第六章 螺紋連接.ppt

1、第六章 螺紋聯(lián)接,60 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(gòu)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,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(nèi)螺紋在圓柱孔的內(nèi)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(xì)牙螺紋同樣的公稱直徑下，螺距最小，自鎖性好，適于薄壁細(xì)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（n2）用于傳動

2、,二、螺紋的類型,1）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(nèi)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(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱 面的直徑，d20.5(d+d1),三、螺紋的主要參數(shù),4）螺 距 P 相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點間 的軸向距離 5）導(dǎo)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(yīng)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n4 螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：S=nP,7）螺旋升角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 螺紋軸向平

3、面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角 9）牙型斜角螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角,61 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(受拉螺栓連接)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(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，可多個裝拆，應(yīng)用較廣。,b) 精密螺栓聯(lián)接(受剪螺栓聯(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,2、雙頭螺柱聯(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)

4、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,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(yīng)的缺口中以固定零件的相對位置。可傳遞不大的軸向力或扭矩。,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(biāo)準(zhǔn)六角頭，大六角頭, 內(nèi)六角 鉸制孔螺栓螺紋部分直徑較小螺母,4）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

5、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,5）螺母 六角螺母：標(biāo)準(zhǔn)，扁，厚,圓螺母+止退墊圈帶有缺口，應(yīng)用時帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊,6）墊圈,62 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松,一、預(yù)緊,預(yù)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(yù)緊力F預(yù)先軸向作用力（拉力）,螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接在裝配時不擰緊，只承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(yù)先受力，預(yù)緊力F,預(yù)緊過緊擰緊力F過大，螺桿靜載荷增大

6、、降低本身強度 過松擰緊力F過小，工作不可靠,扳手?jǐn)Q緊力矩T=FtL,擰緊時螺母：T=T1+T2 T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,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M10M14,預(yù)緊力F的控制： 測力矩板手測出預(yù)緊力矩，如左圖 定力矩板手達(dá)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(yù)緊前后螺栓伸長量精度較高,二、螺紋防松,1、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(fù)作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進(jìn)

7、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,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,3）永久防松：端鉚、沖點、點焊 4）化學(xué)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,63 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(shè)計計算方法，則失效形式是設(shè)計計算依據(jù)

8、和出發(fā)點。,1、失效形式,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,靜載荷螺栓聯(lián)接：,靜載荷螺栓聯(lián)接：多數(shù)為疲勞失效,受拉螺栓：設(shè)計準(zhǔn)則為保證螺栓的拉伸強度 受剪螺栓：設(shè)計準(zhǔn)則為保證螺栓的擠壓強度和剪切強度,2、設(shè)計計算準(zhǔn)則與思路,、松螺栓聯(lián)接,如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無F，只有工作載荷F起拉伸作用,強度條件為：,驗算用,設(shè)計用,d1螺桿危險截面直徑（mm） 許用拉應(yīng)力 N/mm2 (MPa),、受拉螺栓聯(lián)接,、緊螺栓聯(lián)接工作前有預(yù)緊力,工作前擰緊，在擰緊力矩T作用下：,預(yù)緊力產(chǎn)生拉伸應(yīng)力,螺紋摩擦力矩T1產(chǎn)生剪應(yīng)力,復(fù)合應(yīng)力狀態(tài):,接第四強度理

9、論：, 強度條件為：,式中：F 預(yù)緊力（N） 1.3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(fù)合應(yīng)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,（1）、受橫向載荷的受拉緊螺栓聯(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：,us 接縫面間的摩擦系數(shù) m接縫界面數(shù)目 Kf防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)） Kf=1.11.3,強度條件驗算公式：,設(shè)計公式：,分析：由上式可知，當(dāng)us=0.2,m=1,Kf=1則F=5FR，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

10、,為增加可靠性，減小直徑，簡化結(jié)構(gòu)，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,（2）、軸向載荷受拉緊螺栓聯(lián)接強度計算,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,工作原理：靠螺桿抗拉強度傳遞外載F,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， F0=？,分析：,圖1，螺母未擰緊螺栓螺母松馳狀態(tài),圖，擰緊預(yù)緊狀態(tài) 凸緣壓2F 栓桿 拉 1 F,圖3，加載F后工作狀態(tài),栓桿繼續(xù)拉,凸緣 放松 ,殘余預(yù)緊力,總載, 作圖，為了更明確以簡化計算（受力變形圖） 設(shè)：材料變形在彈性極限內(nèi)，力與變形成正比,單個緊螺栓聯(lián)接

11、受力變形圖,擰緊螺母時,螺栓與被聯(lián)接件的力與變形,將上兩圖合并：,從圖線可看出，螺栓受工作載荷F時，螺栓總載荷：,變形協(xié)調(diào)條件：,凸緣壓力減量,變形縮小 ,栓桿拉力增量,變形放大,變形協(xié)調(diào)條件,由圖可知，螺栓剛度：,被聯(lián)接件剛度：,靜力平衡條件：,對殘余預(yù)緊力的要求，為保證受載后接合面聯(lián)接的緊密性應(yīng)使,的取法: F =（1.51.8）F有密封要求 一般聯(lián)接 F =（0.20.6）F 載荷穩(wěn)定 F =（0.61.0）F 載荷不穩(wěn)定 FF 地腳螺栓聯(lián)接,稱螺栓相對于聯(lián)接的剛度，稱螺栓的相對剛度,F 部分工作載荷,討論：,） 最不利的情況,） 最理想的情況,）不允許的情況有縫隙存在，漏氣,）降低螺栓

12、受力的措施：,a) 必須采用剛度小螺栓（空心、加長、細(xì)頸） b) 加硬墊片或直接擰在凸緣上均可提高強度,）為聯(lián)接緊密、不漏氣，要求,6）計算時可根據(jù)已知條件選擇其一進(jìn)行計算,a）軸向靜力緊螺栓聯(lián)接強度計算,靜力F不變，F(xiàn)0為靜力，但考慮補充擰緊防斷,強度條件驗算公式：,設(shè)計公式：,b）軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算,分析：當(dāng)工作載荷，由0F,螺栓總載，由FF0,當(dāng)驗算不滿足時措施：,b) 最好改善結(jié)構(gòu)、降低應(yīng)力集中。包括：工藝、結(jié)構(gòu)、制造、C2C1，適當(dāng)提高F等綜合措施,a),二、受剪螺栓聯(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(jìn)行工作,螺栓的剪切強度

13、條件為：,螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強度條件為：,，,FS 橫向載荷（N） d螺桿或孔的直徑（mm） hmin 被聯(lián)接件中受擠壓孔壁的最小長度（mm），如圖所示 螺栓許用剪應(yīng)力，MPa，,，,螺栓或被聯(lián)接件中較弱者的許用擠壓應(yīng)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,三、螺栓材料,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Bmin和屈服極限Smin,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(yīng)低于螺栓材料的強度級別，螺母的硬度稍低

14、于螺栓的硬度（均低于2040HB）,64 螺栓組聯(lián)接的設(shè)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(shè)計和受力分析。它是單個螺栓計算基礎(chǔ)和前提條件。 螺栓組聯(lián)接設(shè)計的順序選布局、定數(shù)目、力分析、設(shè)計尺寸,一、結(jié)構(gòu)設(shè)計原則,1、布局要盡量對稱分布，栓組中心與聯(lián)接結(jié)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(dāng)靠接縫邊緣布局，否則受力太不均,3、合理間距，適當(dāng)邊距，以利用扳手裝拆,4、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

15、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,前提（假設(shè)）： 被聯(lián)接件為剛性不變形，只有地基變形。 各螺栓材料、尺寸、擰緊力均相同 受力后材料變形在彈性范圍內(nèi) 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=Fa/Z Fa軸向外載 Z螺栓個數(shù),(受拉螺栓),2、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 FS=FR/Z,

16、(受拉螺栓,受剪螺栓),3、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(yù)緊力為,聯(lián)接件不產(chǎn)生相對滑動的條件為：,(受拉螺栓,受剪螺栓),b)鉸制孔螺栓聯(lián)接組,由變形協(xié)調(diào)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(shè)板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應(yīng)變與半徑成正比。在材料彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比,由靜平衡條件,4、受傾覆（縱向）力矩螺栓組聯(lián)接,特點：M在鉛直平面內(nèi)，繞O-O回轉(zhuǎn)，只能用普通螺栓，取板為受力對象，由靜平衡條件,設(shè)單個螺栓工作載荷為Fi,(受拉螺栓),螺栓桿不

17、拉斷的條件,設(shè)計公式,驗算公式,右側(cè)不壓潰條件（被聯(lián)接件）,F 作用下接合面的擠壓應(yīng)力,M作用下接合面的擠壓應(yīng)力,左側(cè)不開縫的條件,若受有橫向載荷FH，板不滑動條件為：,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(jìn)行強度計算即可,說明：工程中受力情況很復(fù)雜，但均可轉(zhuǎn)化為四種典型情況進(jìn)行解決。 計算公式在對稱分布情況下推導(dǎo)，但不對稱也可以用 取轉(zhuǎn)軸不同，公式計算精度不同。,總設(shè)計思路：螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計（布局、數(shù)目）螺栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、

18、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(shè)計（求d1標(biāo)準(zhǔn)）全組采用同樣尺寸螺栓（互換的目的）,65 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(jié)構(gòu)、尺寸、工藝、螺紋牙間、載荷分布、應(yīng)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(yīng)變最大，應(yīng)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(diào)性，以緩和矛盾,a) 懸置螺母 b) 環(huán)槽螺母

19、c)內(nèi)斜螺母 d)環(huán)槽內(nèi)斜,二、降低螺栓應(yīng)力幅,1、降低螺栓剛性,抗疲勞強度得到提高，可用豎心桿、細(xì)長桿、柔性螺栓聯(lián)接,2、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,3、同時使用C1,C2同時適當(dāng)增加F,理想方法,三、減小應(yīng)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(jié)構(gòu)。（圖3）,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3040% 2）冷作硬化，表層有殘余應(yīng)力（壓）、氰化、氮化、噴丸等可提高疲勞強度 3）熱處理后再進(jìn)行滾壓螺紋，效果更佳，強度提高70100 %，此法具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗功能

20、 4）控制單個螺距誤差和螺距累積誤差,66 螺旋傳動,一、螺旋傳動的類型、特點與應(yīng)用,1、應(yīng)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(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動或動力。,2、傳動形式： a)螺桿轉(zhuǎn)螺母移 b)螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺母固定）用得多 c) 螺母轉(zhuǎn)螺桿移 d) 螺母又轉(zhuǎn)又移（螺桿固定）用得少 圖.,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(dǎo)螺旋機床進(jìn)給絲杠傳遞運動和動力 特點：速度高、連續(xù)工作、精度高 3）調(diào)整螺旋機床、儀器及測試裝置中的微調(diào)螺旋。 特點：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動,3、螺旋傳動類型,螺旋傳動按摩擦性質(zhì)分：,1、滑動螺旋：構(gòu)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（3040%）傳動精度低,2、滾動螺旋傳動摩擦性質(zhì)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(dāng)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(nèi)循環(huán)、外循環(huán)兩種,特點：傳動效率高（可達(dá)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?缺點：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差