第三章知識(shí)資料知識(shí)資料螺紋聯(lián)接

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁(yè)/共頁(yè)第三章螺紋聯(lián)接研究題3-1 解：

由螺紋副受力分析可得其效率公式及自鎖條件：

由=tan/tan(+v)，≤v可知當(dāng)螺紋升角一定時(shí)，螺紋工作面的牙型斜角愈大，則fv（或v）愈大，效率愈低，但自鎖性愈好。在幾種牙型的螺紋中，三角形螺紋牙型斜角最大（=30°），故當(dāng)量摩檫因素fv大，自鎖性最好，但效率低。故多用于緊固聯(lián)接。梯形、鋸齒形、矩形螺紋則與之相反，自鎖性差，但效率高，故主要用于傳動(dòng)。當(dāng)v一定時(shí)，升角愈小，螺紋效率愈低，愈易自鎖，故單線(xiàn)螺紋多用于聯(lián)接，多線(xiàn)螺紋則常用于傳動(dòng)。3-2 解：

1）由式（3-21）可得：F″=F′-(1-Kc)F，工作中被聯(lián)接件接合面不浮上縫隙，要求F″>0，而Kc=c1/(c1+c2)=c1/(c1+3c1)=1/4，即須

F′-(1-Kc)F≥0

得： F′≥(1-Kc)F=(1-1/4)×10=7.5KN

2）由式（3-21）得：F″=F′-(1-Kc)F=10-(1-1/4)×10=2.5KN

3）由式（3-23）得：F0=F′+KcF=10+1/4×10=12.5KN

拉力變幅： (F0-F′)/2=F/2=1.25KN

拉力平均值： (F0+F′)/2=(10+12.5)/2=11.25KN思量題及習(xí)題3-1 解：

1）工作臺(tái)穩(wěn)定升高時(shí)的效率

=arctan(np/d2)=arctan(4×10)/(×65)=11.08°

v=arctanfv=arctan0.10=5.71°

=tan/tan(+v)=tan11.08°/tan(11.08°+5.71°)=64.9%

2）此時(shí)加于螺桿的力矩

T1=Ftan(+v)d2/2=100×103×65×10-3tan(11.08°+5.71°)/2=980N·m

3）轉(zhuǎn)速與功率

導(dǎo)程： S=nP=4×10=40mm

螺桿每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)： n桿=v/S=800/40=20r/min

螺桿所需的功率： P=T12n桿/60=980×2×20/60=2.05kW

也可用以下求法： P=Fv/=100×103×800/(60×103)/0.649=2.05kW

4）因>v，該升降機(jī)構(gòu)不能自鎖，欲使工作臺(tái)在載荷F作用下等速下降，需另設(shè)制動(dòng)裝置，其制動(dòng)力矩為：

T制=Fd2tan(-v)/2=100×103×65×10-3tan(11.08°-5.71°)/2=305N·m3-2 解：

該螺栓銜接為松螺栓銜接：

故 d1≥（式3-18）

式中：[]=s/(1.2~1.7)（查表3-6）

查表3-7，Q235鋼的強(qiáng)度級(jí)別為4.6，故s=240MPa，得

[]=240/(1.2~1.7)=200~141MPa

取中值[]=170MPa

則 d1≥=10.6mm

查螺紋標(biāo)準(zhǔn)（GB196-81）可選用M12的螺栓（d1=10.674mm）。3-3 解：

1）用普通螺栓聯(lián)接

傳遞的扭矩： T=9550P/n=9550×2.8/70=382N·m

作用在螺栓中央圓上總的圓周力：

R=2T/D0=2×382×103/180=4244N

單個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力：

F′=KfR/zmfc=1.2×4244/4×1×0.2=6366N

決定普通螺栓直徑d(mm)： d1≥

由表3-6查得[]=s/S，因?yàn)槁菟ǖ膹?qiáng)度級(jí)別為4.6。由表3-7查得s=240N/mm2。初估螺栓直徑d=14mm（查標(biāo)準(zhǔn)得d1=12.367mm）。查表3-8，當(dāng)不控制預(yù)緊力時(shí)，S=3.2（用內(nèi)插法求得）故[]=s/S=240/3.2=75MPa

則 d1≥=11.856mm

因 11.856mm＜12.367mm

故選用4個(gè)M14（GB5782-86）的六角頭螺栓。

2）用鉸制孔螺栓聯(lián)接

單個(gè)螺栓所受橫向工作剪力為：Fs=R/z=4244/4=1061N

由表3-6查得 []=s/2.5=240/2.5=96MPa

[p]=b/2.5=220/2.5=88MPa

（查GB9439-88，HT250，b=220MPa）

由螺栓桿的抗剪強(qiáng)度條件得：

=4Fs/d02m≤[]

d0≥==3.75mm

由螺栓桿與孔壁接觸表面的擠壓強(qiáng)度條件得：

p=Fs/d0h≤[p]

d0≥Fs/[p]h=1061/88*20=0.6mm

選用4個(gè)M6的六角頭鉸制孔螺栓（d0=7mm）。3-4 解：

（1）用普通螺栓聯(lián)接時(shí)：

1）決定螺栓所承受的最大載荷

由圖可見(jiàn)，載荷作用于總體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)平面內(nèi)，所以每一塊板所承受的載荷R=20/2=10kN；應(yīng)使勁的平移定理，將力R向接縫面形心O簡(jiǎn)化?？梢?jiàn)螺栓組接縫面受橫向載荷R=10kN，每個(gè)螺栓受的橫向力R1=R2=R3=R4=R/4=2500N。繞中央旋轉(zhuǎn)的扭矩T=10*300=3000kN·mm，由此扭矩使各個(gè)螺栓所受的剪切P1=P2=P3=P4（因r1=r2=r3=r4）故rmax==75，則

P1=Pmax=Trmax/=3000×75/4×(75)2=7.072kN

按照力的合成原理，由圖可看出，作用于螺栓1或2的總的剪切載荷F1或F2最大。用余弦定律可得：

F1==

==9015N

2）計(jì)算螺栓直徑d

=KfF1/zfsm=1.2*9015/1*0.16*1=67612.5N

d1≥==26.893<29.211mm

（初選M33的螺栓查標(biāo)準(zhǔn)可得d1=29.211mm，查表3-8，S=1.93。則[]=s/S=300/1.93=155.44MPa）

故可選用8個(gè)M33的螺栓。

（2）用鉸制孔螺栓聯(lián)接時(shí)決定螺栓桿（螺栓孔）直徑d0：

由式（3-26）得 d0≥

查表3-6，[]=s/3.5~5，（龍門(mén)起重機(jī)的工況使螺栓受變載荷，取S=4）

則 []=300/4=75MPa

d0≥=12.37mm

查標(biāo)準(zhǔn)GB27-88，選用8個(gè)M12的六角頭鉸制孔用螺栓。3-5 解：

為便于裝拆，采用受拉螺栓緊聯(lián)接。

1）受力分析，決定單個(gè)螺栓的最大載荷

將F力向螺栓組形心轉(zhuǎn)化，則螺栓組將承受軸向工作載荷F及彎矩M的作用： F=25N，M=380F=9500N·m

因?yàn)镕的作用，各螺栓上受到拉伸載荷為F1

F1=F/2=25/2=12.5kN。

因?yàn)镸使托架底板繞形心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，螺栓受到加載的作用。產(chǎn)生在螺栓上的拉伸載荷為F2

F2==18269N

左邊螺栓受力最大，F(xiàn)max=F1+F2=12500+18269=30769N

2）計(jì)算螺栓直徑

螺栓的總載荷： F0=F″+Fmax

按照工作要求，考慮F有變化，取F″=Fmax，則F0=Fmax+Fmax=2*30769=61538N。

螺栓材料選用35鋼，強(qiáng)度級(jí)別為5.6級(jí)，則s=300MPa，若不考慮控制預(yù)緊力時(shí)，初選M30的螺栓，查標(biāo)準(zhǔn)（d1=26.211mm）。查表3-8，取S=2，

則 []=s/s=300/2=150MPa

由式（3-24）得 d1≥==26.0653mm

因26.0653mm<26.211mm，故選用2個(gè)M30（GB5782-86）的螺栓，與原預(yù)計(jì)直徑相符。

3）校核螺栓組聯(lián)接的工作能力。

為保證受壓一側(cè)的接縫不被壓潰和受拉一側(cè)不浮上縫隙，不計(jì)彎矩M對(duì)預(yù)緊力的影響。則接合面不被壓潰的條件：

pmax≤[p]，pmax=pF′-pF+M/W=zF′/A-F/A+M/W

式中：

F′=F″+(1-Kc)Fmax=Fmax+0.7Fmax=1.7*30769=52307N（用金屬墊片，取Kc=0.3）

A=660*180-300*180=64800mm2

W=(180/6)*(6602-3003/660)=0mm3

得： pmax=2*52307/64800-25000/64800+9500*103/0

=1.61-0.386+0.8=2.03MPa<[p]

[p]=0.8s=0.8×315=252MPa（托架材料為35號(hào)鋼）

接合面間不浮上間隙：pmin>0

pmin=σpF′-pmax-pM=1.61—0.39—0.8=0.42MP>0

故不會(huì)浮上間隙。3-6 解：

螺紋的主要參數(shù)有（以圓柱三角形外螺紋為例）大徑d，小徑d1,中徑d2，螺距P，導(dǎo)程S，升角，牙型角，牙型斜角及螺紋工作高度h等。

導(dǎo)程與螺距的關(guān)系為：S=nP（n為螺紋線(xiàn)數(shù)）

導(dǎo)程與升角的關(guān)系為：=arctan(S/d2)=arctan(nP/d2)3-7 解：

常用螺紋牙型有：三角形，矩形，梯形，鋸齒形。

三角形螺紋牙型斜度大，當(dāng)量摩擦系數(shù)大，自鎖性最好，而且牙根厚，強(qiáng)度高，主要用于聯(lián)接。三角形螺紋分為普通螺紋和管螺紋兩類(lèi)。普通螺紋又分為粗牙和細(xì)牙螺紋，普通聯(lián)接用粗牙螺紋，細(xì)牙螺紋螺距小，牙細(xì)，小徑大，升角小，自鎖性好，承載能力高，但磨損后易滑扣，常用于受沖擊，振動(dòng)，變載荷的聯(lián)接及薄壁零件與微調(diào)裝置。管螺紋是用于管件聯(lián)接的異常細(xì)牙三角形螺紋，=55°，內(nèi)外螺紋無(wú)徑向間隙，聯(lián)接緊密性好。常用于水，煤氣，潤(rùn)滑管路系統(tǒng)以及高溫，高壓等密封性要求高的場(chǎng)合。

矩形螺紋牙型角=0°，螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)小，與螺紋材料摩擦系數(shù)相同，傳動(dòng)效率高，但與同尺寸的其他螺紋相比，牙根強(qiáng)度低，磨損后軸向間隙不易補(bǔ)償，定心性差，且難于確切加工，故應(yīng)用較少，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，常為梯形螺紋所替代。

梯形螺紋牙型角=30°，傳動(dòng)效率比矩形螺紋稍低，但發(fā)明工藝性好，牙根強(qiáng)度高，磨損后軸向間隙可以補(bǔ)償，定心性好，故在傳動(dòng)螺旋中應(yīng)用廣泛。

鋸齒形螺紋牙型斜角兩邊不等，工作邊為3°，非工作邊為30°，它綜合了矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙根強(qiáng)度高，定心性好的優(yōu)點(diǎn)，用于承受單向重載的傳動(dòng)螺旋如壓力機(jī)，軋鋼機(jī)等。3-8 解：

由式=arctan(S/d2)及螺紋力矩公式，效率公式及自鎖條件：T1=Qtan(+v)d2/2，≤v，=tan/tan(+v)，可知：當(dāng)螺旋副中徑和牙型相同，且軸向載荷Q及其他條件相同時(shí)，導(dǎo)程S大，升角大，則螺紋力矩T1大，傳動(dòng)效率高，而自鎖性差。3-9 解：

螺紋聯(lián)接的基本類(lèi)型有：螺栓聯(lián)接，雙頭螺柱聯(lián)接，螺釘聯(lián)接，緊定螺釘聯(lián)接。螺栓聯(lián)接按結(jié)構(gòu)不同分為普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔螺栓聯(lián)接。普通螺栓廣泛應(yīng)用于被聯(lián)接件不太厚并需常常拆卸，并能從聯(lián)接兩邊舉行裝配的場(chǎng)合。當(dāng)需要借助螺桿承受較大的橫向載荷或須確切固定兩被聯(lián)接件的相對(duì)位置時(shí)，則采用鉸制孔螺栓聯(lián)接。

雙頭螺柱聯(lián)接用于因結(jié)構(gòu)受限制不能用于螺栓聯(lián)接的地方如被聯(lián)接件之一很厚不便穿孔或希翼結(jié)構(gòu)較緊湊且需常常拆卸的場(chǎng)合。

螺釘聯(lián)接應(yīng)用與雙頭螺柱聯(lián)接相似，但常常拆卸易使螺孔損壞，故不宜用于常常裝拆的場(chǎng)合。螺釘還可用以調(diào)節(jié)零件位置，如調(diào)節(jié)螺釘。

緊定螺釘主要用來(lái)固定兩個(gè)零件的相對(duì)位置，可傳遞不大的力及轉(zhuǎn)矩，多用于軸與軸上零件的聯(lián)接。3-10 解：

螺紋聯(lián)接在變載荷，沖擊、振動(dòng)、及溫度變化較大的情況下，螺紋牙間和支承面間的摩擦力可能瞬時(shí)出現(xiàn)，而失去自鎖的能力，經(jīng)多次重復(fù)后，聯(lián)接可能松動(dòng)，甚至松脫失效，直接影響聯(lián)接的可靠性和緊密性，以至產(chǎn)生嚴(yán)重事故，故應(yīng)采取防松措施。

按防松原理，防松的主意分為摩擦防松，機(jī)械防松和永遠(yuǎn)止動(dòng)防松三類(lèi)。摩擦防松如彈簧墊圈，對(duì)頂螺母，金屬鎖緊螺母，尼龍鎖緊螺母等，機(jī)械防松如槽形螺母和開(kāi)口銷(xiāo)，圓螺母和止動(dòng)墊片，串聯(lián)金屬絲等；永遠(yuǎn)止動(dòng)如端面沖點(diǎn)法或電焊以及在螺紋副間涂金屬膠接劑等。3-11 解：

松螺栓裝配時(shí)不需擰緊，不受力。工作時(shí)才承受載荷，并且只能承受軸向外載荷，故只按拉伸強(qiáng)度計(jì)算。緊螺栓裝配時(shí)，因?yàn)閿Q緊而受預(yù)緊力和螺紋阻力矩的聯(lián)合作用，工作時(shí)可承受軸向外載荷，也可承受橫向載荷。強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，螺栓所受的拉應(yīng)力須增大30%來(lái)考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（螺紋阻力矩）的影響。3-12 解：

受軸向載荷的單個(gè)螺栓與被聯(lián)接件的力與變形關(guān)系如下圖：

F0與其他力的關(guān)系式為：F0=F″+F，F(xiàn)0=F′+KcF3-13 解：

當(dāng)螺栓穿過(guò)被聯(lián)接件的通孔鉸螺栓與孔間留有間隙的稱(chēng)為普通螺栓聯(lián)接（即受拉螺栓聯(lián)接）。螺栓桿與孔壁采用基孔制過(guò)渡配合的聯(lián)接稱(chēng)為鉸制孔用螺栓聯(lián)接（即受剪螺栓聯(lián)接）。

以上的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了兩種螺栓有不同的工作原理。受拉螺栓工作時(shí)，螺栓主要承受軸向拉力（包括預(yù)緊力），在靜載荷作用下其主要失效形式為螺紋部分的塑性變形和斷裂。在變載荷下多為螺栓的疲勞斷裂。在螺紋精度低或聯(lián)接常常拆卸時(shí)也會(huì)因過(guò)度磨損而滑扣失效。故對(duì)于受拉螺栓設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是保證螺栓的靜力或疲勞抗拉強(qiáng)度。

受剪螺栓工作時(shí)，螺栓只承受橫向力，所受預(yù)緊力很小。主要失效形式為螺栓桿和孔壁的貼合面發(fā)生壓潰或螺栓桿被剪斷。故其設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則是保證聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度和螺栓的抗剪強(qiáng)度。

受拉螺栓的結(jié)構(gòu)容易，加工發(fā)明容易，裝配方便，成本低。故廣泛應(yīng)用于普通聯(lián)接中。但承受橫向外載荷的強(qiáng)度比受剪螺栓低。故螺栓尺寸大。受剪螺栓承載能力高，尺寸小，但加工復(fù)雜，成本高。用于承受較大橫向力或聯(lián)接須確切固定相對(duì)位置的重要場(chǎng)合。3-14 解：

為提高螺紋聯(lián)接的疲勞強(qiáng)度，則要：

1）改善螺紋牙間的載荷分配不勻稱(chēng)的現(xiàn)象，可用懸置螺母，環(huán)槽螺母，內(nèi)斜螺母，鋼絲螺套等結(jié)構(gòu)。

2）降低螺栓的應(yīng)力幅，可減少螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度來(lái)達(dá)到這一目的。

3）減少應(yīng)力擴(kuò)散，避免附加彎曲應(yīng)力以及在工藝上采用一些措施如