螺紋聯(lián)接及螺旋傳動新

關(guān)于螺紋聯(lián)接及螺旋傳動新第五章螺紋聯(lián)接及螺旋傳動

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螺紋的形成——展開為三角形ψsπd2P★螺紋的主要參數(shù)大徑d（D

）（公稱直徑）小徑d1（D1）（計算直徑）中徑d2（D2）螺距P線數(shù)n導(dǎo)程s（s=nP）螺紋升角ψ牙型角αpα§1螺紋第2頁,共49頁，2024年2月25日，星期天★螺紋的類型

三角形螺紋（用于聯(lián)接）

矩形螺紋梯形螺紋（用于傳動）鋸齒形螺紋普通螺紋

管螺紋

粗牙細牙

圓柱管螺紋圓錐管螺紋※軸線垂直放置，螺旋線向左上升——左旋螺旋線向右上升——右旋左旋右旋

按線數(shù)分單線雙（多）線

按牙形分

按旋向分★問題：常用螺栓的螺紋是——？單線、粗牙、右旋的普通螺紋右旋左旋右旋第3頁,共49頁，2024年2月25日，星期天★機械制造中常用螺紋種類及標準第4頁,共49頁，2024年2月25日，星期天★螺紋聯(lián)接的主要類型與結(jié)構(gòu)普通螺栓聯(lián)接（受拉螺栓聯(lián)接）鉸制孔用螺栓聯(lián)接（受剪螺栓聯(lián)接）雙頭螺柱聯(lián)接螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接δ≠0δ＝0螺栓聯(lián)接§2螺紋聯(lián)接

第5頁,共49頁，2024年2月25日，星期天D0T0Fs§3螺栓聯(lián)接的擰緊FTL②擰緊力矩：式中：M1——螺紋副摩擦阻力矩;

M2——螺母與支承面間的摩擦力矩;③對于重要的螺紋聯(lián)接必須控制其預(yù)緊力，為什么？∵對于M10～M64的鋼制粗牙普通螺紋，將其有關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計平均值代入公式→而一般標準扳手的長度為L≈15d，Kt=0.2;則：若：FT=200N，則：F’=15000N①擰緊的目的？——增強聯(lián)接的可靠性、緊密性和防松能力。F’（5-2）（5-3）第6頁,共49頁，2024年2月25日，星期天④預(yù)緊力的控制

推薦：螺栓材料的屈服極限⑤控制預(yù)緊力的方法力矩法螺母轉(zhuǎn)角法測定螺栓伸長量法測力矩扳手定力矩扳手測量螺栓伸長量法第7頁,共49頁，2024年2月25日，星期天§4螺紋聯(lián)接的防松——防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動摩擦防松機械防松粘合沖點彈簧墊圈對頂螺母開口銷止動墊圈破壞螺紋副的運動關(guān)系防松1、為什么要防松？2、防松的根本原理？3、防松的方法有哪些？螺紋聯(lián)接件一般采用：單線粗牙的普通螺紋：螺紋升角ψ=1°42′～3°2′

螺旋副的當量摩擦角ρ′=6.5°～10.5°問：能否自鎖？——顯然能但為什么還要防松？①能保證自鎖的條件是：靜載荷和工作溫度變化不大的場合。②在沖擊、振動或變載荷作用下，螺紋副間的摩擦力可能在瞬間減小或消失。③這種現(xiàn)象多次重復(fù)后，會使聯(lián)接松脫。第8頁,共49頁，2024年2月25日，星期天摩擦防松第9頁,共49頁，2024年2月25日，星期天摩擦防松第10頁,共49頁，2024年2月25日，星期天機械防松第11頁,共49頁，2024年2月25日，星期天機械防松第12頁,共49頁，2024年2月25日，星期天破壞螺紋副的運動關(guān)系防松第13頁,共49頁，2024年2月25日，星期天課堂練習一、查出下列螺栓的螺距、大徑、中徑及小徑：M10、M10×1、M12、M12×1.5、第14頁,共49頁，2024年2月25日，星期天0.2～0.3dM24課堂練習二、圖中，兩塊板的厚度均為25mm，求所需螺栓長度（注：加彈簧墊圈）。第15頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第17頁,共49頁，2024年2月25日，星期天§5單個螺栓聯(lián)接的強度計算★

螺栓聯(lián)接的主要失效形式：※普通（受拉）螺栓聯(lián)接——拉斷鉸制孔用（受剪）螺栓聯(lián)接——壓潰、剪斷★強度計算的目的：確定或驗算螺栓危險截面的尺寸（直徑）★其它部分的尺寸以及螺母、墊圈的尺寸是根據(jù)等強度條件確定的，通常不需進行強度計算。受拉螺栓受剪螺栓δ≠0δ＝0第18頁,共49頁，2024年2月25日，星期天一、

受剪螺栓聯(lián)接的強度計算★特點:①孔和桿之間無間隙，多用配合尺寸，能精確定位，但加工精度要求高。②加橫向載荷F后，靠擠壓和剪切承擔載荷。③主要失效形式為：壓潰、剪斷?！飶姸扔嬎悖簲D壓強度條件：剪切強度條件：hminssssdsds第19頁,共49頁，2024年2月25日，星期天工作時，螺栓受純拉伸，工作載荷為

F（N）?！：耸健O(shè)計計算式1、松螺栓聯(lián)接的強度計算★特點：裝配時，螺母不擰緊；★強度計算：二、受拉螺栓聯(lián)接的強度計算放映第20頁,共49頁，2024年2月25日，星期天5-8a（1）僅承受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接——普通螺栓聯(lián)接（受拉螺栓聯(lián)接）2、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(yù)緊力（預(yù)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(yù)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應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的作用。∵螺栓是塑性材料∴應(yīng)按第四強度理論求拉扭合成當量應(yīng)力：第21頁,共49頁，2024年2月25日，星期天★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(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)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)剪應(yīng)力的影響?！：耸剑?-9）——設(shè)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、

′=arctan0.17→

≈0.5

因此，當量應(yīng)力為：其中：第22頁,共49頁，2024年2月25日，星期天典型實例：壓力容器缸蓋上的螺栓聯(lián)接（2）承受預(yù)緊力和軸向靜載荷的緊螺栓聯(lián)接

★特點：裝配時，螺母需擰緊，螺栓受F′和M1作用;加載后，螺栓總拉力：FΣFpDF0=F′+F？★工作拉力F：F0≠F′+F第23頁,共49頁，2024年2月25日，星期天★受力變形分析：螺栓被聯(lián)接件無力無變形無力無變形受力F’變形δb受力F’變形δm變形δb＋Δδ

受力F+F”

變形δm－Δδ

受力F”

★因此，工作狀態(tài)下螺栓所受總拉力為：承受工作載荷后預(yù)緊后F′F′δmδbFFΔδ剩余預(yù)緊力F″+FF″+FF′F′預(yù)緊前F″F″Δδδm－Δδδb＋Δδ第24頁,共49頁，2024年2月25日，星期天★受力變形關(guān)系圖

（圖5-12）

F

b

mF

bF'

mF'

b

mF'

b

m

FFF″F0⊿

F－⊿F⊿F若Cb

和Cm

分別表示螺栓與被聯(lián)接件的剛度，則由圖可得：F0=F+F″F0=F'＋⊿F

F0=F′+KcFF′=F″+(1-Kc)FF″=F′-(1-Kc)F其中：

Kc—螺栓與被聯(lián)接件的相對剛度，與聯(lián)接的材料、結(jié)構(gòu)等有關(guān)。當螺栓與被聯(lián)接件均為鋼制時，一般僅決定于墊片的材料：金屬墊片Kc

=0.2～0.3；皮革墊片Kc=0.7；銅皮墊片Kc=0.8；橡膠墊片Kc=0.9。第25頁,共49頁，2024年2月25日，星期天◆有緊密性要求的聯(lián)接，取F”

=(1.5～1.8)F◆對不太重要的聯(lián)接:

若外載荷穩(wěn)定，取F”=（0.2～0.6）F

若外載荷有變動，取F”=（0.6～1.0）F

對地腳螺栓，取F”≥F★設(shè)計與計算①聯(lián)接不出現(xiàn)縫隙，應(yīng)滿足F”＞0②螺栓的強度條件：（5-15）（5-16）第26頁,共49頁，2024年2月25日，星期天（3）受軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接螺栓的載荷幅：螺栓的疲勞強度：第27頁,共49頁，2024年2月25日，星期天§7螺栓聯(lián)接件的許用應(yīng)力一般：Q235、Q275、35鋼、45鋼特殊用途：15Cr、40Cr◆螺栓的材料：σ0.2——試樣在拉伸過程中，標距部分殘余伸長達到原標距長度的0.2%時的負荷除以原橫截面積所得的應(yīng)力。第28頁,共49頁，2024年2月25日，星期天§7螺栓聯(lián)接件的許用應(yīng)力◆螺栓的許用拉應(yīng)力1、受靜載荷時：松螺栓聯(lián)接：S=1.2～1.7；緊螺栓聯(lián)接：S——查表5-7。2、受軸向變載荷時：第29頁,共49頁，2024年2月25日，星期天設(shè)計要點：◆對于重要的場合、不控制預(yù)緊力時，要求使用>M16螺栓?！粼O(shè)計時通常先估計d→查許用應(yīng)力→設(shè)計計算求出d1→取d→判斷是否與假設(shè)接近，否則須重新設(shè)d→查許用應(yīng)力→再進行計算，直至符合所設(shè)的d?！袈菟ǔ山M使用→受力最大的螺栓→單個螺栓計算→采用同一尺寸第30頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

§6螺紋組聯(lián)接的設(shè)計1．螺栓組受力分析的目的2．受力分析中的幾個假設(shè)條件3.螺栓組受力分析2)承受橫向載荷F∑3)承受轉(zhuǎn)矩T1)承受軸向載荷FZ4)承受傾翻力距M１）螺栓組中各螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同；２）螺栓組的對稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；３）假定底板為剛體，受載后聯(lián)接接合面仍舊保持為平面。主要是要找出螺栓組中受力最大的螺栓及其所受力的大小，為螺栓聯(lián)接的強度計算提供依據(jù)。第31頁,共49頁，2024年2月25日，星期天一、承受軸向載荷FZ

假設(shè)載荷在每個螺栓上均勻分配，則工作拉力F：需注意：①螺栓個數(shù)參考螺栓間距t0確定。②分布在同一圓周上的螺栓的數(shù)目，應(yīng)取成4、6、8等偶數(shù)，以便于在圓周上鉆孔時分度和畫線。pDt0第32頁,共49頁，2024年2月25日，星期天二、承受橫向載荷Fs∑μsF'①普通螺栓聯(lián)接Fs∑Fs∑假設(shè)螺栓組中的每個螺栓的預(yù)緊力F′都相同，并且由此而引起的摩擦力均集中在螺栓的中心。則zFs∑mKFs∑Fs∑②鉸制孔用螺栓聯(lián)接于是，有≥

假設(shè)載荷在每個螺栓上都是均勻分配，則K——可靠性系數(shù)，K=1.1～1.3第33頁,共49頁，2024年2月25日，星期天三、承受轉(zhuǎn)矩T①普通螺栓聯(lián)接r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8μsF'μsF'μsF'

μsF'

μsF'μsF'μsF'

μsF'μsF'

μsF'仍舊假設(shè)每個螺栓的預(yù)緊力均相同，于是有μsF'r1+μsF'r2+μsF'r3+……μsF'rz≥TK由此可得(5-23)第34頁,共49頁，2024年2月25日，星期天三、承受轉(zhuǎn)矩T②鉸制孔用螺栓聯(lián)接Fs4Fs10Fs1Fs2Fs3Fs5Fs6Fs7Fs8Fs9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，即變形全由螺栓承擔。

②螺栓組受后，剛性底座協(xié)調(diào)了各螺栓的變形量λsi，即由力的平衡：于是有：r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8即：③∵假定各螺栓的材料、直徑、長度均相同，∴它們的剪切剛度也相同，剪切剛度第35頁,共49頁，2024年2月25日，星期天三、承受轉(zhuǎn)矩T②鉸制孔用螺栓聯(lián)接Fs4Fs10Fs1Fs2Fs3Fs5Fs6Fs7Fs8Fs9

螺栓的受力大小Fsi與其到回轉(zhuǎn)中心的距離ri成正比，即由力的平衡：于是得r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8即：(5-24)第36頁,共49頁，2024年2月25日，星期天Moorirmax四、承受傾翻力距MFiFmax⑶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(yù)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(yù)緊力減?。┑?7頁,共49頁，2024年2月25日，星期天Moorirmax四、承受傾翻力距MFiFmax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)第38頁,共49頁，2024年2月25日，星期天幾點分析結(jié)論⒈實際應(yīng)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(fù)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彎矩確定螺栓的工作拉力；按橫向載荷與扭矩確定螺栓的預(yù)緊力；爾后確定螺栓的總拉力。⒊鉸制孔用螺栓應(yīng)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(fù)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。第39頁,共49頁，2024年2月25日，星期天§8提高螺栓聯(lián)接強度的措施一、改善螺紋牙上載荷分布不均現(xiàn)象⑴載荷分配不均現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因⑵改善措施①懸掛螺母；②環(huán)槽螺母；③內(nèi)斜螺母；④組合螺母（環(huán)槽與內(nèi)斜組合等）。第40頁,共49頁，2024年2月25日，星期天二、降低應(yīng)力幅⑴降低螺栓的剛度⑵提高被聯(lián)接件的剛度具體措施：①使用空心螺栓；②減小螺栓直徑；在螺母下面假裝彈性元件可達相同效果具體措施：①合理設(shè)計聯(lián)接的結(jié)構(gòu)；②避免在被聯(lián)接件接合面上使用剛性小的墊片；③在被聯(lián)接件接合面間加裝剛性大的墊片Ｆ'ＦＦ０Ｆ"ＦＦ０Ｆ"Ｆ'ＦＦ０Ｆ"Ｆ"ＦＦ０第41頁,共49頁，2024年2月25日，星期天F′F′三、減少附加彎曲應(yīng)力凸臺魚眼坑第42頁,共49頁，2024年2月25日，星期天例題：第43頁,共49頁，2024年2月25日，星期天（二）螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計①力求對稱布置，以使接合面受力均勻②分布在同一圓周上的螺栓數(shù)應(yīng)為３、４、６、８等易于分度的數(shù)目，以利劃線鉆孔③盡量使螺栓受力合理、均勻