机械设计第五章c

1、张朝辉螺纹联接1/32张朝辉螺纹联接2/32张朝辉螺纹联接3/32 紧螺栓联接受预紧力F0=900N，工作载荷F=600N。采用等刚度联接，请给出螺栓的最大载荷F2及残余载荷F1。张朝辉螺纹联接4/32张朝辉螺纹联接5/33八、螺旋传动（八、螺旋传动（helical drive）螺旋上料机车床虎钳张朝辉螺纹联接6/33八、螺旋传动（八、螺旋传动（helical drive）1、分类、分类 按用途分按用途分传力螺旋传力螺旋（screw of transmission power）传导螺旋传导螺旋（screw of transmission motion）传递动力为传递动力为主主间歇工作间歇工作速

2、度不高速度不高需要自锁需要自锁调整螺旋调整螺旋（adjusting screw）传递运动为主传递运动为主连续工作连续工作速度较高速度较高传动精度和效率要高传动精度和效率要高调整、固定零件位置调整、固定零件位置不经常转动不经常转动张朝辉螺纹联接7/33张朝辉螺纹联接8/32张朝辉螺纹联接9/32张朝辉螺纹联接10/33 按摩擦性质分按摩擦性质分滑动螺旋（滑动螺旋（sliding screw）滚动螺旋（滚动螺旋（rolling screw）结构简单结构简单易于自锁易于自锁摩擦阻力大摩擦阻力大传动效率低传动效率低传动精度低传动精度低静压螺旋（静压螺旋（pressure screw）结构复杂结构复杂摩

3、擦阻力小摩擦阻力小传动效率高传动效率高结构复杂结构复杂摩擦阻力小摩擦阻力小传动效率高传动效率高需供油系统需供油系统张朝辉螺纹联接11/332、滑动螺旋的结构和材料、滑动螺旋的结构和材料 结构结构运动转变方式有：运动转变方式有：螺杆转动，螺母移动螺杆转动，螺母移动机床进机床进给丝杆给丝杆起重起重螺旋螺旋螺母转动，螺杆移动螺母转动，螺杆移动螺母固定，螺杆转动及移动螺母固定，螺杆转动及移动螺杆固定，螺杆固定，螺母转动及螺母转动及移动移动张朝辉螺纹联接12/33螺母结构螺母结构整体螺母整体螺母结构简单，但由磨损产生的轴向间结构简单，但由磨损产生的轴向间隙不能补偿，只是用于精度要求较低的螺旋。隙不能补偿

4、，只是用于精度要求较低的螺旋。组合螺母组合螺母结构复杂，但可以定期地调整，以结构复杂，但可以定期地调整，以消除轴向间隙，避免反向转动时的空行程。消除轴向间隙，避免反向转动时的空行程。剖分式螺母剖分式螺母结构复杂，结构复杂，但可以补偿旋合螺纹的但可以补偿旋合螺纹的磨损。磨损。滑动螺旋的螺纹类型有滑动螺旋的螺纹类型有矩形、梯形和锯齿形。矩形、梯形和锯齿形。张朝辉螺纹联接13/33 材料材料a、螺杆、螺杆低速轻载：不经热处理的低速轻载：不经热处理的Q235、Q275、45；较高速重载：热处理的较高速重载：热处理的40Cr、65Mn、20CrMnTi；精密传导：热处理的精密传导：热处理的9Mn2V、C

5、rWMn、38CrMoAl。b、螺母、螺母一般传动：一般传动：ZQSn10l、ZQSn663重载低速：重载低速：ZQAl94、ZHAl66632重载调整：重载调整：35、球墨铸铁、球墨铸铁低速轻载：耐磨铸铁低速轻载：耐磨铸铁大尺寸：钢或铸铁做外套，内孔浇铸青铜大尺寸：钢或铸铁做外套，内孔浇铸青铜高速：钢或铸铁做外套，内孔浇铸巴氏合金。高速：钢或铸铁做外套，内孔浇铸巴氏合金。张朝辉螺纹联接14/333、螺旋传动的设计计算、螺旋传动的设计计算 失效形式及校核内容失效形式及校核内容主要失效形式：磨损主要失效形式：磨损校核：校核：受力较大的传力螺旋：校核螺杆危险剖面及螺纹受力较大的传力螺旋：校核螺杆危

6、险剖面及螺纹牙的强度；牙的强度；精密的传导螺旋：校核螺杆的刚度；精密的传导螺旋：校核螺杆的刚度；长径比很大的螺杆：校核其稳定性；长径比很大的螺杆：校核其稳定性；高速长螺杆：校核其临界转速；高速长螺杆：校核其临界转速；要求自锁的螺杆：校核其自锁性。要求自锁的螺杆：校核其自锁性。张朝辉螺纹联接15/33 耐磨性计算耐磨性计算工作面上的压力工作面上的压力p：A螺纹承压面积（螺纹承压面积（ mm2）；）；22phHdFPhudFAFpd2螺纹中径（螺纹中径（mm）；）；h螺纹工作高度（螺纹工作高度（mm）；）；u螺纹工作圈数，螺纹工作圈数，uHPH螺母高度（螺母高度（ mm ）P螺距（螺距（ mm ）

7、；）；F轴向力（轴向力（N）；）；张朝辉螺纹联接16/33令令 Hd2，则，则 Hd2，代入整理后得，代入整理后得矩形和梯形螺纹，矩形和梯形螺纹，h0.5P，则，则 2phFPd30的锯齿形螺纹，的锯齿形螺纹，h0.75P，则，则 8 . 02pFd：整体螺母：整体螺母：1.22.5； 剖分螺母，兼作支承螺母：剖分螺母，兼作支承螺母：2.53.5； 传动精度高、载荷大、寿命长：传动精度高、载荷大、寿命长：4。螺纹工作圈数不宜超过螺纹工作圈数不宜超过10圈。圈。65. 02pFd张朝辉螺纹联接17/33 自锁条件自锁条件 螺杆的强度计算螺杆的强度计算vvffarctancosarctan式中：式

8、中：)( 3)(32222TcaWTAFF轴向压力（轴向压力（N）；）；A危险剖面面积（危险剖面面积（mm2）；）；WT抗扭截面模量（抗扭截面模量（mm3）；）；T扭矩（扭矩（Nmm）；）；螺杆材料的许用应力（螺杆材料的许用应力（MPa）。）。张朝辉螺纹联接18/33F/uDD2aa张朝辉螺纹联接19/33 螺母螺纹牙的强度计算螺母螺纹牙的强度计算剪切强度：剪切强度：弯曲强度：弯曲强度：DbuFAF剪式中：式中：b牙根部的厚度牙根部的厚度(mm)，62bbuDbFlWM矩形螺纹矩形螺纹b0.5P，梯形螺纹梯形螺纹b0.65P，锯齿形螺纹锯齿形螺纹b0.75P；l弯曲力臂弯曲力臂(mm) ，22

9、DDl张朝辉螺纹联接20/33 螺母外径与凸缘强度计算螺母外径与凸缘强度计算a、bb剖面拉伸应力剖面拉伸应力b、凸缘与底座接触表面挤压强度、凸缘与底座接触表面挤压强度)(1.3)F2 . 1 (4223DD考虑摩擦力考虑摩擦力 螺母许用拉伸应力螺母许用拉伸应力(MPa)，0.83bc、凸缘根部的弯曲强度、凸缘根部的弯曲强度)(42324ppDDF许用挤压应力许用挤压应力(MPa)，p(1.51.7)b)(5 . 164)(23342334bbaDDDFaDDDFWM张朝辉螺纹联接21/33 螺杆的稳定性验算螺杆的稳定性验算稳定条件：稳定条件：SSCFcrFSS SSC稳定性计算安全系数稳定性计

10、算安全系数 SS 稳定性安全系数稳定性安全系数Fcr螺杆临界压力螺杆临界压力 按按Sli选用不同的公式：选用不同的公式：传力：传力：SS3.55.0传导：传导：SS2.54.0精密或水平：精密或水平：SS4s10022)( lEIFcr拉压弹性模数拉压弹性模数E2.06105 (MPa)螺杆危险剖面的惯性矩螺杆危险剖面的惯性矩(mm 4)张朝辉螺纹联接22/33s100，且，且B480 MPa的优质碳钢的优质碳钢s100，且，且B380 Mpa的普通碳钢的普通碳钢4)12. 1304(21dFscrs40时，不必进行稳定性校核。时，不必进行稳定性校核。4)57. 2461(21dFscr张朝辉

11、螺纹联接23/33在在Sli公式中：公式中： 螺杆长度系数，查表；螺杆长度系数，查表； l 螺杆工作长度螺杆工作长度(mm) ，446441214121ddddIii螺杆危险剖面的惯性半径螺杆危险剖面的惯性半径(mm)两端支承，取支点间的距离，两端支承，取支点间的距离，一端螺母支承，支点取螺母中点；一端螺母支承，支点取螺母中点；张朝辉螺纹联接24/33Ssc稳定条件：稳定条件：SSCFcrFSS不满足此条不满足此条件件怎么办？怎么办？Fcr增大螺杆小径增大螺杆小径d1张朝辉螺纹联接25/33九、螺纹的公差配合与检测九、螺纹的公差配合与检测1、螺纹的公差原则、螺纹的公差原则 影响螺纹互换性的主要

12、因素是螺距误差、牙型半角误差和中径偏差。螺距误差体现为多个螺距的螺距累计误差。 对联接螺纹，主要保证可旋合性和一定的联接强度，应采用包容原则来处理，即标准中只规定中径公差，而螺距误差和半角误差都由中径公差来综合控制。 螺纹的大径和小径，主要是旋合时不发生干涉，标准对外螺纹大径和内螺纹小径规定了较大的公差值，对外螺纹小径和内螺纹大径没有规定公差值，只规定了保证旋合时不会发生干涉。张朝辉螺纹联接26/33本章主要内容本章主要内容 第一部分：螺栓联接设计，包括螺栓联接的预第一部分：螺栓联接设计，包括螺栓联接的预紧、强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及紧、强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高联接强

13、度的措施提高联接强度的措施 第二部分：滑动螺栓螺旋传动的设计计算方法第二部分：滑动螺栓螺旋传动的设计计算方法张朝辉螺纹联接27/33本章重点本章重点 各类不同外载荷情况下，螺栓组中各螺栓的受各类不同外载荷情况下，螺栓组中各螺栓的受力分析力分析 螺栓联接的强度计算，尤其是承受轴向拉伸载螺栓联接的强度计算，尤其是承受轴向拉伸载荷的紧螺栓联接的强度计算荷的紧螺栓联接的强度计算张朝辉螺纹联接28/33螺纹联接和螺旋传动螺纹类型和应用联接螺纹：普通螺纹、非螺纹密封的管螺 纹、用螺纹密封的管螺纹、米 制锥螺纹传动螺纹：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形 螺纹主要参数大径d、小径d1、中径d2、线数n、螺距P、导程

14、S、螺纹升角、牙型角、接触高度h螺纹联接的类型和标准联接件重点知识结构图重点知识结构图张朝辉螺纹联接29/33螺纹联接和螺旋传动螺纹螺纹联接的类型和标准联接件螺纹联接的基本类型标准螺纹联接件螺栓联接双头螺柱联接螺钉联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接螺栓双头螺柱螺钉紧定螺钉螺母垫圈A、B、C三个精度等级螺纹联接的预紧目的：增强联接的可靠性，防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移控制预紧力的方法：使用测力矩扳手、定力矩扳手，测量螺栓受力后的伸长量张朝辉螺纹联接30/33螺纹联接和螺旋传动螺纹螺纹联接的类型和标准联接件螺纹联接的预紧螺纹联接的防松实质：防止螺旋副在受载时发生相对转动方法：摩擦防松：

15、对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母等机械防松：开口销与开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝等破坏螺纹副关系：冲点、焊铆和胶接等张朝辉螺纹联接31/33螺纹联接和螺旋传动螺纹联接的设计及计算螺的栓结组构联设接计螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算结合面的受力均匀，便于加工和装配栓的数目和布置形式，使各螺栓和联接合理地确定联接结合面的几何形状、螺求出螺栓组中受力最大的螺栓及其所受的力倾覆力矩M受横向载荷转矩T 铰制孔用螺栓组横向载荷转矩T 轴向载荷F 普通螺栓组0SK FFFfzi01SziiK TFfrziiPPPLMLFWMAzFWMAzF12maxmax0min0m

16、ax0zFFzFFFziirTrF12maxmaxFCCCFFdFmbbca0221043 . 1210min21minmin121242)2)()(243 . 1dFdFCCCSKKSdFmbbaatccaca200min 4PPFdFd L张朝辉螺纹联接32/33螺纹联接和螺旋传动螺纹联接件的材料及许用应力国家标准规定，螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级，自3.6至12.9，小数点前面的数字代表材料的抗拉强度极限的1/100，小数点后面的数字代表材料的屈服极限与抗拉强度比值的10倍。螺母的性能等级分为七级，从4到12，数字粗略表示螺母保证能承受的最小应力的1/100提高螺栓联接强度的措施降

17、低螺栓的应力幅、改善螺纹牙载荷分布不均的现象、减轻应力集中、减小附加弯曲应力、采用合理制造工艺等螺旋传动类型：按其用途分为传力螺旋、传导螺旋 和调整螺旋三类结构和材料设计计算耐磨性计算、螺杆的强度计算、螺母螺纹的强度计算、螺母外径与凸缘的强度计算、螺杆的稳定性计算张朝辉螺纹联接33/33例5.1 下图所示为一钢板用四个普通螺栓与立柱连接。钢板悬壁端作用一载荷P=20000N，接合面摩擦系数f=0.16，防滑系数Ks = 1.2。螺栓材料的许用拉伸应力=120MPa，试计算该螺栓组螺栓的小径d1。张朝辉螺纹联接34/33解：（1）螺栓组受力分析。将载荷P向螺栓组联接的接合面形心点O简化，则得横向

18、载荷P=20 000N旋转力矩T=Pl=20 000300=6000 000Nmm计算受力最大螺栓的横向载荷FS。在横向载荷P作用下，各螺栓受的横向载荷FSP大小相等，方向同P，即NPFFFFSPSPSPSP500042000044321在旋转力矩T作用下，因为各螺栓中心至形心点O距离相等，各螺栓受的横向载荷FST大小亦相等，方向各垂直于螺栓中心与形心点O的连心线。螺栓中心至形心点O距离r为mmr1 .106757522张朝辉螺纹联接35/33故NrTFFFFSTSTSTST6 .141371 .1064600000044321各螺栓所受的横向载荷FSP和FST的方向如图5.6所示。由图中可以看出螺栓1和2所受两力夹角最小（=45），故螺栓1和2受力最大，所受总的载荷为NFFFFFFFSTSPSTSPSSS3 .1802345cos6 .141375000cos22211212121max张朝辉螺纹联接36/33（2）计算螺栓所需预紧力F0。由一个螺栓所受的横向力与接合 面间的摩擦力相平衡的条件可得max0SSFK