機(jī)械基礎(chǔ) 課件 模塊七任務(wù)一 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng)

課程導(dǎo)入：模塊七常用聯(lián)接

任務(wù)一螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng)減速器結(jié)構(gòu)圖螺紋連接無(wú)處不在!1960年1月12日，雷鋒寫(xiě)道：“雖然是細(xì)小的螺絲釘，是個(gè)細(xì)微的小齒輪，然而如果缺了它，那整個(gè)的機(jī)器就無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)了，慢說(shuō)是缺了它，即使是一枚小螺絲釘沒(méi)擰緊，一個(gè)小齒輪略有破損，也要使機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生故障的，盡管如此，但是再好的螺絲釘，再精密的齒輪，它若離開(kāi)了機(jī)器這個(gè)整體，也不免要當(dāng)作廢料，扔到廢鐵料倉(cāng)庫(kù)里去的?！?962年4月7日，雷鋒再次寫(xiě)道：“一個(gè)人的作用對(duì)于革命事業(yè)來(lái)說(shuō)，就如一架機(jī)器上的一顆螺絲釘。機(jī)器由于有許許多多螺絲釘?shù)倪B結(jié)和固定，才成了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的整體，才能運(yùn)轉(zhuǎn)自如，發(fā)揮它巨大的工作能力，螺絲釘雖小，其作用是不可估量的，我愿永遠(yuǎn)做一個(gè)螺絲釘。螺絲釘要經(jīng)常保養(yǎng)和清洗才不會(huì)生銹。人的思想也是這樣，要經(jīng)常檢查才不會(huì)出毛病。”【案例一】船舶事故案例|船舶舵一個(gè)螺絲不緊導(dǎo)致撞船2020年12月13日23時(shí)27分，安提瓜和巴布達(dá)籍集裝箱船“OXX”輪自上海港駛往孟加拉國(guó)吉大港途中，在長(zhǎng)江口深水航道出口航行時(shí)，與在長(zhǎng)江口深水航道進(jìn)口航行擬駛往南通港的中國(guó)籍集裝箱船“新XX”發(fā)生碰撞，事故導(dǎo)致“新XX”輪船體破損并傾覆，船上16人落水后5人死亡、3人失蹤。

通過(guò)分析操舵系統(tǒng)的工作原理和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，調(diào)查人員結(jié)合操舵系統(tǒng)故障現(xiàn)象判斷故障原因?yàn)槎孑嗠娢黄鞯鬃o固螺母松動(dòng)、定位銷移位，導(dǎo)致“隨動(dòng)操舵”失效。螺紋連接無(wú)處不在!千里之堤，潰于蟻穴!教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.掌握螺紋聯(lián)接主要參數(shù)的選擇與計(jì)算；2.掌握螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松措施；3.掌握螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算；4.了解螺旋傳動(dòng)的工作原理、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用。能力目標(biāo)1.能夠正確選擇螺紋聯(lián)接的主要參數(shù)；2.能夠處理螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松；3.能夠進(jìn)行螺栓聯(lián)接強(qiáng)度分析計(jì)算；4.能夠進(jìn)行螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生自覺(jué)服從組織，忠于職守，愛(ài)崗敬業(yè)，全心全意為人民服務(wù)的精神。2.培養(yǎng)學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)和規(guī)范意識(shí)；3.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心、精益求精的工匠精神。【學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)】1.螺紋聯(lián)接及其零件的結(jié)構(gòu)和類型；2.螺紋聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算；3.螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松以及提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施；4.螺旋傳動(dòng)的工作原理、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用?！鞠嚓P(guān)知識(shí)】一、螺紋聯(lián)接

螺紋聯(lián)接應(yīng)用最廣泛，起緊固聯(lián)接作用，是一種可拆卸的聯(lián)接。（一）螺紋的形成螺紋的形成（二）螺紋的分類、特點(diǎn)和應(yīng)用

螺紋有外螺紋和內(nèi)螺紋之分，共同組成螺紋副使用（如圖）。

起聯(lián)接作用的螺紋稱為聯(lián)接螺紋，起傳動(dòng)作用的螺紋稱為傳動(dòng)螺紋。

按螺紋的旋向可分為左旋和右旋（如圖）。

螺紋的螺旋線數(shù)分單線、雙線及多線，聯(lián)接螺紋一般用單線（如圖）。

螺紋又分為米制和英制兩類，我國(guó)除管螺紋外，一般都采用米制螺紋。螺紋旋向螺紋線數(shù)常用螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用：（三）螺紋的主要參數(shù)

如圖所示，在普通螺紋基本牙型中，外螺紋直徑用小寫(xiě)字母表示，內(nèi)螺紋直徑用大字字母表示。普通螺紋主要參數(shù)如下。1.大徑（d，D）2.小徑（d1，D1）3.中徑（d2，D2）4.螺距（P）5.導(dǎo)程（S）6.線數(shù)（n）7.螺旋升角（）8.牙型角（α）9.牙側(cè)角（β）（四）螺紋聯(lián)接的基本類型和螺紋聯(lián)接件1.螺紋聯(lián)接的基本類型與特點(diǎn)（1）螺栓聯(lián)接（2）雙頭螺柱聯(lián)接（3）螺釘聯(lián)接（4）緊定螺釘聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接

螺釘連接

緊定螺釘連接討論：上述四種聯(lián)接中，若被聯(lián)接件之一較厚，且經(jīng)常拆裝，請(qǐng)問(wèn)采用哪種聯(lián)接最合適？2.常用螺紋聯(lián)接件（五）螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松1.螺紋聯(lián)接的預(yù)緊

螺栓在承受工作載荷之前受到較大的擰緊力的作用，該擰緊力稱為預(yù)緊力。（1）擰緊力矩T擰緊力矩

與預(yù)緊力

之間的關(guān)系可近似按下式計(jì)算：（2）預(yù)緊力的控制a.憑經(jīng)驗(yàn)控制；b.測(cè)力距扳手，如圖所示；c.定力距扳手，如圖所示；d.測(cè)定伸長(zhǎng)量。測(cè)力距扳手

定力距扳手2.螺紋聯(lián)接的防松

螺紋連接一般具有自鎖性，故擰緊后一般不會(huì)松脫。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，以及在高溫或溫度變化較大時(shí)，聯(lián)接就可能松動(dòng)。螺紋聯(lián)接防松有摩擦防松、機(jī)械防松和不可拆聯(lián)接防松。（1）摩擦防松（2）機(jī)械防松（3）不可拆聯(lián)接防松（六）螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.螺栓組連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求（1）連接接合面的幾何形狀通常設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱簡(jiǎn)單幾何形狀（2）螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理（3）螺栓排列應(yīng)有合理的間距、邊距（如圖）扳手空間尺寸（4）分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應(yīng)成偶數(shù)（5）避免螺栓承受附加的彎曲載荷（如圖）避免螺栓承受附加的彎曲載荷（七）螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算1.松螺栓聯(lián)接

松螺栓聯(lián)接的特點(diǎn)是裝配時(shí)不擰緊螺母，在承受工作載荷前，聯(lián)接并不受力。這種聯(lián)接只能承受靜載荷。

當(dāng)承受軸向工作載荷時(shí)，螺紋部分的強(qiáng)度條件為：設(shè)計(jì)公式為：起重滑輪螺栓2.受橫向外載荷的緊螺栓聯(lián)接（1）普通螺栓聯(lián)接受橫向外載荷的緊螺栓連接

由于螺栓與孔之間留有間隙，故由F0產(chǎn)生的摩擦力來(lái)平衡外載荷。為使被聯(lián)接件之間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，應(yīng)使接合面摩擦力大于工作載荷FR。式中：FR—橫向外載

F0—每個(gè)螺栓的預(yù)緊力f—被聯(lián)接零件表面的摩擦系數(shù)（如表）z—聯(lián)接螺栓的個(gè)數(shù)m—接合面數(shù)聯(lián)接接合面間的摩擦系數(shù)f被聯(lián)接件接合面的表面狀態(tài)摩擦系數(shù)f鋼或鑄鐵零件干燥的加工表面0.10～0.16有油的加工表面0.06～0.10鋼結(jié)構(gòu)件軋制表面，鋼絲刷清理浮銹0.30～0.35涂富鋅漆0.35～0.40噴砂處理0.45～0.55鑄鐵對(duì)磚料、混泥土或木材干燥表面0.40～0.45受橫向外載荷的緊螺栓連接設(shè)計(jì)公式為：[σ]按以下表格計(jì)算。螺栓螺紋部分的強(qiáng)度條件為：緊聯(lián)接時(shí)，將拉應(yīng)力增大30%以考慮擰緊力矩的影響。螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力和安全系數(shù)聯(lián)接情況受載情況許用應(yīng)力[σ]和安全系數(shù)S松聯(lián)接軸向靜載荷[σ]=σS/S，S=1.2～1.7緊聯(lián)接軸向靜載荷橫向靜載荷[σ]=σS/S，控制預(yù)緊力時(shí)S=1.2～1.5；不控制預(yù)緊力時(shí)S查下表鉸制孔用螺栓聯(lián)接橫向靜載荷[τ]=σS/2.5，被聯(lián)接件為鋼時(shí)，[σP]=σS/1.25；被聯(lián)接件為鑄鐵時(shí)，[σP]=σb/（2～2.5）不控制預(yù)緊力時(shí)緊螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)S（靜載荷）材料M6～M16M16～M30M30～M60碳鋼4～33～22～1.3合金鋼5～44～2.52.5（2）鉸制孔用螺栓聯(lián)接螺栓桿受橫向工作載荷F時(shí)，則每個(gè)螺栓的剪切強(qiáng)度條件為：螺栓桿或孔壁的擠壓強(qiáng)度條件：受橫向外載荷的鉸制孔螺栓連接設(shè)計(jì)公式為：[τ]、[σp]均查上面螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力和安全系數(shù)表。設(shè)計(jì)時(shí)取Lmin≥1.25d0。3.受軸向外載荷的緊螺栓聯(lián)接壓力容器的螺栓受力螺栓所受的總拉力：未知力有兩個(gè)：F∑—總拉力

—剩余預(yù)緊力須根據(jù)靜力平衡方程和變形協(xié)調(diào)條件求解。變形協(xié)調(diào)條件：△δb=△δc=△δ靜力平衡條件：F∑

=

F0′+F螺栓總拉力

剩余預(yù)緊力

軸向外載荷注意：對(duì)于普通螺栓聯(lián)接，無(wú)論聯(lián)接是受橫向工作載荷還是軸向工作載荷，螺栓本身總是受拉力作用。剩余預(yù)緊力F0′按下表選取。聯(lián)接類型剩余預(yù)緊力F0′有緊密性要求的聯(lián)接F0′=（1.5～1.8)F一般聯(lián)接工作載荷穩(wěn)定F0′=（0.2～0.6)F工作載荷不穩(wěn)定F0′=（0.6～1.0)F強(qiáng)度校核公式：設(shè)計(jì)公式：

根據(jù)螺栓受工作載荷F的伸長(zhǎng)增量與被聯(lián)接件回彈變形量相等（均為δ2）的關(guān)系，可導(dǎo)出預(yù)緊力F0與剩余預(yù)緊力F0′的關(guān)系式為：式中：KC—相對(duì)剛性系數(shù)，其值與螺栓和被聯(lián)接零件的材料、結(jié)構(gòu)及聯(lián)接中墊片性

質(zhì)有關(guān)。對(duì)于鋼制被聯(lián)接件，KC值可參考下表選取。C1—螺栓剛度（力與變形之比）C2—被聯(lián)接件剛度相對(duì)剛性系數(shù)墊片類型KC金屬墊片或無(wú)墊片0.2～0.3皮革墊片0.7銅皮石棉墊片0.8橡膠墊片0.9

對(duì)于重要的螺栓聯(lián)接，需控制預(yù)緊力F0的大小?？上冗x取剩余預(yù)緊力F0′，再根據(jù)

計(jì)算預(yù)緊力F0之值。若采用測(cè)力矩扳手控制F0值時(shí)，可根據(jù)公式T∑≈0.2F0d×10-3計(jì)算出扳手力矩T∑的大小，在預(yù)緊螺栓時(shí)使力矩指針達(dá)到T∑值，此時(shí)螺栓中預(yù)緊力即近似達(dá)到所需預(yù)緊力F0。由以上公式計(jì)算得：

由上式可知，當(dāng)螺栓承受的軸向工作載荷由0至F間變化時(shí)，螺栓中總拉力的變化范圍為F0～F∑。由上式可知，減小螺栓剛度C1（如減小螺栓光桿部分直徑或采用空心螺栓均可降低值C1）或增大被聯(lián)接件剛度C2（使用金屬墊片或不使用墊片），均可降低相對(duì)剛性系數(shù)KC值。從而可縮小螺栓總拉力的變化范圍，提高螺栓承受變載荷時(shí)的疲勞強(qiáng)度。二、螺旋傳動(dòng)的工作原理、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用

螺旋傳動(dòng)由螺桿（也稱絲桿）和螺母組成，主要用來(lái)將主動(dòng)件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件的直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

螺旋傳動(dòng)按其用途和受力情況可分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋、調(diào)整螺旋三種類型：（1）傳力螺旋如螺旋千斤頂1-托盤(pán)2-螺母3