机械设计基础 螺纹 课件

1、 第第10章章 连连 接接1 明确螺纹参数明确螺纹参数2 掌握螺旋副的受力分析、效率和自锁掌握螺旋副的受力分析、效率和自锁3 了解机械制造常用螺纹了解机械制造常用螺纹4 明确螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件明确螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件5 掌握螺纹联接的预紧和防松掌握螺纹联接的预紧和防松6 明确螺纹联接的强度计算明确螺纹联接的强度计算7 了解螺栓的材料和许用应力了解螺栓的材料和许用应力8 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施9 了荽螺旋传动了荽螺旋传动10了解键联接和花键联接及销联接了解键联接和花键联接及销联接一、螺纹的形成一、螺纹的形成1 101 螺纹参数螺纹参数d2螺旋线螺旋线-

2、一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹螺纹-一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹螺纹的牙型螺纹的牙型矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹

3、三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹1530330按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺

4、纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹 一般一般: n 4双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹PSS = 2PPSPS =Pn线螺纹线螺纹: S = n P按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺纹副螺纹副外螺纹外

5、螺纹内螺纹内螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹螺旋传动螺旋传动联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内

6、外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹管螺纹管螺纹(3)中径中径d2 也是一个假想圆柱的直也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。相等。d1d2d(1)大径大径d 与外螺纹牙顶与外螺纹牙顶(或内螺纹或内螺纹牙底牙底)相重合的假想圆柱体的直径。相重合的假想圆柱体的直

7、径。(2) 小径小径 d1 与外螺纹牙底与外螺纹牙底(或内或内螺纹牙顶螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。相重合的假想圆柱体的直径。(4) 螺距螺距P 相邻两牙在中径线上对相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离应两点间的轴向距离。(5) 导程导程S(6) 螺纹升角螺纹升角 中径中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角于螺纹轴线的平面的夹角 (7)牙型角牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。tan=d2 nP (8)牙侧角牙侧角 :牙型侧牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹边与螺纹轴线的垂线间的夹角角。 d2SS =

8、nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P二、螺纹的主要几何参数二、螺纹的主要几何参数SPP/2P/2vFd2Stan =F/FnFFaFFa螺纹的拧松螺纹的拧松-螺母在螺母在F和和Fa的联合作用下，顺着的联合作用下，顺着Fa等速等速向下运动。向下运动。螺纹的拧紧螺纹的拧紧-螺母在螺母在F和和Fa的联合作用下，逆着的联合作用下，逆着Fa等速等速向上运动。向上运动。一、矩形螺纹一、矩形螺纹= 01 102 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁展开中径展开中径d2 圆柱面得一斜面圆柱面得一斜面.螺旋副在轴向载荷

9、Fa作用下相对运动，可看作在中径的水平力F推动滑块(重物)沿螺纹运动F -水平推力水平推力Fn -法向反力法向反力Fa -轴向载荷轴向载荷F=f Fn -摩擦力摩擦力f -摩擦系数摩擦系数d2FR -总反力总反力v =tan-1 f -摩擦角摩擦角=f Fn/Fn =f FnFR定角-由材料确定F + FnFRvFd2S滑块在F、FR 、Fa三力作用下处于平衡状态d2FFaFFa 作力多边形作力多边形得：得： F=Fatan(+ + ) 驱动力矩：驱动力矩：FaFFR)(22tgFda22dFT 列出力平衡方程：列出力平衡方程：FR + Fa + +F =0 FRFa = + + FR =(1

10、 + + f ) Fn+ +Fa -阻力，阻力，F - 驱动力，驱动力，当螺纹拧紧当螺纹拧紧(滑块上升滑块上升)时：时：FR = Fn + +F FF -摩擦力摩擦力, 沿斜面朝下。沿斜面朝下。FFa- FRvFRFa当当螺纹拧松螺纹拧松(滑块下滑滑块下滑)时：时：FRFa = - - 滑块在F、FR 、Fa三力作用下处于平衡状态 作力多边形可得：作力多边形可得： F=Fatan(- - ) 驱动力矩：驱动力矩：22dFT )tan(22aFdd2FFaFFnF- - 列出力平衡方程：列出力平衡方程：FR + Fa + +F =0 F Fa -阻力，阻力，F - 驱动力，驱动力，F -摩擦力摩

11、擦力, 沿斜面朝下。沿斜面朝下。)tan(22aFdT若若 ，则则T T为正值，其方向与螺为正值，其方向与螺 母运动方向相同，是母运动方向相同，是阻力阻力；若若 ，则则T T为负值，方向相反，其为负值，方向相反，其方向与预先假定的方向相反，而与螺母方向与预先假定的方向相反，而与螺母运动方向相同，成为放松螺母所需外加运动方向相同，成为放松螺母所需外加的的驱动力矩。驱动力矩。提问：提问：当当时，若没有力矩时，若没有力矩T T，螺螺母在母在F Fa a的作用下会运动吗？的作用下会运动吗？不会！不会！-这种现象称为这种现象称为自锁。自锁。T Td2FaFFd2FaFFT T螺母螺母螺杆螺杆轴轴线线轴线

12、轴线螺杆螺杆螺母螺母FnFa二、二、 非矩形螺纹非矩形螺纹 0矩形螺纹忽略升角的影响时有：矩形螺纹忽略升角的影响时有：Fn=Fa当当 0 时，摩擦力为：时，摩擦力为：nFfFaFfcosaFf tancosff摩擦系数为摩擦系数为f 的非矩形螺纹所产生的非矩形螺纹所产生的摩擦力与摩擦系数为的摩擦力与摩擦系数为f ，的矩，的矩形螺纹所产生的摩擦力相当。形螺纹所产生的摩擦力相当。称称 为当量摩擦角为当量摩擦角FaFnFa故称故称 f 为当量摩擦系数。为当量摩擦系数。引入参数引入参数f 和和 就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。行力的分析。 滑块上升：滑块上升

13、：) tan(2:) tan(:2aaFdTFF驱动力矩水平推力 滑块下降：滑块下降：) tan(2) tan(2aaFdTFF非矩形非矩形螺旋的自锁条件：螺旋的自锁条件： 对于联接螺纹必须满足自锁条件0 10 20 30 40 50 20406080100效率效率% 定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：TSFa22)tan(dSFFaa当一定时，效率只是螺纹升角的函数，由此可以绘出效率曲线.当当一定时，在一定时，在=45=45- -/2/2 处效率曲线有极大值。处效率曲线有极大值。对于传动螺旋，一般取：对于传动螺旋，一般取：对于联接螺纹，必须取：对于联

14、接螺纹，必须取：升角过大, 制造困难，且效率增高也不明显。= = 5.75.7三、效率三、效率f =tan=tan =0.1 =0.1自锁极限自锁极限2525紧固螺纹区紧固螺纹区)tan(tan螺旋转动一圈时，有效功为螺旋转动一圈时，有效功为F Fa aS,S, 输入功为输入功为2T2T。1 103 机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹三角形三角形螺纹螺纹普通普通螺纹螺纹 = 60管管螺纹螺纹 = 55普通螺纹以大径普通螺纹以大径d为为公称直径公称直径，同一公称直径可以有多，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹粗牙螺纹，其余的统称为，其余的统称为细牙螺纹

15、。细牙螺纹。60Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙粗牙螺纹应用最广粗牙螺纹应用最广细牙螺纹的优点：细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高，升角小、小径大、自锁性好、强度高，缺点：缺点：不耐磨易滑扣。不耐磨易滑扣。应用：应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。用螺纹密封的管用螺纹密封的管螺纹螺纹普通细牙普通细牙螺纹螺纹管管螺纹螺纹非螺纹密封管非螺纹密封管螺纹螺纹（圆柱管壁 = 55）用螺纹密封管用螺纹密封管螺纹螺纹（圆锥管壁 = 55）60圆锥管圆锥管螺纹螺纹公称直径公称直径-管子的公称通径。管子的公称通径。强调与普通螺纹不同55 55 非螺纹密

16、封的管非螺纹密封的管螺纹螺纹d dd d2 2d d1 1P Pd dd d2 2d d1 1P P2梯形梯形螺纹：螺纹：梯梯 形形锯齿形锯齿形30330为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。锯齿形螺纹锯齿形螺纹:常用于传动。常用于传动。= 15= 3粗牙普通螺纹的基本尺寸见粗牙普通螺纹的基本尺寸见P136表表10-1 后面有图螺纹的基本尺寸：螺纹的基本尺寸：细牙普通螺纹的基本尺寸见细牙普通螺纹的基本尺寸见P137表表10-2梯形螺纹的基本尺寸见梯形螺纹的基本

17、尺寸见P138表表10-3表表10-1 10-1 直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mmmm3 0.5 2.675 2.459 3 0.5 2.675 2.459 公称直径（大径）公称直径（大径） 粗粗 牙牙 细细 牙牙 D d D d 螺距螺距P P 中径中径 D D2 2 d d2 2 小径小径 D D2 2 d d2 2 螺距螺距P P 4 0.7 3.545 3.242 4 0.7 3.545 3.242 5 0.8 3.545 4.1345 0.8 3.545 4.1340.350.350.50.56 1 5.350 4.918 6 1 5.350 4

18、.918 8 1.25 7.188 6.647 8 1.25 7.188 6.647 10 1.5 9.026 8.376 1.25, 1 0.75 10 1.5 9.026 8.376 1.25, 1 0.75 12 1.75 10.863 10.106 1.5, 1.25 0.5 12 1.75 10.863 10.106 1.5, 1.25 0.5 (14) 2 12.701 11.835 (14) 2 12.701 11.835 1.5, 11.5, 116 2 14.701 13.835 16 2 14.701 13.835 (18) 2.5 16.376 15.294 (18) 2

19、.5 16.376 15.294 20 2.5 18.376 17.294 20 2.5 18.376 17.294 (20) 2.5 20.376 19.294 (20) 2.5 20.376 19.294 24 3 22.052 20.752 24 3 22.052 20.752 (27) 3 25.052 23.752 (27) 3 25.052 23.752 30 3.5 27.727 26.211 30 3.5 27.727 26.211 2, 1.5, 12, 1.5, 1注：括号内的公称直径为第二系列注：括号内的公称直径为第二系列 H=0.866P dH=0.866P d2 2=

20、d-0.6495P d=d-0.6495P d1 1=d-1.0825P=d-1.0825PD D1 1、d d1 1-内、外螺纹小径内、外螺纹小径 D D2 2、d d2 2-内、外螺纹中径内、外螺纹中径 D D、d d -内、外螺纹大径内、外螺纹大径 P-P-螺距螺距 标记示例：标记示例：M24(M24(粗牙普通螺纹、直径粗牙普通螺纹、直径2424、螺距、螺距3) 3) M24X1.5(M24X1.5(细牙普通螺纹细牙普通螺纹, ,直径直径24,24,螺距螺距1.5) 1.5) P PP/8P/8P/8P/8P/8P/8H/4H/4D dD dD D2 2 d d2 2 D D1 1 d

21、d1 1 P/2P/2P/4P/43030 6060 9090 表表10-2 10-2 细牙普通螺纹基本尺寸细牙普通螺纹基本尺寸 mmmm螺距螺距P P 中径中径D D2 2、d d2 2 小径小径D D1 1、d d1 10.35 d-1+0.773 d-1+0.621 0.35 d-1+0.773 d-1+0.621 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1 d-1+0.35 d-2+0.91

22、8 1.25 d-1+0.188 d-2+0.647 1.25 d-1+0.188 d-2+0.647 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 2 d-2+0.701 d-3+0.835 2 d-2+0.701 d-3+0.835 3 d-2+0.052 d-4+0.752 3 d-2+0.052 d-4+0.752 表表10-3 10-3 梯形螺纹基本尺寸梯形螺纹基本尺寸 mmmm标记示例：标记示例：Tr48X8Tr48X8( (梯形螺纹，直径梯形螺纹，直径4848，螺距，螺距8)8)P hP h3 3=H=H4 4 a ac c 第第

23、1 1系列系列 第第2 2系列系列 D D2 2 d d2 2 D D1 1 螺距螺距 螺纹牙高螺纹牙高 牙顶间隙牙顶间隙 公称直径公称直径d d 中中 径径 内螺纹小径内螺纹小径 12 6.5 0.5 9012 6.5 0.5 90、100 85100 85、95 d-6 d-12 95 d-6 d-12 10 5.5 0.5 4010 5.5 0.5 40、7070、80 3880 38、4242、65 d-5 d-10 65 d-5 d-10 8 6.5 0.5 488 6.5 0.5 48、52 4652 46、50 d-4 d-8 50 d-4 d-8 4 2.25 0.25 164

24、 2.25 0.25 16、20 18 d-2 d-4 20 18 d-2 d-4 5 2.75 0.25 245 2.75 0.25 24、28 2228 22、26 d-2.5 d-5 26 d-2.5 d-5 6 2.25 0.5 326 2.25 0.5 32、36 3036 30、34 d-3 d-6 34 d-3 d-6 内螺纹内螺纹外螺纹外螺纹d dP PR R1 1R R2 2D D1 1D D4 4H H1 1D D2 2 d d2 2d d3 3a ac ca ac c3030 H H4 4R R2 2例例10.1 计算粗牙螺纹计算粗牙螺纹M10、M30的螺的螺纹升角，并判

25、断能否自锁。纹升角，并判断能否自锁。 解：1、由图及公式 arctan(P/d2) 2、=arctan(f/cos) =(0.30.5)d;变载荷变载荷l1=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷冲击载荷或弯曲载荷l1 d;铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓l1 0;螺纹伸出长度螺纹伸出长度a=(0.20.3)d; 螺栓轴线到边缘的距离螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36) mm用于经常拆装易磨损之处。d1 104 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件d一、一、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺钉联接座端拧入深度座端拧入深度H，当螺孔材料为：，

26、当螺孔材料为：ae ee e双头螺柱联接双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。1 104 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件钢或青铜钢或青铜 H=d;铸铁铸铁 H=(1.251.5)d铝合金铝合金 H=(1.52.5)d螺纹孔深度螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;钻孔深度钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;参数参数l1 、e、a与螺栓相同与螺栓相同 l1 1l1 1H HH HH H1 1H H1 1H H2 2H H2 2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。d一、一、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联

27、接螺钉联接双头螺柱联接双头螺柱联接紧定螺钉联接紧定螺钉联接1 104 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件紧定螺钉紧定螺钉二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件LL0d六角头六角头LdL0小六角头小六角头螺栓的结构形式螺栓的结构形式双头螺柱双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件dL0L1LL1 -座端长度座端长度L0 -螺母端长度螺母端长度螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件末端末端结构结构头部头部结构结构螺母螺母六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角

28、厚螺母圆螺母圆螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有六十余种不同结构的螺母其它螺母：其它螺母：其它螺母：其它螺母：垫圈垫圈平垫圈平垫圈薄平垫圈薄平垫圈A型平垫圈型平垫圈B型平垫圈型平垫圈螺母螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件斜垫圈斜垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈作用：作用：增加支撑面积以减增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。伤表面、防松。facar

29、FftgdFTTT)(2221)tan(2221dFTTTa一、一、 拧紧力矩拧紧力矩一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。21TTTT T1 1克服螺纹副相对转动的阻力矩；克服螺纹副相对转动的阻力矩；T T2 2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设轴向力为设轴向力为F Fa a 或预紧力（不受轴向载荷） fc c摩擦系数。摩擦系数。 无润滑时取：无润滑时取： fc c =0.15 =0.15rf f支撑面摩擦半径。支撑面摩擦半径。 rf =( =(dw

30、w+ +d0 0)/4)/4dd0dwT简化公式：简化公式： 适用于M10M60的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15, T 0.2 F 0.2 Fa a d预紧应力：预紧应力：=(0.5=(0.50.7) s s1 105 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松F Fa aFa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。总力矩：总力矩：设计：潘存云测力矩扳手测力矩扳手工程上常采用工程上常采用测力矩扳手测力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手来控制预紧力来控制预紧力的大小。的大小。二、二、 螺纹联

31、接的防松螺纹联接的防松联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。防松的方法防松的方法1. 利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母F F弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母定力矩扳手定力矩扳手开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母串联钢丝串联钢丝2. 采用专门防松元件防松采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈止动垫圈止动垫圈3. 其他方法防松其他方

32、法防松11.5P用冲头冲用冲头冲23点点冲点防松法冲点防松法粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂 已知已知M12螺纹，螺纹，s=240MPa,螺纹间摩擦系数螺纹间摩擦系数f= 0.1,螺螺母和支承面间摩擦系数母和支承面间摩擦系数fc=0.15,螺母支承面外径螺母支承面外径dw=160.mm，螺纹孔直径，螺纹孔直径d0=13mm,拧紧后螺杆拉应力拧紧后螺杆拉应力达屈服极限的达屈服极限的50%,求拧紧力矩求拧紧力矩T,并验算能否自锁。并验算能否自锁。例题：例题：10-2解：（解：（1）求当量摩擦系数和当量摩擦角）求当量摩擦系数和当量摩擦角 f=f/cos=0.1/cos300=0.115 =arc

33、tanf=6.590 （2）求螺纹升角）求螺纹升角 查表查表10-1M12螺纹，螺纹，P=1.75mm,d2=10.863mm,d1=10.106mm =arctan(1.75/10.863)=2.940 能自锁。能自锁。 （3）求螺杆总拉力）求螺杆总拉力Fa Fa=d12/4 x s/2=9625N （4）求拧紧力矩）求拧紧力矩 TFad2/2tan( +)+fcFarf=19.5 N.m 、普通螺栓连接的强度计算 、铰制孔用螺栓连接的强度计算螺栓联接螺栓联接的主要失的主要失效形式：效形式：螺栓拉断螺栓拉断螺纹压溃或剪断螺纹压溃或剪断滑扣滑扣 因经常拆装螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据

34、等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。 10.6 螺栓联接的强度计算一、松螺栓联接一、松螺栓联接 装配时不须要拧紧强度条件：强度条件：4/21dFa式中式中:d1-螺纹小径，螺纹小径， mm 例题例题10-3二、紧螺栓联接二、紧螺栓联接 装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩和摩擦力矩T的双重作用。的双重作用。4/21dFa拉应力：拉应力：FaFa力除以面积1 普通螺栓联接的强度计算4/3 . 121dFa切应力：切应力：1

35、6/3111dTWTT16/2) tan(312ddFa4/) tan(22112dFdda对于对于M10M68的普通螺纹，取的普通螺纹，取d1、d2和和的平均值，的平均值，并取：并取： tan = f =0.15 得：得： 0.5 当量应力：当量应力：223c22)5 . 0( 3强度条件：强度条件：3 .1分母为抗剪截面系数1. 受横向工作载荷的螺栓强度受横向工作载荷的螺栓强度螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力Fa导致接合面所导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷产生的摩擦力应大于横向载荷F。C-可靠性系数，常取可靠性系数，常取C=1.11.3mfCFFa预紧

36、力预紧力Fa ： f-摩擦系数，对钢与铸铁，取摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.10.15m-结合面数结合面数 上图m=1,下图m=2若取若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 则：则：Fa 8F结构尺寸大结构尺寸大FFFF/2F/2FaFaFaFaFF/2F/22. 受轴向工作载荷的螺栓强度受轴向工作载荷的螺栓强度改进措施：改进措施： 1. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用2. 采用无间隙的铰制孔螺栓。采用无间隙的铰制孔螺栓。设流体压强为设流体压强为p，螺栓数目为，螺栓数目为Z，则，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：缸体周围每个螺

37、栓的平均载荷为：p D2/4FE = =ZpFEFED设计：潘存云设计：潘存云松弛松弛状态状态受载受载变形变形特别注意，轴向载荷：特别注意，轴向载荷：Fa F0+FE加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b0被联接件受压缩短被联接件受压缩短C0加载加载 FE 后后:螺栓总伸长量增加为螺栓总伸长量增加为: 总拉力为：总拉力为：被联接件压缩量减少为：被联接件压缩量减少为： 残余预紧力减少为：残余预紧力减少为： FR 很显然很显然: FRFF2 2FF3 3FF4 4FF5 5螺螺栓栓杆杆F F F F螺螺栓栓杆杆螺母体螺母体假设螺母为刚体，则螺纹牙变形与普通螺木相同。但实际上螺母也是弹性体，

38、受载也被拉长，变形螺纹牙产生回弹，从而减小两者螺距变化，使受载均匀。10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。设计：潘存云支承面不平支承面不平三、减小应力集中三、减小应力集中1.1.增大过渡圆角增大过渡圆角2.2.切制卸载槽切制卸载槽r r四、避免或减小附加应四、避免或减小附加应力力采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构切削加工支承面切削加工支承面设计：潘存云被联接件变形太大被联接件变形太大五、采用特殊制造工艺五、采用特殊制造工艺冷镦头部、辗压螺纹冷镦头部、辗压螺纹疲劳强度提高疲劳强度提高30% 比车削 表面处理：表面处理： 氰化、氮化也能氰化、氮化也能提高疲劳强度。提高疲劳强度。1 109 螺旋传动螺

39、旋传动作用作用: : 将回转运动转变为直线移动将回转运动转变为直线移动. .分类分类: :传力螺旋传力螺旋传导螺旋传导螺旋调整螺旋调整螺旋传递动力传递动力, , 千斤顶千斤顶, , 压力机压力机压力机压力机传递运动传递运动, ,要求精度高要求精度高. .进给机构进给机构. .调整相对位置调整相对位置. .千斤顶千斤顶设计：潘存云调整螺旋调整螺旋调整螺旋调整螺旋螺杆传动1 螺杆转动,螺母移动.这种机构占据空间小，用于长行程螺杆,但螺杆两端的轴在和螺母防转机构使其结构较复杂。 螺杆传动2 螺杆不动,螺母旋转并移动.由于螺杆固定不转,因而两端支承结构简单,但精度不高.如应用于某些钻床工作台的升降.

40、螺杆传动3 螺母固定不动,螺杆转动并移动.这种结构以固定螺母为主要支承,结构简单,但占据空间大.常用于螺旋压力机、螺旋起重器、千分尺等. 螺杆传动4 螺母转动,螺杆移动.螺杆应设置防转装置和螺母转动要设置轴承均使结构复杂,且螺杆运动时占据空间尺寸,故很少应用 压力机 该机构是传力螺旋，螺母不动，螺杆旋转，以传力为主，一般速度较低，大多间歇工作，通常要求自锁 台虎钳 当转动手柄时,螺杆相对于螺母作螺旋运动,产生的位移带动活动钳口一起移动.这样,活动钳口相对于固定钳口之间可作合拢或张开的动作,从而可以夹紧或松开工件。 千斤顶 该机构是一种传力螺旋，以传力为主，用较小的驱动力矩可以产生很大的轴向载荷

41、，螺母固定不动，螺杆转动并移动，一般速度较低，通常要求自锁。 对螺旋传动的要求对螺旋传动的要求: : 强度足够强度足够, , 耐磨耐磨, , 摩擦系数小摩擦系数小. .螺杆材料螺杆材料: : Q275、45、50钢，或钢，或T12、40Cr、65Mn螺母材料螺母材料: : ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl10Fe3.失效形式失效形式: : 磨损磨损 通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺旋各主要参数，而后对可能发生的其他失效一一校核。一、耐磨性计算一、耐磨性计算校核公式：校核公式：p = p MPa MPa d2 hzFaFa为轴向力；为轴向力；

42、 z z为参加接触的螺纹圈数；为参加接触的螺纹圈数； d2为螺纹中为螺纹中径；径；h h为螺纹的工作高度；为螺纹的工作高度； p p 为许用压强。为许用压强。速度速度v12 m/min 47 710 1013低速，如人力驱动等低速，如人力驱动等 1018 1525 -表表10-8 螺旋副的许用压强螺旋副的许用压强许用许用压强压强配配 对对 材材 料料 钢对铸铁钢对铸铁 钢对青铜钢对青铜 淬火钢对青铜淬火钢对青铜锡青铜、锡铅青铜和铝青铜令令 =H/ d2 , H为螺母高度为螺母高度又又 z =H / P, h=0.5P-梯形螺纹的工作高度梯形螺纹的工作高度 h=0.75P-锯齿形螺纹的工作高度。

43、锯齿形螺纹的工作高度。p = p d2 hzFa代入上式得螺纹中径的计算公式：代入上式得螺纹中径的计算公式：锯齿形螺纹：锯齿形螺纹：梯形螺纹梯形螺纹: p Fad2 0.8 mm p Fad2 0.65 mm=1.22.5 整体式螺母整体式螺母2.53.5 剖分式螺母剖分式螺母一般取：一般取：z10z10求得螺纹中径后，应按标准选取相应的公称直径d和螺距P为了设计方便 二、螺杆强度校核二、螺杆强度校核螺杆在轴向力和扭矩的作用下，产生拉或压应力及扭螺杆在轴向力和扭矩的作用下，产生拉或压应力及扭切应力。切应力。强度校核条件：强度校核条件：223eMPadTdFa16/34221221 为螺杆的许用

44、应力，为螺杆的许用应力，d d1 1为螺纹小径；为螺纹小径；对碳素钢对碳素钢, , =5080 MPa三、螺杆的稳定性校核三、螺杆的稳定性校核细长螺杆受较大轴向压力时，可能失稳，其临界载荷细长螺杆受较大轴向压力时，可能失稳，其临界载荷F Fc c与材料、螺杆长细比与材料、螺杆长细比=l / i 有关。有关。系数含义随后解释（1 1）当）当100100时：临界载荷为：时：临界载荷为：Fc = N(l)22EIi 螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=d12/4l 为螺杆的最大工作长度；为螺杆的最大工作长度；则则 i = I/A =d1 /4为长度系数，为

45、长度系数，= =2 - - 一端固定，一端自由；一端固定，一端自由；1 - - 两端铰支；两端铰支；0.75 - - 一端固定，一端铰支；一端固定，一端铰支；E为螺杆的弹性模量为螺杆的弹性模量, ,对于钢对于钢 E=2.06E=2.0610105 5 MPaMPaI-为危险截面惯性距为危险截面惯性距: :I=I=d14/64（2 2）当）当4040 100100时：时：Fc = (304- -1.12) ) N4d12对对B 370 Mpa的碳素钢，取的碳素钢，取:Fc = (461- -2.57) ) N4d12对对B 470 Mpa的优质碳素钢（如的优质碳素钢（如35、40号钢），取号钢）

46、，取:（3 3）当）当4040时，不必进行稳定性校核。时，不必进行稳定性校核。稳定性校核的条件：稳定性校核的条件：Fa SFcS S为稳定性校核的安全系数，取：为稳定性校核的安全系数，取：S=2.54当不满足条件时，应增大螺纹小径当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。四、螺纹牙强度的校核四、螺纹牙强度的校核防止沿螺母螺纹牙根部剪断的校核公式为：防止沿螺母螺纹牙根部剪断的校核公式为： = MPa MPaDbzFab b为螺纹牙根部的宽度，为螺纹牙根部的宽度， b= b= 0.65P-梯形螺纹梯形螺纹;40 MPa-铸铁螺母铸铁螺母;=0.74P-锯齿形螺纹。锯齿形螺纹。3040 MPa-青铜螺母。

47、青铜螺母。设计：潘存云1 1010 滚动螺旋简介滚动螺旋简介内循环内循环螺旋螺旋在螺旋和螺母之间设有封闭的循环滚道，其间充以滚珠，这样就使螺旋面的滑动摩擦成为滚动摩擦。外循环外循环滑动摩擦滑动摩擦 滚动摩擦滚动摩擦组成：组成：螺杆、螺杆、螺母、滚珠螺母、滚珠返回通道返回通道类型：类型：外循环、内循环外循环、内循环返回通道返回通道返回通道返回通道不离开螺旋表面，每圈有一个反向器反向器（返回通道）反向器（返回通道）优点：优点：1)1)摩擦损失小、摩擦损失小、效率在效率在90%以上；以上； 缺点：缺点：1)1)结构复杂、制造困难；结构复杂、制造困难；应用实例：应用实例：飞机机翼和起落架的控制、水闸的

48、升降、飞机机翼和起落架的控制、水闸的升降、 数控机床、机器人。数控机床、机器人。 2)磨损很小，传动精度高；磨损很小，传动精度高；3)不自锁，可实现直线不自锁，可实现直线 旋转运动转换；旋转运动转换；2)2)有些机构为防止逆转需要另加自锁机构。有些机构为防止逆转需要另加自锁机构。设计：潘存云1 1011 键联接和花键联接键联接和花键联接作用：作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩， 或实现零件的轴向固定或移动。或实现零件的轴向固定或移动。一、键联接的类型一、键联接的类型类型：类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。平键、半圆键、楔键、切向键等。1.

49、 平键平键联接联接工作面工作面特点：特点：定心好、装拆方便。定心好、装拆方便。种类种类普通平键普通平键导向平键导向平键间隙间隙轴轴普通普通平键平键结构结构单圆头单圆头(C型型)圆头圆头(A型型)方头方头(B型型)用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。用盘铣刀加工，轴的应力集中小。用盘铣刀加工，轴的应力集中小。用于轴端用于轴端普通平键应用最广。普通平键应用最广。A型型B型型C型型盘铣刀盘铣刀 起键螺孔起键螺孔导向平键导向平键固定螺钉固定螺钉零件可以在轴上移动，构成动联接。零件可以在轴上移动，构成动联接。结构特点：结构特点：长度较长，需用螺钉固定。长度

50、较长，需用螺钉固定。为便于装拆，制有起键螺孔。为便于装拆，制有起键螺孔。起键螺孔起键螺孔固定螺钉固定螺钉表表10-9 普通平键和键槽尺寸（普通平键和键槽尺寸（GB1095-2003、GB1096-2003） A型型B型型C型型bhR=b/2C 45或或r1LLLbhbtd- -tbt1d+t1标记实例：标记实例： 圆头普通平键圆头普通平键(A型型): 键键16100 GB1096-2003 方头普通平键方头普通平键(B型型): 键键B16100 GB1096-2003单圆头普通平键单圆头普通平键(C型型) : 键键C16100 GB1096-2003dd b h C或或r L t t1 半径半

51、径r 续表续表10-9键的尺寸键的尺寸键键 槽槽轴的直径轴的直径自自 68 2 2 620 1.2 1810 3 3 0.160.25 636 1.8 1.4 0.080.16 1012 4 4 845 2.5 1.81217 5 5 1056 3.0 2.31722 6 6 0.250.4 1470 3.5 2.8 0.160.252230 8 7 1890 4.0 3.33038 10 8 22110 5.0 3.33844 12 8 28140 5.0 3.34450 14 9 0.40.6 36160 5.5 3.8 0.250.45058 16 10 45180 6.5 4.3586

52、5 18 11 50200 7.0 4.46575 20 12 56220 7.5 4.97585 22 14 63250 9.0 5.40.60.8 0.40.62. 半圆键半圆键联接联接优点：优点：定心好，装配方便。定心好，装配方便。因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。缺点：缺点：对轴的削弱较大，只适对轴的削弱较大，只适 用于轻载联接。用于轻载联接。特别适用于锥形轴端的联接。特别适用于锥形轴端的联接。工作面工作面设计：潘存云3. 楔键楔键联接和切向键联接联接和切向键联接结构特点：结构特点：键的上表面有键的上表面有1:100的斜度，的斜度， 轮毂槽的底面也有轮毂槽的底面也有1:100的斜

53、度。的斜度。缺点：缺点：定心精度不高。定心精度不高。应用：应用：只能应用于定心精度不高，载荷只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的联接。平稳和低速的联接。安装时用安装时用力打入力打入工作面工作面设计：潘存云dd类型：类型：普通楔键、钩头楔键。普通楔键、钩头楔键。钩头是用来拆卸用的拆卸空间拆卸空间斜度斜度1：100120 130 在重型机械中常采用在重型机械中常采用切向键切向键-一对楔键组成。一对楔键组成。装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120130 。窄面窄面工作面工作面设计：潘存云设计：潘存云bA型型d二、平键联接的

54、强度校核二、平键联接的强度校核键的材料：键的材料：B 370 Mpa的碳素钢，常用的碳素钢，常用45钢。钢。键的截面尺寸键的截面尺寸b、h查表选取，长度查表选取，长度L参照轮毂长度参照轮毂长度从标准中选取。从标准中选取。键的主要失效形式：键的主要失效形式：压溃、磨损压溃、磨损(动联接动联接)、剪断。剪断。Lbh/2挤压强度条件：挤压强度条件：p =SFt(d/2)(h/2)lT= p MPa MPa d h l4T=l=L-bl=LbB型型一般不会出现ld p d h l4Tp=对于导向平键联接，计算依据是磨损，应限制压强：对于导向平键联接，计算依据是磨损，应限制压强：钢钢 125150 100120 6090表表10-10 键联接的许用压强键联接的许用压强许用值许用值 轮毂材料轮毂材料静载荷静载荷 轻微冲击轻微冲击 冲冲 击击载载 荷荷 性性 质质铸铁铸铁 7080 5060 3045钢钢 50 40 30 p p 若强度不足，可采用两个键按若强度不足，可采用两个键按180度布度布置。考虑到载荷分布的不均匀性，校置。考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按核强度