螺蚊聯(lián)接(第6章)

聯(lián)接是指被聯(lián)接件與聯(lián)接件的組合。常見的機械聯(lián)接有兩類：一是機械動聯(lián)接，如運動副；二是機械靜聯(lián)接，本章所學習內容是機械靜聯(lián)接問題。聯(lián)接不可拆聯(lián)接—裝拆方便，多次裝拆無損于使用性能。如螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接—在拆開聯(lián)接時會損壞聯(lián)接中的零件或使用性能。如焊接、鉚接、粘接概述可拆聯(lián)接（永久性聯(lián)接）1聯(lián)接的目的

便于機器的制造、安裝、運輸、維修以及提高勞動生產(chǎn)率。學習目標

熟悉機器聯(lián)接中常用的各種聯(lián)接件的結構、類型、性能和應用場合，掌握設計理論和選用方法。2第六章螺紋聯(lián)接

§６—1螺紋第二篇聯(lián)接如用一個三角形K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，可得到矩形、梯形、鋸齒形、管螺紋一、螺紋的形成3按牙型:三角形螺紋、管螺紋——聯(lián)接螺紋矩形、梯形、鋸齒形螺紋——傳動螺紋按位置：內螺紋——在圓柱孔的內表面形成的螺紋外螺紋——在圓柱孔的外表面形成的螺紋三角形螺紋：粗牙螺紋——用于緊固件細牙螺紋——同樣的公稱直徑下，螺距最小，自鎖性好，適于薄壁細小零件和沖擊變載等根據(jù)螺旋線繞行方向：左旋——如圖右旋——常用根據(jù)螺旋線頭數(shù)：單頭螺紋（n=1）——用于聯(lián)接雙頭螺紋（n=2）——如圖多線螺紋（n≥2）——用于傳動二、螺紋的類型4鋸齒形螺紋三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋51）外徑（大徑）d（D）——與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，亦稱公稱直徑2）內徑（小徑）d1(D1)——與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑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，d2≈0.5(d+d1)三、螺紋的主要參數(shù)64）螺距P——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(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n≤4

螺距、導程、線數(shù)之間關系：s=nP

77）螺旋升角ψ——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）牙型角α——螺紋軸向平面內螺紋牙型兩側邊的夾角9）牙型斜角β——螺紋牙的側邊與螺紋軸線垂直平面的夾角81、將螺紋軸線豎直放置，螺旋線自左向右逐漸升高的是右旋螺紋。反之也成立。2、從端部沿軸線看去，當螺紋順時針方向旋轉為旋進時，此螺紋為右旋螺紋。左旋右旋旋向判斷方法：9雙線螺紋單線螺紋10一、矩形螺紋二、非矩形螺紋

螺旋副的受力分析、效率和自鎖三、螺旋副效率11一、矩形螺紋（=0)1、螺紋受力分析摩擦角ρ：滑塊在水平面上，受到外力R（F+Fa）作用，同時還受到法向反力Fn與摩擦力Ff的作用，令法向反力與摩擦力的總反力為Fr，則Fr與Fn方向之間所夾的銳角ρ被稱為摩擦角。FnFrFfRFaFρtgρ=Ff/Fn；Ff=Fn×tgρ=Fnf

f=tgρ稱為摩擦系數(shù)。12FaFFnFrfFnψ

ρ（1）把螺旋副在力矩和軸向載荷作用下的運動，看成作用在中徑的水平力推動滑塊沿螺紋運動。（2）將矩形螺紋沿中徑d2展開得一斜面。ψ

圖中ψ為螺旋升角，F(xiàn)a為軸向載荷，

F為水平推力，F(xiàn)n為法向反力，F(xiàn)f為摩擦力，f為摩擦系數(shù)，ρ為摩擦角，法向反力Fn與摩擦力Ff的總反力為Fr。13F=Fa

tg(ψ+)（3）其受力狀況可以理解為：作用在滑塊上F為一驅動力，軸向載荷Fa為一阻力，總反力為Fr。FaFFnFrfFnψ

ρψ

v若使滑塊等速沿斜面上升，滑塊所受三力平衡：可得：ψ+ρFaFFrF+Fa

+Fr=0擰緊時：那么轉動螺紋所需要的轉矩：T1=

F×d2/2=

tg(ψ+)d2

Fa/214螺母旋轉一周所需的輸入功為：W1=2πT1因此螺旋副的效率為：此時螺母上升一個導程S，其有效功為W2=Fa×Sη=W2／W1=tgψ/

tg(ψ+)15F=Fa

tg(ψ-)松開時：相當于使滑塊等速沿斜面下滑，軸向載荷Fa變?yōu)轵寗恿?，F(xiàn)變?yōu)榫S持滑塊等速運動所需的平衡力。FaFFrfFnvψ

Fnρψ

FFrFaψ-ρ

可得：16F=Fa

tg(ψ-)（1）ψ->0，ψ>，F(xiàn)>0分析：說明滑塊在重力作用下下滑，必須給以止動力，防止加速下滑。（2）ψ-0，ψ，F(xiàn)0<<<說明滑塊不能在重力作用下下滑。這一現(xiàn)象稱為自鎖現(xiàn)象。螺旋千斤頂就是利用這一原理工作的。2、螺紋自鎖：1718二、非矩形螺紋（=0)三角形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋1、螺紋受力分析：唯一差別是：法向力比矩形螺紋大。（忽略升角λ的影響）19這時螺紋的摩擦阻力為：在Fa的作用下，法向反力比矩形螺紋大為：f'稱為當量摩擦系數(shù)ρ'稱為當量摩擦角這時把法向力的增加看成摩擦系數(shù)的增加。為牙型斜角20用f'取代f，用ρ'取代ρ，就可像矩形螺紋那樣對非矩形螺紋進行受力分析上升：F=Fa

tg(ψ+')下滑：F=Fa

tg(ψ-')2、螺紋自鎖條件為：

ψ'<21三、螺旋副效率為：螺旋副的效率問題是由于摩擦引起的：上升：在同樣的載荷Fa，同樣的牽引速度V，走過同樣的距離S情況下：F=Fa

tg(ψ)若不考慮摩擦時：若考慮摩擦時：F=Fa

tg(ψ+')沒有摩擦時，需要的輸入功=FS=FaStg(ψ)考慮摩擦時，需要的輸入功=FS=Fa

Stg(ψ+')理論上實際上ψ

FaFFrψ+ρFaFFr22所以：從上式可以看出：當'不變時，η與ψ的關系如右圖所示。?。嚎傻茫寒敠?45o-‘/2時效率最高。ψ常取25o左。ψ太大會引起制造困難，且效率增高也不顯著。23螺旋副的自鎖條件為：螺旋副的傳動效率為：克服軸向力Q勻速上升所需的圓周力：24§６—2螺紋聯(lián)接的類型及螺紋聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接主要類型1、螺栓聯(lián)接a)普通螺栓聯(lián)接——被聯(lián)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，裝拆方便，可多個裝拆，應用較廣。b)精密螺栓聯(lián)接——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(lián)接25262、雙頭螺栓聯(lián)接——螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時。折裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯(lián)接件中擰出。3、螺釘聯(lián)接——適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況27特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接,吊環(huán)螺釘聯(lián)接4、緊定螺釘聯(lián)接——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?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。28二、螺紋聯(lián)接件

2）雙頭螺柱——兩端帶螺紋

A型——有退刀槽B型——無退刀槽1）螺栓普通螺栓——六角頭，小六角頭，標準六角頭，大六角頭,內六角鉸制孔螺栓——螺紋部分直徑較小螺母294）緊定螺釘錐端——適于零件表面硬度較低不常拆卸常合平端——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(jīng)常拆卸圓柱端——壓入軸上凹抗中，適于緊定空心軸上零件的位置輕材料和金屬薄板3）螺釘與螺栓區(qū)別——要求螺紋部分直徑較粗;要求全螺紋306）螺母六角螺母：標準，扁，厚5）自攻螺釘——由螺釘攻出螺紋圓螺母+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，螺母即被鎖緊317）墊圈32§６—３螺紋聯(lián)接的預緊和防松一、預緊預緊目的——保持正常工作。如汽缸螺栓聯(lián)接，有緊密性要求，防漏氣，接觸面積要大，靠摩擦力工作，增大剛性等。增大剛性——增加聯(lián)接剛度、緊密性和提高防松能力預緊力QP——預先軸向作用力（拉力）螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接——在裝配時不擰緊，只存受外載時才受到力的作用緊聯(lián)接——在裝配時需擰緊，即在承載時，已預先受力，預緊力QP預緊過緊——擰緊力QP過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強度過松——擰緊力QP過小，工作不可靠33扳手擰緊力矩——T=FH·L,擰緊時螺母：T=T1+T2T——擰緊力矩T1——螺紋摩擦阻力矩T2——螺母端環(huán)形面與被聯(lián)接件間的摩擦力矩FH—作用于手柄上的力，L——力臂

一般K=0.1~0.3——擰緊力矩系數(shù)由于直徑過小的螺栓，容易在擰緊時過載拉斷，所以對于重要的聯(lián)接不宜小于M10~M1434預緊力QP的控制：測力矩板手——測出預緊力矩，如左圖定力矩板手——達到固定的擰緊力矩T時，彈簧受壓將自動打滑，如右圖測量預緊前后螺栓伸長量——精度較高二、螺紋防松

351、防松目的實際工作中，外載荷有振動、變化、材料高溫蠕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(lián)接松動，如經(jīng)反復作用，螺紋聯(lián)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1）摩擦防松

雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等

36彈簧墊圈自鎖螺母——螺母一端做成非圓形收口或開峰后徑面收口，螺母擰緊后收口漲開，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(lián)鋼絲等373）永久防松：端鉚、沖點、點焊4）化學防松——粘合

開槽螺母與開口銷圓螺母與止動墊圈串聯(lián)鋼絲38§６—４單個螺栓聯(lián)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(jù)和出發(fā)點。1、失效形式和原因

受拉螺栓——螺栓桿和螺紋可能發(fā)生塑性變形或斷裂受剪螺栓——螺栓桿和孔壁間可能發(fā)生壓潰或被剪斷b）失效原因：應力集中

a）失效形式

工程中螺栓聯(lián)接多數(shù)為疲勞失效

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

應力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程2、設計計算準則與思路39、松螺栓聯(lián)接如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無QP，只有工作載荷F起拉伸作用強度條件為：——驗算用

——設計用

d1——螺桿危險截面直徑（mm）[σ]——許用拉應力N/mm2(MPa)

σs——材料屈服極限MpaN——安全系數(shù)，40二、緊螺栓聯(lián)接——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F’→產(chǎn)生拉伸應力σ螺紋摩擦力矩T1→產(chǎn)生剪應力τ

復合應力狀態(tài):接第四強度理論：∴強度條件為：

41式中：F’

——預緊力（N）

T1——螺紋摩擦力矩，起扭剪作用，又稱螺紋扭矩，N×mm1.3——系數(shù)將外載荷提高30%，以考慮螺紋力矩對螺栓聯(lián)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421、橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接計算——主要防止被聯(lián)接件錯動

特點：桿孔間有間隙，靠擰緊的正壓力(F’)產(chǎn)生摩擦力來傳遞外載荷，保證聯(lián)接可靠(不產(chǎn)生相對滑移)的條件為：（1）普通螺栓聯(lián)接

f——接縫面間的摩擦系數(shù)

i——接縫界面數(shù)目

KS——防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)）

KS=1.1~1.343強度條件驗算公式：

設計公式：

分析：由上式可知，當f=0.2,i=1,KS=1則QP=5R，說明這種聯(lián)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，提高承載能力可采用如下減載裝置：

a)減載銷

b)減載套筒

c)減載鍵442、鉸制孔螺栓聯(lián)接——防滑動特點：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：螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強度條件為：

R——橫向載荷（N）d0——螺桿或孔的直徑（mm）

Lmin——被聯(lián)接件中受擠壓孔壁的最小長度（mm），如圖所示[τ]——螺栓許用剪應力，MPa，，——螺栓或被聯(lián)接件中較弱者的許用擠壓應力，MPa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452、軸向載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算①工作特點：工作前擰緊，有F’；工作后加上工作載荷F

工作前、工作中載荷變化②工作原理：靠螺桿抗拉強度傳遞外載F③解決問題：

a)保證安全可靠的工作，F(xiàn)’=？

b)工作時螺栓總載荷，F(xiàn)0=？

④分析：

圖1，螺母未擰緊螺栓螺母松馳狀態(tài)

46圖２，擰緊—預緊狀態(tài)凸緣—壓—λm—F’

栓桿—拉—λb

→F’47圖3，加載F后→工作狀態(tài)栓桿—繼續(xù)拉—凸緣—放松———殘余預緊力

——總載48⑤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(lián)接受力變形圖左圖——擰緊螺母時,螺栓與被聯(lián)接件的力與變形右圖——將上兩圖合并，并施加工作載荷F從圖線可看出，螺栓受工作載荷F時，螺栓總載荷：

49變形協(xié)調條件：

凸緣→壓力減量

變形縮小Δλm

栓桿→拉力增量

變形縮小Δλb

變形協(xié)調條件——

50∴由圖可知，螺栓剛度：

被聯(lián)接件剛度：

——稱螺栓相對于聯(lián)接的剛度，稱螺栓的相對剛度

51對殘余預緊力的要求，為保證受載后接合面聯(lián)接的緊密性應使F’’的取法:

F’’=（1.5~1.8）F——有密封要求一般聯(lián)接

F’’=（0.2~0.6）F載荷穩(wěn)定

F’’=（0.6~1.0）F載荷不穩(wěn)定

F’’>F

地腳螺栓聯(lián)接

52討論：

１）最不利的情況

２）最理想的情況

３）不允許的情況——有縫隙存在，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、細頸）b)加硬墊片或直接擰在凸緣上均可提高強度

５）為聯(lián)接緊密、不漏氣，要求

53a）軸向靜力緊螺栓聯(lián)接強度計算

靜力F不變，Q為靜力，但考慮補充擰緊——防斷

強度條件驗算公式：

設計公式：

b）軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算

分析：當工作載荷，由0→F螺栓總載，由Qp→Q→QP

部分載荷，由0→ΔF→0543、當驗算不滿足時→措施：b)最好改善結構、降低應力集中。包括：工藝、結構、制造、Cm↑Cb↓，適當提高QP等綜合措施a)55三、螺栓材料與許用應力計算

1、材料

螺母、螺栓強度級別：

1）根據(jù)機械性能，把栓母分級并以數(shù)字表示，此乃強度級別

2）所依據(jù)機械性能為抗拉強度極限σBmin和屈服極限σSmin

螺栓級別:

帶點數(shù)字表示，點前數(shù)字為點后數(shù)字為螺母級別:

注意：選擇對螺母的強度級別應不低于螺栓材料的強度級別，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于20~40HB）562、許用應力

許用拉應力：

已知：不控制QP的緊螺栓聯(lián)接，易過載?！嘣O計時應取較大的安全系數(shù)?？刂祁A緊力時可取較小的安全系數(shù)n。∵顯然n，[σ]與d有關?！嘣O計時，先假設d，進行試算，選取一安全系數(shù)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?！囁惴?7§６—5螺栓組聯(lián)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，必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(lián)接設計的順序——選布局、定數(shù)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，栓組中心與聯(lián)接結合面形心重合（有利于分度、劃線、鉆孔），以受力均勻2、受剪螺栓組（鉸制孔螺栓聯(lián)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，但彎扭作用螺栓組，要適當靠接縫邊緣布局，否則受力太不均

3、合理間距，適當邊距，以利用扳手裝拆584、避免偏心載荷作用

a）被聯(lián)接件支承面不平突起

b）表面與孔不垂直

c）鉤頭螺栓聯(lián)接防偏載措施：a）凸合；b）凹坑（魚眼坑）；c）斜墊片

二、螺栓組受力分析

目的——求受力最大載荷的螺栓59前提（假設）：①被聯(lián)接件為剛性不變形，只有地基變形。②各螺栓材料、尺寸、擰緊力均相同③受力后材料變形在彈性范圍內④接合面形心與螺栓組形心重合，受力后其接縫面仍保持平面1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接

單個螺栓工作載荷為：

F=P/Z

P——軸向外載

Z——螺栓個數(shù)

602、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接特點：普通螺栓，鉸制孔用螺栓皆可用，外載垂直于螺栓軸線、防滑普通螺栓——受拉伸作用鉸制孔螺栓——受橫向載荷剪切、擠壓作用。單個螺栓所承受的橫向載荷相等

R=R∑/Z613、受橫向扭矩螺栓組聯(lián)接

（1）圓形接合面：單個螺栓所受橫向載荷（2）矩形接合面

a)普通螺栓聯(lián)接

由靜平衡條件則各個螺栓所需的預緊力為∴聯(lián)接件不產(chǎn)生相對滑動的條件為：62b)鉸制孔螺栓聯(lián)接組

由變形協(xié)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假設——板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應變與半徑成正比。在材料彈性范圍內，應力與應變成正比

由靜平衡條件63例：圖示為某減速裝置的組裝齒輪，齒圈為45鋼，=355MPa，齒芯為鑄鐵HT250，用6個8.8級M6的鉸制孔用螺栓均布在D0=110mm的圓周上進行聯(lián)接，有關尺寸如圖所示。試確定該聯(lián)接傳遞最大轉矩Tmax。解：1)按剪切強度條件計算單個螺栓的許用剪力FS根據(jù)M6鉸制孔用螺栓查得；螺栓的屈服極限；查表??；則螺栓材料的許用剪應力為642)按剪切強度計算螺栓組的許用轉矩T：3）計算許用擠壓應力螺栓為8.8級，，取，螺栓材料的許用擠壓應力為輪芯材料為鑄鐵HT250，強度極限，取，許用擠壓應力為：輪芯材料較弱，以計算轉矩。4)按擠壓強度條件計算單個螺栓的許用剪力FS65由圖，，則：5)按擠壓強度條件計算螺栓組的許用轉矩T綜上，此螺栓組所傳遞的最大轉矩。66

例：如圖鋼板厚度δ=16mm

用兩個鉸制孔用螺栓固定在機架上，F(xiàn)=5000N，其它尺寸如圖。板和機架材料均為Q235。試：（1）分析鉸制孔用螺栓的失效形式；（2）分析鉸制孔用螺栓的受力（3）按強度設計鉸制孔用螺栓的直徑（4）若用普通螺栓，計算螺栓的直徑（μS=0.2，kf=1.1）67

解：1.鉸制孔用螺栓的失效形式為剪切和擠壓失效；2.受力分析：將載荷F向形心O簡化后，每個螺栓的受力3.按剪切強度計算螺栓的直徑68粗選d=10，d0=11mm的六角頭鉸制孔用螺栓，螺母d=10，H=8。根據(jù)機架，板厚及螺母H選用l=100（l3=82，l2=2）選用兩個M10×100GB27--88六角頭鉸制孔用螺栓。按擠壓強度校核694.改用普通螺栓每個螺栓的預緊力選用兩個M30（d1=26.21）的六角螺栓。小結：受復合載荷螺栓，其合力按向量相加；鉸制孔用螺栓比普通螺栓尺寸小很多。704、受傾覆（縱向）力矩螺栓組聯(lián)接

特點：M在鉛直平面內，繞O-O回轉，只能用普通螺栓，取板為受力對象，由靜平衡條件

設單個螺栓工作載荷為Fi

71①螺栓桿不拉斷的條件

設計公式

驗算公式

②右側不壓潰條件（被聯(lián)接件）

QP作用下接合面的擠壓應力

M作用下接合面的擠壓應力

72③左側不開縫的條件

④若受有橫向載荷PH，板不滑動條件為：

——被聯(lián)接件相對剛度

實際使用中螺栓組聯(lián)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73說明：①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。

②計算公式在對稱分布情況下推導，但不對稱也可以用

③取轉軸不同，公式計算精度不同。

總設計思路：螺栓組結構設計（布局、數(shù)目）→螺栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）→求單個螺栓的最大工作載荷（判斷哪個最大）→按最大載荷的單個螺栓設計（求d1—標準）→全組采用同樣尺寸螺栓（互換的目的）

74§６—6提高螺栓聯(lián)接強度的措施影響聯(lián)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(lián)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

工作中螺栓牙抗拉伸長，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，其余各圈依次遞減，旋合螺紋間的載荷分布如圖所示。所以采用圈數(shù)過多的加厚螺母，并不能提高聯(lián)接的強度。

辦法：降低剛性，易變形、增加協(xié)調性，以緩和矛盾

75a)懸置螺母b)環(huán)槽螺母c)內斜螺母d)環(huán)槽內斜二、降低螺栓應力幅

1、降低螺栓剛性

抗疲勞強度得到提高，可用豎心桿、細長桿、柔性螺栓聯(lián)接

762、增大凸緣剛性

提高了螺栓聯(lián)接疲勞強度，采用高硬度墊片或直接擰在鑄鐵

77三、減小應力集中的影響1）加大過渡處圓角(圖1)2）改用退刀槽3）卸載槽，(圖2)4）卸載過渡結構。（圖3）

78四、采用合理的制造工藝

1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強度提高30~40%2）冷作硬化，表層有殘余應力（壓）、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，強度提高70~100%，此法具有優(yōu)質、高產(chǎn)、低消耗功能4）控制單個螺距誤差和螺距累積誤差79五、避免或減小附加彎曲應力（a）承壓面傾斜（b）被聯(lián)接件變形太大引起附加應力的原因

(a)采用球面墊圈（b）采用斜墊圈（c）采用凸臺（d）采用沉頭座（e）采用環(huán)腰使栓桿減免彎曲應力的措施80例：用兩個4.6級普通螺栓固定一塊鋼板，板上一端作用著向下的載荷F=200N。板與固定件之間的摩擦系數(shù)f=0.15，螺栓屈服極限σs=240MPa，安全系數(shù)S=4，選擇螺栓直徑。a=100L1=800F81解：在圖示的結構中,兩螺栓左右排列,將外載荷F向螺栓組中心簡化a=100L1=800L=850FyF2F1TZ橫向力Fy=F=200N轉矩TZ=F×L=170000N·mm82由此可得兩螺栓所受的橫向力按F1進行強度計算，并取可靠性系數(shù)C=1.2，得螺栓所受軸向預緊力許用應力

計算螺栓小徑取M24螺栓，其小徑20.752滿足要求。83§６—7螺旋傳動一、螺旋傳動的類型、特點與應用

1、應用

螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉運動變?yōu)橹本€運動將直線運動變?yōu)榛剞D運動，同時傳遞運動或動力。

2、傳動形式：

a)螺桿轉螺母移

b)螺桿又轉又移（螺平固定）——用得多

c)螺母轉螺桿移

d)螺母又轉又移（螺桿固定）——用得少

84按用途分三類：

1）傳力螺旋——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——機床進給匯杠—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。特點：是受力較小且不經(jīng)常轉動

3、螺旋傳動類型螺旋傳動按摩擦副的性質分：

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(xiàn)象（滑移），摩擦損耗大，傳動效率低（30~40%）傳動精度低852、滾動螺旋傳動——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)、外循環(huán)兩種

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(xiàn)逆?zhèn)鲃印Ｈ秉c：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。

863、靜壓螺旋——液體摩擦，靠外部液壓系統(tǒng)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(chǎn)生壓力油膜而分隔開

特點：摩擦系數(shù)小，效率高，工作穩(wěn)定，無爬行現(xiàn)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(tǒng)、成本較高。適用于精密機床中進給和分度機構

87二、滑動螺旋的設計計算

1、結構與材料

千斤頂?shù)湫徒Y構

2、耐磨性計算

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，并使強度下降。磨損的影響因素：工作面的比壓，螺紋表面質量，滑動速度和潤滑狀態(tài)所以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①當速度相同時，比壓大，磨損量大②潤滑油不被擠出，易形成油膜潤滑88耐磨性條件：

設計公式：

2、自鎖性驗算

3、螺桿的強度計算

螺桿工作時同時受軸面壓力（拉力）Q與扭矩T的作用，截面受拉（壓）應力與扭剪應力的復合作用∴按彎扭復合強度條件計算——第四強度理論

894、螺母的螺紋牙強度計算

由于螺母材料的強度通常低于螺桿材料的強度，因此螺紋牙受剪和彎曲均在螺母上。將螺母一圈螺紋沿螺紋大徑處展開，即可視為一懸壁梁，每圈螺紋承受的平均壓力Q/u作用在中徑d2的圓周上。

螺紋牙根部危險剖面的彎曲強度條件為：剖面α-α的剪切強度條件為：905、螺桿的穩(wěn)定性計算當螺桿較細長且受較大軸向壓力時，可能會雙向彎曲而失效，螺桿相當于細桿，螺桿所承受的軸向壓力Q小于其臨界壓力QcanS——螺桿穩(wěn)定許用安全系數(shù)①傳導螺旋nS

=2.5~4.0；②傳力螺旋nS

=3.5~5.0；③精密螺桿或水平螺桿nS

>4

919293受任意載荷螺栓組向形心簡化———————→四種簡單狀態(tài)迭加——→受載最大螺栓——→按單個計算例2、圖示底板用8個螺栓與支架相連，受外力Q作用，Q作用于包含X軸并垂直于底板接縫面，試計算此螺栓組聯(lián)接。（θ=30°）94解：

（一）受力分析QQHQH=QcosθQVQV=QsinθHMHQHH=QcosθMH=H·300VMVQVV=QsinθMV=V·400H=4330N，V=2500N，M=MH-MV=299000N·mm95（二）工作條件分析1、保證結合面不滑移又：2、受力最大螺栓軸向載荷a、FV=V/z=2500/8=312.5N（每個螺栓受V作用相同）b、M作用，離形心越遠受力越大c、最大工作載荷d、螺栓總拉力=5662.5N?。簁f

=1.3μs=0.13963、螺栓直徑：d1d4、其它條件a、左側不出現(xiàn)間隙：b、接合面右側不壓潰：

螺栓擰緊并承受軸向載荷H后，剩余預緊力在結合面產(chǎn)生的擠壓應力。翻轉力矩對擠壓應力的影響選擇螺栓性能等級，計算許用應力

。97結構分析題分析題圖所示的螺紋聯(lián)接結構，找出其中的錯誤，簡單說明原因，并畫圖改正。（1）螺紋的大徑應小于鉸制孔配合直徑（2）彈簧墊圈的切口傾斜方向錯誤（3）螺紋部分長度不夠（4）螺栓無法由下向上裝入98雙頭螺柱聯(lián)接（1）螺紋孔的的深度應大于螺桿擰入深度（2）螺紋孔內沒有光孔，深度應大于螺紋孔，否則螺紋不能加工（3）上端螺柱的螺紋部分長度不夠（4）下端螺柱無螺紋部分不可能擰入被聯(lián)接件2的螺紋孔（5）上邊的被聯(lián)接件應該有通孔，其孔徑應大于螺桿直徑99螺釘聯(lián)接（1）螺釘頭的周圍空間尺寸太小，更沒有扳手空間，圓柱螺釘頭也不能擰緊（2）上面的被聯(lián)接件必須為光孔，不能是螺紋孔（3）下面的被聯(lián)接件應有螺紋，（4）光孔的直徑應與螺紋小徑近似相同，而不是等于螺紋大經(jīng)（5）缺少防松措施100作業(yè)1，圖示為某受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接的載荷變形圖（1）當工作載荷為2000N時，求螺栓所受總拉力及被聯(lián)接件間殘余預緊力。（2）若被聯(lián)接件間不出現(xiàn)縫隙，最大工作載荷是多少？F/Nδ/mm30°45°40001012，汽缸蓋聯(lián)接結構如圖，汽缸內徑D=250mm，為保證氣密性要求采用12個M18的螺栓，螺紋內徑15.294mm，中徑16.376，許用拉應力[σ]=120MPa，取剩余預緊力為工作拉力的1.5倍，求汽缸所能承受的最大壓強（取計算直徑dc=d1）1023，圖示為一鑄鐵吊架，它用兩只普通螺栓固定在梁上。吊架承受的載荷FQ=10000N，螺栓材料為5.8級、Q235，σs=400MPa，安裝時不控制預緊力，取安全系數(shù)[Ss]=4，取剩余預緊力為工作拉力的0.4倍，試確定螺栓所需最小直徑。1034，圖示，剛性凸緣聯(lián)軸器用六個普通螺栓聯(lián)接