螺蚊联接1(第6章)

1、1 联接是指被联接件与联接件的组合。常联接是指被联接件与联接件的组合。常 见的机械联接有两类：见的机械联接有两类： 一是机械一是机械动联接动联接，如运动副；，如运动副； 二是机械二是机械静联接静联接，本章所学习内容是机械静，本章所学习内容是机械静 联接问题。联接问题。 不可拆联接不可拆联接 装拆方便，多次装拆无损于装拆方便，多次装拆无损于 使用性能。如使用性能。如螺纹联接、键联螺纹联接、键联 接、销联接接、销联接 在拆开联接时会损坏联接在拆开联接时会损坏联接 中的零件或使用性能。如中的零件或使用性能。如焊焊 接、铆接、粘接接、铆接、粘接 概概 述述 可拆联接可拆联接 （永久性联接）（永久性联接

2、） 2 联接的目的联接的目的 便于机器的制造、安装、运输、维修便于机器的制造、安装、运输、维修 以及提高劳动生产率。以及提高劳动生产率。 学习目标学习目标 熟悉机器联接中常用的各种联接件的熟悉机器联接中常用的各种联接件的 结构、类型、性能和应用场合，掌握设计结构、类型、性能和应用场合，掌握设计 理论和选用方法。理论和选用方法。 3 第六章 螺纹联接 1 螺 纹 第二篇 联 接 如用一个三角形K沿螺旋线运 动并使K平面始终通过圆柱体轴线 YY-这样就构成了三角形螺纹。同 样改变平面图形K，可得到矩形、 梯形、锯齿形、管螺纹 一、螺纹的形成 y y K dd L y y K dd L y y K

3、dd L y y K dd L 4 按牙型: 三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹 按位置： 内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹 三角形螺纹： 粗牙螺纹用于紧固件 细牙螺纹同样的公称直径下，螺距最小， 自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等 根据螺旋线绕行方向： 左旋如图 右旋常用 根据螺旋线头数： 单头螺纹（n=1）用于联接 双头螺纹（n=2）如图 多线螺纹（n2）用于传动 二、螺纹的类型 5 内 螺 纹 外 螺 纹 P d1 d2 d 60 内 螺 纹 外 螺 纹 P d1 d2 d 60 内 螺 纹 外 螺 纹 P d1 d2 d

4、60 内 螺 纹 外 螺 纹 P d1 d2 d 60 外 螺 纹 内 螺 纹 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 P d1 d2 d 30 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 30 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 30 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 30 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 P 3 30 内 螺 纹 外 螺 纹 d1 d2 d P 3 30 内 螺 纹 外 螺 纹 d1 d2 d P 3 30 内 螺 纹 外 螺 纹 d1 d2 d P 3

5、 30 内 螺 纹 外 螺 纹 d1 d2 d 锯齿形螺纹 三角形螺纹矩形螺纹 梯形螺纹 6 1）外径（大径）d（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，亦称公称直径 2）内径（小径）d1(D1) 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径 3）中径d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱 面的直径，d20.5(d+d1) 三、螺纹的主要参数 d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L

6、h 7 4）螺 距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离 5）导程（S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线 上的对应两点间的轴向距离 6）线 数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：s=nP d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h 8 7）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角 8）牙型角 螺纹轴向平面内

7、螺纹牙型两侧边的夹角 9）牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角 2 2 / d nP arctgdarctgL d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h 9 1 1、将螺纹轴线竖、将螺纹轴线竖 直放置，螺旋线直放置，螺旋线自自 左向右左向右逐渐逐渐升高升高的的 是是右旋右旋螺纹。反之螺纹。反之 也成立。也成立。 2 2、从端部沿轴线从端部沿轴线 看去，当螺纹看去，当螺纹顺时顺

8、时 针针方向方向旋转旋转为为旋进旋进 时，此螺纹为时，此螺纹为右旋右旋 螺纹。螺纹。 左旋左旋 右旋右旋 旋向判断方法：旋向判断方法： 10 双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹 11 一、一、矩形螺纹矩形螺纹 二、二、非矩形螺纹非矩形螺纹 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁 三、三、螺旋副效率螺旋副效率 12 一、矩形螺纹一、矩形螺纹（ =0=0) ) 1、螺纹受力分析、螺纹受力分析 摩擦角摩擦角： 滑块在水平面上，受到外力滑块在水平面上，受到外力R（F+Fa）作用，）作用， 同时还受到法向反力同时还受到法向反力Fn与摩擦力与摩擦力Ff的作用，令法的作用，令法 向反力与摩擦

9、力的总反力为向反力与摩擦力的总反力为Fr，则，则Fr与与Fn方向之方向之 间所夹的锐角间所夹的锐角被称为被称为摩擦角摩擦角。 Fn Fr Ff R Fa F tg= Ff /Fn； Ff = Fntg= Fnf f = tg称为摩擦系数。称为摩擦系数。 13 Fa F Fn Fr f Fn （1）把螺旋副在）把螺旋副在力矩力矩和和轴向载荷轴向载荷作用下的运动，作用下的运动， 看看 成作用在中径的水平力推动滑块沿螺纹运动。成作用在中径的水平力推动滑块沿螺纹运动。 （2）将矩形螺纹沿中径）将矩形螺纹沿中径d2展开得一斜面。展开得一斜面。 图中图中为螺旋升角，为螺旋升角， Fa为轴向载荷，为轴向载荷

10、， F为水平推力，为水平推力，Fn为法向反力，为法向反力， Ff为为 摩擦力，摩擦力， f为摩擦系数，为摩擦系数，为为摩擦角，摩擦角， 法向反力法向反力Fn与摩擦力与摩擦力Ff的的总反力为总反力为Fr 。 14 F= Fa tg (+ ) （3）其受力状况可以理解为：）其受力状况可以理解为： 作用在滑块上作用在滑块上F为一驱动力，轴向载荷为一驱动力，轴向载荷 Fa为为 一阻力，总反力为一阻力，总反力为Fr 。 Fa F Fn Fr f Fn v 若使滑块等速沿斜面上 升，滑块所受三力平衡： 可得： + Fa F Fr F +Fa +Fr=0 拧紧时：拧紧时： 那么转动螺纹所需要的转矩： T1=

11、 Fd2/2= tg (+ )d2 Fa/2 15 螺母旋转一周所需的输入功为：W1=2T1 因此螺旋副的效率为： 此时螺母上升一个导程S，其有效功为W2=FaS =W2W1= tg / tg (+ ) 16 F= Fa tg ( - ) 松开时：松开时： 相当于使滑块等速沿斜相当于使滑块等速沿斜 面面下滑下滑，轴向载荷轴向载荷 FaFa 变为驱动力，变为驱动力， F F变为维变为维 持持滑块等速运动所需的滑块等速运动所需的 平衡力。平衡力。 Fa F Fr f Fn v Fn F Fr Fa - 可得： 17 F= Fa tg ( - ) （1） - 0， ， F 0 分析： 说明滑块在重力

12、作用下下滑，必须给以止动力，说明滑块在重力作用下下滑，必须给以止动力， 防止加速下滑。防止加速下滑。 （2） - 0， ， F 0 说明滑块说明滑块不能不能在重力作用下下滑。这一现象称在重力作用下下滑。这一现象称 为为自锁自锁现象现象。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。 2、螺纹、螺纹自锁自锁： 18 19 二、非矩形螺纹二、非矩形螺纹（ =0=0) ) 三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹 1、螺纹受力分析：、螺纹受力分析： 唯一差别是：唯一差别是： 法向力比矩形螺纹大。法向力比矩形螺纹大。 （忽略升角（忽略升角的影响）的影响）

13、20 fF cos a n F F 这时这时螺纹的螺纹的摩擦阻力为：摩擦阻力为： 在在Fa的作用下，法向反力比矩形螺纹大为：的作用下，法向反力比矩形螺纹大为： f nfF a F f cos f Fa cos f 称为当量摩擦系数称为当量摩擦系数 称为当量摩擦角称为当量摩擦角 cos tg f 这时把法向力的增加看成摩擦系数的增加。这时把法向力的增加看成摩擦系数的增加。 a Ff 为牙型斜角为牙型斜角 21 用用f 取代取代f，用，用取代取代，就可像矩形螺纹那样对，就可像矩形螺纹那样对 非矩形螺纹进行受力分析非矩形螺纹进行受力分析 上升：上升： F= Fa tg (+ ) 下滑：下滑： F=

14、Fa tg (- ) 2、螺纹、螺纹自锁自锁条件为：条件为： F 地脚螺栓联接 53 讨论： ） 最不利的情况 ) 1( CPmb KFQQCC )0( CPmb KQQCC ） 最理想的情况 ）不允许的情况有缝隙存在，漏气 FkQQ cpP 0即 ）降低螺栓受力的措施： a) 必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈） b) 加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高强度 ）为联接紧密、不漏气，要求 cpP KFQQ1 0即 54 a）轴向静力紧螺栓联接强度计算 静力F不变，Q为静力，但考虑补充拧紧防断 强度条件验算公式： 4 3 . 1 2 1 d Q ca 43 . 1 1 d 设计公式： b）轴向变

15、载荷紧螺栓联接强度计算 分析：当工作载荷，由0F 2 1 max 4 d Q Q 螺栓总载，由QpQ QP 2 1 min 4 d Q Q P p 部分载荷，由0F0 2 1 2 1 2 4 1 2/ 2d FK d FF C a 55 变形 力 时间 Q Qp Qp F F b m 螺栓中总拉力的变化 3、当验算不满足时措施： a dd 1 b) 最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、 制造、CmCb，适当提高QP等综合措施 m c a) 56 三、螺栓材料与许用应力计算 1、材料 螺母、螺栓强度级别： 1）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此乃强度级别 2）所依据机械性能为抗拉

16、强度极限Bmin和屈服极限Smin 螺栓级别: 带点数字表示 ， 点前数字为100/ minB 点后数字为 minmin /10 Bs 螺母级别: 100/ minB 注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺 母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB） 57 2、许用应力 许用拉应力： n S 已知：不控制QP的紧螺栓联接，易过载。 设计时应取较大的安全系数。控制预紧力时可取较小的安 全系数n。 显然n，与d 有关。 设计时，先假设d，进行试算，选取一安全系数进行计算， 计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直径所属范 围内即可，否则需重新进行估算。试算法 58 5 螺栓组联

17、接的设计与受力分析 工程中螺栓皆成组使用，单个使用极少。因此，必须研究 栓组设计和受力分析。它是单个螺栓计算基础和前提条件。 螺栓组联接设计的顺序选布局、定数目、力分析、设 计尺寸 一、结构设计原则 1、布局要尽量对称分布，栓组中心与联接结合面形心重合 （有利于分度、划线、钻孔），以受力均匀 2、受剪螺栓组（铰制孔螺栓联接）时，不要在外载作用方向布 置8个以上，螺栓要使其受力均匀，以免受力太不均匀，但 弯扭作用螺栓组，要适当靠接缝边缘布局，否则受力太不均 3、合理间距，适当边距，以利用扳手装拆 59 4、避免偏心载荷作用 a）被联接件支承面不平突起 b）表面与孔不垂直 c）钩头螺栓联接 防偏载

18、措施：a）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片 二、螺栓组受力分析 目的求受力最大载荷的螺栓 60 前提（假设）： 被联接件为刚性不变形，只有地基变形。 各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同 受力后材料变形在弹性范围内 接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面 1、受轴向载荷螺栓组联接 单个螺栓工作载荷为： F=P/Z P轴向外载 Z螺栓个数 P D p 61 2、受横向载荷的螺栓组联接 特点：普通螺栓，铰制孔用螺栓皆可用，外载垂直于螺栓 轴线、防滑 普 通 螺 栓 受拉伸作用 铰制孔螺栓受横向载荷剪切、挤压作用。 单个螺栓所承受的横向载荷相等 R=R/Z RR RR 62 3、受横向扭

19、矩螺栓组联接 （1）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷 rZ T R （2）矩形接合面 a)普通螺栓联接 O fQp T ri fQp T O Fmax rmax ri Fi 由静平衡条件0T TKTrfQrfQfQr SZPPP 21 Z i i S Z S P rf TK rrrf KT Q 1 21 )( 则各个螺栓所需的预紧力为 联接件不产生相对滑动的条件为： 63 O fQp T ri fQp T O Fmax rmax ri Fi b)铰制孔螺栓联接组 由变形协调条件可知，各个 螺栓的变形量和受力大小与其中 心到接合面形心的距离成正比 TrR r R r R r R Z i ii Z

20、 Z 1 2 2 1 1 由假设板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪 应变与半径成正比。在材料弹性范围内，应力与应变成正比 ii i r r R R r R r R max max max max 1 由静平衡条件 0T TrRrRrR ZZ 2211 Z i i r rT R 1 2 max max 64 例：图示为某减速装置的组装齿轮，齿圈为45钢，= 355MPa，齿芯 为铸铁HT250，用6个8.8级M6的铰制孔用螺栓均布在D0=110mm的圆 周上进行联接，有关尺寸如图所示。试确定该联接传递最大转矩 Tmax。 解：1) 按剪切强度条件计算单个螺栓的许用剪力FS mmd7 0 MP

21、a S 640 5 . 2S 根据M6铰制孔用螺栓查得 ；螺栓的屈服极限 ；查表取 ；则螺栓材料的许用剪应力为 MPa S S 256 5 . 2 640 N d FS9847 4 725614. 3 4 22 0 65 2) 按剪切强度计算螺栓组的许用转矩T： NmNmm ZDF T S 51.32493249510 2 11069847 2 0 3）计算许用挤压应力 P MPa S 640 25. 1S 螺栓为8.8级， ，取 ，螺栓材料的许用挤压应力为 MPa S S 512 25. 1 640 MPa B 2505 . 2S 轮芯材料为铸铁HT250，强度极限 ，取，许用挤压应力为：

22、MPa S B 100 5 . 2 250 轮芯材料较弱，以MPa P 100计算转矩。 4) 按挤压强度条件计算单个螺栓的许用剪力FS 66 由图，mmL9 min ，则： NhdF pS 630010097 min0 5) 按挤压强度条件计算螺栓组的许用转矩T NmNmm ZDF T S 20792079000 2 11066300 2 0 综上，此螺栓组所传递的最大转矩NmT2079 max 。 67 例例：如图钢板厚度：如图钢板厚度=16mm=16mm 用用 两个铰制孔用螺栓固定在两个铰制孔用螺栓固定在 机架上，机架上，F=5000NF=5000N，其它尺寸，其它尺寸 如图。板和机架材

23、料均为如图。板和机架材料均为 Q235Q235。 试：（试：（1 1）分析铰制孔用螺栓的）分析铰制孔用螺栓的 失效形式失效形式 ； （2 2）分析铰制孔用螺栓的受力）分析铰制孔用螺栓的受力 （3 3）按强度设计铰制孔用螺栓）按强度设计铰制孔用螺栓 的直径的直径 （4 4）若用普通螺栓，计算螺栓）若用普通螺栓，计算螺栓 的直径（的直径（S S=0.2=0.2，k kf f=1.1=1.1） 68 NmmMNF 6 105 . 15000 NF N a M FN F F S TF 790675002500 75002500 2 22 4/ 2 0 d F S mm F d MPa S S s 24

24、.10 96 790644 96 5 . 2 240 0 69 粗选粗选d=10d=10，d d0 0=11mm=11mm的的 六角头六角头 铰制孔用螺栓，螺母铰制孔用螺栓，螺母d=10d=10，H=8H=8。 根据机架，板厚及螺母根据机架，板厚及螺母H H选用选用 l=100l=100（l l3 3=82=82， l l2 2=2=2） 选用两个选用两个M10M10100 GB27-88100 GB27-88六角六角 头铰制孔用螺栓。头铰制孔用螺栓。 MPa d F MPa S S p s p 9 .59 1211 7906 192 25.1 240 min0 按挤压强度校核按挤压强度校核

25、mm121870100 min 70 N Fk F S Sf 43483 2 .0 79061 .1 MPa S mm F d s 120 2 240 5 .24 120 434833 . 143 . 14 1 选用两个选用两个M30M30（d d1 1=26.21=26.21）的六角螺栓。）的六角螺栓。 小结小结：受复合载荷螺栓，其合力按向：受复合载荷螺栓，其合力按向 量相加；铰制孔用螺栓比普通螺栓尺寸量相加；铰制孔用螺栓比普通螺栓尺寸 小很多小很多。 71 4、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接 Lm a x Li QpQp p Q1 p2 Q2 M M p1 O O O xx Lm a x L

26、i QpQp p Q1 p2 Q2 M M p1 O O O xx 特点：M在铅直平面内， 绕O-O回转，只能用普通 螺栓，取板为受力对象， 由静平衡条件 设单个螺栓工作载荷为Fi MLFLFLF ZZ 2211 )( 1max max max 1 1 LL L F const L F L F i i 这里 t i i L ML FF 1 2 max 1max )( 即 72 螺栓杆不拉断的条件 4 3 . 1 2 1 max d Q ca 43 . 1 max 1 Q d 设计公式 验算公式 右侧不压溃条件（被联接件） QP作用下接合面的挤压应力 A ZQP QP M作用下接合面的挤压应力

27、W M M maxP P MQPP W M A ZQ Lm a x Li QpQp p Q1 p2 Q2 M M p1 O O O xx 73 左侧不开缝的条件 0 min W M A ZQP MQPP 若受有横向载荷PH，板不滑动条件为： HSHVCP PKPPKZQf)( )( 1 VC HS P PK f PK Z Q mb m C CC C K 被联接件相对刚度 实际使用中螺栓组联接所受的载荷是以上四种简单受力状 态的不同组合。计算时只要分别计算出螺栓组在这些简单受力 状态下每个螺栓的工作载荷，然后按向量叠加起来，便得到每 个螺栓的总工作载荷，再对受力最大的螺栓进行强度计算即可 74

28、说明：工程中受力情况很复杂，但均可转化为四种典型情况 进行解决。 计算公式在对称分布情况下推导，但不对称也可以用 取转轴不同，公式计算精度不同。 总设计思路：螺栓组结构设计（布局、数目）螺栓组受力 分析（载荷类型、状态、形式）求单个螺栓的最 大工作载荷（判断哪个最大）按最大载荷的单个 螺栓设计（求d1标准）全组采用同样尺寸螺栓 （互换的目的） 75 6 提高螺栓联接强度的措施 影响联接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、 螺纹牙间、载荷分布、应力幅度、机械性能，而螺栓联接的强 度又主要取决于螺栓的强度。 一、改善螺纹牙间载荷分布不均状况 Q 工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压 缩短，伸与缩

29、的螺距变化差以紧靠支承面 处第一圈为最大，应变最大，应力最大， 其余各圈依次递减，旋合螺纹间的载荷分 布如图所示。所以采用圈数过多的加厚螺 母，并不能提高联接的强度。 办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾 76 a) 悬置螺母 b) 环槽螺母 c)内斜螺母 d)环槽内斜 1 01 5 1 01 5 二、降低螺栓应力幅 1、降低螺栓刚性 F2 b2 b1 Qp Q2 m Qp2 Qp1 F F F1 Q1 抗疲劳强度得到提高，可用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接 77 2、增大凸缘刚性 b Qp Q2 F2 Qp2 m2 Qp1 F1 Q1 m1 F F 提高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度

30、垫片或直接拧在铸铁 78 三、减小应力集中的影响 d r d r 0.51.0 d r2 h r1 r= 0.2dr0.2d r10.15d ; r21.0d ; h0.5d ; 1）加大过渡处圆角(图1) 2）改用退刀槽 3）卸载槽，(图2) 4）卸载过渡结构。（图3） 79 四、采用合理的制造工艺 1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高3040% 2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等 可提高疲劳强度 3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度提高70100 % ，此法具有优质、高产、低消耗功能 4）控制单个螺距误差和螺距累积误差 80 五、避免或减小附加弯曲应力五、

31、避免或减小附加弯曲应力 （a a）承压面倾斜（）承压面倾斜（b b）被联接件变形太大）被联接件变形太大 引起附加应力的原因引起附加应力的原因 (a)(a)采用球面垫圈（采用球面垫圈（b b）采用斜垫圈（）采用斜垫圈（c c）采用凸台（）采用凸台（d d）采用沉头座（）采用沉头座（e e）采用环腰）采用环腰 使栓杆减免弯曲应力的措施使栓杆减免弯曲应力的措施 81 例：例： 用两个用两个4.6级普通螺栓固定一块钢板，板上一端作用着向级普通螺栓固定一块钢板，板上一端作用着向 下的载荷下的载荷F=200N。板与固定件之间的摩擦系数。板与固定件之间的摩擦系数f=0.15， 螺栓屈服极限螺栓屈服极限s=2

32、40MPa，安全系数，安全系数S=4，选择螺栓直，选择螺栓直 径。径。 a=100L1=800 F 82 解： 在图示的结构中,两螺栓左右排列,将外 载荷F向螺栓组中心简化 a=100L1=800 L=850 Fy F2F1 TZ 横向力Fy=F=200N 转矩TZ=FL=170000Nmm 83 由此可得两螺栓所受的横向力由此可得两螺栓所受的横向力 N a T F F Z y 1800 2 1 N a T F F Z y 1600 2 2 按F1进行强度计算，并取可靠性系数C=1.2，得螺栓所受轴向预紧力 N f FC Fa14400 15. 0 18002 . 1 1 许用应力许用应力 a

33、 S MP S 60 4 240 计算螺栓小径计算螺栓小径 mm F d a 9 .19 60 144003 . 143 . 14 1 取取M24螺栓，其小径螺栓，其小径20.752满足要求。满足要求。 84 7 螺旋传动 一、螺旋传动的类型、特点与应用 1、应用 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求 的。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回 转运动，同时传递运动或动力。 2、传动形式： a)螺杆转螺母移 b)螺杆又转又移（螺平固定）用得多 c) 螺母转螺杆移 d) 螺母又转又移（螺杆固定）用得少 85 按用途分三类： 1）传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋 特点：低速

34、、间歇工作，传递轴向力大、自锁 2）传导螺旋机床进给汇杠传递运动和动力 特点：速度高、连续工作、精度高 3）调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。 特点：是受力较小且不经常转动 3、螺旋传动类型 螺旋传动按摩擦副的性质分： 1、滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方 便、传动平稳、工作可靠、易于自锁 缺 点 ：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移）， 摩擦损耗大，传动效率低（3040%）传动精度低 86 2、滚动螺旋传动摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是 在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填 若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动 体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方

35、式有： 内循环、外循环两种 返 回 通 道 螺 母滚 珠 螺 杆 反 向 器 特点：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵 活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆 运动效率相同，可实现逆传动。 缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂， 制造工艺要求高，成本较高。 87 3、静压螺旋液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压 力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、 螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开 p1 p2 进油 回油 节 流 器 h1 h2 Fa 油腔 螺旋面 Fr B C A 特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现象，定位 精度高，磨损小，寿命长。但螺母结构

36、复杂（需密 封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机 床中进给和分度机构 88 二、滑动螺旋的设计计算 1、结构与材料 千斤顶典型结构 3 4 5 6 7 8 9 1 2 1- 托 杯 ；2- 螺 钉 ；3- 手 柄 ；4- 挡 环 ；5- 螺 母 ； 6- 紧 定 螺 钉 ；7- 螺 杆 ；8- 底 座 ；9- 挡 环 2、耐磨性计算 滑动螺旋中磨损是最主要的一种失 效形式，它会引起传动精度下降，空 间大，并使强度下降。 磨损的影响因素：工作面的比压， 螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态 所以耐磨性计算主要限制螺纹工作 面上比压P要求小于材料的许用比压 当速度相同时，比压大，磨损量大 润

37、滑油不被挤出，易形成油膜润滑 89 耐磨性条件： / 22 P hHd QP hd uQ A uQ P 设计公式： 2 Ph QP d 2、自锁性验算 v d np arctg d L arctg 22 3、螺杆的强度计算 螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）Q与扭矩T的 作用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用 按弯扭复合强度条件计算第四强度理论 )()(3 2222 T ca W T A Q 90 4、螺母的螺纹牙强度计算 由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，因此螺纹 牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处展 开，即可视为一悬壁梁，每圈螺纹承受的平均压力Q/u作用在 中径

38、d2的圆周上。 b a a Q/u D D2 螺纹牙根部危险剖面的弯 曲强度条件为： bb uDb Ql W M 6 2 剖面 -的剪切强度条件为： Dbu Q 91 5、螺杆的稳定性计算 当螺杆较细长且受较大轴向压力时，可能会双向弯曲而 失效，螺杆相当于细杆，螺杆所承受的轴向压力Q小于其临 界压力Qca S Ca SC n Q Q n nS螺杆稳定许用安全系数 传导螺旋nS =2.54.0；传力螺旋 nS =3.55.0； 精密螺杆或水平螺杆 nS 4 92 D d h 6 0 d B A 60 EE CC 93 H H 用加高螺母 用普通螺母 94 受任意载荷螺栓组 向形心简化 四种简单状

39、态 迭加 受载最大螺栓 按单个计算 例2、图示底板用8个螺栓与支架相连，受外力Q作用，Q作用于 包含X轴并垂直于底板接缝面，试计算此螺栓组联接。 （=30） 95 解：解： （一）受力分析（一）受力分析 Q QH QH=Qcos QV QV=Qsin H MH QH H= Qcos MH=H300 V MV QV V= Qsin MV=V400 H=4330N，V=2500N，M=MH-MV=299000N mm 96 （二）工作条件分析（二）工作条件分析 1、保证结合面不滑移 HkzF fs 又： z V cc c FF 21 2 )( 1 21 2 V cc c Hk z F s f 2、

40、受力最大螺栓轴向载荷 a 、FV=V/z=2500/8=312.5N（每个螺栓受V作用相同） b 、M作用，离形心越远受力越大 N M r rM F i i M 299 )100200(4 200 228 1 2 max max c 、最大工作载荷NFFF MV 5 .611 maxmax d 、螺栓总拉力)2 . 0(8 .5784 21 1 max 21 1 0 cc c NF cc c FF =5662.5N 8 . 0 21 2 cc c 取： kf =1.3 s=0.13 97 3、螺栓直径： 3 . 14 0 F dc d1d 4、其它条件 a 、左侧不出现间隙： b 、接合面右侧

41、不压溃： Pp W M A F z 0 21 2 W M A Fz W M A z V cc c Fz p 螺栓拧紧并承受轴向载 荷H后，剩余预紧力在结合 面产生的挤压应力。 翻转力矩对挤压应力的影响 选择螺栓性能等级，计算许用应力 。 98 结构分析题结构分析题 分析题图所示的螺纹联接结构，找出其中的错误，简单说明原因，并 画图改正。 （1）螺纹的大径应小于铰制孔配合直径 （2）弹簧垫圈的切口倾斜方向错误 （3）螺纹部分长度不够 （4）螺栓无法由下向上装入 99 双头螺柱联接 （1）螺纹孔的的深度应大于螺杆）螺纹孔的的深度应大于螺杆 拧入深度拧入深度 （2）螺纹孔内没有光孔，深度应）螺纹孔内

42、没有光孔，深度应 大于螺纹孔，否则螺纹不能加工大于螺纹孔，否则螺纹不能加工 （3）上端螺柱的螺纹部分长度不）上端螺柱的螺纹部分长度不 够够 （4）下端螺柱无螺纹部分不可能）下端螺柱无螺纹部分不可能 拧入被联接件拧入被联接件2的螺纹孔的螺纹孔 （5）上边的被联接件应该有通孔，）上边的被联接件应该有通孔， 其孔径应大于螺杆直径其孔径应大于螺杆直径 100 螺钉联接 （1）螺钉头的周围空间 尺寸太小，更没有扳手空 间，圆柱螺钉头也不能拧 紧 （2）上面的被联接件必 须为光孔，不能是螺纹孔 （3）下面的被联接件应 有螺纹， （4）光孔的直径应与螺 纹小径近似相同，而不是 等于螺纹大经 （5）缺少防松措

43、施 101 作业 1，图示为某受轴向工作载荷的紧螺栓联接的载荷变形图 （1）当工作载荷为2000N时，求螺栓所受总拉力及被联 接件间残余预紧力。（2）若被联接件间不出现缝隙，最 大工作载荷是多少？ F/N /mm 3045 4000 102 2，汽缸盖联接结构如图，汽缸内径D=250mm，为保证气密性要求 采用12个M18的螺栓，螺纹内径15.294mm，中径16.376，许用拉 应力=120MPa，取剩余预紧力为工作拉力的1.5倍，求汽缸所能 承受的最大压强（取计算直径dc=d1） 103 3，图示为一铸铁吊架，它用两只普通螺栓固定在梁上。吊架 承受的载荷FQ=10000N，螺栓材料为5.8

44、级、Q235， s=400MPa，安装时不控制预紧力，取安全系数Ss=4，取剩 余预紧力为工作拉力的0.4倍，试确定螺栓所需最小直径。 104 4，图示，刚性凸缘联轴器用六个普通螺栓联接。螺栓均匀 分布在D=100mm的圆周上，接合面摩擦因数f=0.15，考虑 摩擦传力的可靠性系数C=1.2。若联轴器传递的转矩 T=150Nm，载荷较平稳，螺栓材料为6.8级、45钢， s=480MPa，不控制预紧力，安全系数取Ss=4，试求螺 栓的最小直径。 105 MPa s 300 2 s S MPa p 150 7 . 0 21 2 cc c 5，图示为一轴承托架，用4个普通螺栓固定在钢制立 柱上。托架

45、材料为铸铁，螺栓的强度为5.6级， 。已知FR=6000N，联接结构尺寸如图，设计此螺栓联接。 （S=0.3,不从心Kf=1.2, ,） 106 答 案 F/N /mm 3045 4000 FE FR Fa Fb Fc 1，解： （1）螺栓刚度 57735. 0tan 30 b k 被联接件刚度 1tan 45 c k 由图知道预紧力F0=4000N 螺栓所受总拉力 NF kk k FF E cb b a 47322000 157735. 0 57735. 0 4000 0 107 被联接件间剩余预紧力 NF kk k FF E cb c R 27322000 157735. 0 1 4000

46、 0 （2）被联接件不出现缝隙，需 0 0 E cb c R F kk k FF 4 .6309 0 F k kk F c cb E 则FEmax=6309.4 108 2，解： 设设Fa为螺栓轴向总拉力为螺栓轴向总拉力 则 3 . 14 2 1 d Fa 根据题意根据题意FR=1.5FE，FE为螺栓工作拉力为螺栓工作拉力 则 EEEERa FFFFFF5 . 25 . 1 则 NdFE67833 . 15 . 24 2 1 汽缸压力为 MPaDFnp E 658. 14 2 109 3，解： 许用拉应力许用拉应力 MPa SS S 100 两个螺栓，Z=2，每个螺栓的工作载荷 N Z F F Q E 7000 根据题上条件，剩余预紧力 NFF ER 20004 . 0 螺栓总轴向力 NFFF