螺紋連接設(shè)計(jì)

1、引言連 接 為了便于機(jī)器的制造安裝運(yùn)輸維修以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，機(jī)器中廣泛使用連接。 機(jī)械零件之間的連接分為：在機(jī)器工作時(shí)，被連接的零部件間不允許產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接?？梢杂邢鄬?duì)運(yùn)動(dòng)的連接。例如：運(yùn)動(dòng)副機(jī)械動(dòng)連接：機(jī)械靜連接 ：本課程介紹的連接主要是靜連接。 連接的類型： 根 據(jù)工作原理的不同分： 形似鎖合連接 如：鉸制孔用螺栓連接、平鍵連接 摩擦鎖合連接 如：受橫向載荷的緊螺栓連接、過(guò)盈連接 材料鎖合連接 如：膠接、焊接引言連 接根據(jù)可拆性分為：螺紋連接鍵連接、花鍵連接、銷連接彈性環(huán)連接等鉚接焊接粘接連接可拆連接不可拆連接過(guò)盈連接（介于兩者之間）連接類型的選擇： 使用要求（如強(qiáng)度、剛度、緊密性等

2、）、經(jīng)濟(jì)要求 連接的加工條件和被連接零件的材料、形狀及尺寸等因素。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5-5 螺紋組連接的設(shè)計(jì)5-6 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算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的類型與特點(diǎn)15-1 螺紋傳動(dòng)用螺紋的當(dāng)量摩擦角較小，有利于提高傳動(dòng)的效率。螺紋的分類 常用螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用螺紋的類型螺紋分為外螺紋內(nèi)螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋左旋右旋常用右旋此外，還有 管螺紋：主要用于管路的連接。按牙型的不同分為普通螺紋：矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋（詳見表51）效

3、率低，易自鎖，多用于連接。螺紋的類型與特點(diǎn)2普通螺紋的主要參數(shù)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。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。牙型角a螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩 側(cè)邊的夾角。升角y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，S=nP。升角y的計(jì)算式為：22arctanarctandnPdSy 5-1 螺紋連接類型與標(biāo)準(zhǔn)件15-2 螺紋連接的類型與標(biāo)準(zhǔn)連接件螺紋連接的基本類型 螺栓連接 分為普通螺栓連接、鉸制孔用螺栓連接 雙頭螺柱連接 螺釘連接 緊

4、定螺釘連接。它們的特點(diǎn) 其他類型的螺紋連接標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件結(jié)構(gòu)形式和尺寸都已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用參見表5-2紋連接的預(yù)緊5-3 螺紋連接的預(yù)緊 大多數(shù)螺紋連接在裝配時(shí)都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。 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)。預(yù)緊力限制 擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過(guò)其材料的屈服極限ss的80%。 預(yù)緊力的定義： 預(yù)緊的目的： 預(yù)緊力的確定原則：利用控制擰緊力矩的方法來(lái)控制預(yù)緊力的大小。通常可采用測(cè)力矩扳手或定力矩扳手，對(duì)于重要的螺栓連接，也可以采用測(cè)定螺栓伸長(zhǎng)的方法來(lái)控制預(yù)緊力。紋連接

5、的預(yù)緊5-3 螺紋連接的預(yù)緊 注意：對(duì)于重要的連接，應(yīng)盡可能不采用直徑過(guò)小(M12)的螺栓。 預(yù)緊力的控制預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系：dFT02 .0詳細(xì)推導(dǎo)5-4 螺紋連接的防松 螺紋連接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。防松的根本問(wèn)題在于防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。按工作原理的不同，防松方法分為： 摩擦防松、機(jī)械防松和破壞螺紋副防松等見表5-3。 防松的原因：)23421(ooy螺紋連接組的設(shè)計(jì)15-5 螺栓組連接的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)螺栓組連接的步驟：大多數(shù)機(jī)械中螺栓都是成組

6、使用的。 螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目的：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)該綜合考慮的幾個(gè)問(wèn)題螺栓組連接的受力分析 目的：根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。5-5 螺栓組連接的設(shè)計(jì)受橫向載荷受轉(zhuǎn)矩受軸向載荷受傾覆力矩 受力分析時(shí)所作假設(shè)：受載后連接接合面仍保持為平面。 受力分析的類型：螺栓組連接的受力分析螺栓組的對(duì)稱中心與連接接合面的形心重合； FFriOOMTfF0fF0FF所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均相同；在實(shí)際使用中，螺栓組所受的工作載荷常常是以上4種簡(jiǎn)單受

7、力狀態(tài)的不同組合。對(duì)于鉸制孔用螺栓連接（圖b），每個(gè)螺栓所受工作剪力為：對(duì)于普通螺栓連接（圖a） ，按預(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的要求，有： 式中：z為螺栓數(shù)目。受橫向載荷的螺栓組連接zFFFKzifFS0fziFKFS0或 Ks為防滑系數(shù)，設(shè)計(jì)中可取Ks =1.11.3。FFFFb)a)受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接TKfrFfrFfrFsz02010 采用普通螺栓，是靠連接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。 采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。ziirfTKF1S0TrFziii1iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxma

8、x螺紋連接組的設(shè)計(jì)5受軸向載荷的螺栓組連接 若作用在螺栓組上軸向總載荷F作用線與螺栓軸線平行，并通過(guò)螺栓組的對(duì)稱中心 通常，各個(gè)螺栓還承受預(yù)緊力F0的作用，當(dāng)連接要有保證的殘余預(yù)緊力為F1時(shí)，每個(gè)螺栓所承受的總載荷F2為。zFFF2 = F1 + F 則各個(gè)螺栓受載相同，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為：螺紋連接組的設(shè)計(jì)6受傾覆力矩的螺栓組連接 傾覆力矩 M 作用在連接接合面的一個(gè)對(duì)稱面內(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。 作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡，即： 由此可以求出最大工作載荷：ziLFM1iiZiLMLF12imaxmax maximaxiLLFF 0maxPP

9、WMAzFss00minPWMAzFs螺栓的總拉力：maxmbb02FCCCFF 為防止結(jié)合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求：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F。底板螺栓組連接的受力過(guò)程在軸線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 。在傾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作點(diǎn)都處于A點(diǎn)。 受傾覆力矩的螺栓組連接5-6 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算目的： 是根據(jù)強(qiáng)度條件確定螺栓直徑，而螺栓和螺母的螺紋牙及其他各部分尺寸均按標(biāo)準(zhǔn)選定。失效形式：受拉螺栓，主要是螺紋部分的塑性變形和螺

10、桿的疲勞斷裂。受剪螺栓，主要是螺栓桿被剪斷或螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰。65%20%15% 5-6 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)連接的類型、連接的裝配情況（預(yù)緊力或不預(yù)緊）、載荷狀態(tài)等條件，確定螺栓的受力； 按相應(yīng)的強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓危險(xiǎn)截面的直徑（螺紋小徑）或校核其強(qiáng)度。 螺栓的其他部分（螺紋牙、螺栓頭、光桿）和螺母、墊圈的結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)等強(qiáng)度條件及使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定，通常都不需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，可按螺栓螺紋的公稱直徑有標(biāo)準(zhǔn)選定。 螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算步驟：5-6 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算 松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算 緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接 受軸向載荷的緊螺栓連接承受工作剪力的緊螺栓連接螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)

11、算分兩類：5-6 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接2104dFs預(yù)緊力引起的拉應(yīng)力：sy5 . 0162)tan(312v0ddF螺牙間的摩擦力矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力： ss210ca43 . 1dF強(qiáng)度條件：sss3 . 1322ca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:F0F0FF 僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接當(dāng)連接承受較大的橫向載荷F時(shí)，由于要求F0Ff（f=0.2），即F05F ，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。5-6 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算3受軸向載荷的緊螺栓連接FDDp 螺栓預(yù)緊力F0后，在工作拉力F 的作用下，螺栓的總拉力F

12、2 = ?FFF12 式中F1為殘余預(yù)緊力，為防止連接后接合面間產(chǎn)生縫隙，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F1為：對(duì)于有密封性要求的連接， F1 =（1.51.8）F；對(duì)于一般連接，工作載荷穩(wěn)定時(shí)， F1 =（0.20.6）F；工作載荷不穩(wěn)定時(shí)， F1 =（0.61.0）F；對(duì)于地腳螺栓連接， F1 F5-6 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算3受軸向載荷的緊螺栓連接 ss4/3 . 1212cadFFCCCFFmbb02這時(shí)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：FCCCFFmbm10靜強(qiáng)度條件：式中：

13、mbbCCC為螺栓的相對(duì)剛度，其取值范圍為 01。通過(guò)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)確定疲勞強(qiáng)度校核 5-6 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算4承受工作剪力的緊螺栓連接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Lmin1.25d0Pmin0PssLdF 204dFFFd0Lmin 5-6 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了螺紋連接件的性能等級(jí)，表5-8表5-9 。 螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為10級(jí)； 螺母的性能等級(jí)分為 7級(jí)。；5-7 螺紋連接件的

14、材料與許用應(yīng)力螺紋連接件材料常用的螺紋連接件材料為Q215、Q235、35、45等碳素鋼。當(dāng)強(qiáng)度要求高時(shí)，還可采用合金鋼，如15Cr、40Cr等。 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。選用時(shí)，注意所用螺母的性能等級(jí)應(yīng)不低于與其相匹配的螺栓的性能等級(jí)。螺紋連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)力螺紋連接件的許用應(yīng)力螺紋連接件的許用拉應(yīng)力螺紋連接件的許用剪應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力螺紋連接件的安全系數(shù)，表5-10SssssSsPsPSss（被連接件為鋼）PBPSss（被連接件為鑄鐵）

15、 提高螺紋連接強(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)度的因素主要有以下幾個(gè)方面，或從以下幾個(gè)方面提高螺栓強(qiáng)度。 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 實(shí)例螺栓組連接受力分析與計(jì)算例：如圖5-39所示為一個(gè)固定在鋼制立柱上的鑄鐵托架，P92MABFOOhFvFhF 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hFvFBFAFMhV設(shè)計(jì)中，需要防止如下四種可能的失效形式：支架下滑； 需要足夠大的

16、 。 F螺栓拉斷； 需要足夠大的螺栓直徑 。1d下沿壓潰0minps上沿開縫；maxpspsvF螺旋傳動(dòng)15-9 螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋 調(diào)整螺旋螺旋傳動(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 靜壓螺旋功能：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)按其用途不同，可分為以下三種類型:適用范圍： 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、玩具等。常見的運(yùn)動(dòng)形式有： 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)或螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。 螺旋傳動(dòng)2滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)整體螺母 組合螺母 剖分螺母螺母結(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

17、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。 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。 滑動(dòng)螺旋的材料5-9 螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)3滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要失效形式: 螺牙的磨損設(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。設(shè)計(jì)方法和步驟：1耐磨性計(jì)算 2螺桿的強(qiáng)度計(jì)算4螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算3螺母螺牙的強(qiáng)度計(jì)算5-9 螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)3滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算耐磨性計(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，其強(qiáng)度條件：22phHdFPhudFp設(shè)計(jì)公式：令2dH則得：2phFPd5 .

18、 32 . 1一般值越大，螺母越厚，螺紋工作圈數(shù)越多。式中:Ph5 . 030鋸齒形螺紋Ph75.0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：10PHu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：vyvvffarctancosarctan螺旋傳動(dòng)42122122)4343dTFdca（ss 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：ssca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，2tan(2dFTv）y 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算螺桿的強(qiáng)度計(jì)算螺旋傳動(dòng)5，DbuF6b2bssuDbFl螺牙上的平均壓力為：F/u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：F/u D D2aa 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算螺母螺牙的強(qiáng)度計(jì)算螺旋傳動(dòng)5 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FcrscrscSFFSsS445 . 255 . 3傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋精密螺桿或水平安裝F/u D D2aa 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算螺紋連接組的設(shè)計(jì)1螺栓組連接的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)螺栓組連接的步驟： 選定螺栓的數(shù)目及布置形式（根據(jù)被連接件的結(jié)構(gòu)和連接的用途來(lái)確定） 確定螺栓連接的結(jié)構(gòu)尺寸 不重要的