第五章 螺紋聯(lián)接 教案與講稿

1、河海大學(xué)機(jī)電學(xué)院 教案與講稿課程：機(jī)械設(shè)計(jì) 20112012學(xué)年 上學(xué)期 主講教師：蘇 洲教 學(xué) 課 題螺紋聯(lián)接教學(xué)目的與要求掌握螺紋聯(lián)接類型及防松方法，松、緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算掌握螺栓組設(shè)計(jì)方法，了解提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的常用措施和螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)教學(xué)重點(diǎn)螺紋聯(lián)接的特點(diǎn)、預(yù)緊與防松的方法和螺紋設(shè)計(jì)的要點(diǎn)難點(diǎn)螺紋防松的原理與設(shè)計(jì)要點(diǎn)；螺紋聯(lián)接類型及防松原理，緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)與受力分析教 具實(shí)物與掛圖講 稿（教學(xué)要點(diǎn)與板書(shū)）§51 螺紋為使機(jī)器制造、安裝、調(diào)整、維修和運(yùn)輸、減重、省科、降成、提高效率、等等 必須采用各種方式聯(lián)接成整體，才能實(shí)現(xiàn)上述要求。因此一個(gè)出色的設(shè)計(jì)者應(yīng)

2、了解聯(lián)接的種類、特點(diǎn)和應(yīng)用，熟悉聯(lián)接設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。掌握好設(shè)計(jì)的方法。聯(lián)接近代機(jī)械設(shè)計(jì)（機(jī)器設(shè)計(jì)）中最感興趣的課題之一，也是近一些年來(lái)，發(fā)明創(chuàng)造最多的。在通用機(jī)械中，聯(lián)接件占總零件數(shù)的2050%。如Boengs 747中有250萬(wàn)個(gè)緊固聯(lián)接件聯(lián)接：靜聯(lián)接被聯(lián)接件間不充許產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 不可折聯(lián)接：鉚、焊、介于可折不可折之間，膠（粘）接等可折聯(lián)接：螺紋、鍵、花鍵、銷、成型而聯(lián)接等動(dòng)聯(lián)接被聯(lián)接零件間可產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)各種運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接一、螺紋的形成如圖4-1所示：把一銳角為的直角三角形繞到一直徑為d的圓柱體上，繞時(shí)底邊與圓柱底邊重合，則斜邊就在圓柱體上形成一條空間螺旋線。如用一個(gè)平面圖形K（如三角形）沿螺旋線運(yùn)

3、動(dòng)并使K平面始終通過(guò)圓柱體軸線YY-這樣就構(gòu)成了三角形螺紋。同樣改變平面圖形K，同樣可得到矩形、梯形、鋸齒形、圓弧形（管螺紋）二、螺紋的類型螺紋 三角形（普通螺紋）、管螺紋聯(lián)接螺紋（精密傳動(dòng)）按牙型 矩形螺紋，梯形螺紋，鋸齒形螺紋傳動(dòng)螺紋按位置 內(nèi)螺紋在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋螺紋 外螺紋在圓柱孔的外表面形成的螺紋三角形 粗牙螺紋用于緊固件螺紋 細(xì)牙螺紋同樣的公稱直徑d下，P小，自鎖性好，適于薄壁細(xì)小零件和沖擊變載等情況根據(jù)螺旋線 左旋圖4-2b繞行方向螺紋 右旋常用 單頭螺紋（n=1）用于聯(lián)接根據(jù)螺旋 雙頭螺紋（n=2） 線頭數(shù) 多線螺紋（n2） 用于傳動(dòng)三、螺紋的主要參數(shù)（圖4-3）1）外

4、徑d（大徑）（D）與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑亦稱公稱直徑2）內(nèi)徑（小徑）d1(D1)與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑，在強(qiáng)度計(jì)算中作危險(xiǎn)剖面的計(jì)算直徑3）中徑d2在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，近似等于螺紋的平均直徑 d20.5(d+d1)4）螺距P相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離5）導(dǎo)程（S）同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離6）線數(shù)n螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n4螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：L=nP7）螺旋升角在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角。8）牙型角螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角9）牙

5、型斜角螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角。對(duì)稱牙型各種螺紋（除矩形螺紋）的主要幾何尺寸可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)公稱尺寸為螺紋外徑對(duì)管螺紋近似等于管子的內(nèi)徑。螺旋副的自鎖條件為：（見(jiàn)機(jī)械原理）螺旋副的傳動(dòng)效率為：克服軸向力Q勻速上升所需的圓周力四、常用螺紋的種類、特點(diǎn)與應(yīng)用，比較具體見(jiàn)表4-1，為加深印象，特列表如下（管螺紋除外）。英制細(xì)牙螺紋，內(nèi)外螺紋旋合后無(wú)徑向間隙，以保證配合緊密，公稱直徑為管子內(nèi)徑，適于以下的水、煤、氣、油等管路。常用螺紋的比較（管螺紋除外類似于三角形）名稱三角梯形鋸齒矩形剖面形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)牙型角牙型傾角正三角形=60°=30°等腰梯形=30°=1

6、5°不等腰梯形=30°=3°正方形=0°=0°當(dāng)量摩擦系數(shù)-fv當(dāng)量摩擦角-v傳動(dòng)效率自鎖性牙根強(qiáng)度工藝性能一般應(yīng)用Fv=f/cos=1.155ffv=1.035ffv=1.001ffv=f錯(cuò)誤！鏈接無(wú)效。 （在螺紋升角相同的條件下） 條件 當(dāng)（p、d、tv材料相同的條件下）t0旋合長(zhǎng)度即可車(chē)又可銑只能車(chē)不能銑聯(lián)接傳動(dòng)傳動(dòng)傳動(dòng)特點(diǎn)（優(yōu)缺點(diǎn)及結(jié)構(gòu)性能）由P分：粗牙Md用于緊固件細(xì)牙Mdxpd同而d小，因而P，自鎖性，適于薄壁細(xì)小零件、沖擊、變載等場(chǎng)合聯(lián)接可靠、防震性好，適于重要的動(dòng)力傳動(dòng)，要求精密強(qiáng)度高等，適于雙向傳動(dòng)，如車(chē)庫(kù)絲扭、雙面工作。用部

7、分螺母可調(diào)間隙，應(yīng)用廣泛。性能介于梯形與矩形之間，適于單向傳動(dòng)，單面工作（3°）應(yīng)用千斤頂?shù)忍剡m于高效、輕載傳動(dòng)如高低機(jī)、方向機(jī)等，但強(qiáng)度低、精度差、磨損后有間隙，加工藝性差，為便于銑磨，現(xiàn)已改用=10°,=5°自行設(shè)計(jì)：p=1/4d,d=5/4d1h=1/8d1§52 螺紋聯(lián)接的類型及螺紋聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接主要類型口述：四種基本類型，兩個(gè)變種（地腳與吊環(huán)）。根據(jù)設(shè)計(jì)應(yīng)用情況，今后工作需要，抽講兩點(diǎn)最重要的內(nèi)容，其余以自學(xué)為主。注意：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、作用與應(yīng)用場(chǎng)合1、螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(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(guò)通孔與螺母配合使用。裝配

8、后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝折方便，可多個(gè)裝拆，應(yīng)用較廣。精密螺栓聯(lián)接裝配后無(wú)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（H7/m6,H7/n6）2、雙頭螺栓聯(lián)接螺桿兩端無(wú)釘頭，但均有螺紋，裝配時(shí)一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時(shí)。折裝時(shí)只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯(lián)接件中擰出。3、螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況（手冊(cè)無(wú)六角頭螺釘，L0=L即可）4、緊定螺釘聯(lián)接擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應(yīng)的缺口中以固定零件的相對(duì)位置。可傳

9、遞不大的軸向力或扭矩。特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)（圖4-6a,b） 吊環(huán)螺釘聯(lián)接（圖4-8）二、螺紋聯(lián)接件螺栓聯(lián)接（圖4-9）用于工藝聯(lián)接 普通螺栓 六角頭：小六角頭，標(biāo)準(zhǔn)六角頭，大六角頭1）螺栓 圓柱頭（內(nèi)六角） 鉸制孔螺栓螺紋部分直徑較小螺栓 粗制 精制機(jī)械制造中常用2）雙頭螺栓兩端帶螺紋 A型有退刀槽 施入端長(zhǎng)度也各有不同。 B型無(wú)退刀槽3）螺釘種類繁多 半圓頭 一字槽 平圓頭 十字槽 共有按頭部形狀 六角頭 頭部起子槽 內(nèi)六角孔 圓柱頭 一字加十字槽 沉頭 要求全螺紋與螺栓區(qū)別 要求螺紋部分直徑較粗4）緊定螺釘 錐端適于零件表面硬度較低不常拆卸常合 末端 平端接觸面積大、不傷零件表面，用于頂

10、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適于較輕材料和金屬薄板5）自攻螺釘由螺釘攻出螺紋6）螺母 六角螺母：標(biāo)準(zhǔn)，扁，厚 圓螺母（與帶翅墊圈）+止退墊圈帶有缺口，應(yīng)用時(shí)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。螺母 粗制 精制 粗制平墊 精制 A型7）墊圈 普通墊圈 斜墊 B型帶倒角 防松墊圈（彈簧墊圈）起防松作用 帶翅墊圈等§5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松一、預(yù)緊螺紋聯(lián)接 松聯(lián)接在裝配時(shí)不擰緊，只存受外載時(shí)才受到力的作用輕少用 緊聯(lián)接在裝配時(shí)需擰緊，即在承載時(shí)，已預(yù)先受力，預(yù)緊力QP預(yù)緊目的：保持正常工作。如汽缸螺栓聯(lián)接，有緊

11、密性要求，防漏氣，接觸面積要大性，靠摩擦力工作時(shí)，增大剛性等。必?cái)Q緊增大剛性增加聯(lián)接剛度、緊密性和提高防松能力預(yù)緊力QP預(yù)力軸向作用力（拉力）但：預(yù)緊過(guò)緊擰緊力過(guò)大QP螺桿靜載荷增大、降低本身強(qiáng)度 過(guò)松擰緊力QP過(guò)小工作不可靠一般：碳鋼： 螺栓最小剖面積 合金鋼： 屈服極限 MPa板手?jǐn)Q緊力矩T=FH·L （4-4）FH作用于手柄上的力，L力臂。擰緊時(shí)螺母：T=T1+T2T擰緊，T1螺紋，T2端面摩擦力矩螺栓：T1=T3+T4T1螺紋，T3釘頭，T4夾持其中：螺紋阻力矩： （4-5）端面摩擦力矩： （4-6）其中：fc螺母與支承面間的摩擦系數(shù)，取fc =0.15D1,d0支承面的內(nèi)、

12、外直徑。見(jiàn)圖4-8其余參數(shù)同前。 （4-7）則 （4-8） 一般K=0.10.3對(duì)M10M68螺母，將其標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)代入，經(jīng)簡(jiǎn)化后得K0.2 即：T=0.2QPd (4-9)而T=FHL=FH×d QP=75FH說(shuō)明d過(guò)小螺栓易過(guò)載！(一般L=15d)注：由于 dM10 易過(guò)載 d>M68應(yīng)力分布不均 最好取d=M16M30預(yù)緊力QP的控制 測(cè)力矩板手測(cè)出預(yù)緊力矩圖4-9，圖4-12 定力矩板手達(dá)到固定的擰緊力矩T時(shí)，彈簧受壓將自動(dòng)打滑。圖4-10，圖4-13測(cè)量預(yù)緊前后螺栓伸長(zhǎng)量S精度較高。二、防松：理論上，螺紋聯(lián)接升角 為什么還要防松：目的 滿足自鎖 根據(jù)什么防松：原理三角形螺

13、紋當(dāng)量摩擦角 防松方法措施1、防松目的（口述）實(shí)際工作中，外載荷有振動(dòng)、有變化、材料高溫需變等會(huì)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(dòng)，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋聯(lián)接就會(huì)松馳而失效。因此，必須進(jìn)行防松，否則會(huì)影響正常工作，造成事故。2、防松原理概括成一句話，即消除（或限制）螺紋副之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或增大相對(duì)運(yùn)動(dòng)的難度。3、防松辦法及措施表4-31）摩擦防松雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等尼母墊圈除防松外還可起密封作用螺母一端做成非圓形收口或開(kāi)峰后徑面收口，螺母擰緊后收口漲開(kāi)，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。2）機(jī)械防松：開(kāi)槽螺母與開(kāi)口銷，圓螺母與止動(dòng)墊圈，彈簧

14、墊片，軸用帶翅墊片，止動(dòng)墊片，串聯(lián)鋼絲等。3）永久防松：端鉚、沖點(diǎn)（破壞螺紋）、點(diǎn)焊4）化學(xué)防松粘合思考題：雙頭螺栓聯(lián)接，旋入端如何防松？出過(guò)題 利用螺尾旋緊產(chǎn)生橫向擴(kuò)張；利用過(guò)盈配合達(dá)到橫向擴(kuò)張；利用桿端預(yù)緊，產(chǎn)生軸向預(yù)緊作用。§54 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算針對(duì)不同零件的不同失效形式，分別擬定其設(shè)計(jì)計(jì)算方法，則失效形式是設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。1、失效形式和原因a）形式工程中螺栓聯(lián)接多數(shù)為抗拉疲勞失效，靜態(tài)失效較少，但嚴(yán)重過(guò)載拉斷，螺牙剪斷，螺紋壓潰等可出現(xiàn)。統(tǒng)計(jì)表明：90%以上螺栓失效皆與應(yīng)力集中有關(guān)，集中分布在三處：螺母支承面第一、二牙圈處占65%桿螺尾退刀槽處占20%釘頭支承面

15、處：占15%b）失效原因：應(yīng)力集中應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程改善工藝、改進(jìn)結(jié)構(gòu)、正確安裝、注意使用方法皆可提高抗疲勞強(qiáng)度2、設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則與思路受拉螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證螺栓的疲勞拉伸強(qiáng)度和靜強(qiáng)度受剪螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證螺栓的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度根據(jù)聯(lián)接特點(diǎn)、材料性質(zhì)、受力狀態(tài)、失效形式、確定螺桿危險(xiǎn)剖面處的尺寸，實(shí)質(zhì)將螺栓看成最小直徑的光桿。其它尺寸和附件由等強(qiáng)度條件或使用經(jīng)驗(yàn)確定。系統(tǒng)思路單栓計(jì)算一、松栓不預(yù)緊、無(wú)QP、僅工作載F對(duì)桿拉伸、防斷求d1二、緊栓必預(yù)緊、有QP 1）橫向外載（防滑） 1）普栓僅QP對(duì)桿拉伸求d1 2）精栓橫載對(duì)桿同時(shí)剪擠求d0 2）軸向外載（防斷）普栓求總載

16、Q a）靜軸外載按Q對(duì)桿拉伸求d1 b) 變軸外載按靜設(shè)計(jì)，再接疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、材料與許用應(yīng)力一、松螺栓聯(lián)接圖4-11如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無(wú)QP，只有工作載荷F起拉伸作用，防斷。強(qiáng)度條件為： MPa 驗(yàn)算用（4-11）或 （mm） （設(shè)計(jì)用）定公稱直徑d （4-12）式中：d1螺桿危險(xiǎn)截面直徑（mm） 許用拉應(yīng)力 N/mm2 (MPa) 材料屈服極限Mpa表4-8n安全系數(shù)，表4-9二、緊螺栓聯(lián)接工作前有預(yù)緊力QP工作前擰緊，在擰緊力矩T作用下：預(yù)緊力QP產(chǎn)生拉伸應(yīng)力 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)螺紋摩擦力矩T1產(chǎn)生剪應(yīng)力a) b) 接第四強(qiáng)度理論：強(qiáng)度條件為： （4-13）式中：QP預(yù)緊力（N） T1

17、螺紋摩擦力矩，起扭剪作用，又稱螺紋扭矩，N.mm 1.3系數(shù)將外載荷提高30%，以考慮螺紋力矩對(duì)螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的影響，這樣把拉扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)化為純拉伸來(lái)處理，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算手續(xù)，故又稱簡(jiǎn)化計(jì)算法。QP、（T1與QP有關(guān)）的確定？與聯(lián)接方式和載荷類型有關(guān)。1、橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接計(jì)算主要防止被聯(lián)接件錯(cuò)動(dòng)（1）普通螺栓聯(lián)接防滑圖4-12 P79特點(diǎn)：桿孔間有間隙，靠擰緊后正壓力由（QP）產(chǎn)生摩擦力來(lái)傳遞外載荷，保證聯(lián)接可靠（不產(chǎn)生相對(duì)滑移）的條件為：設(shè)所須的預(yù)緊力為QP （4-14）工作前后不變，起拉作用式中：f接縫面間的摩擦系數(shù)，表4-4 i拉縫界面數(shù)目 （圖4-12a，i=2） KS防滑系數(shù)

18、（可靠性系數(shù)） KS=1.11.3強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式：為式（4-13）設(shè)計(jì)公式為： （4-15）分析：由式（4-14）可知，當(dāng)f=0.2,i=1,KS=1則QP=5R，說(shuō)明這種聯(lián)接螺栓直徑大，且在沖擊振動(dòng)變載下工作極不可靠，為增加可靠性，減小直徑，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高承載能力，須采用如下減載裝置： 圖4-16a) 減載銷；b) 減載套筒；c) 減載鍵；d) 減載牙齒；e) 精螺栓聯(lián)接2、鉸制孔螺栓聯(lián)接防滑動(dòng)，圖4-12b特點(diǎn)：螺桿與孔間緊密配合，無(wú)間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來(lái)傳遞外載荷R進(jìn)行工作螺栓的剪切強(qiáng)度條件為： MPa (4-16)螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強(qiáng)度條件為： （4-17）R橫向載荷

19、（N）；d0螺桿或孔的直徑（mm）lmin被聯(lián)接件中受擠壓孔壁的最小長(zhǎng)度（mm），如圖4-12b中l(wèi)min所示為一般要求：lmin1.25d0螺栓許用剪應(yīng)力，MPa，（鋼，安全系數(shù)，表4-9）螺栓或被聯(lián)接件中較弱者的許用擠壓應(yīng)力，MPa銅： 見(jiàn)表4-8鑄鐵： np安全系數(shù)表4-9鉸制孔螺栓能承受較大的橫向載荷，但被加工件孔壁加工精度較高，成本較高。2、軸向載荷緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算特點(diǎn)：加載前有預(yù)緊力QP、軸向工作載荷F 只適于普通螺栓，不能用精螺栓防斷，受QP與F聯(lián)合作用，如汽缸蓋螺栓如圖4-19(a) 螺母未擰緊 (b) 螺母已擰緊 (c) 承受工作載荷圖4-17 單個(gè)緊螺栓聯(lián)接受力變形圖工作

20、特點(diǎn)：工作前擰緊，有QP；工作后加上工作載荷F工作前、工作中載荷變化，求工作時(shí)總載荷Q=？工作原理：靠螺桿抗拉強(qiáng)度傳遞外載F解決問(wèn)題：a) 保證安全可靠的工作，QP=？ 實(shí)質(zhì)是如何計(jì)算b) 工作時(shí)螺栓總載荷， Q=？分析：圖a，未擰緊栓母松馳狀態(tài) 圖b，擰緊預(yù)緊狀態(tài) 凸緣壓QP 靜平衡（作用與反作用力） 栓桿拉QP 圖c，加載F后工作狀態(tài)栓桿繼拉總載凸緣放松殘余預(yù)緊力 作圖，為了更明確以簡(jiǎn)化計(jì)算（受力變形圖）設(shè)：材料變形在彈性極限內(nèi)，力與變形成正比單個(gè)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(shí)，螺栓總載荷：，一般已知，F(xiàn)，如何求Q？1）已知：、F，求Q2）要求和F，求靜平衡條件變形協(xié)

21、調(diào)條件：凸緣壓力減量為變形縮小 由變形協(xié)調(diào)條件 桿緣拉力增量變形增加 （在一個(gè)整體中兩者必須相等，否則不能成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)）由圖可知：螺栓剛度： （a）被聯(lián)接件剛度： （b） (c)由式（a）和（b）得 式中：稱螺栓相對(duì)于聯(lián)接的剛度，稱螺栓的相對(duì)剛度 部分工作載荷表4-5 與螺栓，被聯(lián)接件材料，墊片等有關(guān)又 （d）由（c）代入（d）得： （4-20） （4-21）對(duì)殘余預(yù)緊力的要求，為保證受載后接合面聯(lián)接的緊密性應(yīng)使>0的取法 =（1.51.8）F有密封要求 =（0.20.6）F 載荷穩(wěn)定 =（0.61.0）F 載荷不穩(wěn)定 一般聯(lián)接 地腳螺栓聯(lián)接 >F結(jié)論：討論：1）當(dāng) 最不利的情

22、況 2）當(dāng) 最理想情況 3）當(dāng)<0 即<F 有縫隙存在，不允許的情況（漏氣）4）降低螺栓受力的措施：a) 必須采用剛度小螺栓（空心、加長(zhǎng)、細(xì)頸）b) 或硬墊片，或直接擰在凸緣上均可提高強(qiáng)度5）為聯(lián)接緊密、不漏氣，要求>0，即>F d)6）計(jì)算時(shí)： 兩者均可根據(jù)已知條件行事a）軸向靜大緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算靜大F不變，Q為靜大，但考慮補(bǔ)充擰緊防斷強(qiáng)度條件：驗(yàn)算公式： （MPa） (4-22)設(shè)計(jì)公式： （mm）(公稱直徑) （4-23）b）軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算圖4-20分析：當(dāng)工作載荷，上0F。 Q 螺栓總載，由Q 則 部分載荷，由00 A當(dāng)只進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，其強(qiáng)度條件按

23、公式進(jìn)行按式（2-26）進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算變載荷螺栓大多為疲勞破壞，而應(yīng)力幅是變載荷下螺栓疲勞強(qiáng)度的主要因素，對(duì)變載荷的緊螺栓聯(lián)接，不僅應(yīng)按最大應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，還要驗(yàn)算螺紋部分的循環(huán)應(yīng)力幅，即強(qiáng)度條件：最大拉應(yīng)力： Mpa (4-24) 循環(huán)應(yīng)力幅： Mpa (4-25)螺栓的最大許用拉應(yīng)力，鋼螺栓，見(jiàn)表48，n安全系數(shù)，表49 n=1.252.5螺栓的許用應(yīng)力幅 Mpa 鋼螺栓對(duì)稱循環(huán)拉壓疲勞極限（表4-8） 應(yīng)力幅安全系數(shù)表4-9有效應(yīng)力集中系數(shù)表4-10 尺寸系數(shù)表4-9再按式（4-25）校核。3、當(dāng)驗(yàn)算不滿足時(shí)措施：a)b)最好改善結(jié)構(gòu)、降低應(yīng)力集中。包括：工藝、結(jié)構(gòu)、制造、，適當(dāng)提高

24、等綜合措施。三、螺栓材料與許用應(yīng)力計(jì)算1、材料 P289 表4-6，4-7 對(duì)照自學(xué)螺母、螺栓強(qiáng)度級(jí)別：保謂強(qiáng)度級(jí)別；如何分級(jí)；標(biāo)記方法1）據(jù)據(jù)成的機(jī)械性能，把栓母分級(jí)，并以數(shù)字表示，此乃強(qiáng)度級(jí)別如5-6，8-82）所依據(jù)機(jī)械性能為抗拉強(qiáng)度極限和屈服極限；螺栓級(jí)別用帶點(diǎn)數(shù)字表示 點(diǎn)前數(shù)字為 點(diǎn)后數(shù)字為螺母級(jí)別用表示注意：選擇對(duì)螺母的強(qiáng)度級(jí)別應(yīng)低于螺栓材料的強(qiáng)度級(jí)別，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB）2、許用應(yīng)力許用拉應(yīng)力： 表4-8 n表4-9 P85已知：不控制的緊螺栓聯(lián)接，易過(guò)載。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取較大的完全系數(shù)?？刂祁A(yù)緊力時(shí)可取較小的安全系數(shù)n。顯然n，與d有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)，先假設(shè)d，

25、進(jìn)行試算，選取一安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與估計(jì)直徑相比較，如在原先估計(jì)直徑所屬范圍內(nèi)即可，否則需重新進(jìn)行估算。試算法：設(shè)計(jì)時(shí)先假設(shè)dn和d1(d)與假設(shè)比較：符合完成；不符合重算許用剪切應(yīng)力與許用擠壓應(yīng)力： （Mpa） 、表4-8 (Mpa) nt，nP安全系數(shù)，表4-12試算法：設(shè)計(jì)時(shí)先估d，如d=1630mm，在表4-9中選n算求d1再根據(jù)d1查d在此范圍，則合格如d>30或d<16則重估，再選n1，d1d合格為止。為調(diào)整計(jì)算總結(jié)為試算方法。§55 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)與受力分析工程中螺栓皆成組使用，單個(gè)使用極少。因此，須研究栓組設(shè)計(jì)和受力分析。它是單個(gè)螺栓計(jì)算基礎(chǔ)和前

26、提條件。螺栓組聯(lián)接設(shè)計(jì)的順序選布局、定數(shù)目、力分析、設(shè)計(jì)尺寸一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則1、布局要盡量對(duì)稱分布，栓組中心與形心重合（有利于分度、劃線、鉆孔），以受力均勻，圖4-182、受剪螺栓組（鉸制孔螺栓聯(lián)接）時(shí)，不要在外載作用方向布置8個(gè)以上，螺栓要使其受力均勻，以免受力太不均勻，P89圖4-23b，但彎扭作用螺栓組，要適當(dāng)靠接縫邊緣布局，否則受力太不均。不合理 合理3、合理間距，適當(dāng)邊距，以利用板手裝拆，尺寸按圖4-19對(duì)壓力容器間距t。表4-12 P291；表4-13 P88 （作業(yè)418，演算420）Z=410個(gè) 取Z=8個(gè)4、避免偏心載荷作用a）被聯(lián)接件支承面不平突起。b）表面與孔不垂直。c）

27、鉤頭螺栓聯(lián)接。偏載螺栓的應(yīng)力：即、強(qiáng)度很差防偏載措施：a）凸合；b）凹坑（魚(yú)眼坑）；c）斜墊片；d）球形墊片 圖4-22二、螺栓組受力分析目的單螺栓設(shè)計(jì)時(shí)最最危險(xiǎn)之一，受載最大，其載荷多少？如何計(jì)算？求受力最大螺栓的載荷！前提（假設(shè)）：被聯(lián)接件不變形、為剛性，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（應(yīng)變）在彈性范圍內(nèi)兩心重合，受力后其接縫面仍保持平面兩心接合面形心；螺栓組形心1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接，圖4-19汽缸螺栓特點(diǎn)：只能用普通螺栓，有間隙，外載/螺栓軸線，螺栓桿受P拉伸作用。單個(gè)螺栓工作載荷為：F=P/Z （4-26）P軸向外載；Z螺栓系數(shù)2、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接

28、 圖4-23特點(diǎn)：普通螺栓，鉸制孔用螺栓皆可用，外載螺栓軸線、防滑普通螺栓受拉伸作用鉸制孔螺栓受橫向載荷剪切、擠壓作用。a)普通螺栓防滑條件：不管是何種螺栓，其單個(gè)螺栓所承受的橫向載荷相等：R=P/Z，為螺栓數(shù)目 強(qiáng)度計(jì)算同前3、受橫向扭矩螺栓組聯(lián)接 圖4-24（1）圓形接合面：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓所受橫向載荷 T扭矩（N.mm） r分布圓半徑（2）矩形接合面a)普通螺栓聯(lián)接 特點(diǎn)：同前求單栓預(yù)緊拉力a) 普通螺栓組 b) 鉸制孔螺栓組取聯(lián)接板為受力對(duì)象，由靜平衡條件聯(lián)接件不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的條件：則各個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力為： （N） （4-29）式中，f接縫面間摩擦系數(shù) 表4-4 ri第I個(gè)螺栓軸線至螺栓組中

29、心距離 Z螺栓個(gè)數(shù) T扭矩（N.mm） KS防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)） KS=1.11.3b)鉸制孔螺栓聯(lián)接組，圖4-24b特點(diǎn)，如前，求單個(gè)螺栓最大工作剪力Rmax（由變形協(xié)調(diào)條件可知，各個(gè)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）由變形協(xié)調(diào)條件再找R1、R2、R3、RZ之間關(guān)系，由假設(shè)，板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應(yīng)變與半徑r成正比。在材料彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比 （4-30）取板為受力對(duì)象，由靜平衡條件 （4-31）將式（4-30）代入式（4-31）得： （4-32）式中符號(hào)同前4、受傾覆（縱向）力矩螺栓組聯(lián)接，圖4-25特點(diǎn)：M在鉛直平面內(nèi)，繞O-O回轉(zhuǎn)，只能用

30、普通螺栓取板為受力對(duì)象：由靜平衡條件：設(shè)單個(gè)螺栓工作載荷為Fi （a）同理由變形協(xié)調(diào)條件：代入（a）式得： （4-33）式中：Fmax受力最大單個(gè)螺栓的工作載荷（N） Lmax距回轉(zhuǎn)軸線O-O最遠(yuǎn)距離（mm） Li第I個(gè)螺栓離回轉(zhuǎn)軸線O-O的距離該聯(lián)接保證正常工作的n個(gè)條件：螺栓桿不拉斷的條件由QP與Fmax單個(gè)螺栓最大拉力a Mpa (驗(yàn)算)b （mm）（設(shè)計(jì)）B點(diǎn)不壓潰條件（被聯(lián)接件）QP作用下接合面的擠壓應(yīng)力分布如圖4-25b所示均布M作用下接合面的擠壓應(yīng)力分布如圖4-25c所示 （4-34）A點(diǎn)不開(kāi)縫的條件： （4-35）若受有橫向載荷PH，板不滑動(dòng)條件為：（PV軸向載荷） （4-35

31、）'則QP單個(gè)螺栓擰緊力（N）A底座與支承面的接觸面積（mm2） A=a×(b-c) 如圖4-25中A=a×(b-c)W底座接合面的抗彎截面模量（mm3） ()接合面材料許用擠壓應(yīng)力 Mpa 表4-13被聯(lián)接件相對(duì)剛度實(shí)際使用中螺栓組聯(lián)接所受的載荷是以上四種簡(jiǎn)單受力狀態(tài)的不同組合。計(jì)算時(shí)只要分別計(jì)算出螺栓組在這些簡(jiǎn)單受力狀態(tài)下每個(gè)螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來(lái)，便得到每個(gè)螺栓的總工作載荷。再對(duì)受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算即可。說(shuō)明：工程中受力情況很復(fù)雜，但均可轉(zhuǎn)化為四種典型情況進(jìn)行解決。計(jì)算公式在對(duì)稱分布情況下推導(dǎo)，但不對(duì)稱照用。取轉(zhuǎn)軸不同，公式計(jì)算精度不同。鋼對(duì)

32、木材底板繞O-O軸好鋼、水泥底板繞邊緣螺栓好 具體情況具體分析具體處理。鋼對(duì)鑄鐵板繞底板邊緣好 不可視為教條，不同軸結(jié)果不同?？傇O(shè)計(jì)思路：螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（布局、數(shù)目）螺栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）求單個(gè)螺栓的最大工作載荷（判斷那個(gè)最大）按最大載荷的單個(gè)螺栓設(shè)計(jì)（求d1標(biāo)準(zhǔn)）全組采用同樣尺寸螺栓（互換目的）§5-6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施影響聯(lián)接強(qiáng)度的因素很多，如材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、工藝、螺紋牙間、載荷分布、應(yīng)力幅度、機(jī)械性能，而螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度又主要取決于螺栓的強(qiáng)度。一、改善螺紋牙間載荷分布不均狀況，圖4-26，4-27工作中螺栓牙要抗拉伸長(zhǎng)，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以

33、緊靠支承面處第一圈為最大，應(yīng)變最大，應(yīng)力最大，其余各圈（螺距P）依次遞減，旋合螺紋間的載荷分布如圖4-27所示，按茹可夫斯基試驗(yàn)證明采用圈數(shù)過(guò)多的加厚螺母，并不能提高聯(lián)接的強(qiáng)度。辦法：降低剛性，易變形、增加協(xié)調(diào)性，以緩和矛盾圖4-28 掛圖 a) 懸置螺母強(qiáng)度40%（母也受拉，與螺栓變形協(xié)調(diào)，使載荷分布均勻）b) 環(huán)槽螺母強(qiáng)度30%（螺母接近支承面處受拉）c) 內(nèi)斜螺母強(qiáng)度20%（接觸圈減少，載荷上移）d) （b）(c)結(jié)合螺母強(qiáng)度40%e) 不同材料匹配強(qiáng)度40%二、減小應(yīng)力集中的影響三、降低螺栓應(yīng)力幅（）由前知，有兩種辦法，或同時(shí)使用效果最佳1、降低螺栓剛性作圖法分析即（1）條件：、F、不

34、變，、Q減小，（2）獲得：，抗疲勞強(qiáng)度提高（3）措施：用豎心桿、細(xì)長(zhǎng)桿、柔性螺栓聯(lián)接等。被聯(lián)接件剛性2、增大凸緣剛性：即螺栓聯(lián)接耐疲勞強(qiáng)度1）條件：、F不變，、Q，2）使得：，提高螺栓聯(lián)接耐疲勞強(qiáng)度3）措施：采用高硬度墊片、或直接擰在鑄鐵 被聯(lián)接件表面上，有密封性要求時(shí)采用圖4-31b形式3、同時(shí)使用Cb,Cm:增大凸緣剛性、減小，螺栓剛性，且適當(dāng)增加即同時(shí)m(Cm), b(Cb),則F，a,使螺栓聯(lián)接耐疲勞強(qiáng)度大大提高條件：Q、Q'P、F不變，QP，使得：，增大了螺栓聯(lián)接抗耐勞強(qiáng)度措施：提高被聯(lián)接件剛性Cm，降低螺栓剛性Cb,同時(shí)QP2>QP2理想方法。四、減小應(yīng)力集中的影響，

35、圖4-29螺紋牙根、收尾、螺栓頭部與螺栓桿的過(guò)渡處等均可能產(chǎn)生應(yīng)力集中。1）加大過(guò)渡處圓角，(圖4-29a) 2）改用退刀槽2040%（螺紋收尾處）3）卸載槽，(圖4-32b) 4）卸載過(guò)渡結(jié)構(gòu)。（圖3-32c）五、（工藝方法）采用合理的制造工藝1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強(qiáng)度3040%2）冷作硬化，表層有殘余應(yīng)力（壓）、氰化、氮化、噴丸等?？商岣咂趶?qiáng)度3）熱處理后再進(jìn)行滾壓螺紋，效果更佳，強(qiáng)度70100%，此法具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗功能。4）控制單個(gè)螺距誤差和螺距累積誤差。例4-1 自學(xué)龍門(mén)起重機(jī)導(dǎo)軌托架螺栓組聯(lián)接習(xí)題：4-20（兩板各用4個(gè)螺栓與主軸相聯(lián)）。托架承受的最大載荷為F

36、=20KN，載荷有較大變動(dòng)試問(wèn)：1）用普通螺栓與鉸制孔螺栓，那個(gè)為宜？ 2）如用鉸制孔螺栓，其直徑為多大？注意：當(dāng)圖上劃出T、P、Ri時(shí)，則F不劃，否則矛盾。解一、 阻止板下滑用鉸制孔螺栓為宜，便于裝配、調(diào)整、定位。二、 設(shè)計(jì)鉸制孔用精螺栓尺寸1、每半邊板受力2、力向回轉(zhuǎn)中心簡(jiǎn)化在P作用下各螺栓剪力，在T作用下各螺栓剪力，Vi、Ri力方向如圖3、求各螺栓總剪力R'中最大者R'max4、材料、許用應(yīng)力5、螺栓光桿直徑6、螺栓標(biāo)準(zhǔn)化劃出力學(xué)模型P、Vi、Ri與T由變形卡加調(diào)條件知中最大者為2，3兩個(gè)螺栓選螺栓材料（6.6級(jí)45# =Mpa, =360Mpa）由表4-12知 45#由

37、表6-1知，載荷變動(dòng)時(shí)（=0.4），下降30%取 附表7-3（P349）查手冊(cè)P92表5-9，取表上為d1，d=12(mm)取M12×40鉸鉸孔螺栓取螺栓 M12×L（40） GB7-76 （光桿直徑）d0=13mm 螺母 M12 GB6170-86 手冊(cè) P98 表5-18墊片 12 GB97.1-85 P101 表5-21注意：本來(lái)要驗(yàn)算擠壓應(yīng)力§57 螺旋傳動(dòng)一、 螺旋傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)與應(yīng)用1、應(yīng)用 回轉(zhuǎn) 直線 傳遞運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力 不自鎖時(shí)2、傳動(dòng)形式：a) 螺桿轉(zhuǎn)螺母移 b) 螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺平固定）用得多c) 螺母轉(zhuǎn)螺桿移 d) 螺母又轉(zhuǎn)又移（螺桿固定）用得

38、少3、螺旋傳動(dòng)類型按用途分三類：1）傳力螺旋舉重器、千斤頂、加壓螺旋。特點(diǎn)：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖2）傳導(dǎo)螺旋機(jī)床進(jìn)給匯杠傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，特點(diǎn)：速度高、連續(xù)工作、精度高3）調(diào)整螺旋機(jī)床、儀器及測(cè)試裝置中的微調(diào)螺旋。其特點(diǎn)是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋傳動(dòng)按摩擦副的性質(zhì)分：重點(diǎn)介紹1、滑動(dòng)螺旋：構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比大，承載能力高，加工方便、傳動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠、易于自鎖。缺點(diǎn)：磨損快、壽命短，低速時(shí)有爬行現(xiàn)象（滑移），摩擦損耗大，傳動(dòng)效率低（3040%）傳動(dòng)精度低?；瑒?dòng)螺旋的這些致命缺點(diǎn)，使之不能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。2、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)摩擦性質(zhì)為滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿

39、和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動(dòng)體（多用鋼球），當(dāng)傳動(dòng)工作時(shí)，滾動(dòng)體沿螺紋滾道滾動(dòng)并形成循環(huán)。按循環(huán)方式有：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)，滾動(dòng)螺旋兩種。如圖4-36（a）和（b），為保證循環(huán)裝有反向器。特點(diǎn)：傳動(dòng)效率高（可達(dá)90%），起動(dòng)力矩小，傳動(dòng)靈活平穩(wěn)，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆運(yùn)動(dòng)效率相同，可實(shí)現(xiàn)逆?zhèn)鲃?dòng)。預(yù)緊后剛度好，定位精度高（重復(fù)定位精度高）缺點(diǎn)：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高，成本較高。3、靜壓螺旋液體摩擦，靠外部液壓系統(tǒng)提高壓力油，壓力油進(jìn)入螺桿與螺母螺紋間的油缸，促使螺桿、螺母、螺紋牙間產(chǎn)生壓力油膜而分隔開(kāi)，如圖4-37特點(diǎn)：f小，效率高可達(dá)99%，工作穩(wěn)定、無(wú)爬行現(xiàn)象、定位精度高、磨損小、壽命長(zhǎng)。但螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜（需密封），需一穩(wěn)壓供油系統(tǒng)、成本較高。適用于精密機(jī)床中進(jìn)給和分度機(jī)構(gòu)二、 滑動(dòng)螺旋的設(shè)計(jì)計(jì)算1、結(jié)構(gòu)與材料結(jié)構(gòu)：圖4-37，千斤頂?shù)湫徒Y(jié)構(gòu) 支承結(jié)構(gòu)： a)螺桿長(zhǎng)徑比小時(shí)，直接用螺母支承千斤頂b)螺桿長(zhǎng)徑比大時(shí)，且水平布置，在兩端與中間附加支承，以提高螺桿剛工，如機(jī)床絲杠。螺母結(jié)構(gòu) 整體式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磨損后精度較差，圖4-38 部分式磨損后可補(bǔ)償間隙、精度較高，圖4-40 組合式適合于雙向傳動(dòng)，可提高傳動(dòng)精度，消除空回誤差齒形 矩形 梯形鋸鑿形 常用材料：表415 注意：要