螺紋聯(lián)接和螺旋傳動

關(guān)于螺紋聯(lián)接和螺旋傳動第1頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺紋的形成§3－1螺紋d2螺旋線----一動點在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋轉(zhuǎn)，同時沿軸向作等速移動的軌跡。螺紋----一平面圖形沿螺旋線運動，運動時保持該圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。螺紋第2頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋第3頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制螺紋的牙型潘存云教授研制矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋15o30o3o30o潘存云教授研制潘存云教授研制第4頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋潘存云教授研制左旋螺紋第5頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋一般:n≤4雙線螺紋單線螺紋PSS=2PPSPS=Pn線螺紋:S=nP第6頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋螺紋副第7頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制外螺紋內(nèi)螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制第8頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋連接螺紋傳動螺紋螺旋傳動第9頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六連接螺紋傳動螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制第10頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋連接螺紋傳動螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋第11頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制圓柱螺紋圓錐螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制管螺紋第12頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制(3)中徑d2

也是一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。βd1d2d(1)大徑d

與外螺紋牙頂(或內(nèi)螺紋牙底)相重合的假想圓柱體的直徑。(2)

小徑d1

與外螺紋牙底(或內(nèi)螺紋牙頂)相重合的假想圓柱體的直徑。(4)

螺距P

相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。(5)

導(dǎo)程S(6)

螺紋升角ψ

中徑d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角(7)牙型角

α

軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角。牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。tgψ=πd2

nP

牙側(cè)角

β

αβψπd2SψS=nP同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距P二、螺紋的主要幾何參數(shù)SPP/2P/2(8)接觸高度

h

內(nèi)外螺紋旋合后，接觸面的徑向高度。h第13頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六

普通螺紋以大徑d為公稱直徑，同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細牙螺紋。60?螺紋的精度等級:A級B級C級公差小，精度最高，用于配合精確，防振動等場合；受載較大且經(jīng)常拆卸，調(diào)整或承受變載荷的連接；用于一般連接，最常用。粗牙螺紋應(yīng)用最廣細牙螺紋的優(yōu)點：升角小、小徑大、自鎖性好、強度高缺點：不耐磨易滑扣。應(yīng)用：薄壁零件、受動載荷的連接和微調(diào)機構(gòu)。Pd粗牙dP細牙dP細牙第14頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制梯形螺紋：梯形鋸齒形30o3o30o為了減少摩擦和提高效率，這兩種螺紋的牙側(cè)角β比三角形螺紋的要小得多。用于剖分螺母時，梯形螺紋可消除因摩擦而產(chǎn)生的間隙，應(yīng)用較廣。鋸齒形螺紋的效率比矩形螺紋高，但只適合單向傳動。鋸齒形螺紋:常用于傳動。β=15oβ=3o

粗牙普通螺紋、細牙普通螺紋和梯形螺紋的基本尺寸見后續(xù)各表（或查閱相關(guān)機械設(shè)計手冊）。螺紋的基本尺寸：第15頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制直徑與螺距、粗牙普通螺紋基本尺寸mm30.52.6752.459公稱直徑（大徑）粗牙細牙Dd螺距P中徑D2d2小徑D1d1螺距P40.73.5453.24250.83.5454.1340.350.5615.3504.91881.257.1886.647101.59.0268.3761.25,10.75121.7510.86310.1061.5,1.250.5(14)212.70111.8351.5,116214.70113.835(18)2.516.37615.294202.518.37617.294(20)2.520.37619.29424322.05220.752(27)325.05223.752303.527.72726.2112,1.5,1注：括號內(nèi)的公稱直徑為第二系列H=0.866Pd2=d-0.6495Pd1=d-1.0825PD1、d1----內(nèi)、外螺紋小徑D2、d2----內(nèi)、外螺紋中徑D、d

----內(nèi)、外螺紋大徑P----螺距標(biāo)記示例：M24(粗牙普通螺紋、直徑24、螺距3)M24X1.5(細牙普通螺紋,直徑24,螺距1.5)PP/8P/8P/8H/4DdD2d2D1d1P/2P/430?60?90?第16頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制

細牙普通螺紋基本尺寸mm螺距P中徑D2、d2

小徑D1、d10.35d-1+0.773d-1+0.6210.5d-1+0.675d-1+0.4590.75d-1+0.513d-1+0.1881d-1+0.35d-2+0.9181.25d-1+0.188d-2+0.6471.5d-1+0.026d-2+0.3762d-2+0.701d-3+0.8353d-2+0.052d-4+0.752第17頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制

梯形螺紋基本尺寸mm標(biāo)記示例：Tr48X8(梯形螺紋，直徑48，螺距8)Ph3=H4ac

第1系列第2系列D2d2D1

螺距螺紋牙高牙頂間隙公稱直徑d中徑內(nèi)螺紋小徑

126.50.590、10085、95d-6d-12105.50.540、70、8038、42、65d-5d-1086.50.548、5246、50d-4d-842.250.2516、2018d-2d-452.750.2524、2822、26d-2.5d-562.250.532、3630、34d-3d-6內(nèi)螺紋外螺紋dPR1R2D1D4H1D2d2d3acac30?

H4R2第18頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制§3－2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件一、

螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型潘存云教授研制eaal1l1可承受橫向載荷。螺紋余留長度l1鉸制孔螺栓孔與螺桿之間留有間隙靜載荷l1>=(0.3~0.5)d;變載荷l1>=0.75d;沖擊載荷或彎曲載荷l1≥d;鉸制孔用螺栓l1≈0;螺紋伸出長度a=(0.2~0.3)d;螺栓軸線到邊緣的距離e=d+(3~6)mm用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。潘存云教授研制潘存云教授研制dd第19頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、

螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型螺釘連接座端擰入深度H，當(dāng)螺孔材料為：aee雙頭螺柱連接

連接件厚，允許拆裝。鋼或青銅H=d;鑄鐵H=(1.25~1.5)d鋁合金H=(1.5~2.5)d螺紋孔深度H1=H+(2~2.5)P;鉆孔深度H2=H1+(0.5~1)d;參數(shù)l1

、e、a與螺栓相同

l1l1HHH1H1H2H2結(jié)構(gòu)簡單，省了螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺孔而修復(fù)困難。d§3－2螺紋連接第20頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制一、

螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型螺釘連接雙頭螺柱連接緊定螺釘連接緊定螺釘§3－2螺紋連接潘存云教授研制第21頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制二、螺紋緊固件螺栓螺紋緊固件螺栓的結(jié)構(gòu)形式LL0d六角頭LdL0小六角頭第22頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六dL0L1LL1-----座端長度L0-----螺母端長度二、螺紋緊固件螺紋緊固件雙頭螺柱螺栓第23頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六二、螺紋緊固件螺紋緊固件末端結(jié)構(gòu)頭部結(jié)構(gòu)螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓第24頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制二、螺紋緊固件螺紋緊固件潘存云教授研制地腳螺栓潘存云教授研制起吊螺釘螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋連接T型螺栓第25頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圓螺母二、螺紋緊固件螺紋緊固件用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。用于尺寸受限制之處。國標(biāo)羅列有六十余種不同結(jié)構(gòu)的螺母螺母螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋連接第26頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制其它螺母：第27頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制其它螺母：第28頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六墊圈平墊圈薄平墊圈A型平墊圈B型平墊圈螺母螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱二、螺紋緊固件螺栓螺紋緊固件斜墊圈彈簧墊圈圓螺母用止動墊圈作用：增加支撐面積以減小壓強，避免擰緊螺母擦傷表面、防松。專用螺紋連接第29頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六三、螺紋連接的預(yù)緊預(yù)緊力：大多數(shù)螺紋連接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。預(yù)緊的目的：增強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)生相對移動。預(yù)緊力的確定原則：擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限ss的80%。1.概述一般螺紋連接在裝配時都必須擰緊，這時螺紋連接受到預(yù)緊力的作用。對于重要的螺紋連接，應(yīng)控制其預(yù)緊力，因為的大小對螺紋連接的可靠性，強度和密封均有很大影響。碳素鋼螺栓：F0≤(0.6~0.7)σsA1合金鋼螺栓：F0≤(0.5~0.6)σsA1A1---危險截面積，A1≈πd21/4第30頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六2.擰緊力矩T1—克服螺紋副相對轉(zhuǎn)動的阻力矩；T2—克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；設(shè)軸向力為F0

或預(yù)緊力（不受軸向載荷）fc—摩擦系數(shù)。無潤滑時取：fc=0.15rf—支撐面摩擦半徑。

rf=(dw+d0)/4簡化公式：

適用于M10~M60的粗牙螺紋，f’=0.15,fc=0.15,

T≈0.2F0dF0Fa是由連接要求決定的，為了發(fā)揮螺栓的工作能力和保證預(yù)緊

可靠，應(yīng)取：總力矩：

注意：對于重要的連接，應(yīng)盡可能采用>M12的螺栓。Td0ddw第31頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制測力矩扳手預(yù)緊力控制方法:連接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時，不會自動松脫。但在沖擊、振動和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時消失，連接仍有可能松動。高溫下的螺栓連接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設(shè)計時必須考慮防松。即防止相對轉(zhuǎn)動。F定力矩扳手通常螺紋連接擰緊是憑工人的經(jīng)驗來決定的，重要螺栓則必須預(yù)緊力進行精確控制。LS1)憑手感經(jīng)驗；2)測力矩扳手；3)定力矩扳手；4)測定伸長量。LMLS第32頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六數(shù)顯扭力扳手第33頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制連接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時，不會自動松脫。但在沖擊、振動和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時消失，連接仍有可能松動而失效。高溫下的螺栓連接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設(shè)計時必須考慮防松，即防止相對轉(zhuǎn)動。防松的方法：1.利用附加摩擦力防松尼龍圈鎖緊螺母彈簧墊圈對頂螺母四、螺紋連接的防松防松----防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。第34頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制開口銷與六角開槽螺母串聯(lián)鋼絲2.采用專門防松元件防松圓螺母用止動墊圈潘存云教授研制止動墊圈第35頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六3.其他方法防松1~1.5P用沖頭沖2~3點沖點防松法粘合法防松涂粘合劑第36頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六§3－3單個螺紋連接的強度計算連接預(yù)緊情況和特點連接受載方向螺栓受載情況圖例1松連接：螺栓和孔間留有間隙，應(yīng)用較少軸向不受預(yù)緊力F0，工作時受軸向靜載荷F，螺栓桿受拉。圖3-182緊連接：螺栓和孔間留有間隙，應(yīng)用較多橫向受預(yù)緊力F0，工作時受軸向載荷F0，借被連接件接合面間的摩擦力來傳遞橫向載荷F。圖3-19螺栓連接的工作情況第37頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六3緊連接：螺栓和孔間留有間隙，應(yīng)用較多軸向受預(yù)緊力F0，工作時受軸向靜載荷或變載荷F2。圖3-204理論上是松連接，實際仍需擰緊。螺栓桿和鉸制孔采用基孔制過渡配合。橫向工作時受橫向靜載荷或變載荷F，螺栓桿受剪切。圖3-23約15%約20%約65%第38頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六螺栓連接的主要失效形式：滑扣

因經(jīng)常拆裝受拉螺栓塑性變形螺紋部分疲勞斷裂受剪螺栓剪斷壓潰螺桿和孔壁的貼合面經(jīng)常拆卸斷裂--軸向變載荷第39頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據(jù)等強度原則及使用經(jīng)驗規(guī)定的。采用標(biāo)準(zhǔn)件時，這些部分都不需要進行強度計算。所以，螺栓連接的計算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋公稱直徑d及螺距P等。一、松螺栓連接強度計算強度條件：式中:d1----螺紋小徑mm，[σ]—許用應(yīng)力二、緊螺栓連接強度計算FF力除以面積設(shè)計公式：裝配時須要擰緊，在工作狀態(tài)下可能還需要補充擰緊。1.僅承受預(yù)緊力的緊螺栓強度2.受軸向載荷的緊螺栓連接裝配時不須要擰緊第40頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六螺栓受軸向拉力F0和摩擦力矩T1的雙重作用。拉應(yīng)力：1.僅承受預(yù)緊力的緊螺栓強度扭剪應(yīng)力：對于M10~M68的單線粗牙普通鋼制螺紋，可?。?/p>

tgρv

≈fv=0.17，d2/d1=1.04-1.08,得：

τ≈0.5σ分母為抗剪截面系數(shù)計算應(yīng)力：由此可見，對于M10—M64普通螺紋的鋼制緊螺栓連接，在擰緊時，雖然同時承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，但在計算時，可以只考慮拉伸強度計算，并將預(yù)緊力增大30%來考慮扭轉(zhuǎn)的影響。強度條件：第41頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制當(dāng)承受橫向工作載荷時，預(yù)緊力F0導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于橫向載荷F。Ks

---防滑系數(shù)，常取Ks=1.1~1.5預(yù)緊力F0

：f--摩擦系數(shù)，對鋼與鑄鐵，取:

f=0.1~0.15i---接合面數(shù)上圖m=1,下圖m=2若取f

=0.15，Ks=1.2,i=1,

則：F0

≥8F→結(jié)構(gòu)尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0第42頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制FF/2F/22.受軸向工作載荷的螺栓強度改進措施：

a.采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷。螺栓僅起連接作用b.采用無間隙的鉸制孔螺栓。設(shè)流體壓強為p，螺栓數(shù)目為z，則缸體周圍每個螺栓的平均載荷為：p·πD2/4F

=zpFFD潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制第43頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制受載變形特別注意，軸向載荷：F2≠

F0+F加預(yù)緊力后→螺栓受拉伸長λb0→被連接件受壓縮短λm0加載F

后:螺栓總伸長量增加為:總拉力為：被連接件壓縮量減少為：

殘余預(yù)緊力減少為：F1

很顯然:0<F1<F0被連接件放松了?λ+λb0λm0-?λ潘存云教授研制松弛狀態(tài)預(yù)緊狀態(tài)λb0F0F0λm0FFF0F0FFFFF2F2F2=F+F1?λF1F1?λ

第44頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制λb0?λ連接件變形力螺栓變形力?Fb?Fm螺栓變形力F2F1FF0F0λm0F0λb0λC0arctgCbarctgCm第45頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制力螺栓變形arctgCb----相對剛度系數(shù)F=?Fb+?Fm=(Cb+Cm)?λCb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0

–F

1-F1=F0-?Fm=F0

-Cm?λF2=F0

+?Fb=F0

+Cb?λCb+CmF?λ=FF2?FbF0?λ代入得：表3-2螺栓的相對剛度系數(shù)墊片類型金屬墊片或無墊片皮革銅皮石棉橡膠0.2~0.30.70.80.9Cb+CmCb?FmF1第46頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六考慮到螺栓在總拉力的作用下可能需要補充擰緊，須計入扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。

對于受軸向變載荷的重要連接，螺栓所受工作載荷在0～F之間變化，因而螺栓所受總拉力在F0～F2之間變化。校核公式：設(shè)計公式：

設(shè)計時，一般先按受靜載荷進行靜強度計算，初定螺栓直徑，然后校核其疲勞強度。校核公式：第47頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六三．承受橫向載荷的鉸制孔用螺栓連接

這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓。在連接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為：螺栓桿的剪切強度條件為：F－螺栓所受的工作剪力，單位為N；Lmin鉸制孔螺栓FFd0設(shè)計時應(yīng)使:Lmin≥1.25d0d0－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；第48頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六四、螺栓的材料和許用應(yīng)力1.螺紋連接件材料螺栓、螺柱、螺釘常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素鋼；特殊用途(防磁、導(dǎo)電):特殊鋼、銅合金、鋁合金等。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級。3.64.64.85.6586.88.89.810.912.9作為標(biāo)準(zhǔn)零件，螺紋連接件是按其性能等級選用的。對于一定性能等級的螺紋連接件應(yīng)具備一定的強度極限。沖擊振動場合用：15Cr、40Cr、30CrMnSi等合金鋼。墊圈：Q235、15、35彈簧墊圈：

65Mn第49頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六選用原則：一般用途：通常選用4.8級左右的螺栓，重要場合：要選用高的性能等級，如在壓力容器中常采用6.8或8.8級的螺栓。螺母的性能等級分為7級。456891012第50頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六2.螺紋連接件的許用應(yīng)力

螺紋連接件的許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)(靜、變載荷)、裝配情況(松、緊連接)、材料、結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。許用拉應(yīng)力：許用剪應(yīng)力和擠壓應(yīng)力：--被連接件為鋼--被連接件為鑄鐵Sτ,Sp---安全系數(shù)，其取值詳見下頁表。第51頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制表3-7螺栓連接的安全系數(shù)S

碳素鋼5~44~2.52.5~2碳素鋼12.5~8.58.58.5~12.5M6~M16M16~M30M30~M60M16~M16M16~M30M30~M60不控制預(yù)緊力的計算控制預(yù)緊力的計算受載類型靜載荷變載荷松螺栓連接1.2~1.7合金鋼5.7~55~3.43.4~3合金鋼10~6.86.86.8~101.2~1.51.2~1.5(Sa=2.5~4)鋼：Sτ=2.5，Sp=1.25，鋼：Sτ=3.5~5，Sp=1.5鑄鐵：Sp=2.0~2.5，鑄鐵：Sp=2.5~3鉸制孔用螺栓連接受軸向及橫向載荷的普通螺栓連接緊螺栓連接第52頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六§3－4

螺栓組連接的設(shè)計在設(shè)計螺栓組連接時，關(guān)鍵是連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計。它是根據(jù)被連接件的結(jié)構(gòu)和連接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式?！鵀榱吮阌诩庸ぶ圃旌蛯ΨQ布置螺栓，保證連接結(jié)合面受力均勻，通常連接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計成:一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則：大多數(shù)機械中螺栓都是成組使用的。軸對稱的簡單幾何形狀。

圓形

圓環(huán)形

矩形

矩形框

三角形第53頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六▲螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理潘存云教授研制FFa)對于鉸制孔用螺栓連接，不要在平衡于工作載荷的方向上成排地布置８個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均；潘存云教授研制潘存云教授研制合理不合理!b)當(dāng)螺栓連接彎矩或轉(zhuǎn)矩時，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近連接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。第54頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制dhD▲螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距，以保證扳手空間c)當(dāng)同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，采用抗剪零件來承受橫向載荷。60?CCEE60?扳手空間的尺寸見有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。AB第55頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制對于壓力容器等緊密性要求較高的重要連接。螺栓的間距不大于下表所推薦的取值。t0螺栓間距t0工作壓力(MPa)7d5.5d4.5d4d3.5d3dt0(mm)≤1.61.6~44~1010~1616~2020~30d▲為了便于在圓周上鉆孔時的分度和劃線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成:4、6、8等偶數(shù)?！鵀榱撕喕Y(jié)構(gòu)和便于加工裝配，同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應(yīng)相同。第56頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制保證被連接件，螺母和螺栓頭支承面平整，并與螺栓軸線相互垂直。對于在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時，應(yīng)制成凸臺或沉頭座。當(dāng)支承面為傾斜表面時，應(yīng)采用斜面墊圈等。▲避免螺栓承受附加的彎曲載荷。采用凸臺或沉孔結(jié)構(gòu)切削加工支承面支承面不平支承面傾斜采用斜墊圈第57頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六二、螺栓組連接的受力分析▲受力分析的目的：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，以便進行螺栓連接的強度計算?！?/p>

受力分析時所作假設(shè)：

a)所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同；c)受載后連接接合面仍保持為平面?！芰Ψ治龅念愋停篵)螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合；受轉(zhuǎn)矩受橫向載荷受軸向載荷受傾覆力矩M第58頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六1．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，并通過螺栓組的對稱中心，則各個螺栓受載相同，每個螺栓所受軸向工作載荷為：

通常，各個螺栓還承受預(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，每個螺栓所承受的總載荷F2為：F2=F1

+Fp潘存云教授研制DF∑

FF第59頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制（1）對于鉸制孔用螺栓連接，每個螺栓所受工作剪力為：（2）對于普通螺栓連接，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。

圖示為由四個螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。2．受橫向載荷的螺栓組連接或Ks為防滑系數(shù)，設(shè)計中可取Ks=1.1~1.5。鉸制孔螺栓F∑F∑F∑F∑普通螺栓第60頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制TO潘存云教授研制O采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺栓組受轉(zhuǎn)矩時的受力情況是不同的。3．受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接

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抵抗轉(zhuǎn)矩T。TrmaxFmaxr1fF0fF0r2riFi假設(shè)底板受載仍為平面，則螺栓的剪切變形量與距離成正比，F(xiàn)=Kri剪切力與距離r的比值為常數(shù)第61頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制4．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對稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已被擰緊并承受預(yù)緊力F0且被拉伸，地基有均勻的壓縮。在作用M后，接觸面繞o-o線轉(zhuǎn)動一個角度，左邊的地基被放松，而螺栓被進一步拉伸；右邊的螺栓被放松，而地基被進一步壓縮。單個螺栓拉力產(chǎn)生的力矩為：F’1F0

F0σp

(

F0引起)F’2σp2(

F’2引起)σp1(

F’1引起)LiLmaxOOxxOMMMi=FiLi假設(shè)底板受載仍為平面，則螺栓受力與螺栓中心到螺栓組排列中心的距離成正比。螺栓承受的載荷與距離成正比：F1F2第62頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制F1m

強調(diào)是基座上的壓力Fm

F2m

F1

F

F2

C2

單個螺栓的受力分析：Om

力變形Ob

作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡，即：未加傾覆力矩時，工作點在A。∑Mi=0施加傾覆力矩M時:左邊的螺栓，工作點移至：B1

和C1

右邊的螺栓，工作點移至：B2

和C2

左邊螺栓總拉力增加，右邊螺栓總拉力減小。C1

B2

B1

求得最大工作載荷A

F0

第63頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六螺栓的總拉力：

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：表3-5連接接合面材料的許用擠壓應(yīng)力材料鋼鑄鐵混凝土磚(水泥漿縫)木材[σ]p(Mpa)0.8σs(0.4~0.5)σb2.0~3.01.5~2.02.0~4.0直接引用前面的結(jié)論第64頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六

當(dāng)螺栓組連接受橫向或軸向載荷時，認為各螺栓均勻承載；

當(dāng)螺栓組連接受扭矩T時，認為離形心距離最遠的螺栓受力最大；

當(dāng)螺栓組連接受傾覆力矩M時，認為離傾覆軸線距離最遠的受拉側(cè)的螺栓受力最大；第65頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六5．組合受力情況

在實際連接中，螺栓組所受的工作載荷常常是以上四種簡單狀態(tài)的不同組合。應(yīng)根據(jù)具體情況作具體分析。對受拉螺栓：按軸向載荷或傾覆力矩確定螺栓的工作載荷F；按橫向載荷或扭矩確定螺栓的預(yù)緊力F0；對受剪螺栓：按橫向載荷或扭矩確定工作剪力F

，求出受力最大的螺栓。第66頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六§3－5提高螺栓連接強度的措施承受軸向變載荷時，螺栓的損壞形式：疲勞斷裂容易斷裂部位：一、降低螺栓總拉伸載荷F2的變化范圍軸向工作載荷F的變化范圍:0~FCb+CmCbF0~F0+F總拉伸載荷的F2變化范圍:

Cb

↓

或

Cm↑→F2變化范圍?F

↓提高螺栓連接強度的措施有哪些呢？

以螺栓連接為例，螺栓連接的強度主要取決于螺栓的強度，因此，提高螺栓的強度，將大大提高連接系統(tǒng)的可靠性。65%20%15%第67頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F0θm

θb措施一：降低螺栓剛度（

C’b<Cb,θ’b

<θb

）措施二：提高被連接件剛度（C’m>Cm,θ’m

>θm

）

措施三：綜合措施（

C’b<Cb,C’m>Cm,F’1

>F’

）?FFF1

F2

θ’bF’0θm

雖然F’=F但有?F’<?F強調(diào)殘余預(yù)緊力減小F’=F，F(xiàn)1’

=F1?F’<?F前兩種措施會導(dǎo)致殘余預(yù)緊力減小，使密封性能降低。為保證可靠工作，可適當(dāng)增大預(yù)緊力。F’2F’?F’F1’

θ’b

F’F1’?F’雖然F’=F但有?F’<?F強調(diào)殘余預(yù)緊力減小F0θb?FFF1

F2

θm

F0θm

θb?FFF1F2

F’2F’

?F’

θ’m

F1’第68頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制d潘存云教授研制潘存云教授研制0.8d0.7dd采用柔性結(jié)構(gòu)：加彈性元件、或采用柔性螺栓。2.有密封要求時，采用金屬薄墊片3.或者采用O形密封圈宜采取措施:因密封采用軟墊片將降低被連接件的剛度，這時可采用第69頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制二、改善螺紋牙間的載荷分布措施:

采用均載螺母。加厚螺母不能提高連接強度。普通螺母螺栓桿螺母體螺栓桿螺母體螺栓桿FaF5/2F4/2F3/2F2/2F1/2F5/2F4/2F3/2F2/2F1/2螺母體螺栓桿FF=F1+F2+F3+F4+F5F1>F2>F3>F4>F510圈以后，螺母牙幾乎不承受載荷。螺栓桿F螺栓桿F螺母體均載螺母均載原理螺母和螺桿均為拉伸變形，有助于減小兩者螺距變化，使受載均勻。加厚螺母第70頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制10~15?懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母10~15?內(nèi)斜與環(huán)槽螺母均載原理相同螺母也受拉內(nèi)斜螺母因力的作用點外移可使載荷較大的頭幾圈螺紋牙容易變形，使載荷上移而改善載荷分布不均。均載元件懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母內(nèi)斜螺與環(huán)槽螺母都是改變螺母旋合部分的變形性質(zhì)，使之和螺栓變形性質(zhì)相同，均為拉伸變形，從而使螺紋牙上載荷分布趨于均勻；鋼絲螺套加工復(fù)雜，僅限于用在重要場合或大型連接。第71頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六第72頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制支承面不平三、減小應(yīng)力集中1.增大過渡圓角2.切制卸載槽r四、避免或減小附加應(yīng)力采用凸臺或沉孔結(jié)構(gòu)切削加工支承面潘存云教授研制被連接件變形太大3.卸載過渡結(jié)構(gòu)要從結(jié)構(gòu)、制造與裝配精度采取措施。第73頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制五、采用特殊制造工藝?yán)溏咁^部、輾壓螺紋疲勞強度提高30%比車削表面處理：氰化、氮化也能提高疲勞強度。球面墊圈采用球面墊圈和腰環(huán)螺栓可以保證螺栓的裝配精度。腰環(huán)螺栓第74頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六一、螺旋傳動的類型和應(yīng)用調(diào)整螺旋靜壓螺旋類型運動形式有：§3－6螺旋傳動螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動的。作用：回轉(zhuǎn)運動直線運動，同時傳遞動力。螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動按用途分傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋滑動螺旋滾動螺旋按摩擦性質(zhì)分傳遞動力傳遞運動,要求精度高調(diào)整相對位置螺母轉(zhuǎn)動，螺桿移動第75頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六第76頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六調(diào)整螺旋調(diào)整螺旋第77頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六內(nèi)循環(huán)螺旋在螺旋和螺母之間設(shè)有封閉的循環(huán)滾道，其間充以滾珠，這樣就使螺旋面的滑動摩擦成為滾動摩擦。外循環(huán)滾動螺旋簡介滑動摩擦滾動摩擦組成：螺桿、螺母、滾珠返回通道類型：外循環(huán)、內(nèi)循環(huán)返回通道返回通道不離開螺旋表面，每圈有一個反向器反向器（返回通道）第78頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六優(yōu)點：1)摩擦損失小、效率在90%以上；缺點：1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難；應(yīng)用實例：飛機機翼和起落架的控制、水閘的升降、數(shù)控機床、機器人。2)磨損很小，傳動精度高；3)不自鎖，可實現(xiàn)直線旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換；2)有些機構(gòu)為防止逆轉(zhuǎn)需要另加自鎖機構(gòu)。第79頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制應(yīng)用:

機床的進給機構(gòu)、起重設(shè)備（千斤頂）、鍛壓機械(壓力機)、測量儀器（千分尺）、工具（老虎鉗）、夾具、玩具、機器人及其他工業(yè)裝備中。二、滑動螺旋的結(jié)構(gòu)和材料

滑動螺旋的結(jié)構(gòu)主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。壓力機1、結(jié)構(gòu)千斤頂?shù)?0頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制潘存云教授研制整體螺母組合螺母剖分螺母螺母結(jié)構(gòu)潘存云教授研制組合螺母調(diào)整楔快固定螺釘調(diào)整螺釘剖分螺母第81頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制螺旋副材料要求：足夠的強度、耐磨性、摩擦系數(shù)小2．滑動螺旋的材料螺桿材料:Q257、45、50鋼，或T12、40Cr、65Mn螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3.螺桿-螺母材料滑動速度m/min許用壓力/Mpa摩擦系數(shù)低速18~25≤311~186~127~10>151~2

淬火鋼-青銅

鋼-青銅

鋼--鑄鐵

鋼—鋼

6~1210~130.06~0.08

<2.413~18

6~124~7

低速7.5~130.11~0.170.08~0.1

0.12~0.15

表3-4滑動螺旋副材料的許用壓力[p]及摩擦系數(shù)

第82頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制三、滑動螺旋傳動的設(shè)計計算承受載荷:

轉(zhuǎn)矩、軸向力設(shè)計準(zhǔn)則：按抗磨損確定直徑，選擇螺距；校核螺桿、螺母強度等。主要失效形式:

螺牙的磨損表3-5

滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力許用應(yīng)力/MPa螺旋副材料螺桿鋼

[σs]/(3~5)螺母青銅

40~6030~40鑄鐵

45~5540鋼

(0.1~0.2)[σ]0.6[σ][σ][σb][τ]注：1)σs

為材料的屈服極限；

2)載荷穩(wěn)定時，許用應(yīng)力取大值。第83頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六對螺旋傳動的要求:

強度足夠,耐磨,摩擦系數(shù)小.螺桿材料:Q257、45、50鋼，或T12、40Cr、65Mn螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、

ZCuAl10Fe3.失效形式:磨損通常先由耐磨性條件，計算螺桿直徑和螺母高度，再參照標(biāo)準(zhǔn)確定螺旋各主要參數(shù)，而后對可能發(fā)生的其他失效一一校核。一)耐磨性計算校核公式：影響磨損的原因很多，目前還沒有完善的計算方法，通常是限制螺紋接觸處的壓強。p=≤[p]MPa

πd2hzFaFa為軸向力；z為參加接觸的螺紋圈數(shù)；d2為螺紋中徑；h為螺紋的工作高度；[p]為許用壓強。速度v<12m/min4~77~1010~13低速，如人力驅(qū)動等10~1815~25-----表3-6螺旋副的許用壓強許用壓強配對材料鋼對鑄鐵鋼對青銅淬火鋼對青銅第84頁，共93頁，2022年，5月20日，7點57分，星期六潘存云教授研制螺桿α許用壓強螺母設(shè)計方法和步驟：1．耐磨性計算

滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力，其強度條件：令φ=H/d2，又∵

h=0.5P-----矩形梯形螺紋的工作高度

h=0.75P-----鋸齒形螺紋的工作高度。代入上式得螺紋中徑的計算公式：校核公式：p=πd2huFF-軸向力；=≤[p]MPa

πd2hHFP顯然有：

u=H/Pu-螺紋工作圈數(shù)；d2-螺紋中徑；h-