機械設計課件

1第二篇連接由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運輸?shù)确矫娴脑?，機器中很多零件需要彼此連接。如果相連接的零件其相對位置在工作時按一定的規(guī)律進行變化，此種連接稱動連接。如果相連接的零件在工作時其相對位置固定不變，則稱靜連接。本課程介紹的連接主要是靜連接，連接的類型包括：螺紋連接鍵連接、花鍵連接、銷連接鉚接焊接粘接連接可拆連接不可拆連接過盈連接（既可以是可拆也可為不可拆）其中，鍵連接、花鍵連接、銷連接和過盈連接又稱軸轂連接2第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動§5－1

螺紋§5－2

螺紋聯(lián)接的類型及標準聯(lián)接件§5－3

螺紋聯(lián)接的預緊§5－5

螺紋聯(lián)接的強度計算§5－7螺栓的材料和許用應力§5－8提高螺栓聯(lián)接強度的措施§5－9螺旋傳動§5－4

螺紋聯(lián)接的防松§5－6

螺栓組聯(lián)接的設計內(nèi)容提要3一、螺紋的形成、加工及類型§5－1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4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5螺紋的牙型矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋15o30o3o30o6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右旋螺紋左旋螺紋7左旋右旋8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=nP9按螺旋線的根數(shù)10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11外螺紋內(nèi)螺紋12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（普通螺紋，管螺紋）傳動螺紋螺旋傳動13聯(lián)接螺紋傳動螺紋14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)螺紋聯(lián)接螺紋傳動螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋15圓柱螺紋圓錐螺紋管螺紋16

1）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?粗牙螺紋應用最廣2）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。應用：薄壁零件、受動載荷的聯(lián)接和微調(diào)機構(gòu)。Pd粗牙dP細牙dP細牙螺紋的分類：173）梯形螺紋：梯形鋸齒形30o3o30o鋸齒形螺紋:常用于傳動。β=15oβ=3o返回18dd2d1P用螺紋密封的管螺紋普通細牙螺紋管螺紋非螺紋密封管螺紋（圓柱管壁α=55?）用螺紋密封管螺紋（圓錐管壁α=55?）60?圓錐管螺紋公稱直徑----管子的公稱通徑。強調(diào)與普通螺紋不同55?55?非螺紋密封的管螺紋dd2d1Pφ2φ返回19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)整或承受變載荷的聯(lián)接；用于一般聯(lián)接，最常用。說明：20(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。d1d2d(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。(5)螺距P相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。ψ二、螺紋的主要幾何參數(shù)SPP/2P/2h(4)線數(shù)n21βd1d2d(6)

導程S(7)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(8)牙型角

αtgψ=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兩點間的軸向距PSPP/2P/2

(9)接觸高度h內(nèi)外螺紋旋合后，接觸面的徑向高度。h22§5－2螺紋聯(lián)接的類型及標準聯(lián)接件一、

螺紋聯(lián)接的基本類型螺栓聯(lián)接基本類型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)常拆裝之處。dd1.螺栓聯(lián)接點擊觀看動畫25一、

螺紋聯(lián)接的基本類型螺栓聯(lián)接基本類型螺釘聯(lián)接aee雙頭螺柱聯(lián)接

聯(lián)接件厚，允許拆裝。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困難。d§5－2螺紋聯(lián)接的類型及標準聯(lián)接件緊定螺釘聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接點擊觀看動畫4.緊定螺釘聯(lián)接點擊觀看動畫29緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘30二、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31dL0L1LL1-----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32二、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33二、螺紋緊固件螺紋緊固件地腳螺栓起吊螺釘螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋聯(lián)接件T型螺栓34六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聯(lián)接35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。專用螺紋聯(lián)接36§5－3螺紋聯(lián)接的預緊1預緊力：大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預先受到力的作用，這個預加作用力稱為預緊力。用F0表示。2預緊的目的：增強聯(lián)接的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對移動。3預緊力的確定原則：擰緊后螺紋聯(lián)接件的預緊應力不得超過其材料的屈服極限ss的80%。

一、概述碳素鋼螺栓：F0

≤(0.6~0.7)σs

A1合金鋼螺栓：F0

≤(0.5~0.6)σs

A1A1---危險截面積，A1≈πd21/437測力矩扳手預緊力控制方法:F定力矩扳手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。LMLS38二、

擰緊力矩T1—克服螺紋副相對轉(zhuǎn)動的摩擦阻力矩；T2—克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；設軸向預緊力為F0

或預緊力（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：T≈0.2F0dF0總力矩：

注意：對于重要的聯(lián)接，應盡可能采用>M12的螺栓,否則可能過載擰斷。Td0ddw華航飛機爆炸事故調(diào)查：經(jīng)過調(diào)查小組現(xiàn)場會勘，發(fā)現(xiàn)了起火點的位置在右主翼前端的襟翼，一組負責前襟翼擺動的金屬螺栓脫落。由于降落過程中震動激烈，這組脫落的金屬螺栓將后方的右主翼燃料槽戳破，導致右側(cè)燃料槽的燃料大量泄漏，引發(fā)大火?！兑活w螺絲釘引發(fā)的血案》為題，邀請中國國際五金展組委會的專家為大家分析了緊固件產(chǎn)品的質(zhì)量問題，里面提到2009年9月，在廣州工業(yè)大學食堂發(fā)生了一起“血案”：在中午用餐高峰期，食堂頂上的吊扇突然從天而降。飛速旋轉(zhuǎn)的電扇砸中了一位同學的頭頂，并劃傷了一同用餐的另外一位同學，造成其鼻梁骨折，面部劃傷。最終經(jīng)調(diào)查，事故原因是由于固定電扇的螺絲掉落引起的。

12月14日，深圳地鐵1號線國貿(mào)站5號手扶電梯發(fā)生運行故障，突然逆向下行，致使25名乘客受傷。15日下午，深圳地鐵集團通報事故原因，故障扶梯主機固定螺栓松脫，其中一個被切斷，使主機支座移位，造成驅(qū)動鏈條脫離鏈輪，上行的扶梯在乘客重量的作用下下滑。

41二、防松的方法

1.摩擦防松尼龍圈鎖緊螺母彈簧墊圈對頂螺母§5－4螺紋聯(lián)接的防松一、防松----防止螺旋副在受載時發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。彈簧墊圈對頂螺母尼龍圈鎖緊螺母46開口銷與六角開槽螺母串聯(lián)鋼絲2.機械防松圓螺母用止動墊圈止動墊圈開口銷與六角開槽螺母止動墊圈50513.破壞螺旋副運動關(guān)系防松1~1.5P用沖頭沖2~3點沖點防松法粘合法防松涂粘合劑焊點法53

螺栓聯(lián)接強度計算的目的是：確定防止失效所需的螺栓直徑。

聯(lián)接的強度計算內(nèi)容，根據(jù)其可能的失效形式而定。螺紋聯(lián)接的受載形式基本分為：采用受拉螺栓可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。軸向載荷（沿軸線方向）：橫向載荷（⊥軸線方向）：§5－5螺紋聯(lián)接的強度計算54螺栓聯(lián)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55計算準則對于受拉螺栓聯(lián)接，保證螺栓的靜力或疲勞拉伸強度；對于受剪螺栓聯(lián)接，保證螺栓的剪切強度或聯(lián)接擠壓強度。56一、松螺栓聯(lián)接強度計算1強度條件：式中:d1----螺紋小徑mm，[σ]—許用應力FF2設計公式：3.例題：習題5-7575-8a（1）僅承受預緊力的緊螺栓聯(lián)接——普通螺栓聯(lián)接（受拉螺栓聯(lián)接）二、緊螺栓聯(lián)接的強度計算★特點：裝配時，螺母需擰緊,螺栓受預緊力（預加鎖緊力）F’和螺紋阻力矩M1的作用。F’★特點：所加載荷為橫向工作載荷F（載荷方向⊥螺栓軸線），加載后，螺栓受力不發(fā)生變化，而靠預緊力產(chǎn)生的摩擦力抵抗外載荷。F’★強度計算：要考慮到螺栓桿同時受拉伸和扭轉(zhuǎn)的作用?！呗菟ㄊ撬苄圆牧稀鄳吹谒膹姸壤碚撉罄ず铣捎嬎銘Γ?8★系數(shù)1.3的含義是——※對于普通螺栓聯(lián)接的標準螺栓來說，雖然同時受拉應力和扭轉(zhuǎn)切應力作用，但計算時可作為純拉伸的情況處理，即只需將拉伸載荷加大30%以考慮扭轉(zhuǎn)切應力的影響?！：耸剑?-9）——設計式（5-10）★簡化處理如下：對于M10～M64的鋼制普通螺栓→

ψ、d2/d1取統(tǒng)計平均值、v=arctan0.17→

≈0.5因此，當量應力為：其中：59①此種工況的應用當承受橫向工作載荷時，預緊力F0導致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應大于橫向載荷F。Ks---防滑系數(shù)，常取Ks=1.1~1.3預緊力F0

：f---摩擦系數(shù)，對鋼與鑄鐵，取:

f=0.1~0.15i---結(jié)合面數(shù)上圖i=1,下圖i=2若取f=0.15，Ks=1.2,i=1,則：F0

≥8F→結(jié)構(gòu)尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F060FF/2F/2②改進措施：

a.采用鍵、套筒、銷承擔橫向工作載荷。螺栓僅起聯(lián)接作用b.采用無間隙的鉸制孔螺栓。612.受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接

設流體壓強為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

=ZpFFD1)工作載荷為靜載荷63受載變形特別注意，螺栓的軸向載荷：F2≠F0+F加預緊力后→螺栓受拉伸長λb→被聯(lián)接件受壓縮短λm加載F

后:螺栓總伸長量增加到:∴總拉力為：被聯(lián)接件壓縮量減少到：

殘余預緊力減少到：F1

很顯然:F1<F0被聯(lián)接件放松了?λ+λbλm

-?λ松弛狀態(tài)預緊狀態(tài)λbF0F0λmFFF0F0FFFFF2F2F2=F+F1?λF1F1?λ

64λb?λ被聯(lián)接件變形力螺栓變形力?F?Fm螺栓變形力F2F1FF0F0λmF0λbλmarctgCbarctgCm受載變形松弛狀態(tài)預緊狀態(tài)λbF0F0λmFFF0F0FFFF?λF1F1?λ

65力變形arctgCb----螺栓相對剛度系數(shù)F=?F+?Fm=(Cb+Cm)?λCb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0–F

1-F1=F0-?Fm=F0

-Cm?λF2=F0

+?F=F0

+Cb

?λCb+CmF?λ=FF2?FF0?λ代入得：表5-4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?FmF166令，稱為螺栓的相對剛度

注：為保證聯(lián)接的緊密性，應使F1

＞0。a)靜強度計算（F不變化時）強度條件為：≤注：式中“

1.3”

考慮的是工作中可能的補充擰緊引起的切應力的影響。設計式為：≥67(b)受變載荷：保持不變683．承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接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設計時應使: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；69§5－6

螺栓組聯(lián)接的設計1、為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證聯(lián)接接合面受力均勻，通常聯(lián)接接合面的幾何形狀都設計成軸對稱的簡單幾何形狀。且螺栓組的對稱中心和連接結(jié)合面的形心重合。一、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設計基本原則：

圓形

圓環(huán)形

矩形

矩形框

三角形702、螺栓布置應使各螺栓的受力合理FFa)對于鉸制孔用螺栓聯(lián)接，不要在平行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；合理不合理!b)當螺栓聯(lián)接受彎矩或轉(zhuǎn)矩時，應使螺栓的位置適當靠近聯(lián)接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。71dhD3、螺栓的排列應有合理的間距、邊距，以保證扳手空間c)當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)標準。AB72對于壓力容器等緊密性要求較高的重要聯(lián)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)≤1.61.6~44~1010~1616~2020~30d4、為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，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)。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應相同。735、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74二、螺栓組連接的受力分析▲受力分析的目的：根據(jù)聯(lián)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，以便進行螺栓聯(lián)接的強度計算。▲受力分析時所作假設：

a)所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同；c)受載后聯(lián)接接合面仍保持為平面。b)螺栓組的對稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；75二、螺栓組聯(lián)接的受力分析▲受力分析的類型：受轉(zhuǎn)矩受橫向載荷受軸向載荷受傾覆力矩M76（1）對于鉸制孔用螺栓聯(lián)接，每個螺栓所受工作剪力為：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聯(lián)接。1．受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接鉸制孔螺栓F∑F∑F∑F∑普通螺栓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：77（2）對于普通螺栓聯(lián)接，按預緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有：

圖示為由四個螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接。1．受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接或鉸制孔螺栓F∑F∑F∑F∑普通螺栓——校核式

——設計式

Ks為防滑系數(shù)，設計中可取Ks=1.1~1.3。式中：z為螺栓數(shù)目。計算過程：79例題：如圖所示螺栓聯(lián)接中,采用兩個M20的普通螺栓，其許用拉應力[σ]＝l60N／mm2，聯(lián)接件接合面間摩擦系數(shù)f＝0.20，防滑系數(shù)Ks＝1.2，計算該聯(lián)接件允許傳遞的靜載荷F＝?(M20的螺栓d1＝17.294mm)80解：則由平衡條件可得螺栓危險截面的強度條件為于是得課后習題1.圖示螺栓聯(lián)接中，采用兩個M10（內(nèi)徑d1=8.376mm）的普通螺栓聯(lián)接，其許用拉應力[σ]＝200N／mm2

，聯(lián)接結(jié)合面摩擦系數(shù)f=0.3，防滑系數(shù)Ks=1.2，試計算該聯(lián)接允許傳遞的載荷R為多大？

2.教材習題5-8822．受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接（轉(zhuǎn)矩作用在連接結(jié)合面內(nèi)）（1）采用普通螺栓，是靠聯(lián)接預緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩T。（假設摩擦力集中作用在螺栓對稱中心處）利用下式進行計算強度和設計計算：例題：有一凸緣聯(lián)軸器，傳遞的轉(zhuǎn)矩T=2.4×105Nmm，載荷平穩(wěn)，選用M10的碳素鋼普通螺栓，性能等級為5.8級，螺栓個數(shù)Z=6，螺栓均勻分布在D=100mm的圓周上，又知防滑系數(shù)KS=1.1,摩擦系數(shù)f=0.1，安全系數(shù)取S=1.6，螺栓的小徑d1=8.376mm,試驗算螺栓的強度。（2）受剪螺栓組聯(lián)接-----鉸制孔用螺栓連接由變形協(xié)調(diào)條件：（甲）、（乙）聯(lián)立，得：(b)用受剪螺栓聯(lián)接在前述假設下，各螺栓所受的工作剪力與其中心到底板中心的距離成正比。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：代入下式88例題：習題5-6已知一個托架的邊板用６個螺栓與相鄰的機架相聯(lián)接。托架受一與邊板螺栓組的垂直對稱軸線相平行、距離為２５０ｍｍ、大小為６０ｋＮ的載荷作用?，F(xiàn)有如圖所示的兩種螺栓布置型式，設采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接，試問哪一種布置型式所用的螺栓直徑較?。繛槭裁?？第一種和第二種組合例題：89解：將60KN載荷向形心簡化可得橫向載荷P和轉(zhuǎn)矩T60kNT903．受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接（習題5-10）

若作用在螺栓組上軸向總載荷FΣ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，各個螺栓還承受預緊力F0的作用，當聯(lián)接要有保證的殘余預緊力為F1時，每個螺栓所承受的總載荷F2為。F2=F1+FpDF∑FF919293944．受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接單個螺栓拉力產(chǎn)生的力矩為：F2F0

F0

σp

(

F

0引起)F2mσp2(

F1m引起)σp1(

F1引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi

Li假設底板受載仍為平面，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：

95F1m

強調(diào)是地基上的壓力Fm

F2m

F1

FF2

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?！芃i=0施加傾覆力矩M時:左邊的螺栓與地基，工作點移至：B1

和C1

右邊的螺栓與地基，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。F2

F2m

C1

B2

B1

求得最大工作載荷AF0

96螺栓的總拉力：

為防止接合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求：表5-7聯(lián)接接合面材料的許用擠壓應力[σ]p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)論螺栓的強度計算：97MoorirmaxFiFmax⑶由力的平衡條件可得：FiFmax解此靜不定方程要點：①假定底板為剛體，受載后接合面仍保持為平面，即變形由螺栓和基座承擔。

②螺栓組受M后，剛性底座協(xié)調(diào)了各螺栓的變形量，即每個螺栓的變形量是與其到對稱軸的距離稱正比。同理可知：變形愈大，受力也愈大。⑴螺栓先擰緊，擰緊后螺栓受預緊力（產(chǎn)生拉伸變形），基座被壓縮（產(chǎn)生壓縮變形）

⑵在M作用下，o-o軸線左側(cè)的螺栓承受工作拉力（螺栓被進一步拉伸），o-o軸線右側(cè)的基座承受工作壓力（螺栓被放松，預緊力減?。?8MoorirmaxFiFmax于是:①受力最大的螺栓所承受的載荷為：②接合面受壓一側(cè)不被壓潰的條件③接合面受拉一側(cè)不出縫隙的條件FiFmax

螺栓的受力大小Fi與其到對稱軸線的距離ri成正比，即(5-25)(5-26)(5-27)99幾點分析結(jié)論⒈實際應用中，螺栓組所受的工作載荷常常是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合，都可利用靜力分析方法將復雜的受力狀態(tài)簡化為上述四種簡單受力狀態(tài)；⒉一般情況下，對于普通螺栓可按軸向載荷與傾覆力矩確定螺栓的工作拉力；按橫向載荷與扭矩確定螺栓的預緊力；最后確定螺栓的總拉力。⒊鉸制孔用螺栓應根據(jù)橫向載荷和轉(zhuǎn)矩確定螺栓的工作剪力。⒋不管螺栓組的載荷狀態(tài)如何復雜，就螺栓組中單個螺栓而言，其受力只有兩種情況：①軸向力；②橫向力。1001.圖示托架受鉛垂力F為100N，托架與托體之間的摩擦系數(shù)為μs為0.2,,防滑系數(shù)Ks=1,螺栓與被聯(lián)接件的相對剛度為0.2，螺栓材料的許用應力為[σ]為150MPa，a=160mm，b=80mm，H=80mm，按步驟列出螺栓小徑d1的計算式并求出。

101解：（1）求F0：不下滑條件：4F0·μs≥kfF∴F0

≥

（2）求F：F=

=

=

(3)求F2=F0+

F=+0.2F

≤[σ]∴d1≥(4)求d1:由公式=38mm1022.如圖所示為一鑄鐵支架固定在水泥地基上，受載荷RV=5000N，方向如圖。支架與地基間的摩擦系數(shù)μs=0.4，設螺栓材料為35號鋼，許用應力[σ]=80MPa，螺栓的相對剛度為0.3可靠系數(shù)Ks=1.2。其他尺寸見圖。為保證正常工作螺栓的根徑d1至少要為多少？103104例題1如圖所示，一支架用四個螺栓固定于鉛垂的墻上，螺栓為上、下兩個。螺栓距軸線Ｏ－Ｏ的距離為２００ｍｍ，載荷Ｐ＝２００００Ｎ，鉛垂向下，離墻壁距離為４００ｍｍ，為使支架在Ｐ作用下不相對滑動，也不產(chǎn)生分離，求受軸向載荷最大螺栓上所受的總拉力。105設：（１）支架底與墻之間的摩擦系數(shù)ｆ＝０．１５；（２）取可靠系數(shù)Ｋｓ＝１．２；（３）受軸向載荷最大的螺栓在外載荷作用下應保持的殘余預緊力Ｑ′ｐ＝０．４Ｆ（Ｆ為軸向工作拉力）；（４）相對剛度Ｋｃ＝Ｃｂ／（Ｃｂ＋Ｃｍ）＝０．３。解題分析：本題為同時承受橫向工作載荷和傾覆力矩的普通螺栓組連接。解①螺栓所受的工作載荷。將工作載荷Ｐ向底板形心簡化，得到螺栓組承受的橫向力和翻轉(zhuǎn)力矩分別為橫向力ＰＨ＝Ｐ＝２００００Ｎ傾覆力矩（逆時針方向）Ｍ＝ＰＨ×０．４＝８０００Ｎ·ｍ106②在傾覆力矩作用下，上面兩螺栓受加載作用，下面兩螺栓受減載作用，故單個螺栓所受的最大工作拉力為上面螺栓所受的工作拉力，即③在橫向力ＰＨ的作用下，被連接件接觸面間摩擦力應大于Ｋｓ與ＰＨ的乘積，以使連接不會產(chǎn)生橫向滑移失效，即ｆｚiF0≥ＫｓＰＨ則預緊力F0＝４００００Ｎ4.所以總拉力Ｑ＝F0＋CbＦmax/（Ｃｂ＋Ｃｍ）＝４００００＋０．３×１００００＝４３０００Ｎ所以軸向載荷最大螺栓上所受的總拉力為４３０００Ｎ。107§5－7螺紋聯(lián)接件的材料和許用應力一、螺紋聯(lián)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、導電):特殊鋼、銅合金、鋁合金等。1、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作為標準零件，螺紋聯(lián)接件是按其性能等級選用的。對于一定性能等級的螺紋聯(lián)接件應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墊圈：65Mn1083、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8.8級的螺栓。2、螺母的性能等級分為7級456891012109二、螺紋聯(lián)接件的許用應力

螺紋聯(lián)接件的許用應力與載荷性質(zhì)(靜、變載荷)、裝配情況(松、緊聯(lián)接)、材料、結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。許用拉應力：許用剪應力和擠壓應力：--被聯(lián)接件為鋼--被聯(lián)接件為鑄鐵Sτ,Sp---安全系數(shù)，其取值詳見下頁表。110表5-10螺栓聯(lián)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不控制預緊力的計算控制預緊力的計算受載類型靜載荷變載荷松螺栓聯(lián)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鉸制孔用螺栓聯(lián)接受軸向及橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接111§5－8提高螺栓聯(lián)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、降低影響螺栓疲勞強度的應力幅軸向工作載荷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↓65%20%15%112F0

θm

θb措施一：降低螺栓剛度（

C’b<

Cb,θ’b

<

θb

）措施二：提高被聯(lián)接件剛度（C’m

>Cm,θ’m

>θm

）

措施三：綜合措施（

C’b

<

Cb,C’m

>Cm,F’0>F0

）?FFF1

F2

F’2F’?Fθ’m

F’1θ’bF’0θm

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

=F1?F’<?F前兩種措施會導致殘余預緊力減小，使密封性能降低。為保證可靠工作，可適當增大預緊力。F’2F’?F’F’1

θ’b

F0

θm

θb?FFF1

F2

F’F’1?F’F0

θb?FFF1

F2

θm

113d0.8d0.7dd為減少螺栓的剛度，可適當增加螺栓的長度、加彈性元件、或采用腰狀桿或空心螺栓。2.

增大被連接件的剛度，有密封要求時，采用金屬薄墊片或者采用O形密封圈宜采取措施:114二、改善螺紋牙間的載荷分布措施:采用均載螺母。加厚螺母不能提高聯(lián)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>F58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加厚螺母11510~15?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均載元件懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母內(nèi)斜螺母與環(huán)槽螺母鋼絲螺套加工復雜，僅限于用在重要場合或大型聯(lián)接。116支承面不平三、減小應力集中1.增大過渡圓角2.切制卸載槽r四、避免或減小附加應力采用凸臺或沉孔結(jié)構(gòu)切削加工支承面被聯(lián)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。117五、采用特殊制造工藝冷鐓頭部、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118一、螺旋傳動的類型和應用調(diào)整螺旋靜壓螺旋（流體摩擦）類型運動形式有：§5－9螺旋傳動螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動（千斤頂）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（機床的進給機構(gòu)）按用途分傳力螺旋傳導螺旋滑動螺旋（滑動摩擦）滾動螺旋（滾動摩擦）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119調(diào)整螺旋調(diào)整螺旋120應用:

機床的進給機構(gòu)、起重設備（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、滑動螺旋的結(jié)構(gòu)千斤頂121整體螺母組合螺母剖分螺母螺母結(jié)構(gòu)組合螺母調(diào)整楔快固定螺釘調(diào)整螺釘剖分螺母122螺旋副材料要求：足夠的強度、耐磨性、摩擦系數(shù)小2．螺桿和螺母的材料螺桿材料: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7.5~130.11~0.170.08~0.10

0.12~0.15

表5-12滑動螺旋副材料的許用壓力[p]及摩擦系數(shù)f

123三、滑動螺旋傳動的設計計算（自學）承受載荷:

轉(zhuǎn)矩、軸向力設計準則：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:

螺紋牙的磨損表5-13

滑動螺旋副材料的許用應力許用應力/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，許用應力取大值。124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:磨損耐磨性計算校核公式：p=≤[p]MPa

πd2

huFF為軸向力；u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(表5-12)。125螺桿α許用壓強螺母設計方法和步驟：1．耐磨性計算令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=πd2

huFF-軸向力；=≤[p]

MPa

πd2

hHFP顯然有：

u=H/Pu-螺紋工作圈數(shù)；d2-螺紋中徑；h-螺紋的工作高度;H-螺母高度;hPHD2d2P-螺距;F/uF126鋸齒形螺紋：φ[p]Fd2

≥0.65mmφ=1.2~2.5

整體式螺母2.5~3.5

剖分式螺母一般?。簎≤10梯形螺紋:φ[p]Fd2

≥0.8mmφ值越大，螺母越厚，螺紋工作圈數(shù)越多。依據(jù)計算出的螺紋中徑，按螺紋標準選擇合適的直徑和螺距。驗算：若不滿足要求，則增大螺距。對有自鎖性要求的螺旋傳動，應校核自鎖條件：螺紋中徑的計算公式：1272．螺桿的強度計算

對于受力比較大的螺桿，需根據(jù)第四強度理論求出危險截面的計算應力：螺桿的強度條件：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：對碳素鋼,[σ]=50~80Mpa（表5-13）1283．螺母螺紋牙的強度計算螺牙上的平均壓力為：F/u剪切強度條件:πDπD2aaF/uπDaaπDπD2aaF/u1）考慮螺旋副摩擦力矩的作用，螺母懸置部分危險截面b—b的拉伸強度條件：彎曲強度條件：4．螺母外徑與凸緣的強度計算FbbbbD3D1292）凸緣與底座接觸表面擠壓強度條件：3）凸緣根部彎曲強度條件：5．螺桿的穩(wěn)定性計算

對于長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FcrD3D4Ha130Ss=3.5~5傳力螺旋2.5~4傳導螺旋>4精密螺桿或水平安裝螺桿的穩(wěn)定性條件為：μ-螺桿長度系數(shù)，由下表確定。I為螺桿危險截面的慣性矩

lb)當螺桿一端以螺母支承時，l取從螺母中部到另一支點上的距離。l

為螺桿的工作長度:a)當螺桿兩端支承時，l

取兩支點間的距離；l1311)若采用滑動支承時，則以軸承長度l0與直徑d0的比值來確定：

l0/d0<1.5

為鉸支；

l0/d0<1.5~3

為不完全固定；

l0/d0>3

為固定支承。3)

若以剖分螺母作為支承時，可作為不完全固定支承。2)

若以整體螺母作為支承時，仍按上述方法確定。但取l0=/H

判斷螺桿端部支承情況的方法：H為螺母高度4)

若采用滾動軸承支承，且有徑向約束時，可作為鉸支；有徑向和軸向約束時，可作為固定支承。表5-14螺桿長度系數(shù)兩端支承情況長度系數(shù)μ

兩端固定0.50一端固定，一端不完全固定0.60一端鉸支，一端不完全固定0.70兩端不完全固定0.75兩端鉸支1.00一端固定，一端自由2.0132臨界載荷Fcr與材料、螺桿長細比λ=μl/i有關(guān)。（1）當λ≥100時：臨界載荷為：Fcr=N(μl)2π2EIi螺桿危險截面的慣性半徑，若危險截面面積A=πd12/4則i=I/A=d1/4E-螺桿的彈性模量,對于鋼E=2.06×105

MPa系數(shù)含義隨后解釋I-危險截面慣性距,I=πd14/64133（2）當40<λ<100時：Fcr=(304-1.12)

λN4πd12對σB≥370Mpa的碳素鋼，取:Fcr=(461-2.57)

λN4πd12對σB≥470Mpa的優(yōu)質(zhì)碳素鋼（如35、40號鋼），取:（3）當λ<40時，不必進行穩(wěn)定性校核。穩(wěn)定性校核的條件：Fa

≤SFc為穩(wěn)定性校核的安全系數(shù)，?。篠=2.5~4當不滿足條件時，應增大螺紋小徑d1。134內(nèi)循環(huán)螺旋外循環(huán)四、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)返回通道返回通道反向器（返回通道）135優(yōu)點：1)摩擦損失小、效率在90%以上；缺點：1)結(jié)構(gòu)復雜、制造困難；應用實例：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)。136復習思考題1．在常用的螺旋傳動中，傳動效率最高的螺紋是()。

A.三角形螺紋B.梯形螺紋C.鋸齒形螺紋D.矩形螺紋2．當兩個被聯(lián)接件之一太厚，不宜制成通孔，且聯(lián)接不需要經(jīng)常拆卸時，往往采用()。

A螺栓聯(lián)接B螺釘聯(lián)接C雙頭螺柱聯(lián)接D緊定螺釘聯(lián)接3.兩被聯(lián)接件之一較厚，盲孔且經(jīng)常拆卸時，常用（）。A.螺栓聯(lián)接B.雙頭螺柱聯(lián)接C.螺釘聯(lián)接1374．常用聯(lián)接的螺紋是()。

A三角形