高職機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)螺紋連接與螺旋傳動(dòng)

1、*職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 10 次課教學(xué)課型：理論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 實(shí)踐課 技能課 其它主要教學(xué)內(nèi)容7.1 螺紋連接的基本知識(shí)7.2 螺紋連接的預(yù)緊與防松重點(diǎn)、難點(diǎn)1. 螺紋及螺紋聯(lián)接及其零件的結(jié)構(gòu)和類型2. 螺紋連接的預(yù)緊和防松教學(xué)目的要求：1. 了解螺紋聯(lián)接的基本類型以及其間的區(qū)別；2. 掌握螺紋聯(lián)接、預(yù)緊和防松措施教學(xué)方法和教學(xué)手段：多媒體講授討論、思考題、作業(yè)：1. 常用螺紋的種類有哪些？各用于什么場合？2. 螺紋的導(dǎo)程和螺距有何區(qū)別？3. 螺紋連接的基本形式有哪幾種？參考資料：多媒體材料，網(wǎng)絡(luò)資料講 稿 內(nèi) 容備注7.1 螺紋聯(lián)接1. 螺紋的分類螺紋主要尺寸的不同，其性能、用途也不同

2、。常用的螺紋牙型有普通螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和矩形螺紋（其中除矩形螺紋外都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化）。2. 螺紋的主要幾何尺寸在機(jī)械制圖中，我們已經(jīng)接觸過螺紋和螺紋聯(lián)接件?，F(xiàn)在我們就以圖7-1來說明螺紋的主要幾何參數(shù)，該圖是GB192-81標(biāo)準(zhǔn)化的螺紋牙型圖。圖7-1（1）大徑d（D）：螺紋的最大直徑，在標(biāo)準(zhǔn)中也作公稱直徑。（2）中徑（）：通過螺紋軸向剖面內(nèi)牙型上的溝槽和凸起寬度相等處的假想圓柱面的直徑，近似等于螺紋的平均直徑，是確定螺紋幾何參數(shù)的直徑。（3）小徑（）：即螺紋的最小直徑，在強(qiáng)度計(jì)算中常作為危險(xiǎn)剖面的計(jì)算直徑。（4）螺距：螺紋相鄰兩牙在中徑上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)的軸向距離。（5）線數(shù)n：螺紋的螺

3、旋線數(shù)量，也稱螺紋頭數(shù)。（6）導(dǎo)程s：同一螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。對(duì)于單線螺紋s=p；對(duì)于多線螺紋s=np。（7）升角：中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。（8）牙型角：螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。（9）螺紋的工作高度h：表示內(nèi)外螺紋沿徑向的接觸高度。對(duì)于這些幾何參數(shù)值的規(guī)定，國際上和國內(nèi)都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。規(guī)定的值不同，就會(huì)形成不同的螺紋，需要時(shí)可以查閱相關(guān)的手冊和國家標(biāo)準(zhǔn)。3. 常用螺紋的特點(diǎn)和應(yīng)用1）三角形螺紋（普通螺紋）牙型角為60 ，可以分為粗牙和細(xì)牙，粗牙用于一般聯(lián)接；與粗牙螺紋相比，細(xì)牙由于在相同公稱直徑時(shí)，螺距小，螺紋深度淺，導(dǎo)程和升角也小，自鎖

4、性能好，宜用于薄壁零件和微調(diào)裝置。2）管螺紋 多用于有緊密性要求的管件聯(lián)接，牙型角為55，公稱直徑近似于管子內(nèi)徑，屬于細(xì)牙三角螺紋。3）梯形螺紋 牙型角為30，是應(yīng)用最為廣泛的傳動(dòng)螺紋。圖 7-24）鋸齒型螺紋 兩側(cè)牙型角分別為3和30，3的一側(cè)用來承受載荷，可得到較高效率；30一側(cè)用來增加牙根強(qiáng)度。適用于單向受載的傳動(dòng)螺紋。5）矩形螺紋 牙型角為0，適于作傳動(dòng)螺紋。以上5種常見螺紋牙型如圖7-2所示。另外，螺紋可以根據(jù)需要制成左旋或右旋（通常螺紋為右旋）。圖7-3沿螺紋軸線方向看，螺旋線自下而上向右傾斜為右旋（如圖a），向左傾斜為左旋（如圖b）。左旋螺紋的標(biāo)準(zhǔn)緊固件通常制有左旋標(biāo)記。按制訂的

5、螺紋標(biāo)準(zhǔn)不同，現(xiàn)在常見的有米制和英制兩大類。我國除管螺紋外，一般采用米制。要注意：在實(shí)際工作中，特別是從事維修行業(yè)時(shí)要注意一些進(jìn)口機(jī)器中螺紋的單位制。凡是牙型、大徑和螺距符合國家標(biāo)準(zhǔn)的螺紋都稱為標(biāo)準(zhǔn)螺紋。除機(jī)械制造中常用的標(biāo)準(zhǔn)螺紋外，還有適用于某些特殊行業(yè)的專用螺紋標(biāo)準(zhǔn)，在需要的時(shí)候可以查閱有關(guān)的設(shè)計(jì)手冊。圖7-3雖說螺紋并不陌生，但為了從理論的高度來理解和研究螺紋聯(lián)接，接下來我們就需要對(duì)螺紋聯(lián)接的基本類型和螺紋常用緊固件進(jìn)行了解。4. 螺紋聯(lián)接的基本類型和螺紋緊固件螺紋緊固件如圖所示為典型的螺紋聯(lián)接方式之一。從圖中可以看出，聯(lián)接必須存在至少兩個(gè)被聯(lián)接件。同時(shí)具有螺栓、墊片、螺母等零件組成了一

6、個(gè)聯(lián)接。那么，螺紋緊固件的種類到底有那些呢？聯(lián)接實(shí)際上是和人類的發(fā)展緊密相連的。隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，隨著專業(yè)化分工的出現(xiàn)，為了提高零件的互換性，標(biāo)準(zhǔn)化勢在必行。作為各個(gè)行業(yè)都不可或缺的重要部分：聯(lián)接，特別是螺紋聯(lián)接、螺紋緊固件的類型、規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化顯得更具重要性。就目前來講，螺紋緊固件的品種很多，但是從結(jié)構(gòu)等方面來說，常用的有以下幾種。（1）螺栓圖8-12螺栓是工程上、日常生活中應(yīng)用最為普遍、廣泛的緊固件之一，其形狀如圖7-4所示。圖7-4螺栓的頭部有各種不同形狀，但是我們最常見的是六角頭，為了滿足工程上的不同需要，六角頭又有標(biāo)準(zhǔn)六角頭和小六角頭。一般情況下我們使用標(biāo)準(zhǔn)六角頭，在空間尺寸受到限制

7、的地方使用小六角頭螺栓。但是，小六角頭螺栓的支承面積較小，如果用于經(jīng)常拆卸的場合時(shí)，螺栓頭的棱角也易于磨圓。（2）雙頭螺栓如圖所示。雙頭螺栓的兩端都制有螺紋，兩端的螺紋可以相同，也可以不同。其安裝方式是一端旋入被聯(lián)接件的螺紋孔中，另一端用來安裝螺母。（3）螺釘螺釘?shù)念^部有各種形狀，如圖7-5所示。為了明確表示螺釘?shù)奶攸c(diǎn)，所以通常以其頭部的形狀來命名，如：半圓頭螺釘、圓柱頭螺釘、沉頭螺釘和內(nèi)六角圓柱螺釘?shù)鹊?。螺釘?shù)某休d力一般較小。但是注意：在許多情況下，螺栓也可以用作螺釘。圖7-5圖7-6（4）緊定螺釘常用緊定螺釘如圖7-6所示。緊定螺釘主要用于小載荷的情況下。例如，以傳遞圓周力為主的情況下，防

8、止傳動(dòng)零件的軸向串動(dòng)等?？梢钥闯觯壕o定螺釘?shù)墓ぷ髅媸窃谀┒耍詫?duì)于重要的緊定螺釘需要淬火硬化后才能滿足要求。（5）螺母圖7-7螺母是和螺栓相配套的標(biāo)準(zhǔn)零件，其外形有：六角形、圓形、方形及其它特殊的形狀。如圖7-7所示。其厚度有厚的、標(biāo)準(zhǔn)的和扁的，其中以標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用最廣。（6）墊圈墊圈也是標(biāo)準(zhǔn)件，品種也最多，如圖7-8所示。圖7-8但是，應(yīng)用最多、最常見的有平墊和彈簧墊兩種。平墊的目的主要是為了增加支承面積，同時(shí)對(duì)支承面起保護(hù)作用。彈簧墊主要是用于防止螺母和其它緊固件的自動(dòng)松脫。所以凡是有振動(dòng)的地方又未采取其它防松措施時(shí)，原則上都應(yīng)該加裝彈簧墊。除了以上兩類墊圈外，還有一些特殊的墊圈，如方斜墊圈

9、、止動(dòng)墊圈等等。在需要的時(shí)候可查閱設(shè)計(jì)手冊。在選用標(biāo)準(zhǔn)件緊固件時(shí)，我們應(yīng)該視具體情況，對(duì)連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較后合理選擇。另外，我們需要注意：螺紋緊固件一般分精制和粗制兩種，在機(jī)械工業(yè)中主要選擇使用精制螺紋。5螺紋聯(lián)接的基本類型根據(jù)所用緊固件和聯(lián)接方式的不同，螺紋聯(lián)接可以分為四種基本類型。1）螺栓聯(lián)接如圖7-9所示的螺栓連接。其主要特點(diǎn)是被聯(lián)接件上制有通孔，孔與螺栓桿之間可以留有間隙（普通螺栓連接），也可以將螺栓桿上的沒有螺紋部分作成與孔的過渡配合聯(lián)接形式。 7-9普通螺栓聯(lián)接：由于孔和桿之間留有間隙，可以補(bǔ)償各孔之間的位置誤差，且加工簡單，裝拆方便，所以得到廣泛的應(yīng)用。通孔的大小不能隨意，應(yīng)該

10、根據(jù)裝配精度查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊確定。鉸制孔螺栓聯(lián)接：多采用基孔制過渡配合，如H7/m6，H7/n6等，螺桿與通孔加工精度高。由于孔與桿之間是過渡配合，具有定位作用，可以承受橫向載荷，但是加工成本高。在選擇螺栓時(shí)，需要考慮聯(lián)接的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行。圖7-102）雙頭螺栓聯(lián)接如圖7-10所示。從圖上可以看出，其主要特點(diǎn)為一個(gè)被聯(lián)接件上制有螺紋孔，其它被聯(lián)接件上則有通孔。這種聯(lián)接主要用于被聯(lián)接件較厚或受到空間位置尺寸限制，而又需要經(jīng)常拆卸的情況下使用。這種聯(lián)接拆卸時(shí)，只需要把螺母擰下即可，而螺柱留在原位，以免因多次拆卸使內(nèi)螺紋損壞（磨損失效）。其螺柱的擰入深度的取值與被聯(lián)接件的材料、螺柱的直徑有關(guān)。3）螺釘聯(lián)

11、接如圖7-11所示，為以典型的工程螺釘聯(lián)接形式，其特點(diǎn)是：在一個(gè)被聯(lián)接件上加工有螺紋孔，裝配時(shí)螺釘直接擰入螺紋孔中，不需要螺母。圖7-11這種聯(lián)接主要用在空間位置受到限制，而且聯(lián)接不需要經(jīng)常拆卸的地方。比較上面三種聯(lián)接方式可以看出，一般情況使用螺栓聯(lián)接，在空間位置尺寸受到限制時(shí)，可以使用雙頭螺栓聯(lián)接，也可以使用螺釘聯(lián)接，其選擇取決于拆卸的頻繁程度。4）緊定螺釘聯(lián)接圖7-12如圖7-12所示，這種聯(lián)接主要用來固定被聯(lián)接件的相對(duì)位置的。如圖中，主要傳遞扭矩，為了防止軸向串動(dòng)加設(shè)緊定螺釘。當(dāng)然，也可以傳遞較小的力或扭矩。7.2 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松7.2.1 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊在日常生活中，我們大多數(shù)同

12、學(xué)都應(yīng)該擰過螺栓。根據(jù)個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)知道：當(dāng)利用螺栓聯(lián)接時(shí)，需要將螺母擰緊，為什么呢？下面我們就從科學(xué)的理論與方法來探討研究這方面的問題。我們根據(jù)日常的生活經(jīng)驗(yàn)和前面學(xué)過的材料力學(xué)有關(guān)知識(shí)知道，任何材料在受到外力作用時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生或多或少的形變，螺栓也不例外。當(dāng)聯(lián)接螺栓承受外在拉力時(shí)，將會(huì)伸長。如果我們在初始時(shí)僅將螺母擰上使各個(gè)接合面貼合，那么在受到外力作用時(shí)，接合面之間將會(huì)產(chǎn)生間隙。所以為了防止這種情況的出現(xiàn)，我們都知道在零件未受工作載荷前需要將螺母擰緊，使組成聯(lián)接的所有零件都產(chǎn)生一定的彈性變形（螺栓伸長、被聯(lián)接件壓縮），從而可以有效地保證聯(lián)接的可靠。這樣，各零件在承受工作載荷前就受到了力的作用，

13、這種方式就稱為預(yù)緊，這個(gè)預(yù)加的作用力就稱為預(yù)緊力。顯然，預(yù)緊的目的就是：增強(qiáng)聯(lián)接的緊密性、可靠性，防止受載后被聯(lián)接件之間出現(xiàn)間隙或發(fā)生相對(duì)滑移。經(jīng)驗(yàn)證明：選用適當(dāng)較大的的預(yù)緊力，對(duì)螺栓聯(lián)接的可靠性及螺栓的疲勞強(qiáng)度都是有利的。但過大的預(yù)緊力會(huì)使緊固件在裝配或偶爾過載時(shí)斷裂。因此，對(duì)于重要的螺栓聯(lián)接，在裝配時(shí)需要控制預(yù)緊力。對(duì)于一般聯(lián)接用的鋼制螺栓，其聯(lián)接預(yù)緊力不超過其材料屈服極限的80%。可以按下面的推薦的關(guān)系式確定：碳素鋼螺栓：合金鋼螺栓： 圖7-13式中：A1為螺栓的危險(xiǎn)剖面面積。預(yù)緊力的具體數(shù)值應(yīng)該根據(jù)載荷性質(zhì)、聯(lián)接剛度（后面要講）等具體的工作條件來確定。對(duì)于重要的螺栓聯(lián)接，應(yīng)在圖紙上作為

14、技術(shù)條件注明預(yù)緊力矩，以便在裝配時(shí)保證。圖7-141預(yù)緊力控制方法在裝配時(shí)，預(yù)緊力是借助于測力矩扳手或定力矩扳手控制的，如圖7-13、7-14所示，通過控制擰緊力矩來間接保證預(yù)緊力的。預(yù)緊力矩有兩部分組成：1）螺紋副的摩擦力矩T1；2）螺母和釘頭與支承面間的摩擦力矩T2。預(yù)緊力矩的計(jì)算公式為：其中： 預(yù)緊力 螺紋升角 螺旋副的當(dāng)量摩擦角 支承面環(huán)形帶的外徑、內(nèi)徑 螺紋中徑 支承面間的摩擦系數(shù)對(duì)于d為1064mm的常用粗牙普通鋼制螺栓，上式可近似簡化為：對(duì)于只靠經(jīng)驗(yàn)而不加嚴(yán)格控制預(yù)緊力的重要螺栓,例如壓力容器、輸氣、輸油管道等聯(lián)接螺栓，不宜采用小于M12M16的緊固件。2預(yù)緊應(yīng)力預(yù)緊應(yīng)力的計(jì)算應(yīng)

15、綜合考慮產(chǎn)生的拉應(yīng)力和摩擦力矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力，故對(duì)采用塑性鋼材制造的普通緊固件，應(yīng)該采用第四強(qiáng)度理論來計(jì)算其。 （ ）因?yàn)?， 所以： 也即：可以將預(yù)緊力增加30%，以考慮扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的影響。*職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 11 次課教學(xué)課型：理論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 實(shí)踐課 技能課 其它主要教學(xué)內(nèi)容7.2 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松7.3 螺栓組聯(lián)接設(shè)計(jì)7.4 螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算7.5 提高螺栓強(qiáng)度的措施重點(diǎn)、難點(diǎn)1防松的必要性、基本原理和具體措施2. 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施教學(xué)目的要求：1了解螺紋聯(lián)接擰緊的目的2了解螺紋聯(lián)接防松的必要性以及防松的基本原理3. 掌握提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施教學(xué)方法和教學(xué)手段：多媒

16、體講授討論、思考題、作業(yè)：1. 為什么螺紋連接通常要采用防松措施？常用的放松方法和裝置有哪些？2. 常見螺紋失效有哪幾種形式？失效發(fā)生的部位通常在何處？參考資料：多媒體材料，網(wǎng)絡(luò)資料講 稿 內(nèi) 容備注7.2 螺紋連接的預(yù)緊與防松7.2.2 螺紋聯(lián)接的防松機(jī)械中聯(lián)接的失效（松脫），輕者會(huì)造成工作不正常，重者要引起嚴(yán)重事故。因此，螺紋聯(lián)接的防松是工程工作中必須考慮的問題之一。一般來說，聯(lián)接螺紋具有一定的自鎖性，在靜載荷條件下并不會(huì)自動(dòng)松脫。但是，由于聯(lián)接的工作條件是千變?nèi)f化、各不相同的具體實(shí)際場合，都不可避免地存在沖擊、振動(dòng)、變載荷作用。在這些工況條件下，螺紋副之間的摩擦力會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)消失或減小的現(xiàn)

17、象；同時(shí)在高溫或溫度變化比較大的場合，材料會(huì)發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛，也會(huì)使摩擦力減小。在多次的作用下，就會(huì)造成聯(lián)接的逐漸松脫。防松的本質(zhì)：就是防止螺紋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是螺栓與螺母間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)(內(nèi)螺紋與外螺紋之間)。常用的防松方法有三種：摩擦防松、機(jī)械防松和永久防松。機(jī)械防松和摩擦防松稱為可拆卸防松，而永久防松稱為不可拆卸防松。常用的永久防松有：點(diǎn)焊、鉚接、粘合等。這種方法在拆卸時(shí)大多要破壞螺紋緊固件，無法重復(fù)使用。常見摩擦防松有：利用墊片、自鎖螺母及雙螺母等。常見的機(jī)械防松方法：利用開口銷、止動(dòng)墊片及串鋼絲繩等。機(jī)械防松的方法比較可靠，對(duì)于重要的聯(lián)接要使用機(jī)械防松的方法。下面我們分述如下：1、摩

18、擦防松1）彈簧墊片防松彈簧墊圈材料為彈簧鋼，裝配后墊圈被壓平，其反彈力能使螺紋間保持壓緊力和摩擦力，從而實(shí)現(xiàn)防松。2）對(duì)頂螺母防松利用螺母對(duì)頂作用使螺栓式中受到附加的拉力和附加的摩擦力。由于多用一個(gè)螺母，并且工作不十分可靠，目前已經(jīng)和少使用了。3）彈性圈螺母防松螺紋旋入處嵌入纖維或尼龍來增加摩擦力。該彈性圈還起防止液體泄漏的作用。4）自鎖螺母防松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，收口脹開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。這種防松結(jié)構(gòu)簡單、防松可靠，可多次拆裝而不降低防松性能。2、機(jī)械防松1）槽形螺母和開口銷防松槽形螺母擰緊后，用開口銷穿過螺栓尾部小孔和螺母的槽，也可以用普通

19、螺母擰緊后進(jìn)行配鉆銷孔。2）圓螺母和止動(dòng)動(dòng)墊片使墊圈內(nèi)舌嵌入螺栓（軸）的槽內(nèi)，擰緊螺母后將墊圈外舌之一褶嵌于螺母的一個(gè)槽內(nèi)。3）止動(dòng)墊片螺母擰緊后，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，實(shí)現(xiàn)防松。如果兩個(gè)螺栓需要雙聯(lián)鎖緊時(shí)，可采用雙聯(lián)止動(dòng)墊片。4）串聯(lián)鋼絲防松用低碳鋼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)。這種結(jié)構(gòu)需要注意鋼絲穿入的方向，如圖所示。3、沖邊法防松如圖所示。4、粘合防松通常采用厭氧膠粘結(jié)劑涂于螺紋旋合表面，擰緊螺母后粘結(jié)劑能夠自行固化，防松效果良好。7.6 螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在工程上，我們可以看到，單獨(dú)利用一個(gè)螺栓來實(shí)現(xiàn)聯(lián)接的情況并不多見，基本上

20、都是由幾個(gè)螺栓按適當(dāng)?shù)囊?guī)律排列起來，共同完成和實(shí)現(xiàn)一個(gè)聯(lián)接任務(wù)的，這些情況我們稱為螺栓組。下面我們就來看一下螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則和應(yīng)該注意那些問題。要注意：雖說我們講的是螺栓組，但這些方法和原則對(duì)其它的螺紋聯(lián)接同樣適用。在長期的工作實(shí)踐中，人們了解到，如何盡可能地使各個(gè)螺栓接近均勻地承擔(dān)外載，是設(shè)計(jì)、安裝螺栓組的主要問題。合理布置同一組內(nèi)的螺栓的位置起著關(guān)鍵的作用。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮以下七個(gè)方面的問題。1）螺栓（釘）孔的布置聯(lián)接接合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡單幾何形狀，同一螺栓組的螺栓布置應(yīng)力求對(duì)稱、分布均勻，從設(shè)計(jì)上首先保證被聯(lián)接件接合面上受力均勻。如圖7

21、-15所示。在布置螺栓時(shí)，應(yīng)該注意：不要在平行于外力的方向成排地布置8個(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過度不均（當(dāng)然也不是絕對(duì)的）。2）螺栓排列應(yīng)有合理的釘距、邊距在布置螺栓時(shí)，螺栓中心線與機(jī)體壁、螺栓之間的距離，要依據(jù)扳手所需的活動(dòng)空間大小和聯(lián)接的額密封性要求來決定。最小扳手空間尺寸可查閱有關(guān)手冊，也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。一般來講，螺栓中心線到機(jī)體外壁的距離為： mm（其中D為螺栓六角頭大徑）螺栓之間的距離一般按照經(jīng)驗(yàn)公式選擇： （用于一般聯(lián)接及壓力的壓力容器）（用于密封性要求高及壓力場合） （用于無密封要求的場合）3）螺栓數(shù)量的選擇分布在同一圓周上的額螺栓數(shù)應(yīng)取為3、4、6、8、12等易于分度的數(shù)目

22、，以利于劃線鉆孔和加工。當(dāng)然，如果自動(dòng)化程度較高，也可以采用其它的分度方法。4）螺栓直徑的選擇圖7-15一般是先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、或類比的方法、或依據(jù)相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行選取，然后在進(jìn)行強(qiáng)度的計(jì)算。對(duì)于一般聯(lián)接，初選螺栓直徑d時(shí)，約可取為被聯(lián)接件的厚度。5）螺栓規(guī)格的選擇在通用機(jī)械中，為簡化設(shè)計(jì)、制造，對(duì)同一螺栓組內(nèi)的螺栓及配套件而言，不管受力的大小差異，應(yīng)該選擇同樣材料、規(guī)格的同一標(biāo)準(zhǔn)的螺栓，便于采購、管理和裝配。6）對(duì)聯(lián)接支承面的要求被聯(lián)接件上與螺母或螺栓頭接觸的支承面應(yīng)該平整，并且要求與螺栓軸線垂直，以免引起偏心載荷而削弱螺栓強(qiáng)度。為便于加工，經(jīng)常將支承面作成凸臺(tái)或沉頭（魚眼坑）。7）其它應(yīng)注意的問題

23、1一般情況下，螺栓與釘孔之間應(yīng)留有間隙，由于螺栓是標(biāo)準(zhǔn)件，在螺栓選定之后螺栓的直徑就已經(jīng)確定。所以，必須依照螺栓直徑選擇其釘孔直徑（可以查閱國家標(biāo)準(zhǔn)GB5277-85）。2擰入螺紋深度、螺紋伸出長度、螺孔加工深度、光孔深度等尺寸同樣也可以查閱相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或手冊，不能憑空想象。3螺栓聯(lián)接的預(yù)緊及防松問題的考慮（前面已有詳細(xì)的講述）。7.7 螺紋緊固件的材料與許用應(yīng)力一材料螺紋緊固件的材料是多種多樣的，以滿足不同行業(yè)不同用途的需要。常用的有：Q215、Q235、10、35和45鋼，對(duì)于承受沖擊、振動(dòng)的，可以采用高強(qiáng)度材料，如15Cr、40 Cr、30 CrMnSi等，用作其它特殊用途的可以采用特殊材

24、料，例如不銹鋼等。國家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)材料的使用無硬性的規(guī)定，只有推薦材料。但是，規(guī)定了必須達(dá)到的性能等級(jí)，見表（教材）。其性能等級(jí)有兩部分的數(shù)字所組成，利用小數(shù)點(diǎn)分開。前面的數(shù)字表示公稱抗拉強(qiáng)度的；后面的數(shù)字表示屈服強(qiáng)度或與公稱抗拉強(qiáng)度的比值的10倍。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，一般要給出所選擇螺栓的性能等級(jí)國標(biāo)號(hào)，列于明細(xì)表中，便于統(tǒng)計(jì)采購。螺母的性能等級(jí)見表（教材）二許用應(yīng)力1鉸制孔螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓承受橫向載荷時(shí)，許用應(yīng)力可按以下方法選擇。許用剪應(yīng)力： （靜載荷）或 （變載荷）許用擠壓應(yīng)力：（靜載荷，被聯(lián)接件為鋼）或 （靜載荷，被聯(lián)接件為鑄鐵）變載荷時(shí)，要在以上結(jié)果的基礎(chǔ)上乘以0.70.8。2普通螺栓聯(lián)接對(duì)

25、于普通螺栓聯(lián)接，受橫向載荷和軸向載荷時(shí)的許用應(yīng)力，當(dāng)控制預(yù)緊力時(shí)可取為；不控制預(yù)緊力時(shí)，螺栓的許用應(yīng)力可以用下式求得：S為安全系數(shù)，可以根據(jù)其公稱直徑在（教材）中選擇。7.3 螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后，對(duì)于重要的螺栓連接都應(yīng)該進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。螺紋連接的主要失效形式有三類：1）拉斷；2）剪斷；3）對(duì)于鉸制孔聯(lián)接出現(xiàn)孔或螺栓擠壓變形。一般來說這三類失效形式是不會(huì)同時(shí)發(fā)生的。進(jìn)行螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算的第一步就是進(jìn)行載荷分析，確定其中受載最大的螺栓及載荷大小，然后根據(jù)失效可能的發(fā)生形式選擇不同的方法進(jìn)行計(jì)算。圖7-16在軸向載荷的作用下，螺栓的失效形式為螺栓拉斷。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在靜載荷條件

26、下，除少數(shù)由于嚴(yán)重過載失效外，螺栓聯(lián)接很少發(fā)生破壞，但在變載荷條件下，螺栓則易發(fā)生疲勞斷裂。如圖7-16所示顯示了疲勞斷裂常發(fā)生的部位及所占的比例。因此，螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算的目的，主要是依據(jù)載荷的性質(zhì)、聯(lián)接的類型來確定螺栓所受的力，然后按相應(yīng)的強(qiáng)度條件計(jì)算螺紋小徑或校核其強(qiáng)度。圖7-17一松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算松螺栓聯(lián)接，螺母、螺栓和被聯(lián)接件不需要擰緊，在承受工作載荷前，聯(lián)接螺栓是不受力的，典型的結(jié)構(gòu)如圖7-17所示的起重機(jī)吊鉤。該螺栓聯(lián)接在外載荷F作用下其強(qiáng)度條件式為： 或 式中：d1螺紋的小徑（mm）許用拉應(yīng)力（MPa），且 = 材料的屈服極限；S 安全系數(shù)安全系數(shù)需要根據(jù)具體情況，參照有關(guān)標(biāo)

27、準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行。二緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算這種裝配，螺栓將承受預(yù)緊力和工作載荷的雙重作用。而工作載荷的作用方式有：橫向載荷和軸向載荷兩種。1）承受橫向載荷作用時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算同樣的承受橫向載荷，螺栓聯(lián)接的方式又有兩類：普通螺栓聯(lián)接和鉸制螺栓聯(lián)接。圖7-18對(duì)于這兩類聯(lián)接方式，其對(duì)應(yīng)的失效方式是不同的。對(duì)于普通螺栓聯(lián)接來說，如果兩聯(lián)接接合面間發(fā)生相對(duì)滑移即被視為失效；而鉸制孔聯(lián)接是依靠螺栓受擠壓的強(qiáng)度決定的。對(duì)于普通螺紋聯(lián)接，如圖7-18所示，強(qiáng)度的計(jì)算準(zhǔn)則為：預(yù)緊力在接合面所產(chǎn)生的摩擦力必須足以阻止被聯(lián)接件間的相對(duì)滑移。設(shè)螺栓組中各螺栓所承擔(dān)的載荷是均等的，則強(qiáng)度關(guān)系式可以表示為： 或 螺栓桿的計(jì)算

28、應(yīng)力為 式中： 每個(gè)螺栓所受的預(yù)緊力；， 螺栓組中的螺栓數(shù)目及接合面數(shù)； 接合面間的摩擦系數(shù)（根據(jù)材質(zhì)的不同而變化）； 可靠性系數(shù)，一般可取=1.11.3;圖7-18 外載總和。我們知道，一般較小，遠(yuǎn)小于1，這時(shí)的需要很大才能滿足要求，勢必要增加螺栓直徑。為避免這種缺陷，可以采用如圖7-18所示的減載裝置結(jié)構(gòu)，利用鍵、套筒或銷來承受橫向工作的載荷，使得螺栓只用來保證聯(lián)接，而不再承受工作載荷，因此預(yù)緊力不需要很大。圖7-19這種裝置的聯(lián)接強(qiáng)度是按減載零件（鍵、套筒或銷）的剪切、擠壓強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。此外為簡化結(jié)構(gòu)，還可以采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接，如圖7-19所示。因?yàn)槁菟U與孔壁之間沒有間隙，當(dāng)承受

29、橫向載荷時(shí)，接觸表面受擠壓，在聯(lián)接接合面處，螺栓桿則承受剪切。因此應(yīng)該對(duì)螺栓桿與孔壁配合面的擠壓強(qiáng)度和釘桿橫剖面的抗剪切強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。強(qiáng)度驗(yàn)算式為： 式中：d0 釘桿與孔壁配合部分的直徑； 為釘桿與被聯(lián)接件孔壁受擠壓面的最小高度，按具體要求選取，一般。2）承受軸向載荷時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算受軸向載荷的額緊螺栓聯(lián)接是工程上使用最多的一種聯(lián)接方式。這時(shí)，必須同時(shí)考慮預(yù)緊力和外載力對(duì)聯(lián)接的綜和影響。如圖7-20所示為螺栓聯(lián)接的預(yù)緊和工作的全過程中螺栓與被聯(lián)接件受力變形過程的結(jié)構(gòu)示意圖（注意：為了說明問題，圖中的尺寸有些夸張）。當(dāng)螺栓未擰緊時(shí)，螺栓和被聯(lián)接件都處于自然狀態(tài)。當(dāng)施加預(yù)緊力后，螺母擰緊，螺栓桿對(duì)應(yīng)于

30、伸長，被聯(lián)接件在的作用下產(chǎn)生壓縮變形量為。當(dāng)聯(lián)接上作用有外載 F時(shí)，螺栓桿將繼續(xù)伸長，其增量為，被聯(lián)接件因壓力減小而產(chǎn)生部分彈性恢復(fù)，其壓縮變形的恢復(fù)量也應(yīng)該等于，此時(shí)被聯(lián)接件上的殘余壓力稱為殘余預(yù)緊力，用表示。由圖可以看出，螺栓桿上所受的總拉力Q可用下面的關(guān)系式表示：Q=+ 或 Q=+F 可以看出，螺栓桿和被聯(lián)接件的變形是彼此相關(guān)的，作用在螺栓上的總拉力Q并不等于預(yù)緊力和外載力之和，這一點(diǎn)計(jì)算中要特別注意。圖7-20外載荷我們可以通過對(duì)螺栓組的受力分析求得。對(duì)于殘余預(yù)緊力，一般按螺栓聯(lián)接要求或重要程度由經(jīng)驗(yàn)選取，都必須使0。在沒有資料時(shí)，可按下面推薦值選用：=（0.20.6）F 一般聯(lián)接，工

31、作載荷穩(wěn)定；=（0.61.0）F 一般載荷，工作載荷不穩(wěn)定；=（1.51.8）F 要求由密封性的聯(lián)接；F 地腳螺栓聯(lián)接由圖10-21的幾何關(guān)系得到關(guān)系式： ； 我們把、分別稱為螺栓和被聯(lián)接件的剛度，即產(chǎn)生單位變形所需力的大小。一旦材料和結(jié)構(gòu)確定后，、可視為常數(shù)。同樣，由幾何關(guān)系可導(dǎo)出下面的關(guān)系式： 所以得到：， 故： 從而可以得到： 為保證有足夠的殘余預(yù)緊力,就要保證： 其中：稱作螺栓的相對(duì)剛度；稱作被聯(lián)接件的相對(duì)剛度。常數(shù)的值是通過試驗(yàn)獲得的，可以參閱（教材）。由式可以看出，當(dāng)15 12 淬火鋼青銅 612 1013 鋼鑄鐵 2.4 1318 612 47 注：表中數(shù)值適用于=2.54的情況

32、。當(dāng)2.5時(shí)，p值可提高20；若為剖分螺母時(shí)則p值應(yīng)降低1520。 螺紋幾何參數(shù)確定后、對(duì)于有自鎖性要求的螺旋副，還應(yīng)校校螺旋副是否滿足自鎖條件，即式中；y為螺紋升角；fV為螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)；f為摩擦系數(shù)見下表。 表： 滑動(dòng)螺旋副的摩擦系數(shù)f 螺桿螺母的材料 摩擦系數(shù)f 鋼青銅 0.080.10 淬火鋼青銅 0.060.08 鋼鋼 0.110.17 鋼鑄鐵 0.120.15 注：起動(dòng)時(shí)取大值運(yùn)轉(zhuǎn)中取小值。 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 受力較大的螺桿需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。螺桿工作時(shí)承受軸向壓力（或拉力）Q和扭矩T的作用。螺桿危險(xiǎn)截面上既有壓縮（或拉伸）應(yīng)力；又有切應(yīng)力。因此；核核螺桿強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力ca，其強(qiáng)度條件為或 （7-5）式中：A 螺桿螺紋段的危險(xiǎn)截面面積。WT螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù)，dl 螺桿螺紋小徑，mm；T螺桿所受的扭矩， 螺桿材料的許用應(yīng)力，MPa，見下表 滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力螺旋副材料 許用應(yīng)力(MPa) b 螺桿 鋼 s/(35) 螺母 青銅 4060 3040 鑄鐵 4055 40 鋼 (1