第四章螺紋聯接與螺旋傳動

1、第四章螺紋聯接與螺旋傳動（一）教學要求1、掌握螺紋聯接類型及防松方法，松、緊螺栓聯接強度計算2、掌握螺栓組設計方法，了解提高螺紋聯接強度的常用措施和螺旋傳動的設計（二）教學的重點與難點1、螺紋聯接類型及防松原理，緊螺栓聯接的強度計算2、螺栓組聯接的設計與受力分析（三）教學內容§ 4 1 螺紋為使機器制造、安裝、調整、維修和運輸、減重、省科、降成、提高效率、等等必須采用各種方式聯接成整體，才能實現上述要求因此一個出色的設計者應了解聯接的種類、 特點和應用，熟悉聯接設計的準則。掌握好設計的方法。聯接-近代機械設計（機器設計）中最感興趣的課題之一，也是近一些年來，發(fā)明創(chuàng)造最多的。在通用機械

2、中，聯接件占總零件數的2050%。如Boe ng' 747中有250萬個緊固聯接件聯接：靜聯接-被聯接件間不充許產生相對運動 不可折聯接：鉚、焊、介于可折不可折之間，膠（粘）接等 可折聯接：螺紋、鍵、花鍵、銷、成型而聯接等動聯接-被聯接零件間可產生相對運動各種運動副聯接一、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。如用一個平面圖形 K （如三角形）沿螺旋線運動并使K平面始終通過圓柱體軸線 YY-這樣就構成了三角形螺紋。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

3、紋的類型螺紋 '三角形（普通螺紋）、管螺紋聯接螺紋（精密傳動） 按牙型I矩形螺紋，梯形螺紋，鋸齒形螺紋一一傳動螺紋按位置J內螺紋在圓柱孔的內表面形成的螺紋 螺紋 1外螺紋一-在圓柱孔的外表面形成的螺紋三角形粗牙螺紋一一用于緊固件螺紋 水細牙螺紋一一同樣的公稱直徑 d下，P小，自鎖性好，適于薄壁細小零件和 沖擊變載等情況根據螺旋線繞行方向螺紋左旋圖4-2br右旋-常用-單頭螺紋（n=1）用于聯接根據螺旋雙頭螺紋（n=2）-線頭數多線螺紋（n2）用于傳動三、螺紋的主要參數（圖4-3）1） 外徑d （大徑）（D）與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑一-亦稱公稱直徑2）內徑（小徑）di （Di）

4、-與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑，在強度計算中作危險剖面的計算直徑3） 中徑d2在軸向剖面內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d2 0.5（d+d i）4）螺距P一一相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應兩點間的軸向距離5）導程（S） 同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對應兩點間的軸向 距離6）線數n螺紋螺旋線數目，一般為便于制造 nW 4螺距、導程、線數之間關系：L=nP7）螺旋升角” 一一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)9)arctgL / d2arctgnPd2牙型角a -螺紋軸向平面內螺紋牙型兩側邊的夾角牙型斜角B一螺紋牙型

5、的側邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角。對稱牙型各種螺紋（除矩形螺紋） 螺紋近似等于管子的內徑。的主要幾何尺寸可查閱有關標準一2-公稱尺寸為螺紋外徑對管螺旋副的自鎖條件為:v tg 1-cosarctgf r（見機械原理）螺旋副的傳動效率為:tg tg(v)克服軸向力Q勻速上升所需的圓周力F Qtg(v) T F 號 Qtg(2四、常用螺紋的種類、 紋除外）。英制細牙螺紋，管子內徑，適于P特點與應用，比較具體見表4 1,為加深印象，特列表如下（管螺名稱三角梯形鋸齒矩形剖面形狀結構特點正三角形等腰梯形不等腰梯形正方形牙型角aa =60 °a =30°a =30°a =0

6、°55，內外螺紋旋合后無徑向間隙，以保證配合緊密，公稱直徑為 1.6MP 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）牙型傾角B3 =30 °3 =15°3 =3 °3 =0 °Fv=f/cos 3 =1。155ffv=1 o 035ffv=1.001ffv=f當量摩擦系數fv當量摩擦角-v tg 1 fv 6 351 fv tg 5 55cosv 5 47錯誤！鏈接無效。2 v傳動效率ng （在螺紋升角"相同的條件下）tg（v）自鎖性 牙根強度條件v工藝性能 一般應用當（p、d、tv材料相同的條件下）to旋合

7、長度即可車又可銃只能車不能銃聯接傳動傳動傳動由P分:粗牙Md 用可靠、防震性好，適于性能介于梯形特適于咼效、輕于緊固件重要的動力傳動，要求與矩形之間，適載傳動如高低細牙Mdxp-d同而d精密強度高等，適于雙于單向傳動，單機、方向機等，小，因而” PJ,自向傳動，如車庫絲扭、面工作（3°）但強度低、精度鎖性f,適于薄壁細雙面工作。用部分螺母應用千斤頂等差、磨損后有間特點（優(yōu)缺點小零件、沖擊、變載可調間隙，應用廣泛。隙，加工藝性及結構性能）等場合聯接差，為便于銃 磨，現已改用a=10 ° , 3 =5 °自行設計：p=1/4d,d=5/4d 1h=1/8d1§

8、; 42螺紋聯接的類型及螺紋聯接件一、螺紋聯接主要類型口述：四種基本類型，兩個變種（地腳與吊環(huán)）根據設計應用情況，今后工作需要，抽講兩點最重要的內容，其余以自學為主注意：結構特點、作用與應用場合1螺栓聯接普通螺栓聯接一一被聯接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，結構簡單，裝折方便，可多個裝拆，應用較廣。精密螺栓聯接一一裝配后無間隙，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接（H7/m6，H7/n6）2、 雙頭螺栓聯接一一螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯接件，另一端 配以螺母適于常拆卸而被聯接件

9、之一較厚時。折裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯 接件中擰出。3、螺釘聯接螺釘聯接一一適于被聯接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況（手冊無六角頭螺釘，Lo=L即可）4、緊定螺釘聯接一一擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應的缺口中以固定零件的相對位置。可傳遞不大的軸向力或扭矩。特殊聯接：地腳螺栓聯（圖4 6a, b）吊環(huán)螺釘聯接（圖48）二、螺紋聯接件螺栓聯接（圖4 9）用于工藝聯接六角頭：小六角頭，標準六角頭，大六角頭 圓柱頭（內六角）I鉸制孔螺栓一一螺紋部分直徑較小螺栓J粗制1精制一一機械制造中常用2）雙頭螺栓一一兩端帶螺紋普通螺栓

10、1）螺栓T型-有退刀槽 B型-無退刀槽施入端長度也各有不同。3）螺釘種類繁多半圓頭平圓頭-六角頭圓柱頭 沉頭'要求全螺紋 r要求螺紋部分直徑較粗r錐端一一適于零件表面硬度較低不常拆卸常合末端平端一一接觸面積大、不傷零件表面，用于頂緊硬度較大的平面,適于經常拆卸 I圓柱端一一壓入軸上凹抗中，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-一由螺釘攻出螺紋6）螺母六角螺母：標準，扁L圓螺母（與帶翅墊圈按頭部形狀頭部起子槽廠一字槽 十字槽 內六角孔< 一字加十字槽共有與螺栓區(qū)別4）緊定螺釘，厚）+止退墊圈-帶有缺口，應用時帶翅墊圈內舌嵌 入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內，

11、螺母即被鎖緊。螺母粗制精制7）墊圈*粗制 平墊1精制 斜墊A型B型一-帶倒角'普通墊圈防松墊圈（彈簧墊圈）一-起防松作用-帶翅墊圈等§ 43螺紋聯接的預緊與防松一、預緊螺紋聯接松聯接一一在裝配時不擰緊，只存受外載時才受到力的作用一一輕少用 I緊聯接-一在裝配時需擰緊，即在承載時，已預先受力，預緊力Qp預緊目的：保持正常工作。如汽缸螺栓聯接，有緊密性要求，防漏氣，接觸面積要大性, 靠摩擦力工作時，增大剛性等。一一必擰緊增大剛性增加聯接剛度、緊密性和提高防松能力預緊力Qp預力軸向作用力（拉力）但：預緊過緊一一擰緊力過大Qp螺桿靜載荷增大、降低本身強度過松擰緊力 Qp過小-工作不可

12、靠1一般：碳鋼：QP (0.6 0.7) sAAidi2mm2螺栓最小剖面積4合金鋼：QP (0.5 0.6) s As屈服極限 MPa板手擰緊力矩一-T=F h L (4-4)Fh-作用于手柄上的力，L -力臂。擰緊時螺母：T=Ti+T2T-擰緊，T1螺紋，T2端面摩擦力矩螺栓：T1=T 3+T4T1 -螺紋，T3釘頭，T4 夾持其中：螺紋阻力矩：T1 Qptg(v)蟲(45)2端面摩擦力矩：T2 阿1© 加(4-6)其中：fc螺母與支承面間的摩擦系數 ，取fc =0。15D1,d0-支承面的內、外直徑。見圖4-8其余參數同前。1T T1 T2 Qpd2tg(v)f(Dc(D12叫

13、do)(4-7)v)2fc(D；曲3d (D： do占tg(dv)3d (D12do)Qp d則 T KQp d (4-8) 一般 K=0.1 0.3對M10M68螺母，將其標準參數代入，經簡化后得K工0.2即：T=0。2Qpd(4 9)而T=FhL=FhX d卜Qp=75Fh說明d過小宀螺栓易過載！(一般 L=15d)丿注：由于J d < M10易過載d>M68應力分布不均J 最好取d=M16M30預緊力Qp的控制一-測力矩板手一一測出預緊力矩一一圖4 9，圖4 12J定力矩板手一一達到固定的擰緊力矩T時,彈簧受壓將自動打滑。圖 4-10,圖 4-13I測量預緊前后螺栓伸長量一一

14、S精度較高。、防松：v 滿足自鎖 根據什么防松：原理三角形螺紋當量摩擦角 v 5 47 防松方法措施1、防松目的（口述）實際工作中 ,外載荷有振動、有變化、材料高溫需變等會造成摩擦力減少，螺紋副中正 壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋聯接松動,如經反復作用，螺紋聯接就會松馳而失效。因此，必須進行防松 ,否則會影響正常工作 ,造成事故。2、防松原理概括成一句話，即消除 （或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對 運動的難度 .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峰后徑面收口，螺母擰

15、緊后收口漲開,利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊 .2）機械防松 :開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動墊圈 ,彈簧墊片，軸用帶翅墊片 ,止動墊 片，串聯鋼絲等。3）永久防松 :端鉚、沖點（破壞螺紋） 、點焊4）化學防松 -粘合 思考題：雙頭螺栓聯接，旋入端如何防松？出過題 利用螺尾旋緊產生橫向擴張；利用過盈配合達到橫向擴張；利用桿端預緊，產生軸向預緊作用。§4-4 單個螺栓聯接的強度計算針對不同零件的不同失效形式 ,分別擬定其設計計算方法，則失效形式是設計計算依據 和出發(fā)點。1、失效形式和原因a）形式工程中螺栓聯接多數為抗拉疲勞失效 ,靜態(tài)失效較少，但嚴重過載拉斷，螺牙剪斷，螺 紋壓潰等可出

16、現 .統計表明： 90以上螺栓失效皆與應力集中有關，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% 釘頭支承面處：占15%b）失效原因：應力集中 應力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程 改善工藝、改進結構、正確安裝、注意使用方法皆可提高抗疲勞強度 2、設計計算準則與思路受拉螺栓 ：設計準則為保證螺栓的疲勞拉伸強度和靜強度 受剪螺栓：設計準則為保證螺栓的擠壓強度和剪切強度 根據聯接特點、材料性質、受力狀態(tài)、失效形式、確定螺桿危險剖面處的尺寸，實質將螺栓看成最小直徑的光桿。其它尺寸和附件由等強度條件或使用經驗確定. 系統思路單栓計算、松栓一不預緊、無、緊栓一必預緊、有

17、Qp、僅工作載F對桿拉伸、防斷T求 diQp/）橫向外載（防滑）了普栓-僅Qp對桿拉伸t求diY2）精栓一橫載對桿同時剪擠t求 do取）軸向外載（防斷）一普栓求總載Qa）靜軸外載-按Q對桿拉伸t求dib）變軸外載一按靜設計，再接疲勞強度計算 三、材料與許用應力一、松螺栓聯接圖 斷.4 11如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無Qp,只有工作載荷F起拉伸作用，防強度條件為:F MPa驗算用(4 11)或d11-4F (mm)（設計用）T定公稱直徑d(412)式中：d1螺桿危險截面直徑( mm)許用拉應力N/mm2 (MPa)s /nS -一材料屈服極限 Mpa表4-8n-安全系數，表4-9、緊螺栓聯接-一

18、工作前有預緊力 Qp工作前擰緊，在擰緊力矩T作用下：預緊力Qpt產生拉伸應力b- 復合應力狀態(tài) ca螺紋摩擦力矩Tit產生剪應力T-a)b)當M10 M 6接第四強度理論:強度條件為:qp d2tg(1 d3160.48 衛(wèi)4d；cacav)tg(0.481.3Qpd；、絕v) dp(或 0.51.3(4 13)Qp式中：Q 預緊力（N）Ti螺紋摩擦力矩，起扭剪作用，又稱螺紋扭矩，N.mm1.3-系數將外載荷提高 30%,以考慮螺紋力矩對螺栓聯接強度的影響，這樣把拉扭的復合應力狀態(tài)簡化為純拉伸來處理，大大簡化了計算手續(xù)，故又稱簡化計算法。Qp、（Ti與Qp有關）的確定？與聯接方式和載荷類型有關

19、。1、橫向載荷的緊螺栓聯接計算-主要防止被聯接件錯動（1）普通螺栓聯接一一防滑一一圖412 P79特點：桿孔間有間隙，靠擰緊后正壓力由（Qp）產生摩擦力來傳遞外載荷，保證聯接可(4-14)靠（不產生相對滑移）的條件為 ：設所須的預緊力為 QpifQp KsRQp 上空-工作前后不變，起拉作用fi式中：f接縫面間的摩擦系數，表4-4i 拉縫界面數目（圖4-12a, i=2）KS-防滑系數（可靠性系數）Ks=1。 11.3強度條件驗算公式：為式（4 13）ca1.3Qp1/4 d12設計公式為：d11.3 4Qp:(4 15)分析：由式（4-14）可知，當f=0.2,i=1,K s=1則Qp=5R

20、,說明這種聯接螺栓直徑大，且在 沖擊振動變載下工作極不可靠，為增加可靠性，減小直徑，簡化結構，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）精螺栓聯接2、鉸制孔螺栓聯接-防滑動，一-圖4 12b特點：螺桿與孔間緊密配合，無間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來傳遞外載荷R進行工作螺栓的剪切強度條件為:MPa (4-16)螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強度條件為:Rd0l minp(4-17)R橫向載荷（N ）; do-螺桿或孔的直徑（ lmin 被聯接件中受擠壓孔壁的最小長度 一般要求：lmin> 1。25domm)(mm),如圖4 12b中l(wèi)m

21、in所示為:t -螺栓許用剪應力，MPa,（鋼s/n , n 安全系數，表49）p螺栓或被聯接件中較弱者的許用擠壓應力，MPa銅：ps / nps b 見表 4 8鑄鐵：PB/nPnp安全系數表 49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、軸向載荷緊螺栓聯接強度計算 特點:加載前有預緊力 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單個緊螺栓聯接受力變形圖 工作特點：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，求工作時總

22、載荷Q= ？ 工作原理：靠螺桿抗拉強度傳遞外載 F 解決問題：a）保證安全可靠的工作， QP=？ 實質是如何計算b）工作時螺栓總載荷，Q= ？ J 分析：圖a,未擰緊-栓母松馳狀態(tài)圖b,擰緊一預緊狀態(tài) f凸緣一壓一m TQP 靜平衡（作用與反作用力）I栓桿一拉一b QP圖c,加載F后t工作狀態(tài)栓桿一繼拉一b b b b 從Qp Q Qp F 總載、凸緣-放松-m m mm 從QpQp-殘余預緊力 作圖，為了更明確以簡化計算（受力變形圖） 設：材料變形在彈性極限內，力與變形成正比單個緊螺栓聯接受力變形圖從圖線可看出，螺栓受工作載荷F時，螺栓總載荷：Q FQpF Qp ,般已知，QP, F,如何求

23、Q?C 1）已知：Qp、F,求 Q1 2）要求Qp和F，求QpQ QpF t靜平衡條件變形協調條件：凸緣t壓力減量為QP Qp t變形縮小m *由變形協調條件桿緣T拉力增量Q Qp T變形增加bJbm（在一個整體中兩者必須相等，否則不能成為一個整體結構 ）由圖可知：螺栓剛度:CbtgQbQpCb(a)被聯接件剛度：Ctg mQpCm(b)CFCb_CbFCB CmKc由式（a）和(b)得FCbCmCmCbCbCbCm式中：KcCbCb Cm-稱螺栓相對于聯接的剛度，稱螺栓的相對剛度F -部分工作載荷 表4-5與螺栓，被聯接件材料,墊片等有關又 Qp QpFQp(FF)Qp(1F)f(d)由（c

24、）代入（d）得：QpQp(1CbCbCm)FQp (1 Kc)F qp qp(1Kc)F(420)Qp KcFQpFCm Cb(421)對殘余預緊力Qp的要求，為保證受載后接合面聯接的緊密性應使Qp > 0Qp的取法廠=（1.51.8）F-有密封要求Qp=(0.20。6)F載荷穩(wěn)定Qp=(0。61.0)F載荷不穩(wěn)定般聯接地腳螺栓聯接Qp結論：q f qp qpF Qp討論：1）當CbCm qQp F(Kc 1)最不利的情況2)當 Cb Cm QQp(Kc0)最理想情況3）當Qp 0即Qp<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、

25、細頸）b）或硬墊片，或直接擰在凸緣上均可提高強度5）為聯接緊密、不漏氣，要求Qp > 0,即Qp > F d）Q QPF6）計算時：兩者均可根據已知條件行事Q QP Fa）軸向靜大緊螺栓聯接強度計算靜大F不變,Q為靜大，但考慮補充擰緊-防斷強度條件：驗算公式：ca旦d；4(MPa)(422)設計公式：d11-3 4（mm） t （公稱直徑）(4 23)b）軸向變載荷緊螺栓聯接強度計算圖 4-20分析：當工作載荷，上0t f t。Qtmax4Qd；螺栓總載，由QP tQt QP則 QP T min4Qp d；部分載荷，由0 t F t 0FtF/2 2KcF2 ' a1 d2

26、d12；d1A .當只進行驗算時，其強度條件按minC公式進行-按式（2 26）進行疲勞強度計算T變載荷螺栓大多為疲勞破壞，而應力幅是變載荷下螺栓疲勞強度的主要因素，對變載荷的緊螺栓聯接, 強度條件：不僅應按最大應力進行強度計算，還要驗算螺紋部分的循環(huán)應力幅，即最大拉應力：1.3Q r ncamax Mpa(4-24)循環(huán)應力幅：2KCF r ,a2 Mpa(4-25)d1表 4 9 n=1.252。5a螺栓的許用應力幅Mpa鋼螺栓a1 C/naitc -對稱循環(huán)拉壓疲勞極限（表4-8） na-應力幅安全系數表4-9k有效應力集中系數表4-10-尺寸系數表4-9再按式（425）校核。3、當驗算

27、不滿足時t措施：a) dd1ab）最好改善結構、降低應力集中。包括：工藝、結構、制 造、Cm f, cb適當提高Qp f等綜合措施。三、螺栓材料與許用應力計算1、材料 P289 表4-6, 47對照自學螺母、螺栓強度級別：保謂強度級別；如何分級；標記方法1） 據據成的機械性能，把栓母分級，并以數字表示，此乃強度級別如56, 8-82） 所依據機械性能為抗拉強度極限Bmin和屈服極限smin ；螺栓級別用帶點數字表示點前數字為Bmin/10。-點后數字為s min / B min螺母級別用 Bmin /100表示注意:選擇對螺母的強度級別應低于螺栓材料的強度級別，螺母的硬度稍低于螺栓的硬 度（均

28、低于2040HB）2、許用應力許用拉應力：S 表 4-8n表 4 9 P85已知:不控制Qp的緊螺栓聯接，易過載。.設計時應取較大的完全系數.控制預緊力時可取較小的安全系數 nov顯然n,與d有關。設計時，先假設 d，進行試算，選取一 安全系數進行計算，計算結果與估計直徑相比較，如在原先估計直徑所屬范圍內即可，否則需重新進行估算。試算法：設計時先假設n和td1 （d）與假設比較：符合t完成；不符合t重算許用剪切應力T 與許用擠壓應力P :S / nt(Mpa) 1S / nP鋼A-a d nPB / nP -鑄鐵(Mpa)nt，nP安全系數，表 4-12試算法:設計時先估d，如d=1630mm

29、，在表4-9中選n算求d1再根據d1查d在此范圍，則合格女口 d>30或d 16則重估，再選m,du d合格為止。為調整計算一-總結為試算方法。§ 45螺栓組聯接的設計與受力分析工程中螺栓皆成組使用，單個使用極少。因此，須研究栓組設計和受力分析。它是單個 螺栓計算基礎和前提條件。螺栓組聯接設計的順序一一選布局、定數目、力分析、設計尺寸 一、結構設計原則1、 布局要盡量對稱分布，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（鉸制孔螺栓聯接）時，不要在外載作用方向布置 8個以上,螺栓要使其受力 均勻，以免受力太不均勻，P89圖4-23b，但彎

30、扭作用螺栓組，要適當靠接縫邊緣布局，否則 受力太不均。不合理合理3、 合理間距，適當邊距，以利用板手裝拆，尺寸按圖4 19對壓力容器間距t。表4 12 P291;表413 P88 （作業(yè)4 18,演算420）Z=410個取Z=8個4、避免偏心載荷作用a）被聯接件支承面不平突起。b）表面與孔不垂直。c）鉤頭螺栓聯接。偏載螺栓的應力：Q e32 d；4Q 8ed2 d1即b、8-強度很差防偏載措施：a）凸合；b）凹坑（魚眼坑）;c）斜墊片；d）球形墊片圖422、螺栓組受力分析目的一-單螺栓設計時最最危險之一，受載最大，其載荷多少？如何計算？求受力最大螺栓的載荷！前提（假設）：被聯接件不變形、為剛性

31、，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（應變）在彈性范圍內 兩心重合，受力后其接縫面仍保持平面兩心一一接合面形心；螺栓組形心1、受軸向載荷螺栓組聯接，圖419-汽缸螺栓特點: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。單個螺栓工作載荷為：F=P/Z （4-26）p軸向外載；Z 螺栓系數2、 受橫向載荷的螺栓組聯接圖4-23特點：普通螺栓，鉸制孔用螺栓皆可用，外載丄螺栓軸線、防滑普通螺栓-受QP拉伸作用鉸制孔螺栓一一受橫向載荷剪切、擠壓作用。a）普通螺栓防滑條件：不管是何種螺栓，其單個螺栓所承受的橫向載荷相等：R=P/Z,為螺栓數目一-強度計算同前3、

32、 受橫向扭矩螺栓組聯接圖4-24（1）圓形接合面：單個螺栓所受橫向載荷R Z rT-扭矩（N.mm） r分布圓半徑（2）矩形接合面a）普通螺栓聯接特點：同前求Qp 一-單栓預緊拉力Qpa）普通螺栓組b）鉸制孔螺栓組取聯接板為受力對象，由靜平衡條件T 0聯接件不產生相對滑動的條件：A fQP fQPr2fQPG T KsT則各個螺栓所需的預緊力為QpT Ksf (r1DKsTZ frii 1(N)(4-29)式中,f接縫面間摩擦系數表4-4ri第I個螺栓軸線至螺栓組中心距離Z螺栓個數T 扭矩（N。mm）Ks防滑系數（可靠性系數）KS=1。11。3b）鉸制孔螺栓聯接組，圖 424b特點，如前,求單

33、個螺栓最大工作剪力Rmax （由變形協調條件可知，各個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）由變形協調條件R- RlRiri TA DJ i 1再找R1、R2、R3、Rz之間關系，由假設，板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應變與半徑r成正比。在材料彈性范圍內，應力與應變成正比Rrimax取板為受力對象，由靜平衡條件(4-30)T 0RzrzT(4-31)將式（4-30）代入式（4 31）得:maxrmax(432)式中符號同前4、受傾覆（縱向）力矩螺栓組聯接，圖 425 特點：M在鉛直平面內，繞 OO回轉，只能用普通螺栓取板為受力對象：由靜平衡條件：MOO 0設單個螺栓工

34、作載荷為FiF）L1F2L2Fz LzM（ a）同理由變形協調條件：L L COnSt（這里 l_maxL1）L1 Li_ maxt FiFmaxLi 代入（a）式得：LmaxFmax(本題 F1)MLmax(4-33)l2式中：Fmax-受力最大單個螺栓的工作載荷（N ） Lmax-距回轉軸線 O O最遠距離（mm） Li-第I個螺栓離回轉軸線O O的距離該聯接保證正常工作的n個條件：螺栓桿不拉斷的條件由Qp與FmaxT單個螺栓最大拉力QmaxQpKcF maxa.ca 1.3Qmax Mpa (驗算)d；b. d1產乎（mm）（設計）B點不壓潰條件（被聯接件）P maxQPMQp作用下接合

35、面的擠壓應力qp分布如圖4 25b所示一一均布QPZQpAM作用下接合面的擠壓應力M分布如圖4-25C 所示 m MWP maxQPZQp MAp(4 34)A點不開縫的條件:PminQPMZQpA(4-35)若受有橫向載荷Ph,板不滑動條件為:（Pv軸向載荷）f(ZQp KcR)PhKsPh(4 35)'則Qp 1晉5）qp-單個螺栓擰緊力（N ）A-底座與支承面的接觸面積（mm2）A=a x （b c） 如圖425中A=a x（ b-c）122W-底座接合面的抗彎截面模量（mm3）（W -a （b c ）6p 接合面材料許用擠壓應力Mpa 表4 13KcCmCb Cm被聯接件相對剛

36、度實際使用中螺栓組聯接所受的載荷是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合計算時只要分別計算出螺栓組在這些簡單受力狀態(tài)下每個螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來， 便得到每個螺栓的總工作載荷。再對受力最大的螺栓進行強度計算即可說明：工程中受力情況很復雜，但均可轉化為四種典型情況進行解決。 計算公式在對稱分布情況下推導，但不對稱照用。 取轉軸不同，公式計算精度不同鋼對木材底板一一繞 0-0軸好r鋼、水泥底板繞邊緣螺栓好 > 具體情況具體分析具體處理。鋼對鑄鐵板一-繞底板邊緣好不可視為教條，不同軸結果不同總設計思路：螺栓組結構設計（布局、數目）7螺栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）T求單個螺栓的最大工

37、作載荷（判斷那個最大）7按最大載荷的單個螺栓設計（求d1標準） 7全組采用同樣尺寸螺栓（互換目的）§ 4-6提高螺栓聯接強度的措施影響聯接強度的因素很多，如材料、結構、尺寸、工藝、螺紋牙間、載荷分布、應力幅 度、機械性能，而螺栓聯接的強度又主要取決于螺栓的強度。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，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面處第一 圈為最大，應變最大，應力最大 ，其余各圈（螺距 P）依次遞減，旋合螺紋間的載荷分布如圖 427所示，按茹可夫斯基試驗證明采用圈數過多的加厚螺母，并不能提高聯接的強度。辦法：降低剛性，易變形、增加

38、協調性，以緩和矛盾圖428掛圖a） 懸置螺母一一強度f 40% （母也受拉，與螺栓變形協調，使載荷分布均勻）b）環(huán)槽螺母一一強度f 30% （螺母接近支承面處受拉）c）內斜螺母一一強度f 20%（接觸圈減少，載荷上移）d）（b） （c）結合螺母一-強度f 40%e）不同材料匹配-強度f 40%二、減小應力集中的影響、降低螺栓應力幅（a）由前知，a丄£有兩種辦法，或同時使用效果最佳1、降低螺栓剛性一-作圖法分析即Cbb則F , a（1）條件:m、F、Qp不變，Qp、Q減小，b2b1（2）獲得：F2F1,a2a1，抗疲勞強度提咼（3 ）措施：用豎心桿、細長桿、柔性螺栓聯接等。 被聯接件剛

39、性2、增大凸緣剛性：即Cmm ，則F ，a-螺栓聯接耐疲勞強度f1） 條件：Qp、F 不變，Qp、Q J, m2mi2） 使得：F2a2a1，提高螺栓聯接耐疲勞強度3）措施：采用高硬度墊片、或直接擰在鑄鐵被聯接件表面上，有密封性要求時采用圖4 31b形式3、同時使用CbJ ,Cmf :增大凸緣剛性、減小，螺栓剛性，且適當增加Qp f即同時B m f（ Cmf ）,0 bj（ CbJ ）,則厶FJJ ,b aJJ，使螺栓聯接耐疲勞強度大大提高ff條件：Q、Q'p、F 不變，Qpf, b2 b1 , m2 m1使得：F2F1, a2a1，增大了螺栓聯接抗耐勞強度措施：提高被聯接件剛性 Cm

40、 f,降低螺栓剛性 Cb 同時QP2>QP2-理想方法。四、減小應力集中的影響，圖4 29螺紋牙根、收尾、螺栓頭部與螺栓桿的過渡處等均可能產生應力集中。1）加大過渡處圓角，（圖4 29a）2）改用退刀槽f 2040% （螺紋收尾處）3）卸載槽，（圖4 32b）4 ）卸載過渡結構。（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，疲勞強度f3040%2）冷作硬化，表層有殘余應力（壓 卜氰化、氮化、噴丸等可提高疲勞強度3）熱處理后再進行滾壓螺紋，效果更佳，強度f 70100%，此法具有優(yōu)質、高產、低消 耗功能4）控制單個螺距誤差和螺距累積誤差。例4-1自學龍門

41、起重機導軌托架螺栓組聯接習題：420（兩板各用4個螺栓與主軸相聯）。托架承受的最大載荷為 F=20KN，載荷有 較大變動試問：1）用普通螺栓與鉸制孔螺栓，那個為宜？2）如用鉸制孔螺栓，其直徑為多大？ 注意：當圖上劃出 T、P、Ri時，貝y 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、調整、定位。二、設計鉸制孔用精螺栓尺寸1、每半邊板受力2、 力向回轉中心簡化在 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、許用應力5、螺栓光桿直徑6、螺栓標準化P F /220/2 10KN 1000（N）

42、T F.L 10 103 300 3 106(N.mm)劃出力學模型P、Vi、Ri與TV V2 V3 V4100002500(N)Z 4R1R2R3R4Trmax2ri3_106_7.52_7.524(.7.527.52)27.1 103N'22r1 r2 r3 r4 rZ 、7.57.510.6mm由變形卡加調條件知R1R2R3R4 7.1 103N7.1 103(N)T 3 106Rl R2 R3 R4 4r 口62 2r1r2r3 r4rmax.7.57.510.6(106mm)R1, R2, R3, R4中最大者為2,3兩個螺栓RmaxR2R3 -'./v/ R22V2

43、R2 cos45(2.5103)2(7.1 一103 )22一2.5一7.1 106 cos(18045 )(2.5 103)2(7.1 103)22 2.5 103 7.1 106 cos459050( N)選螺栓材料（6。6級一45# b =Mpa ， s =360Mpa)由表4-12知S/n 360/4 90Mpa#45 -由表 6-1 知，s 360Mpa載荷變動時（t =0。 4 S ），下降30 %取1 s -型 90( Mpa)440Rmax：4 90509011.31(mm)Rmaxd0 4附表 7-3 ( P349 )查手冊P92表5-9,取d0 13mm傳遞運動、動力b）螺

44、桿又轉又移（螺平固定）一一用得多表上為 d1, d=12（mm ）取M12 X 40鉸鉸孔螺栓取螺栓M12 X L （40）螺母M12墊片12注意:本來要驗算擠壓應力§ 4 7螺旋傳動、螺旋傳動的類型、特點與應用1、應用 回轉斗.直線不自鎖時2、傳動形式：a）螺桿轉螺母移GB7 76(光桿直徑)d0=13mmGB6170 86 手冊 P98 表 5-18GB97.1 85 P101 表 521C）螺母轉螺桿移d）螺母又轉又移（螺桿固定）一一用得少3、螺旋傳動類型 按用途分三類：1）傳力螺旋一-舉重器、千斤頂、加壓螺旋特點：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖2）傳導螺旋一一機床進給匯杠

45、一傳遞運動和動力，特點：速度高、連續(xù)工作、精度高3）調整螺旋-機床、儀器及測試裝置中的微調螺旋。其特點是受力較小且不經常轉動 螺旋傳動按摩擦副的性質分：重點介紹1、滑動螺旋：構造簡單、傳動比大 ，承載能力高，加工方便、傳動平穩(wěn)、工作可靠、易 于自鎖。缺點：磨損快、壽命短，低速時有爬行現象（滑移），摩擦損耗大，傳動效率低（3040%） 傳動精度低?；瑒勇菪倪@些致命缺點，使之不能適應現代工業(yè)發(fā)展的需要。2、滾動螺旋傳動一-摩擦性質為滾動摩擦。滾動螺旋傳動是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿 和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動體（多用鋼球） ，當傳動工作時，滾動體沿螺紋滾道滾動并形 成循環(huán)按循環(huán)方式有：內循環(huán)、外循

46、環(huán)，滾動螺旋兩種。如圖4 36（a）和（b）,為保證循環(huán)一裝有反向器特點:傳動效率高（可達 90%）,起動力矩小，傳動靈活平穩(wěn)，低速不爬行 ，同步性好， 定位精度高，正逆運動效率相同，可實現逆?zhèn)鲃?。預緊后剛度好，定位精度高（重復定位精度高）缺點:不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結構復雜，制造工藝要求高，成本較高3、靜壓螺旋-一液體摩擦，靠外部液壓系統提高壓力油，壓力油進入螺桿與螺母螺紋間的油缸，促使螺桿、螺母、螺紋牙間產生壓力油膜而分隔開，如圖4 37特點:f小，效率高可達99%,工作穩(wěn)定、無爬行現象、定位精度高、磨損小、壽命長。但 螺母結構復雜（需密封），需一穩(wěn)壓供油系統、成本較高。適用于

47、精密機床中進給和分度機構 二、滑動螺旋的設計計算1、結構與材料結構：圖4 37,千斤頂典型結構 支承結構：a）螺桿長徑比小時，直接用螺母支承千斤頂円b）螺桿長徑比大時，且水平布置，在兩端與中間附加支承， 以提高螺桿剛工，如機床絲杠。 螺母結構整體式-結構簡單，但磨損后精度較差 ，圖4-38r 部分式一一磨損后可補償間隙、精度較高，圖440J組合式-適合于雙向傳動，可提高傳動精度，消除空回誤差 齒形矩形梯形-I鋸鑿形常用材料：表415注意：要求強度耐磨性，配對后f 小,加工性好螺桿硬度高于螺母2、耐磨性計算（設計）滑動螺旋中磨損是最主要的一種失效形式，它會引起傳動精度下降，空間大，并使強度磨損的影響因素：工作面的比壓（主要因素），螺紋表面質量，滑動速度和潤滑狀態(tài)等 耐磨性計算主要限制螺紋工作面上比壓P要求小于材料的許用比壓 為什么？ 當V相同時，P大，