是螺釘直接擰入被連接件的螺紋孔中，不必用螺母，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。但當(dāng)要經(jīng)常拆卸時(shí)，易使螺紋孔磨損，導(dǎo)致被連接件報(bào)廢，故多用于受力不大，不許經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。H為擰入深度，當(dāng)帶有螺紋孔件的材料為：

鋼或青銅：H≈d鑄鐵：H=(1.25～1.5)d鋁合金：H=(1.5～2.5)d螺釘連接緊定螺釘連接是利用擰入零件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件的表面或頂入相應(yīng)的凹坑中，以固定兩個(gè)零件的相對(duì)位置，并可同時(shí)傳遞不太大的力或力矩。

左圖為用平端緊定螺釘?shù)倪B接，這種連接不傷零件表面；右圖為用錐端緊定螺釘?shù)倪B接，這種聯(lián)接通常應(yīng)在被連接件上預(yù)制一錐凹坑。緊定螺釘連接地腳螺栓主要應(yīng)用于將機(jī)座或機(jī)架固定在地基上的連接。使用前，應(yīng)將地腳螺栓預(yù)埋在地基內(nèi)。地腳螺栓連接

除上述連接的基本類型外，在機(jī)器中，還有一些特殊結(jié)構(gòu)的螺紋連接。如：T型槽螺栓連接、吊環(huán)螺釘連接和地腳螺栓連接等。吊環(huán)螺釘主要裝在機(jī)器或大型零、部件的頂蓋或外殼上，以便于對(duì)設(shè)備實(shí)施起吊。吊環(huán)螺釘連接

T型槽螺栓主要用于工裝設(shè)備中的工裝零件與工裝機(jī)座的連接。d0=1.1d；B=(1.75～2.0)d；

C1=(1～1.5)d；C2=(0.7～0.9)d；T型槽螺栓連接大多數(shù)螺紋連接在裝配時(shí)都需要擰緊，稱為“預(yù)緊”，使連接在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加的作用力，稱為“預(yù)緊力”。§5-3螺紋連接的預(yù)緊

預(yù)緊的目的：增強(qiáng)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(duì)移動(dòng)。（增大聯(lián)接的剛性；提高緊密性；防松。）擰緊，螺栓受拉，被連接件受壓，使之在承受工作載荷之前，螺栓已預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力F0。預(yù)緊力的大小取決于扳手力矩T。

適當(dāng)選用較大的預(yù)緊力對(duì)螺紋連接的可靠性以及連接件的疲勞強(qiáng)度都是有利的，特別對(duì)于像氣缸蓋、管路凸緣、齒輪箱、軸承蓋等緊密性要求較高的螺紋連接，預(yù)緊更為重要。但過大的預(yù)緊力會(huì)導(dǎo)致整個(gè)連接的結(jié)構(gòu)尺寸增大，也會(huì)使連接件在裝配或偶然過載時(shí)被拉斷。因此，為了保證連接所需要的預(yù)緊力，又不使螺紋連接件過載，對(duì)重要的螺紋連接，在裝配時(shí)要控制預(yù)緊力。一般連接用的鋼制螺栓連接的預(yù)緊力F0碳素鋼螺栓合金鋼螺栓例如：45#、σs＝630，M20（d1=17.294）時(shí)，F(xiàn)0≤5494N預(yù)緊力的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)載荷性質(zhì)、連接剛度等具體工作條件確定。對(duì)于重要的或有特殊要求的螺栓連接，預(yù)緊力的數(shù)值應(yīng)在裝配圖上作為技術(shù)條件注明，以便在裝配時(shí)加以保證。受變載荷的螺栓連接的預(yù)緊力應(yīng)比受靜載荷的要大。經(jīng)驗(yàn)：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?s的80%。預(yù)緊力的確定原則：工作原理：當(dāng)擰緊力矩超過規(guī)定值時(shí)，彈簧3被壓縮，扳手卡盤1與圓柱銷2之間打滑，如果繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，卡盤即不再轉(zhuǎn)動(dòng)。擰緊力矩的大小可利用螺釘4調(diào)整彈簧壓緊力來加以控制。汽車的生產(chǎn)流水線，用定力矩扳手?jǐn)Q緊螺栓。定力矩扳手

通?？刹捎脺y(cè)力矩扳手或定力矩扳手，利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。

重要連接預(yù)緊力的控制方法：工作原理：根據(jù)扳手的彈性元件1在擰緊力的作用下產(chǎn)生的彈性變形來指示擰緊力矩的大小。測(cè)力矩扳手如：柴油機(jī)主軸承緊螺栓，18CrNiWAM48×2，緊固力矩T＝180～185Kgm，螺栓伸長(zhǎng)量0.35～0.40mm。上述兩種方法操作簡(jiǎn)單，但準(zhǔn)確性較差，且不適合大型的螺栓連接。對(duì)于重要的螺栓連接，可以采用測(cè)定螺栓伸長(zhǎng)量的方法來控制預(yù)緊力。當(dāng)螺母擰到與被連接件貼緊時(shí)，測(cè)的螺栓的原始長(zhǎng)度為L(zhǎng)S，根據(jù)所需的預(yù)緊力，擰緊后螺栓的伸長(zhǎng)量為

裝配時(shí)預(yù)緊力的大小是通過擰緊力矩來控制的。因此，應(yīng)從理論上找出預(yù)緊力和擰緊力矩之間的關(guān)系。擰緊力矩T=FL

擰緊力矩等于螺旋副間的摩擦阻力矩T1和螺母環(huán)形端面與被聯(lián)接件(或墊圈)支承面間的摩擦阻力矩T2之和。

對(duì)于一定公稱直徑d的螺栓，當(dāng)所要求的預(yù)緊力F0已知時(shí)，可按公式T≈0.2F0d估計(jì)扳手的擰緊力矩T。

一般普通的標(biāo)準(zhǔn)扳手的長(zhǎng)度L≈15d，若擰緊力為F，則T=FL，因此有

F0≈75F

若假設(shè)F=200N，則F0≈15000N。由于摩擦系數(shù)不穩(wěn)定，加在扳手上的力難于精確控制，如果用這個(gè)預(yù)緊力擰緊M12以下的鋼制螺栓，就有可能被過載擰斷。

因此，對(duì)于重要的連接，應(yīng)盡量不采用直徑過小(例如小于M12）的螺栓。必須使用時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制其擰緊力矩。

預(yù)緊力和擰緊力矩之間的關(guān)系：重物上升時(shí)矩形螺紋自鎖的概念重物下降時(shí)自鎖條件：螺旋副效率：輸入功有效功三角形螺紋自鎖條件：效率：三角形螺紋矩形螺紋鋸齒形螺紋梯形螺紋普通螺紋連接滿足自鎖條件§5-4螺紋連接的防松螺紋連接擰緊之后由于連接中的摩擦力有防松作用，所以在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)，一般都能滿足自鎖條件不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，或在高溫或溫度變化較大的情況下，螺紋連接中的預(yù)緊力和摩擦力會(huì)逐漸減小或可能瞬時(shí)消失，導(dǎo)致連接失效。1、在沖擊、振動(dòng)和變載荷作用下，螺紋之間的摩擦力可能減小或瞬時(shí)消失而影響正常工作；

2、在高溫或溫度變化較大時(shí)，若螺栓與被連接件的溫度變化差或材料的蠕變和應(yīng)力松弛，也會(huì)使連接中的預(yù)緊力和摩擦力逐漸減小，導(dǎo)致連接失效。防松的原因螺紋連接一旦出現(xiàn)松脫，輕者影響機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，重者造成嚴(yán)重事故，因此，為了防止連接松脫，保證連接可靠，設(shè)計(jì)時(shí)必須采取有效的防松措施。

防松的方法，按工作原理的不同分為摩擦防松、機(jī)械防松和破壞螺旋副運(yùn)動(dòng)關(guān)系防松等。

對(duì)于重要的連接，特別是在機(jī)器內(nèi)部不易檢查的連接，應(yīng)采用比較可靠的機(jī)械防松。（破壞螺旋副運(yùn)動(dòng)關(guān)系防松）防松的根本問題在于防止螺旋副在受載時(shí)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)頂（雙）螺母防松彈簧墊圈防松自鎖螺母防松六角開槽螺母防松止動(dòng)墊圈螺母防松串聯(lián)鋼絲防松摩擦防松原理：使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用。機(jī)械防松原理：利用機(jī)械零件固定螺母、螺桿的相對(duì)位置，使螺旋副不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

對(duì)頂（雙）螺母防松原理：

兩螺母對(duì)頂擰緊后，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用，工作載荷有變動(dòng)時(shí)，該摩擦力仍然存在

。螺栓旋合段受拉而螺母受壓，使螺紋副縱向壓緊。1、摩擦防松特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于平穩(wěn)、低速和重載的固定裝置的連接。

兩螺母中上螺母螺紋牙受力較大，其厚度可大于下螺母（上厚下薄），但為了防止裝錯(cuò)，兩螺母高度可相同。原理：

螺母擰緊后，靠墊圈壓平而產(chǎn)生的彈性反力使旋合螺紋間壓緊。同時(shí)墊圈斜口的尖端抵住螺母與被連接件的支承面也有防松作用。彈簧墊圈防松開口方向：斜向右下方特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但在振動(dòng)沖擊載荷作用下，防松效果較差，一般用于不甚重要的連接。原理：

螺母一端制成非圓形收口或開縫后徑向收口。當(dāng)螺母擰緊后，收口漲開，利用收口的回彈力使旋合螺紋間壓緊。自鎖螺母防松特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，防松可靠，可多次裝卸而不降低防松性能。六角開槽螺母原理：

六角開槽螺母擰緊后，將開口銷穿入螺栓尾部小孔和螺母的槽內(nèi)，并將開口銷尾部掰開與螺母?jìng)?cè)面貼緊。2、機(jī)械防松特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，防松可靠。適用于有較大沖擊、振動(dòng)的高速機(jī)械中運(yùn)動(dòng)部件的連接。原理：

螺母擰緊后，將單耳或雙耳止動(dòng)墊圈分別向螺母和被聯(lián)接件的側(cè)面折彎貼緊，即可將螺母鎖住。若兩個(gè)螺栓需要雙聯(lián)鎖緊時(shí)，可采用雙聯(lián)止動(dòng)墊圈，使兩個(gè)螺母相互制動(dòng)。止動(dòng)墊圈防松特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，防松可靠。原理：

用鋼絲穿入各螺釘頭部的孔內(nèi)，將各螺釘串聯(lián)起來，使其相互制動(dòng)。但需注意鋼絲的穿入方向。串聯(lián)鋼絲防松適用于沖擊振動(dòng)載荷，成本高，重要場(chǎng)合使用。例如機(jī)車車輛用。不正確正確特點(diǎn)：

適用于螺釘組連接，但是拆卸不便。切口螺母螺旋彈簧橡皮墊圈金屬鎖緊螺母

鉚沖方法防松。螺母擰緊后把螺栓末端伸出部分鉚死，或利用沖頭在螺栓末端與螺母的旋合縫處打沖，利用沖點(diǎn)防松。這種防松方法可靠，但拆卸后連接件不能重復(fù)使用。3、破壞螺旋副運(yùn)動(dòng)關(guān)系防松在旋合螺紋間涂以液體膠粘劑，擰緊螺母后，膠硬化。例：試找出圖中螺紋連接結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)誤，說明原因，并繪圖改正。已知被連接件材料均為Q235，連接件為標(biāo)準(zhǔn)件。（a）普通螺栓連接；（b）螺釘連接；（c）雙頭螺栓連接；d）緊定螺釘連接§5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)

大多數(shù)機(jī)械中螺紋連接件都是成組使用的，其中螺栓組連接最具典型性

，以螺栓組連接為例，討論其設(shè)計(jì)和計(jì)算問題。（結(jié)論同樣適用雙頭螺柱組、螺釘組連接）在設(shè)計(jì)螺栓組連接時(shí)，首先確定螺栓數(shù)目及布置形式，再確定螺栓連接的結(jié)構(gòu)尺寸。在確定螺栓尺寸時(shí)，對(duì)于不重要的連接，可參考現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備，采用類比法確定，不再進(jìn)行強(qiáng)度校核；但對(duì)于重要的連接，則應(yīng)根據(jù)連接的工作載荷，分析各螺栓的受力狀況，找出受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核。螺栓組連接設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析。

一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

螺栓組連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的，在于合理地確定連接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，力求各螺栓和連接接合面間受力均勻，便于加工和裝配。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的以下問題：1、為了便于加工制造和對(duì)稱布置螺栓，保證連接結(jié)合面受力均勻，通常連接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀。如圓形、環(huán)形、矩形、框形、三角形等。

這樣不但便于加工制造，而且便于對(duì)稱布置螺栓，使螺栓組的對(duì)稱中心和連接接合面的形心重合，從而保證連接接合面受力比較均勻。2、螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。

對(duì)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8個(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過于不均；當(dāng)螺栓連接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近連接接合面的邊緣，以減小螺栓的受力。3、螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。

布置螺栓時(shí)，各螺栓軸線間以及螺栓軸線和機(jī)體壁間的最小距離，應(yīng)根據(jù)扳手所需活動(dòng)空間的大小來決定。扳手空間尺寸可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于壓力容器等緊密性要求較高的重要連接，螺栓的間距不得大于表5-4所推薦的數(shù)值。

4、分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應(yīng)取偶數(shù)，便于分度和畫線。

通常在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。5、同一螺栓組中螺栓的材料、直徑和長(zhǎng)度均應(yīng)相同。6、避免螺栓承受附加的彎曲載荷。

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。在鑄，鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時(shí)，應(yīng)制成凸臺(tái)或沉頭座。當(dāng)支承面為傾斜表面時(shí)，應(yīng)采用斜面墊圈等。7、合理地選擇螺栓組的防松裝置。

受力分析的目的：實(shí)際中，螺栓連接往往是成組使用，而成組使用的螺栓連接（螺栓組）中，各個(gè)螺栓的受力往往是不一樣的，這就需要進(jìn)行受力分析。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，受力分析時(shí)所作假設(shè)：a所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均相同；c.被連接件為剛體，受載后連接接合面仍保持為平面。二、螺栓組連接的受力分析b.螺栓組的對(duì)稱中心與連接接合面的形心重合；

主要任務(wù)：進(jìn)行螺栓組的受力分析，找出其中受力最大的螺栓及其所受的力，作為進(jìn)行單個(gè)螺栓強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。1．受橫向載荷2．受轉(zhuǎn)矩3．受軸向載荷4．受傾覆力矩

受力分析的類型：螺紋聯(lián)接組的設(shè)計(jì)3圖示為由四個(gè)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

當(dāng)采用普通螺栓連接時(shí)（圖a），靠連接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力來抵抗橫向載荷；當(dāng)采用鉸制孔用螺栓連接（圖b），靠螺桿受剪切和擠壓來抵抗橫向載荷。式中：z為螺栓數(shù)目。（1）對(duì)于鉸制孔用螺栓連接，每個(gè)螺栓所受橫向工作剪力：

普通螺栓連接和鉸制孔用螺栓連接，兩者的傳力方式不同，但可以近似認(rèn)為，在橫向總載荷FΣ的作用下，各螺栓所承擔(dān)的工作載荷是均等的。（2）對(duì)于普通螺栓連接，應(yīng)保證預(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?；騅s——防滑系數(shù)，取Ks=1.1～1.3；f——接合面摩擦系數(shù)，表5-5；i——接合面數(shù)。假設(shè)各螺栓所需要的預(yù)緊力均為F02．受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接轉(zhuǎn)矩T作用在連接結(jié)合面內(nèi)，在轉(zhuǎn)矩T的作用下，底板將繞通過螺栓組對(duì)稱中心O并與結(jié)合面相垂直的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。為防止底板轉(zhuǎn)動(dòng)，可采用普通螺栓連接，也可采用鉸制孔用螺栓連接。其傳力方式和受橫向載荷的螺栓組連接相同。

螺紋聯(lián)接組的設(shè)計(jì)4

采用普通螺栓（圖a），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。根據(jù)底板上力矩平衡條件：假設(shè)各螺栓的預(yù)緊力均為F0，則各螺栓連接處產(chǎn)生的摩擦力fF0相等且集中作用在螺栓中心處。為阻止接合面發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，各摩擦力應(yīng)與相應(yīng)螺栓的軸線到螺栓組對(duì)稱中心O的連線（即力臂ri）相垂直。

采用鉸制孔用螺栓（圖b），是靠螺栓的受剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉(zhuǎn)矩T。為了求得各螺栓的工作剪力的大小，假定底板為剛體，受載后接合面仍保持為平面，則各螺栓的剪切變形量與該螺栓軸線到對(duì)稱中心O的距離ri成正比。即距螺栓組對(duì)稱中心O越遠(yuǎn)，螺栓的剪切變形量越大，若螺栓的剪切剛度相同，則剪切變形量越大，受的工作剪力也越大。各螺栓受到擠壓和剪切作用，各個(gè)螺栓受到的橫向載荷應(yīng)與相應(yīng)螺栓的軸線到螺栓組對(duì)稱中心O的連線（即力臂ri）相垂直。根據(jù)作用在底板上力矩平衡條件：受力最大的螺栓的工作剪力為：螺紋聯(lián)接組的設(shè)計(jì)53．受軸向載荷的螺栓組連接

若作用在螺栓組上軸向總載荷FΣ作用線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對(duì)稱中心，則各個(gè)螺栓受載相同，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為：注意：各螺栓除承受軸向工作載荷F外還受有預(yù)緊力F0的作用。

4．受傾覆力矩的螺栓組連接傾覆力矩M作用在通過x－x軸并垂直于連接接合面的對(duì)稱平面內(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。假定被連接件（底板—地基）為彈性體，其接合面始終保持為平面。底板承受傾覆力矩作用前，由于螺栓已擰緊，螺栓承受預(yù)緊力F0，有均勻的伸長(zhǎng)；地基在各螺栓的F0作用下，有均勻的壓縮(圖)；當(dāng)?shù)装迨艿絻A覆力矩作用后，它繞軸線O－O傾轉(zhuǎn)一個(gè)角度。此時(shí)，在軸線O－O左側(cè)，地基被放松，螺栓被進(jìn)一步拉伸；在右側(cè)，則螺栓被放松，地基被進(jìn)一步壓縮（圖）。為了簡(jiǎn)便，地基與底板的相互作用力以作用在各螺栓中心的集中力代表。上述受力過程，可用單個(gè)螺栓—地基的受力變形圖來表示。作用在O-O兩側(cè)底板上的兩個(gè)總合力，對(duì)O-O形成一個(gè)力矩，這個(gè)力矩應(yīng)與外加的傾覆力矩M平衡，即：

在傾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作點(diǎn)都處于A點(diǎn)。

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(diǎn)分別移至B1和C1

，兩者作用在底板上的合力為工作載荷F。在軸線O-O

右側(cè)，螺栓與地基的工作點(diǎn)分別移至B2

和C2

，兩者作用在底板上的合力為Fm

，大小等于工作載荷F

。由此求出最大工作載荷：根據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件，各螺栓的拉伸變形量與其中心到軸線O－O的距離成正比，因?yàn)槁菟ɡ靹偠认嗤?，所以左邊螺栓的工作載荷和右邊地基在螺栓處的壓力也與這個(gè)距離成正比，即：在保證螺栓在Fmax作用時(shí)具有足夠強(qiáng)度的前提下，為了防止接合面受壓最大處被壓碎或最小處出現(xiàn)間隙，應(yīng)該檢查受載后地基結(jié)合面壓應(yīng)力的最大值σpmax和最小值σpmin，即保證：式中：A為接合面的有效面積；

W為接合面的有效抗彎截面系數(shù)；

[σp]為連接結(jié)合面材料的許用擠壓應(yīng)力。實(shí)際使用中的螺栓組所受工作載荷常常是上述四種受力狀態(tài)的不同組合。分析時(shí)可先將復(fù)雜受力狀態(tài)分解為上述四種簡(jiǎn)單受力狀態(tài)，再將其各自結(jié)果向量疊加，便得到每個(gè)螺栓的總的工作載荷。

一般情況，對(duì)普通螺栓可按軸向載荷或（和）傾覆力矩確定工作拉力；按橫向載荷或（和）轉(zhuǎn)矩確定連接所需的最小預(yù)緊力，然后求出螺栓的總拉力。對(duì)于鉸制孔用螺栓則按橫向載荷或（和）轉(zhuǎn)矩確定螺栓的工作剪力，求得受力最大的螺栓及其受的剪力后，再進(jìn)行單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。

對(duì)構(gòu)成連接系統(tǒng)的螺栓組而言，所受載荷可能有軸向載荷，橫向載荷，彎矩和轉(zhuǎn)矩等，但對(duì)螺栓組中每一個(gè)具體螺栓而言，其受載形式只有軸向力、橫向力或二者聯(lián)合作用。受轉(zhuǎn)矩

受傾覆力矩

受橫向載荷

受軸向載荷

按受力形式分，螺栓組的受力可分為以下類型?！?-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算一、螺栓組和螺栓的受力情況

普通螺栓在軸向力（包括預(yù)緊力）作用下，螺栓桿和螺紋部分可能發(fā)生塑性變形或斷裂，其破壞主要發(fā)生的部位及其出現(xiàn)的百分比見圖。受拉螺栓的失效形式二、螺栓連接的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

在橫向載荷作用下，其失效為螺桿和通孔孔壁的壓潰或螺桿被剪斷。

受剪螺栓的失效形式螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算1

對(duì)于受拉螺栓，其失效形式主要是螺桿螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證螺栓的靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度

對(duì)于受剪螺栓，其失效形式主要是螺栓桿被剪斷或螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證連接的擠壓強(qiáng)度和螺栓的剪切強(qiáng)度

1.根據(jù)連接的類型、連接的裝配情況（預(yù)緊或不預(yù)緊）、載荷狀態(tài)等條件，確定螺栓的受力；

2.根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓危險(xiǎn)截面的直徑（螺紋小徑）或校核強(qiáng)度；

3.螺栓其它部分（螺紋牙、螺紋頭、光桿）和螺母、墊圈的結(jié)構(gòu)尺寸，按螺栓螺紋的公稱直徑由標(biāo)準(zhǔn)選定，不進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。三、螺栓連接的設(shè)計(jì)思路四、單個(gè)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算鉸制孔用螺栓連接普通螺栓連接松螺栓連接：不預(yù)緊緊螺栓連接：預(yù)緊（一）松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算松螺栓連接是指裝配時(shí)螺母不被擰緊，螺栓不受預(yù)緊力的作用。這種連接只受工作拉力的作用，即螺栓所受的總拉力就是工作拉力F，如拉桿、起重機(jī)吊鉤的螺栓連接。拉伸強(qiáng)度條件：例：圖示某機(jī)構(gòu)的拉桿端部采用粗牙普通螺紋連接，已知：拉桿所受最大載荷F＝15kN，載荷很少變動(dòng)，拉桿材料為Q235鋼，強(qiáng)度級(jí)別為4.6級(jí)，試確定拉桿螺栓的直徑。解：（二）緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算1．僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接2．受軸向載荷的緊螺栓連接3．承受工作剪力的緊螺栓連接螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算21．僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接

緊螺栓連接裝配時(shí)，螺母需要擰緊，在擰緊力矩作用下，螺栓除受預(yù)緊力F0的拉伸應(yīng)力外，還受螺紋摩擦力矩T1的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，使螺栓處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下。因此，進(jìn)行僅承受預(yù)緊力的緊螺栓的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)綜合考慮拉伸應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的作用。對(duì)于M10～M64普通螺紋的鋼制緊螺栓連接，在擰緊時(shí)雖是同時(shí)承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，但在計(jì)算時(shí)可以只按拉伸強(qiáng)度計(jì)算，并將所受的拉力(預(yù)緊力)增大30％來考慮扭轉(zhuǎn)的影響。摩擦力矩的作用相當(dāng)于使拉伸載荷F增大30%。根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力:螺牙間的摩擦力矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：預(yù)緊力引起的拉應(yīng)力：強(qiáng)度條件：

當(dāng)普通緊螺栓連接承受橫向載荷時(shí)，由于預(yù)緊力的作用，將在接合面間產(chǎn)生摩擦力來抵抗工作載荷。預(yù)緊力F0的大小，根據(jù)接合面不產(chǎn)生滑移的條件確定。這時(shí)，螺栓僅承受預(yù)緊力的作用而且預(yù)緊力不受工作載荷的影響，在連接承受工作載荷后仍保持不變。例：一牽曳鉤用兩個(gè)M10（d1=8.376）普通螺栓固定于機(jī)體上，如圖示，已知接合面間摩擦系數(shù)f=0.15，可靠性系數(shù)Ks=1.2，螺栓材料強(qiáng)度為6.6級(jí)，屈服極限?s=360MPa，許用安全系數(shù)[S]=3。試計(jì)算該螺栓組連接允許的最大牽引力。解：1）螺栓允許的最大預(yù)緊力2）連接允許的最大牽引力連接接合面間的摩擦系數(shù)用減載零件承擔(dān)橫向工作載荷。這種具有減載零件的緊螺栓連接，其聯(lián)接強(qiáng)度按減載零件的剪切、擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算，而螺紋連接只是保證連接，不再承受工作載荷，因此預(yù)緊力不必很大。但這種連接增加了結(jié)構(gòu)和工藝上的復(fù)雜性。

當(dāng)連接承受較大的橫向載荷F時(shí)，由于要求比較大的預(yù)緊力（F0≥F／f，f=0.2，即F0≥5F

），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。螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算32．受軸向載荷的緊螺栓連接

這類連接在擰緊后還要承受軸向載荷F，由于彈性變形的影響，螺栓所受的總拉力并不等于預(yù)緊力和工作拉力之和，還與螺栓的剛度、被連接剛度等因素有關(guān)。這類螺栓也常用普通螺栓連接。

在連接尚未承受工作拉力F時(shí)，螺栓的拉力和被連接件的壓縮力都等于預(yù)緊力F0。

當(dāng)連接承受工作載荷F時(shí)，螺栓的總拉力為F2，相應(yīng)的總伸長(zhǎng)為；

被連接件的壓縮力等于殘余預(yù)緊力F1，相應(yīng)的總壓縮為

。螺栓的總拉力F2等于殘余預(yù)緊力F1與工作拉力F之和。螺栓預(yù)緊后，在工作拉力F的作用下，螺栓的總拉力F2

F1為殘余預(yù)緊力，為保證連接的緊密性，應(yīng)使

F1＞0，一般根據(jù)連接的性質(zhì)確定F1的大小。推薦采用的Fl：對(duì)于有密封性要求的連接，對(duì)于一般聯(lián)接,工作載荷穩(wěn)定時(shí)，F(xiàn)1=(0.2～0.6)F工作載荷不穩(wěn)定時(shí)，F(xiàn)1=(0.6～1.0)F對(duì)于地腳螺栓連接預(yù)緊力、殘余預(yù)緊力、總拉力的關(guān)系式中：為螺栓的相對(duì)剛度，其取值范圍為0~1。螺栓的總拉力為：

為使工作載荷作用后，連接結(jié)合面間有殘余預(yù)緊力F1存在，要求螺栓連接的預(yù)緊力F0為：相對(duì)剛度的大小與螺栓和被連接件的結(jié)構(gòu)尺寸、材料以及墊片、工作載荷的作用位置等因素有關(guān)。若被連接件的剛度cm很大，而螺栓的剛度cb很小(如細(xì)長(zhǎng)的或中空螺栓)，則螺栓的相對(duì)剛度趨于零，此時(shí)，工作載荷作用后，使螺栓所受的總拉力增加很少。反過來，當(dāng)螺拴的相對(duì)剛度較大時(shí)，則工作載荷作用后，使螺栓所受的總拉力有較大的增加。為了降低螺栓的受力，提高螺栓連接的承載能力，應(yīng)使相對(duì)剛度值盡量小些。拉伸強(qiáng)度條件：

設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)連接的受載情況，求出螺栓的工作拉力F，再根據(jù)連接的工作要求選取F1值，然后計(jì)算螺栓的總拉力F2。求得F2值后即可進(jìn)行螺栓強(qiáng)度計(jì)算（靜強(qiáng)度），考慮到扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。例：液壓油缸蓋選用6個(gè)M16螺栓連接，若已知其危險(xiǎn)剖面直徑d1=14mm，螺栓材料許用拉應(yīng)力[?]＝110MPa，油缸徑D＝150mm，油缸壓力p＝2MPa，F(xiàn)0＝11000N，相對(duì)剛度為0.8，計(jì)算：1)螺栓的工作載荷與總拉力以及被連接件的殘余預(yù)緊力；

2)校核螺栓的強(qiáng)度是否足夠；

3)按比例畫出螺栓與被連接件的受力變形圖，并在圖上標(biāo)出F、F1、F0、F2及螺栓的伸長(zhǎng)量δ1與被連接件的壓縮量δ2。解：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓所受軸向工作載荷為：螺栓所受總拉力為殘余預(yù)緊力為1）螺栓的工作載荷與總拉力以及被連接件的殘余預(yù)緊力2）校核螺栓的強(qiáng)度是否足夠螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸應(yīng)力強(qiáng)度不夠3)按比例畫出螺栓與被連接件的受力變形圖，并在圖上標(biāo)出F、F1、F0、F2及螺栓的伸長(zhǎng)量δ1與被連接件的壓縮量δ2。

對(duì)于受軸向變載荷的重要連接(如內(nèi)燃機(jī)汽缸蓋螺栓聯(lián)接等)，還應(yīng)對(duì)螺栓的疲勞強(qiáng)度作精確校核。應(yīng)力幅當(dāng)工作拉力在0~F之間變化，螺栓所受的總拉力將在F0~F2之間變化。螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算43．承受工作剪力的緊螺栓連接

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。在連接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：螺栓桿的剪切強(qiáng)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(jì)時(shí)

應(yīng)使Lmin≥1.25d0例：起重卷筒與大齒輪用8個(gè)普通螺栓連接在一起，如圖所示。已知卷筒直徑D＝400mm，螺栓分布圓直徑D0=500mm，接合面間摩擦系數(shù)f=0.12，可靠性系數(shù)Ks＝1.2，起重鋼索拉力FQ=50000N，螺栓材料的許用拉伸應(yīng)力[?]=100MPa。試設(shè)計(jì)該螺栓組的螺栓直徑。分析：本題為受旋轉(zhuǎn)力矩的普通螺栓組連接，是靠接合面間的摩擦力矩來平衡外載荷——旋轉(zhuǎn)力矩。解:1、計(jì)算旋轉(zhuǎn)力矩2、計(jì)算螺栓所需要的預(yù)緊力3、確定螺栓直徑取M361、螺紋連接有哪些基本類型？2、螺紋連接預(yù)緊的目的是什么？控制預(yù)緊力的方法有哪幾種？3、螺紋聯(lián)接設(shè)計(jì)時(shí)均已滿足自鎖條件，為什么還必須采取有效的防松措施？螺紋連接防松的方法按工作原理可分為哪幾種？試舉例說明。4、受拉螺栓、受剪螺栓的主要失效形式有哪些？5、畫出單個(gè)緊螺栓聯(lián)接受軸向力的受力變形線圖，并根據(jù)線圖寫出螺栓的總拉力、預(yù)緊力和剩余預(yù)緊力的計(jì)算公式。作業(yè)題思考題1、有一受預(yù)緊力F0和軸向工作載荷F=1000N作用的緊螺栓連接，已知預(yù)緊力F0＝1000N，螺栓的剛度Cb與被連接件的剛度Cm相等。試計(jì)算該螺栓所受的總拉力F2和剩余預(yù)緊力F1。在預(yù)緊力F0不變的條件下，若保證被連件間不出現(xiàn)縫隙，該螺栓的最大軸向工作載荷Fmax為多少？2、P102題5-9國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了螺紋連接件的性能等級(jí)（表5-8、5-9）。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為10級(jí)，從3.6到12.9。螺紋聯(lián)接件的材料與許用應(yīng)力§5-7螺紋連接件的材料與許用應(yīng)力一、螺紋連接件材料

小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字代表材料的抗拉強(qiáng)度極限的1/100，小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字代表材料的屈服極限與抗拉強(qiáng)度極限之比。如性能等級(jí)4.6，4代表材料的抗拉強(qiáng)度極限σB為400MPa，6代表材料的屈服極限σS與抗拉強(qiáng)度極限σB之比為0.6，則材料的屈服極限σS為240MPa。螺母的性能等級(jí)分為7級(jí)，從4到12。數(shù)字粗略表示螺母保證（能承受的）最小應(yīng)力的1/100，選用時(shí)所用螺母的性能等級(jí)應(yīng)不低于與其相配螺栓的性能等級(jí)。在一般用途的設(shè)計(jì)中，通常選用4.8級(jí)左右的螺栓，在重要的或有特殊要求設(shè)計(jì)中的螺紋連接件，要選用高的性能等級(jí)，如在壓力容器中常采用8.8級(jí)的螺栓。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦的標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件常用材料有低碳鋼（Q215、10鋼）、中碳鋼（Q235、35鋼、45鋼）和合金鋼（15Cr、40Cr、30CrMnSi）。對(duì)用于特殊用途（防磁、導(dǎo)電）的螺紋連接件也有用特殊鋼、銅合金或鋁合金等。普通墊圈的材料，推薦采用Q235、15鋼、35鋼，彈簧墊圈用65Mn制造，并經(jīng)熱處理和表面處理。二、螺紋連接件的許用應(yīng)力1．螺紋連接件的許用拉應(yīng)力2．螺紋連接件的許用剪應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力3．螺紋連接件的安全系數(shù)（被連接件為鋼）（被連接件為鑄鐵）

由于載荷性質(zhì)的不同，螺紋連接中可能存在著拉應(yīng)力、切應(yīng)力或擠壓應(yīng)力。相應(yīng)的許用應(yīng)力的確定應(yīng)考慮螺紋連接件的性能等級(jí)、載荷性質(zhì)、安全系數(shù)等因素。

例：凸緣聯(lián)軸器用8個(gè)普通螺栓連接（M16的螺栓，螺拴小徑d1=13.835mm)，已知螺栓分布圓的直徑D0＝250mm，接合面間的摩擦系數(shù)f＝0.12?？紤]摩擦傳力的可靠性系數(shù)Ks＝1.2，螺栓的許用應(yīng)力[?]＝l60MP，試計(jì)算該聯(lián)軸器能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩Tmax＝?解：由螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件該聯(lián)軸器靠螺栓預(yù)緊后在按合面間產(chǎn)生的摩擦力來傳遞力矩，根據(jù)作用在聯(lián)軸器上的力矩平衡螺栓總拉力殘余預(yù)緊力汽缸壓力為p

例：有一氣缸蓋與缸體凸緣采用普通螺栓連接，如圖所示。已知?dú)飧字械膲毫在0～2MPa之間變化，氣缸內(nèi)徑D=500mm，螺栓分布圓直徑D0=650mm。為保證氣密性要求，剩余預(yù)緊力F1=1.8F，（F為螺栓的軸向工作載荷），螺栓間距t＜4.5d(d為螺栓的大徑）。螺栓材料的許用拉伸應(yīng)力[б]=120MPa，許用應(yīng)力幅[б]a=20MPa。選用銅皮石棉墊片，螺栓相對(duì)剛度=0.8，試設(shè)計(jì)此螺栓組連接。解：分析受軸向載荷作用的螺栓組連接。但是，螺栓所受載荷是變化的，因此應(yīng)先按靜強(qiáng)度計(jì)算螺栓直徑，然后校核其疲勞強(qiáng)度。此外，為保證連接的氣密性，不僅要保證足夠大的剩余預(yù)緊力，而且要選擇適當(dāng)?shù)穆菟〝?shù)目，保證螺栓間間距不致過大。1、初選螺栓數(shù)目ZZ=24

2、計(jì)算螺栓的軸向工作載荷F3、螺栓所受總拉力F2=F1+F=2.8F=45815N4、計(jì)算螺栓直徑5、校核螺栓疲勞強(qiáng)度6、校核螺栓間距取M30作業(yè)題：3、P101題5-7；4、P102題5-8；提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施§5-8提高螺紋連接強(qiáng)度的措施以螺栓連接為例，螺栓連接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，因此，提高螺栓的強(qiáng)度，將大大提高連接系統(tǒng)的可靠性。影響螺栓強(qiáng)度的因素主要涉及到螺紋牙的載荷分配、應(yīng)力變化幅度、應(yīng)力集中、附加應(yīng)力、材料的力學(xué)性能和制造工藝等方面。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(qiáng)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一、降低軸向螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅

受軸向變載荷的緊螺栓連接，在最小應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)力幅越小，螺栓越不容易發(fā)生疲勞破壞，連接的可靠性越高。當(dāng)螺栓所受的工作拉力在0～F之間變化時(shí)，則螺栓的總拉力將在F0～F2之間變動(dòng)。

由

可知，在保持預(yù)緊力F0不變的條件下，若減小螺栓的剛度Cb或增大被連接件剛度Cm，都可以達(dá)到減小總拉力F2的變動(dòng)范圍（即減小應(yīng)力幅σa）的目的。

但是由

可知，在F0給定的條件下，減小螺栓的剛度Cb或增大被連接件剛度Cm，都將引起殘余預(yù)緊力F1減小，從而降低了連接的緊密性。因此，若在減小Cb或增大Cm的同時(shí),適當(dāng)增加預(yù)緊力F0，就可以使F1不致減小太多或保持不變。（1）適當(dāng)增加螺栓的長(zhǎng)度（2）采用腰狀桿螺栓和空心螺栓（3）在螺母下面安裝上彈性元件

減小螺栓的剛度的方法腰狀桿螺栓和空心螺栓在螺母下面安裝上彈性元件（1）不用墊片或采用剛度較大的墊片（2）對(duì)于需要保持緊密性的連接，采用剛度較大的金屬墊片或密封環(huán)增大被連接件的剛度軟墊片密封密封環(huán)密封二、改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象

螺栓所受的總拉力F2是通過螺栓和螺母的螺紋牙面相接觸來傳遞的，由于螺栓、螺母的剛度和變形性質(zhì)不同，各圈螺紋牙上受力不同。受拉的螺栓螺距增大，受壓的螺母螺距減小。螺紋螺距的變化差以旋合的第一圈處為最大，以后各圈遞減。

旋合的第一圈的分布載荷約占總載荷的1/3，第八圈以后的螺紋牙幾乎不承受載荷，由此可知，采用螺紋牙圈數(shù)過多的加厚螺母并不能提高聯(lián)接的強(qiáng)度。因此，改善螺紋牙上的載荷分布不均性，可以大大提高螺栓的強(qiáng)度。一般常用的方法有：環(huán)槽螺母（圖b）這種結(jié)構(gòu)可以使螺母內(nèi)緣下端（螺栓旋入端）局部受拉，其作用和懸置螺母相似，但載荷均布的效果不及懸置螺母；懸置螺母（圖a）螺母的旋合部分全部受拉，其變形性質(zhì)與螺栓相同，從而可以減小兩者的螺距變化差，使螺紋牙上的載荷分布趨于均勻；

內(nèi)斜螺母（圖c）螺母下端（螺栓旋入端）受力大的幾圈螺紋處制成10°～15°的斜角,使螺栓螺紋牙的受力面由上而下逐漸外移。這樣,螺栓旋合段下部的螺紋牙在載荷作用下容易變形，而載荷將向上轉(zhuǎn)移使載荷分布趨于均勻；圖d所示的組合螺母結(jié)構(gòu)，可兼有環(huán)槽螺母和內(nèi)斜螺母的作用；鋼絲螺套（圖e）它主要用來旋入有色金屬（輕合金）的螺紋孔內(nèi),旋入后將安裝柄根在缺口處折斷，然后擰入螺釘。因?yàn)樗哂幸欢ǖ膹椥?，可以起到均載的作用，再加上它還有減振的作用，故能顯著提高螺紋連接件的疲勞強(qiáng)度。三、減小應(yīng)力集中影響的措施

螺栓上的螺紋（特別是螺紋的收尾）、螺栓頭和螺栓桿的過渡處以及螺栓橫截面面積發(fā)生變化的部位等，都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。減小應(yīng)力集中影響的措施：1.采用加大圓角和卸載結(jié)構(gòu)，或?qū)⒙菁y收尾改為退刀槽等；

a.采取球面墊圈或用帶有腰環(huán)的螺栓，保證螺栓的裝配精度；

b.規(guī)定螺母、螺栓頭部和被連接件的支承面加工要求、螺紋的精度等級(jí)及裝配要求；

c.在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時(shí)，制成凸臺(tái)或沉頭座；

d.支承面傾斜時(shí)，采用斜面墊圈。2.避免螺紋連接產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力：四、采用合理的制造工藝方法

采用冷鐓螺栓頭部和滾壓螺紋的工藝方法，可以顯著提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。這是因?yàn)槌山档蛻?yīng)力集中外，冷鐓和滾壓工藝不切斷材料纖維，金屬流線的走向合理，而且有冷作硬化的效果，并使表層留有殘余應(yīng)力。因而滾壓螺紋的疲勞強(qiáng)度可比切削螺紋的疲勞強(qiáng)度提高30%～40%。如果熱處理后再滾壓螺紋，其疲勞強(qiáng)度可提高70%～100%。這種冷墩和滾壓工藝還具有材料利用率高、生產(chǎn)率高和制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。采用氮化、氰化、噴丸等處理工藝，也可以提高螺紋連接件的疲勞強(qiáng)度。1．高強(qiáng)度螺栓連接

ISO規(guī)定?B>800MPa、性能等級(jí)8.8級(jí)以上的螺栓，可以用淬火、回火處理。經(jīng)過這樣處理的螺栓既具有高的強(qiáng)度，又具有高的韌性。與此螺栓配套的螺母、墊圈也必須作同樣處理，使之具有相適應(yīng)的強(qiáng)度和韌性。這類螺栓連接預(yù)緊力大，螺栓接近或略超過屈服強(qiáng)度，構(gòu)成所謂高強(qiáng)度螺栓連接。英國(guó)是首先采用高強(qiáng)度螺栓連接的國(guó)家。美國(guó)于1938年開始試驗(yàn)研究高強(qiáng)度螺栓連接，1951年制訂了它的最初規(guī)范——高強(qiáng)度螺栓連接施工規(guī)范。至70年代后期，美國(guó)在橋梁、建筑等方面的工地接頭已有90％以上使用高強(qiáng)度螺栓連接。幾種特殊的螺紋連接件

我國(guó)1962年開始使用高強(qiáng)度螺栓連接，1983年公布了第一個(gè)高強(qiáng)度螺栓連接標(biāo)準(zhǔn)。目前鐵路、公路、建筑、化工、冶金等各部門都相繼使用，已基本上取代了鉚接。高強(qiáng)度螺栓的結(jié)構(gòu)如圖示。德國(guó)從1953年開始采用高強(qiáng)度螺栓連接，1956年制訂了它的計(jì)算、施工、裝配暫行標(biāo)準(zhǔn)。1971年制訂了歐洲統(tǒng)一規(guī)范——?dú)W洲高強(qiáng)度螺栓連接使用準(zhǔn)則。2．唐氏螺紋緊固件唐氏螺紋緊固件是基于新的防松原理發(fā)展起來的新型連接件。其結(jié)構(gòu)如圖所示，其螺桿的螺紋既有左旋螺紋的特點(diǎn)，又有右旋螺紋的特點(diǎn)，連接時(shí)使用兩個(gè)不同旋向的螺母，工件支承面上的螺母稱為緊固螺母，非支承面上的螺母稱為鎖緊螺母。使用時(shí)先將緊固螺母擰緊，然后再將鎖緊螺母擰緊。在振動(dòng)沖擊情況下，緊固螺母會(huì)有松動(dòng)的趨勢(shì)，但是緊固螺母的松退方向是鎖緊螺母的擰緊方向，鎖緊螺母的擰緊阻止了緊固螺母的松退。唐氏螺紋緊固件與普通螺栓加彈性墊圈的防松性能對(duì)比試驗(yàn)，可知唐氏螺紋經(jīng)120s的振動(dòng)仍保持82％的預(yù)緊力，而普通螺栓加彈性墊圈的預(yù)緊力，經(jīng)30s就下降到20％以下。4．施必牢（SPIRALOCK）螺母施必牢螺母是一種新型的自鎖螺母，其螺紋結(jié)構(gòu)形狀與普通標(biāo)準(zhǔn)螺紋不同，它的螺母系用專門的螺紋絲錐制成，將其與普通的標(biāo)準(zhǔn)螺栓相配并施以一定的擰緊力矩，就可以在劇烈的振動(dòng)條件下工作而不松動(dòng)。由圖可見，施加于楔形斜面上所產(chǎn)生的法向力Fn與螺紋軸線成60?角，而不是像普通螺紋那樣成30?角，其當(dāng)量摩擦系數(shù)增加，所產(chǎn)生的防松摩擦力也必然增大。同時(shí)，由于其軸向力Fa作用在螺紋牙頂，其牙頂處齒形易變形，使載荷均勻地分布在接觸的螺旋線全長(zhǎng)上，避免了在普通標(biāo)準(zhǔn)螺母情況下80％以上的總載荷集中作用在第一牙和第二牙的螺紋面上的現(xiàn)象。故此螺紋緊固件不僅克服了普通螺紋緊固件在振動(dòng)條件下易于自松的缺點(diǎn)，而且還可延長(zhǎng)使用壽命。例：試比較哪種鉸制孔螺栓布置方案合理？

將作用于鋼板上的外載荷向螺栓組連接的接合面形心簡(jiǎn)化，得出該螺栓組連接受橫向載荷和旋轉(zhuǎn)力矩T兩種簡(jiǎn)單載荷作用。然后將這兩種簡(jiǎn)單載荷分配給各個(gè)螺栓，找出受力最大的螺栓，并把該螺栓承受的橫向載荷用矢量疊加原理求出合成載荷。圖a)圖b)方案a)較合理作業(yè)題：5、P101題5-6；例：如圖所示的支架受F力。將F力分解并向螺栓組形心及結(jié)合面平移，得：軸向載荷橫向載荷翻轉(zhuǎn)力矩設(shè)計(jì)中，需要防止如下四種可能的失效形式：上沿開縫；下沿壓潰支架下滑；需要足夠大的。螺栓拉斷；需要足夠大的螺栓直徑。例題：如圖所示為一固定在鋼制立柱上的鑄鐵托架，已知總載荷FΣ=4800N，其作用線與垂直線的夾角α=50°，底板高h(yuǎn)=340mm，寬b=150mm，試設(shè)計(jì)此螺栓組聯(lián)接。解：

1.螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用如圖所示的結(jié)構(gòu)，螺栓數(shù)Z=4對(duì)稱位置。2．螺栓受力分析

1）在總載荷FΣ的作用下，螺栓組連接承受以下各力和傾覆力矩的作用：

軸向力（FΣ的水平分力FΣh，作用于螺栓組中心，水平向右）

FΣh=FΣ×sinα=4800N×sin50°=3677N

橫向力（FΣ的垂直分力FΣv，作用于接合面，垂直向下）

FΣv=FΣ×cosα=4800N×cos50°=3085N

傾覆力矩（順時(shí)針方向）

M=FΣh×16+FΣv×15=105107N·cm

2)在軸向力FΣh的作用下，各螺栓所受的工作拉力為：3)在傾覆力矩Ｍ的作用下，上面兩螺栓受到加載作用，而下面兩螺栓受到減載作用，故上面的螺栓受力較大，所受的載荷為：故上面的螺栓所受的軸向工作載荷為：

F=Fa+Fmax=919N+1877N=2796N4）在橫向力FΣv的作用下，底板連接接合面可能產(chǎn)生滑移，根據(jù)底版接合面不滑移的條件：5）上面每個(gè)螺栓所受的總拉力F2為：3.確定螺栓直徑

選擇螺栓材料為Q235、性能等級(jí)為4.6的螺栓，屈服極限σs=240MPa，查表可得安全系數(shù)S=1.5故螺栓的許用應(yīng)力：求出預(yù)緊力F0=6520N螺栓危險(xiǎn)截面的直徑（螺紋小徑d1）為：按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)（GB196-81），選用螺紋公稱直徑d=12mm（螺紋小徑d1=10.106mm）。4.校核螺栓組聯(lián)接接合面的工作能力1）連接接合面下端的擠壓應(yīng)力不超過許用值，以防止接合面壓碎。由查表可得[σp]=0.5σB=0.5×250MPa=125MPa≥1.84MPa，故連接接合面下端不致壓碎。2）連接接合面上端應(yīng)保持一定的殘余預(yù)緊力，以防托架受力時(shí)接合面間產(chǎn)生間隙，即σmin＞0，計(jì)算可得：故接合面上端受壓最小處不會(huì)產(chǎn)生間隙。5.校核螺栓所需的預(yù)緊力是否合適對(duì)碳素鋼螺栓，要求F0≤(0.6～0.7)σsA1

已知取預(yù)緊力下限，即：要求的預(yù)緊力F0=6520N，小于上值，故滿足要求?！?-9螺旋傳動(dòng)一、螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用

螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞動(dòng)力。螺旋傳動(dòng)常見的運(yùn)動(dòng)形式有：螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)；螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。

螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)（多用在機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)中）螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)（多用于螺旋起重器）差動(dòng)螺旋傳動(dòng)設(shè)螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相同，且導(dǎo)程分別為Ph1和Ph2。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)φ角時(shí)，可動(dòng)螺母2的移動(dòng)距離為：若Ph1和Ph2相差很小，可用于微動(dòng)裝置。若螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相反，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)φ角時(shí)，可動(dòng)螺母2的移動(dòng)距離為：差動(dòng)螺旋變成快速移動(dòng)螺旋，用于快速夾緊或鎖緊裝置。螺旋傳動(dòng)按其用途不同，可分為以下三種類型:傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋調(diào)整螺旋

傳力螺旋

它以傳遞動(dòng)力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，用以克服工件阻力，如各種起重或加壓裝置的螺旋。這種傳力螺旋主要是承受很大的軸向力，一般為間歇性工作，每次的工作時(shí)間較短，工作速度也不高，通常具有自鎖能力。

傳導(dǎo)螺旋

它以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，有時(shí)也承受較大的軸向力，如機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的螺旋等。傳導(dǎo)螺旋常需在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作，工作速度較高，要求具有較高的傳動(dòng)精度；

調(diào)整螺旋

它用以調(diào)整、固定零件的相對(duì)位置，如機(jī)床、儀器及測(cè)試裝置中的微調(diào)機(jī)構(gòu)螺旋。調(diào)整螺旋不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)，一般在空載下調(diào)整。螺旋傳動(dòng)按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為：滑動(dòng)螺旋

滾動(dòng)螺旋

靜壓螺旋滑動(dòng)螺旋

滑動(dòng)螺旋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，易于自鎖，應(yīng)用范圍較廣。但主要缺點(diǎn)是摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低（一般為30%～40%)，磨損快，傳動(dòng)精度低。

滾動(dòng)螺旋

滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、啟動(dòng)力矩小、傳動(dòng)靈敏平穩(wěn)、工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，故目前在機(jī)床、汽車、航空、航天及武器等制造業(yè)中應(yīng)用頗廣。缺點(diǎn)是制造工藝比較復(fù)雜，特別是長(zhǎng)螺桿更難保證熱處理及磨削工藝質(zhì)量，剛性和抗振性能較差。滾動(dòng)螺旋可分為滾珠螺旋和滾子螺旋兩大類圖示為總循環(huán)式滾珠螺旋，在由螺母和螺桿的近似半圓形螺旋凹槽拼合而成的滾道中裝有適量的滾珠，并用螺母上制出的通路及導(dǎo)向輔助件構(gòu)成閉合回路，以備滾珠連續(xù)循環(huán)。靜壓螺旋

為了降低螺旋傳動(dòng)的摩擦，提高傳動(dòng)效率，并增強(qiáng)螺旋傳動(dòng)的剛性和抗振性能，可以將靜壓原理應(yīng)用于螺旋傳動(dòng)中，制成靜壓螺旋。螺旋機(jī)構(gòu)在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、起重設(shè)備、鍛壓機(jī)械、測(cè)量?jī)x器、工具、夾具、玩具及其他工業(yè)裝備中有著廣泛的應(yīng)用。在靜壓螺旋中，螺桿仍為一具有梯形螺紋的普通螺桿，但在螺母每圈螺紋牙兩個(gè)側(cè)面的中徑處，各開有3~4個(gè)油腔，壓力油通過節(jié)流器進(jìn)入油腔，產(chǎn)生一定的油腔壓力。

當(dāng)螺桿未受載荷時(shí)，螺桿的螺紋牙位于螺母螺紋牙的中間位置，處于平衡狀態(tài)。此時(shí)，螺桿螺紋牙的兩側(cè)間隙相等，經(jīng)螺紋牙兩側(cè)流出的油的流量相等。因此，油腔壓力也相等。

當(dāng)螺桿受軸向載荷時(shí)，螺桿沿受載方向產(chǎn)生一位移，螺紋牙一側(cè)間隙增大，另一側(cè)間隙減小。由于節(jié)流器的調(diào)節(jié)作用，使間隙減小一側(cè)的油腔壓力增高，而另一側(cè)的油腔壓力降低。于是兩側(cè)油腔便形成壓力差，從而使螺桿重新處于平衡狀態(tài)。

當(dāng)螺桿承受徑向載荷或傾覆力矩時(shí)，其工作情況與上述的相同。二、滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料1．滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)

滑動(dòng)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(dòng)的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。當(dāng)螺桿短而粗且垂直布置時(shí)，如起重及加壓裝置的傳力螺旋，可以利用螺母本身作為支承（右圖所示）。當(dāng)螺桿細(xì)長(zhǎng)且水平布置時(shí)，如機(jī)床的傳導(dǎo)螺旋（絲杠）等，應(yīng)在螺桿兩端或中間附加支承，以提高螺桿工作剛度。

整體螺母組合螺母剖分螺母螺母結(jié)構(gòu):整體螺母結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由磨損而產(chǎn)生的軸向間隙不能補(bǔ)償，只適合在精度要求較低的螺旋中使用。對(duì)于經(jīng)常雙向傳動(dòng)的傳導(dǎo)螺旋，為了消除軸向間隙和補(bǔ)償旋合螺紋的磨損，常采用組合螺母或剖分螺母?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)常用的螺紋牙型有矩形、梯形、鋸齒形和三角形。其中梯形螺紋應(yīng)用最廣，鋸齒形螺紋用于單面受力，矩形螺紋由于工藝性較差，強(qiáng)度較低等原因，應(yīng)用較少，三角形螺紋在受力不大的調(diào)整螺旋等情況有時(shí)也采用。螺桿常用右旋螺紋，只在某些特殊的場(chǎng)合，如車床橫向進(jìn)給絲杠，為了符合操作習(xí)慣，才采用左旋螺紋。傳力螺旋和調(diào)整螺旋要求自鎖時(shí)，應(yīng)采用單線螺紋。對(duì)于傳導(dǎo)螺旋，為了提高其傳動(dòng)效率和直線運(yùn)動(dòng)的速度，可采用多線（3～4線）螺紋。螺桿的材料要有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。螺母的材料除了要有足夠的強(qiáng)度外，還要求在與螺桿材料相配合時(shí)摩擦系數(shù)小和耐磨。2．滑動(dòng)螺旋的材料三、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：按抗磨損確定直徑，選擇螺距；校核螺桿、螺母強(qiáng)度等。

滑動(dòng)螺旋工作時(shí)，主要承受轉(zhuǎn)矩及軸向拉力（或壓力）的作用，同時(shí)在螺桿和螺母的旋合螺紋間有較大的相對(duì)滑動(dòng)。其失效形式主要是螺紋磨損。

滑動(dòng)螺旋的基本尺寸（即螺桿直徑與螺母高度），通常根據(jù)耐磨性條件確定。對(duì)于受力較大的傳力螺旋，還應(yīng)校核螺桿危險(xiǎn)截面以及螺母螺紋牙的強(qiáng)度，防止發(fā)生塑性變形成斷裂；對(duì)于要求自鎖的螺桿校核其自鎖性，對(duì)于精密的傳導(dǎo)螺旋應(yīng)校核螺桿的剛度，以免受力后由于螺距的變化引起傳動(dòng)精度降低；對(duì)于長(zhǎng)徑比很大的螺桿，應(yīng)校核其穩(wěn)定性，以防止螺桿受壓后失穩(wěn)等。螺旋傳動(dòng)3設(shè)計(jì)方法和步驟：1．耐磨性計(jì)算滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p，其強(qiáng)度條件：設(shè)計(jì)公式：令則得：一般值越大，螺母越厚，螺紋工作圈數(shù)越多。。式中:30o鋸齒形螺紋矩形和梯形螺紋螺紋工作高度依據(jù)計(jì)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(yàn)算螺紋工作圈數(shù)：若不滿足要求，則增大螺距。對(duì)有自鎖性要求的螺旋傳動(dòng)，應(yīng)校核自鎖條件：2．螺桿的強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于受力比較大的螺桿，需根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力：螺桿的強(qiáng)度條件：式中，F(xiàn)為螺桿所受的軸向壓力（或拉力），T為螺桿所受的扭矩

螺旋傳動(dòng)53．螺母螺牙的強(qiáng)度計(jì)算每圈螺紋牙上的平均壓力為：F/u，作用在中徑的圓周上。其危險(xiǎn)截面a–a的剪切強(qiáng)度條件和彎曲強(qiáng)度條件分別為：

螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，只需校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。4．螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算對(duì)于長(zhǎng)徑比較大的受壓螺桿，需要校核壓桿的穩(wěn)定性，要求螺桿的工作壓力F要小于臨界載荷Fcr傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋精密螺桿或水平安裝例、如圖的基座，受到一旋轉(zhuǎn)力矩的作用，基座底部用6個(gè)普通螺栓與地基聯(lián)接，螺栓組有圖(a)和圖(b)兩種布置方案。若接合面間的摩擦系數(shù)f=0.15，防滑系數(shù)，螺栓材料的許用應(yīng)力。試確定這兩種布置方案所需要螺栓的小徑。1、掌握螺紋的基本參數(shù)，常用螺紋的種類、效率與自鎖及其應(yīng)用。

2、掌握螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)。

(1)掌握螺紋的基本類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)合，在設(shè)計(jì)時(shí)能正確地選用它們，并能正確地繪制出各類螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)圖。

(2)掌握螺紋聯(lián)接的類型、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。

(3)理解防松的目的和防松的原理，掌握各種防松裝置及其應(yīng)用。

3、掌握螺栓組聯(lián)接設(shè)計(jì)的基本方法

(1)螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。

(2)螺栓組聯(lián)接的受力分析。

(3)熟練掌握單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算方法。

4、了解螺旋傳動(dòng)的類型和設(shè)計(jì)特點(diǎn)?；疽?、螺紋和螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)。

2、螺栓組聯(lián)接的受力分析。

3、單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。重點(diǎn)難點(diǎn)1、一個(gè)雙線螺紋副，螺距為4mm，則螺桿相對(duì)螺母轉(zhuǎn)過一圈時(shí)，它們沿軸向相對(duì)移動(dòng)的距離應(yīng)為4mm。 2、三角形螺紋由于當(dāng)量摩擦系數(shù)大，強(qiáng)度高，所以是常用的連接螺紋。3、采用螺紋連接時(shí)，若被連接件總厚度較大，且材料較軟，強(qiáng)度較低，但不需要經(jīng)常裝拆，宜采用雙頭螺柱連接。4、普通螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算，主要是計(jì)算螺栓的剪切強(qiáng)度。5、對(duì)受軸向變載荷的普通螺栓連接適當(dāng)增加預(yù)緊力可以提高螺栓的抗疲勞強(qiáng)度。6、圖示螺紋副為右旋，螺桿只轉(zhuǎn)不移，螺母只移不轉(zhuǎn)，當(dāng)螺桿按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母向左移動(dòng)。 判斷題7、只要螺紋副具有自鎖性，即螺紋升角小于當(dāng)量摩擦角，則在任何情況下都無需考慮防松。8、受橫向載荷的螺栓組連接中的螺栓必須采用有鉸制孔的精配合螺栓。9、受軸向載荷的緊螺栓連接的螺栓所受的總拉力是預(yù)緊力與工作拉力之和。10、設(shè)計(jì)外載荷是軸向變載荷的緊螺栓連接，除考慮螺栓的靜強(qiáng)度外，還必須根據(jù)螺栓的最大應(yīng)力幅來驗(yàn)算其疲勞強(qiáng)度。11、螺紋副在摩擦系數(shù)一定時(shí)，增加螺紋的牙型角，則當(dāng)量摩擦系數(shù)減小，自鎖性能變壞。12、在受軸向變載荷的緊螺栓連接中，使用柔性螺栓，其主要作用是降低螺栓的應(yīng)力幅。13、在受軸向變載荷的緊螺栓連接結(jié)構(gòu)中，在兩個(gè)被連接件之間加入橡膠墊片，可以提高螺栓疲勞強(qiáng)度。14、圖示板A用4個(gè)鉸制孔用螺栓固定在板B上，受力為F，則4個(gè)螺栓所受載荷相等。 15、圖示板A用4個(gè)鉸制孔用螺栓固定在板B上，受力為F，則4個(gè)螺栓中螺栓3受力最大。

16、雙螺母防松結(jié)構(gòu)中，如兩螺母厚度不同，應(yīng)先安裝薄螺母。1