机械设计5螺纹联接和螺旋传动ppt课件

1、 第第5章章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动5 51 1 螺纹螺纹5 52 2 螺纹联接的类型及规范联接件螺纹联接的类型及规范联接件5 53 3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧5 55 5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算5 57 7 螺栓的资料和许用应力螺栓的资料和许用应力5 58 8 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施5 59 9 螺旋传动螺旋传动5 54 4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松5 56 6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计一、螺纹的构成一、螺纹的构成5 51 1 螺螺 纹纹d2螺旋线螺旋线-一动点在一圆柱体的外表上，一边绕轴线一动点在一圆柱体的外表上，一边绕轴

2、线等速旋转，同时沿轴向作等速挪动的轨迹。等速旋转，同时沿轴向作等速挪动的轨迹。螺纹螺纹-一平面图形沿螺旋线运动，运动时坚持该图一平面图形沿螺旋线运动，运动时坚持该图形经过圆柱体的轴线，就得到螺纹。形经过圆柱体的轴线，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外表分按回转体的内外外表分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体外形分按母体外形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三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹

3、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外表分按回转体的内外外表分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体外形分按母体外形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 按回转体的内外外表分按回转体的内外外表分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体外形分按母体外形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

4、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 普通普通: 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 按回转体的内外外表分按回转体的内外外表分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体外形分按母体外形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螺纹内螺纹内螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺

5、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 按回转体的内外外表分按回转体的内外外表分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体外形分按母体外形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 按回转体的内外外表分按回转体的内外外表分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体外形

6、分按母体外形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 也是一个假也是一个假想圆柱的直径，该圆柱想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。起宽度相等。d1d2d(1)大径大径d 与外螺纹牙顶与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底或内螺纹牙底)相重合相重合的假想圆柱体的直径。的假想圆柱体的直径。(2) 小径小径 d1 与外螺纹与外螺纹牙

7、底牙底(或内螺纹牙顶或内螺纹牙顶)相相重合的假想圆柱体的直重合的假想圆柱体的直径。径。(4) 螺距螺距P 相邻两牙在中相邻两牙在中径线上对应两点间的轴径线上对应两点间的轴向间隔。向间隔。(5) 导程导程S(6) 螺纹升角螺纹升角 中径中径d2圆柱上，螺旋圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角的夹角 (7)牙型角牙型角 轴向截面内螺纹牙型相轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角邻两侧边的夹角tg=d2 nP 牙侧角牙侧角 。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。 d2d2SS = nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的

8、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/2 (8)接触高度接触高度 h 内外螺纹旋合后，内外螺纹旋合后，接触面的径向高接触面的径向高度。度。h 普通螺纹以大径普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其他的统称为细牙螺纹。他的统称为细牙螺纹。60螺纹的精度等级螺纹的精度等级:A级级B级级C级级公差小，精度最高，用于配合准确，防振动等场所；公差小，精度最高，用于配合准确，防振动等场所；受载较大且经常装配，调整或接受变载荷的联接；受载较大且经常装配，调整或接受变

9、载荷的联接；用于普通联接，最常用。用于普通联接，最常用。粗牙螺纹运用最广粗牙螺纹运用最广细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高缺陷：不耐磨易滑扣。缺陷：不耐磨易滑扣。运用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。运用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙梯形螺纹：梯形螺纹：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，运用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适宜单向传动。锯齿形螺纹锯齿形螺纹:常用于传

10、动。常用于传动。= 15= 3 粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的根粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的根本尺寸见后续各表或查阅相关机械设计手册。本尺寸见后续各表或查阅相关机械设计手册。螺纹的根本尺寸：螺纹的根本尺寸：直径与螺距、粗牙普通螺纹根本尺寸直径与螺距、粗牙普通螺纹根本尺寸 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 D2 d2 D2 d2 小径小径 D2 d2 D2 d2 螺距螺距P P 4 0.7 3.545 3.242 4 0.7 3.545 3.

11、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 4.918 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

12、1.5, 11.5, 116 2 14.701 13.835 16 2 14.701 13.835 (18) 2.5 16.376 15.294 (18) 2.5 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 2

13、6.211 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 d2=d-0.6495P d1=d-1.0825PH=0.866P d2=d-0.6495P d1=d-1.0825PD1D1、d1-d1-内、外螺纹小径内、外螺纹小径 D2D2、d2-d2-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 标志例如：标志例如：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24,2

14、4,螺距螺距1.5) 1.5) P PP/8P/8P/8P/8P/8P/8H/4H/4D dD dD2 d2 D2 d2 D1 d1 D1 d1 P/2P/2P/4P/43030 6060 9090 细牙普通螺纹根本尺寸细牙普通螺纹根本尺寸 mmmm螺距螺距P P 中径中径D2D2、d2 d2 小径小径D1D1、d1d10.35 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

15、-1+0.188 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1 d-1+0.35 d-2+0.918 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 梯形螺纹根本尺寸梯形螺纹根本尺寸 mmmm标志例如：标志例如：Tr48X8Tr48X8( (梯形螺纹，直径梯形螺纹，直径484

16、8，螺距，螺距8)8)P h3=H4 ac P h3=H4 ac 第第1 1系列系列 第第2 2系列系列 D2 d2 D1 D2 d2 D1 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-

17、4 d-8 50 d-4 d-8 4 2.25 0.25 164 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 PR1R1R2R2D1D1D4D4H1H1D2 d2D2 d2d3d3acacacac3030 H4H4R2R2d dd2d2d1d1P P用螺纹密封的管螺纹用螺纹密

18、封的管螺纹普通细牙螺纹普通细牙螺纹管螺纹管螺纹非螺纹密封管螺纹圆柱管壁非螺纹密封管螺纹圆柱管壁 = 55 = 55用螺纹密封管螺纹圆锥管壁用螺纹密封管螺纹圆锥管壁 = 55 = 5560圆锥管螺纹公称直径公称直径-管子的公称通径。强调与普通螺纹不同管子的公称通径。强调与普通螺纹不同55 55 非螺纹密封的管螺纹非螺纹密封的管螺纹d dd2d2d1d1P P25 52 2 螺纹联接的类型及规范联接件螺纹联接的类型及规范联接件一、一、 螺纹联接的根本类型螺纹联接的根本类型螺栓联接螺栓联接根根本本类类型型eaal1l1可接受横向载荷。螺纹余留长度螺纹余留长度l1 铰制孔螺栓铰制孔螺栓孔与螺杆之孔与螺

19、杆之间留有间隙间留有间隙静载荷静载荷l1=(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; 螺栓轴线到边缘的间隔螺栓轴线到边缘的间隔e=d+(36) mm用于经常拆装易磨损之处。dd一、一、 螺纹联接的根本类型螺纹联接的根本类型螺栓联接螺栓联接根根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，当螺孔资料为：，当螺孔资料为：ae ee e双头螺柱联接双头螺柱联接 联接件厚，联接件厚，允许拆装。允许拆装。钢或青铜钢或青铜 H=d;铸铁铸铁 H=(1.251.5

20、)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与螺栓一样与螺栓一样 l1l1H HH HH1H1H1H1H2H2H2H2构造简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。d5 52 2 螺纹联接的类型及规范联接件螺纹联接的类型及规范联接件一、一、 螺纹联接的根本类型螺纹联接的根本类型螺栓联接螺栓联接根根本本类类型型螺钉联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紧定螺钉紧定螺钉5 52 2 螺纹联接的类型及规范联接件螺纹联接的类型及规范联接件二、螺纹紧固件二、螺

21、纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件螺栓的构造方式螺栓的构造方式LL0d六角头六角头LdL0小六角头小六角头dL0L1LL1 -座端长度座端长度L0 -螺母端长度螺母端长度二、螺纹紧固件二、螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓二、螺纹紧固件二、螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件末端末端构造构造头部头部构造构造螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓二、螺纹紧固件二、螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件地脚螺栓地脚螺栓 起吊螺钉起吊螺钉 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓公用螺纹联接公用螺纹联接T 型螺栓型螺栓 六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母

22、六角厚螺母圆螺母圆螺母二、螺纹紧固件二、螺纹紧固件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构造的螺母螺母螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓公用螺纹联接公用螺纹联接其它螺母：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、螺纹紧固件二、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：添加支撑面积以减作用：添加支撑面积以减小压强，防止拧紧螺母擦小压强，防止拧紧螺母

23、擦伤外表、防松。伤外表、防松。公用螺纹联接公用螺纹联接5 53 3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需求拧紧，使之预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需求拧紧，使之在接受任务载荷之前，预先遭到力的作用，这个预加在接受任务载荷之前，预先遭到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。作用力称为预紧力。预紧的目的：加强联接的可靠性和严密性，以防止受预紧的目的：加强联接的可靠性和严密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对挪动。载后被联接件间出现缝隙或发生相对挪动。预紧力确实定原那么：预紧力确实定原那么： 拧紧后螺纹联接件的预紧应力拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超越其资料的屈服极

24、限不得超越其资料的屈服极限ss的的80%。 一、概述一、概述普通螺纹联接在装配时都必需拧紧，这时螺纹联接遭到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，由于的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。碳素钢栓：碳素钢栓：Qp(0.60.7) s A1合金钢栓：合金钢栓：Qp (0.50.6) s A1A1 -危险截面积，危险截面积， A1 d21/4facarFftgdFTTT)(2221)(2221tgdFTTTa二、二、 拧紧力矩拧紧力矩21TTTT1T1抑制螺纹副相对转动的阻矩；抑制螺纹副相对转动的阻矩；T2T2抑制螺母支撑面上的摩擦阻矩；抑制螺母支撑面上的摩擦阻矩；设轴向力

25、为设轴向力为Fa Fa 或预紧力或预紧力不受轴向载荷不受轴向载荷 fc摩擦系数。摩擦系数。 无光滑时取：无光滑时取： fc =0.15rf支撑面摩擦半径。支撑面摩擦半径。 rf =(dw+d0)/4简化公式：简化公式： 适用于适用于M10M60M10M60的粗牙的粗牙螺纹，螺纹， f f=0.15, fc=0.15, =0.15, fc=0.15, T 0.2 Fa dFaFaFa是由联接要求决议的，为了发扬螺栓的任务才干和保证预紧 可靠，应取：总力矩：总力矩： 留意：对于重要的联接，应尽能够采用M12的螺栓。Td0ddw测力矩扳手测力矩扳手预紧力控制方法预紧力控制方法: :联接用三角形螺纹都

26、具有自锁性，在静载荷和任务温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力能够在某一瞬时消逝，联接仍有能够松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差别等，也能够发生松脱景象如高压锅，因此设计时必需思索防松。即防止相对转动。F F定力矩扳手定力矩扳手通常螺纹联接拧紧是凭工人的阅历来决议的，重要螺栓那么必需预紧力进展准确控制。LSLS1)1)凭手感阅历；凭手感阅历；2)2)测力矩扳手；测力矩扳手；3)3)定力矩扳手；定力矩扳手；4)4)测定伸长量。测定伸长量。LMLMLSLS联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和任务温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力能够

27、在某一瞬时消逝，联接仍有能够松动而失效。高温下的螺栓联接，由于温度变形差别等，也能够发生松脱景象如高压锅，因此设计时必需思索防松，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弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母5 53 3 螺纹联接的防松螺纹联接的防松防松防松-防止螺旋副相对转动。防止螺旋副相对转动。 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

28、法粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂5 55 5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算螺栓联接螺栓联接的主要失的主要失效方式：效方式：滑扣滑扣 因经常因经常拆装拆装受拉螺栓受拉螺栓塑性变形塑性变形 螺纹部分螺纹部分疲劳断裂疲劳断裂受剪螺栓受剪螺栓 剪断剪断压溃压溃 螺杆和孔壁的贴合面螺杆和孔壁的贴合面经常装配经常装配 断裂断裂-轴向变载荷轴向变载荷螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原那么及运用阅历规定的。采用规范件时，这些部分都不需求进展强度计算。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照规范选定螺纹公称直径d及螺距P等。 一、松螺栓联接强度计算一、松螺栓联接强度计算强度

29、条件：强度条件：4/21dFa式中式中: d1-螺纹小径螺纹小径 mm ， 许用应力许用应力二、紧螺栓联接强度计算二、紧螺栓联接强度计算FaFa力除以面积设计公式：设计公式：41aFd 装配时需求拧紧，在任务形状下能够还需求补充拧紧。1. 仅接受预紧力的紧螺栓强度仅接受预紧力的紧螺栓强度2.受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接3.接受任务剪力的紧螺栓联接接受任务剪力的紧螺栓联接装配时不需求拧紧3 . 1螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力F0和摩擦力矩和摩擦力矩T1的双重作用。的双重作用。4/21dFa拉应力：拉应力：1. 仅接受预紧力的紧螺栓强度仅接受预紧力的紧螺栓强度改动切应力：改动切应力

30、：16/311dT16/2) (311ddtgFa4/) (22112dFtgdda对于对于M10M64的普通钢制螺纹，可取：的普通钢制螺纹，可取： tg f =0.17， d2 /d1=1.04-1.08, tg 0.5 得：得： 0.5 分母为抗剪截面系数计算应力：计算应力：223ca22)5 . 0( 3由此可见，对于M10M64普通螺纹的钢制紧螺栓联接，在拧紧时，虽然同时接受拉伸和改动的结协作用，但在计算时，可以只思索拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来思索改动的影响。4/3.121dFaca强度条件：强度条件：当接受横向任务载荷时，当接受横向任务载荷时， 预紧力预紧力F0导致接合面所

31、产生的摩擦力应大于导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷横向载荷F。C-可靠性系数，常取可靠性系数，常取 C=1.11.3mfCFF 0预紧力预紧力F0 ： 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 上图上图m=1,以下以下图图m=2假设取假设取 f =0.15， C=1.2, m=1, 那么：那么：F0 8F构造尺寸大构造尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0FF/2F/22. 受轴向任务载荷的螺栓强度受轴向任务载荷的螺栓强度改良措施：改良措施： a. 采用键、套筒、销承当横向任务载荷。螺栓仅起采用键、套筒、销承当横向任务载荷。螺栓仅

32、起衔接作用衔接作用b. 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，那，那么缸体周围每个螺栓的平均载荷为：么缸体周围每个螺栓的平均载荷为：p D2/4F =ZpFFD受载受载变形变形特别留意，轴向载荷：特别留意，轴向载荷：F2 F0+F加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b0被联接件受紧缩短被联接件受紧缩短m0加载加载 F 后后:螺栓总伸长量添加为螺栓总伸长量添加为: 总拉力为：总拉力为：被联接件紧缩量减少为：被联接件紧缩量减少为： 剩余预紧力减少为：剩余预紧力减少为： F1 很显然很显然: F1F0 被联接被联接件放松了件放松

33、了 +b0m0 - 松弛松弛形状形状预紧预紧形状形状b0F0F0m0FFF0F0FFFFF2F2F2=F+F1F1F1 b0联接件变形联接件变形力力螺栓变形螺栓变形力力FbFm螺栓变形螺栓变形力力F2F1FF0F0m0F0b0C0arctgCbarctgCm力力螺栓变形螺栓变形arctgCb-相对刚度系数相对刚度系数F= Fb +Fm =(Cb +Cm ) Cb +CmCbF2 = F0 +FCb +CmCbF1 = F0 F 1-F1= F0- F= F0 - Cm F2= F0 + Fb = F0 +Cb Cb +CmF=FF2FbF0代入得：代入得：表表5-4 螺栓的相对刚度系数螺栓的相

34、对刚度系数垫片类型垫片类型 金属垫片或无垫片金属垫片或无垫片 皮革皮革 铜皮石棉铜皮石棉 橡胶橡胶 0.20.3 0.7 0.8 0.9Cb +CmCbFmF13 3接受任务剪力的紧螺栓联接接受任务剪力的紧螺栓联接 这种联接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来接受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触外表受挤压。在联接结合面处，螺栓杆那么受剪切。螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：F螺栓所受的任务剪力，单位为螺栓所受的任务剪力，单位为N；Pmin0PLdF 204dFLmin铰制孔螺栓铰制孔螺栓FFd0设计时应使设计时应使: Lmin

35、1.25d0d0螺栓剪切面的直径可取螺栓螺栓剪切面的直径可取螺栓 孔直径，单位为孔直径，单位为mm；Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小螺栓杆与孔壁挤压面的最小 高度，高度， 单位为单位为mm；5 56 6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计在设计螺栓组联接时，关键是联接的构造设计。它是根据被联接件的构造和联接的用途，确定螺栓数目和分布方式。为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何外形都设计合面受力均匀，通常联接结合面的几何外形都设计成成: :一、螺栓组联接的构造设计一、螺栓组联接的构造设计根本原那么：根本原那么：大多数机

36、械中螺栓都是成组运用的。大多数机械中螺栓都是成组运用的。轴对称的简单几何外形。轴对称的简单几何外形。 圆形圆形 圆环形圆环形 矩形矩形 矩形框矩形框 三角形三角形 螺栓布置应使各螺栓的受力合理螺栓布置应使各螺栓的受力合理FFa) 对于铰制孔用螺栓联接，不要在平衡于任务载荷的方向上对于铰制孔用螺栓联接，不要在平衡于任务载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；合理不合理!b) 当螺栓联接弯距或转距时，应使螺栓的位置适当接近联接当螺栓联接弯距或转距时，应使螺栓的位置适当接近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。接合面的边缘，以减少螺栓的受

37、力。dhD螺栓的陈列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间螺栓的陈列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间c) 当同时接受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗当同时接受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗 剪零件来接受横向载荷。剪零件来接受横向载荷。60CCEE60扳手空间的尺寸见有关规范。AB对于压力容器等严密性要求较高的重要联接。螺栓的对于压力容器等严密性要求较高的重要联接。螺栓的间距不大于下表所引荐的取值。间距不大于下表所引荐的取值。t0螺栓间距t0任务压力 (MPa)7d 4.5d 4.5 4d 3.5 3d t0 (mm) 1.6 1.6 4 410 1016 1620 2030 d为了便于

38、在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成布在同一圆周上的螺栓数目取成: : 4、6、8等偶数。同一螺栓组中的螺栓的资料、直径、长度应一样。同一螺栓组中的螺栓的资料、直径、长度应一样。保证被联接件，螺母和螺栓头支承面平整，并与螺栓轴线相互垂直。对于在铸、锻件等的粗糙外表上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座。当支承面为倾斜外表时，应采用斜面垫圈等。防止螺栓接受附加的弯曲载荷。防止螺栓接受附加的弯曲载荷。采用凸台或沉孔构造采用凸台或沉孔构造切削加工支承面切削加工支承面支承面不平支承面不平支承面倾斜支承面倾斜采用斜垫圈采用斜垫圈二、螺栓组联接

39、的受力分析二、螺栓组联接的受力分析受力分析的目的：受力分析的目的：根据联接的构造和受载情况，求出受力最大的螺栓根据联接的构造和受载情况，求出受力最大的螺栓 及其所受的力，以便进展螺栓联接的强度计算。及其所受的力，以便进展螺栓联接的强度计算。 受力分析时所作假设：受力分析时所作假设： a) a)一切螺栓的资料、直径、长度和预紧力均一样；一切螺栓的资料、直径、长度和预紧力均一样； c)c)受载后联接接合面仍坚持为平面。受载后联接接合面仍坚持为平面。受力分析的类型：受力分析的类型：b)b)螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受转矩受转矩受横向载荷受横向载荷

40、受轴向载荷受轴向载荷受倾覆力矩受倾覆力矩M1对于铰制孔用螺栓联接，每个螺栓所受任务剪对于铰制孔用螺栓联接，每个螺栓所受任务剪力为：力为：2对于普通螺栓联接对于普通螺栓联接 ，按预紧后接合面间所产生的，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必需大于或等于横向载荷的要求，有：最大摩擦力必需大于或等于横向载荷的要求，有：式中：式中：z z为螺栓数目。为螺栓数目。 图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。1 1受横向载荷的螺栓组联接受横向载荷的螺栓组联接zFFFKzifFS0fziFKFS0或或Ks为防滑系数，设计中可取为防滑系数，设计中可取Ks =1.11.3。铰制孔螺栓FFFF普通螺栓TOO采用

41、普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。2受转矩的螺栓组联接受转矩的螺栓组联接TKfrFfrFfrFsz02010 TrFziii1 采用普通螺栓，是靠联接预紧采用普通螺栓，是靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩抵抗转矩T T。 采用铰制孔用螺栓，是靠螺采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩作用来抵抗转矩T T。iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmaxziirfTKF1S0TrmaxFmaxr1f F0f F0r2riFi假设底板受载仍为平面，那么螺栓的剪切变形量与间隔

42、成正比，F=KriiirKF剪切力与间隔r的比值为常数3受轴向载荷的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接 假设作用在螺栓组上轴向总载荷假设作用在螺栓组上轴向总载荷FF作用线与螺栓作用线与螺栓轴线平行，并经过螺栓组的对称中心，那么各个螺栓轴线平行，并经过螺栓组的对称中心，那么各个螺栓受载一样，每个螺栓所受轴向任务载荷为：受载一样，每个螺栓所受轴向任务载荷为： 通常，各个螺栓还接受预紧力通常，各个螺栓还接受预紧力F0的作用，当联接要有保证的剩的作用，当联接要有保证的剩余预紧力为余预紧力为F1时，每个螺栓所接时，每个螺栓所接受的总载荷受的总载荷F2为。为。zFFF2 = F1 + FpDFFF4受倾覆力

43、矩的螺栓组联接受倾覆力矩的螺栓组联接 倾覆力矩 M 作用在联接接合面的一个对称面内，底板在接受倾覆力矩之前，螺栓已被拧紧并接受预紧力F0且被拉伸，地基有均匀的紧缩。在作用M后，接触面绕o-o线转动一个角度，左边的地基被放松，而螺栓被进一步拉伸；右边的螺栓被放松，而地基被进一步紧缩。单个螺栓拉力单个螺栓拉力产生的力矩为：产生的力矩为：F1F0 F0 p ( F 0引起引起)F2mp2( F1m引起引起)p1( F1引起引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi Li iirFrFmaxmax假设底板受载仍为平面，那么螺栓受力与螺栓中心到螺栓组陈列中心的间隔成正比。iirKF螺栓接受的载荷与间隔成

44、正比：螺栓接受的载荷与间隔成正比： F1m 强调是基座上的压力Fm F2m F1 F F2 C2 单个螺栓的受力分析：单个螺栓的受力分析：Om 力力 变形变形 Ob ziLFM1ii作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：平衡，即：未加倾覆力矩时，任未加倾覆力矩时，任务点在务点在A。Mi=0施加倾覆力矩施加倾覆力矩M时时:左边的螺栓，任务点移至：左边的螺栓，任务点移至：B1 和和C1 右边的螺栓，任务点移至：右边的螺栓，任务点移至：B2 和和C2 左边螺栓总拉力添加，右边螺栓总拉力减小。F2 F2m C1 B2 B1 iiLFLFmaxmax由：iiLLFF

45、maxmax求得最大任务载荷ZiLMLF12imaxmaxA F0 0maxPPWMAzF00minPWMAzF螺栓的总拉力：螺栓的总拉力：maxmbb02FCCCFF 为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：间隙，要求：表8-5 联接接合面资料的许用挤压应力资料 钢 铸铁 混凝土 砖(水泥浆缝) 木材p(Mpa) 0.8 s (0.40.5)B 2.03.0 1.52.0 2.04.0直接援用前面的结论5 57 7 螺栓的资料和许用应力螺栓的资料和许用应力一、螺纹联接件资料一、螺纹联接件资料螺栓、螺柱、螺钉常用资料：螺栓、螺柱、螺钉

46、常用资料：Q215、Q235、35、45等碳素钢；等碳素钢；特殊用途特殊用途( (防磁、导电防磁、导电): ): 特殊钢、铜合金、铝合金等。特殊钢、铜合金、铝合金等。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级。级。3.6 4.6 4.8 5.6 58 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9作为规范零件，螺纹联接件是按其性能等级选用的。对于一定性能等级的螺纹联接件应具备一定的强度极限。冲击振动场所用：冲击振动场所用：15Cr、40Cr、 30CrMnSi等合金钢。等合金钢。垫圈：垫圈：Q235、15、 35垫圈：垫圈： 65Mn 选用原那么：选用原那么：普通用途：通常

47、选用普通用途：通常选用4.8级左右的螺栓，级左右的螺栓，重要场所：要选用高的性能等级，重要场所：要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。级的螺栓。螺母的性能等级分为 7级。 4 5 6 8 9 10 12二、螺纹联接件的许用应力二、螺纹联接件的许用应力 螺纹联接件的许用应力与载荷性质螺纹联接件的许用应力与载荷性质( (静、变载荷静、变载荷) )、装配情况装配情况( (松、紧联接松、紧联接) )、资料、构造尺寸有关。、资料、构造尺寸有关。许用拉应力：许用拉应力： 许用剪应力和挤压应力：许用剪应力和挤压应力： SsSsPsPS-被联接件为钢被联接件为钢PBPS-

48、被联接件为铸铁被联接件为铸铁S, Sp-S, Sp-平安系数，其取值详见下页表。平安系数，其取值详见下页表。表表5-11 螺栓联接的平安系数螺栓联接的平安系数S 碳素钢碳素钢 54 42.5 2.52 碳素钢碳素钢 12.58.5 8.5 8.512.5 M6M16 M16M30 M30M60 M16M16 M16 M30 M30M60不控制不控制预紧力预紧力的计算的计算控制预控制预紧力的紧力的计算计算受载类型受载类型 静载荷静载荷 变载荷变载荷松螺栓联接松螺栓联接 1.21.7合金钢合金钢 5.75 53.4 3.43 合金钢合金钢 106.8 6.8 6.810 1.2 1.5 1.2 1

49、.5(Sa=2.54 )钢：钢：S=2.5， Sp= 1. 25， 钢：钢：S=3.55， Sp= 1. 5铸铁：铸铁：Sp=2.02.5， 铸铁：铸铁： Sp= 2.53铰制孔用螺铰制孔用螺栓联接栓联接受轴受轴向及向及横向横向载荷载荷的普的普通螺通螺栓联栓联接接紧紧螺螺栓栓联联接接5 58 8 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施接受轴向变载荷时，螺栓的损坏方式：接受轴向变载荷时，螺栓的损坏方式：疲劳断裂疲劳断裂容易断裂部位：容易断裂部位：一、降低螺栓总拉伸载荷一、降低螺栓总拉伸载荷F2F2的变化范围的变化范围轴向任务载荷轴向任务载荷F的变化范围的变化范围: 0 FCb+ CmCbF

50、0 F0 +F总拉伸载荷的总拉伸载荷的F2变化范围变化范围: Cb 或或 Cm F2变化范围变化范围F 提高螺栓联接强度的措施有哪些呢？ 以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。65%20%15%F0 m b措施一：降低螺栓刚度措施一：降低螺栓刚度 Cb Cb , b Cm , m m 措施三：综合措施措施三：综合措施 Cb Cm , F0 F0 F F F1 F2 F2F F m F1bF0m 虽然F =FF F强调剩余预紧力减小强调剩余预紧力减小但有F F强调剩余预紧力减小F =FF =F， F1 =F 1F F2F3F4F5F

51、1F2F3F4F510圈以后，螺母牙几乎不接受载荷。螺螺栓栓杆杆F F螺螺栓栓杆杆F F螺母体螺母体均载螺母均载原理均载螺母均载原理 螺母和螺杆均为拉伸变形，有助于减小两者螺距变化，使受载均匀。加厚螺母加厚螺母1015悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母1015内斜与环槽螺母内斜与环槽螺母均载原理一样均载原理一样螺母也受拉螺母也受拉内斜螺母因力的作用点外移可使载荷较大的头几圈螺纹牙容易变形，使载荷上移而改善载荷分布不均。均载均载元件元件悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母内斜螺与环槽螺母内斜螺与环槽螺母都是改动螺母旋合部分的变形性质，使之和螺栓变形性质一样，均为拉伸变形

52、，从而使螺纹牙上载荷分布趋于均匀；钢丝螺套钢丝螺套加工复杂，仅限于用加工复杂，仅限于用在重要场所或大型联接。在重要场所或大型联接。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、防止或减小附加应四、防止或减小附加应力力采用凸台或沉孔构造采用凸台或沉孔构造切削加工支承面切削加工支承面被联接件变形太大被联接件变形太大3.3.卸载过渡构造卸载过渡构造要从构造、制造与装配精度采取措施。要从构造、制造与装配精度采取措施。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% 比比

53、车削车削 外表处置：外表处置： 氰化、氮化也能提高疲劳强度。氰化、氮化也能提高疲劳强度。球面垫圈球面垫圈采用球面垫圈和腰环采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺栓的螺栓可以保证螺栓的装配精度。装配精度。腰环螺栓腰环螺栓一、螺旋传动的类型和运用一、螺旋传动的类型和运用调整螺旋调整螺旋静压螺旋静压螺旋类类型型运动方式有：运动方式有：5 59 9 螺旋传动螺旋传动螺母固定，螺杆转动并挪动螺母固定，螺杆转动并挪动 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。作用：回转运动作用：回转运动 直线运动，同时传送动力。直线运动，同时传送动力。螺杆转动，螺母挪动螺杆转动，螺母挪动 按用按用途分途分传力螺旋传力螺

54、旋传导螺旋传导螺旋滑动螺旋滑动螺旋滚动螺旋滚动螺旋按摩擦按摩擦性质分性质分传送动力传送动力 传送运动传送运动, ,要求精度高要求精度高调整相对位置调整相对位置调整螺旋调整螺旋调整螺旋调整螺旋运用运用: 机床的进给机构、起重设备机床的进给机构、起重设备千斤顶千斤顶 、锻压机械、锻压机械(压力压力机机)、丈量仪器千分尺、丈量仪器千分尺、工具老虎钳、夹具、玩具、工具老虎钳、夹具、玩具、机器人及其他工业配备中。机器人及其他工业配备中。二、滑动螺旋的构造和资料二、滑动螺旋的构造和资料 滑动螺旋的构造主要滑动螺旋的构造主要是指螺杆、螺母的固定和是指螺杆、螺母的固定和支承的构造方式。螺旋传支承的构造方式。螺

55、旋传动的任务刚度与精度等和动的任务刚度与精度等和支承构造有直接关系。支承构造有直接关系。压力机压力机1、构造、构造 千斤顶千斤顶整体螺整体螺母母组合螺组合螺母母剖分螺剖分螺母母螺母构造螺母构造组合螺母组合螺母调整楔快调整楔快固定螺钉固定螺钉调整螺钉调整螺钉剖分螺母剖分螺母螺旋副资料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦系数小螺旋副资料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦系数小2滑动螺旋的资滑动螺旋的资料料螺杆资料螺杆资料: Q257: Q257、4545、5050钢，或钢，或T12T12、40Cr40Cr、65Mn 65Mn 螺母资料螺母资料: ZCuSn10P1: ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Z

56、n5ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl10Fe3. ZCuAl10Fe3.螺杆螺杆- -螺母资料螺母资料 滑动速度滑动速度 m/min m/min 许用压力许用压力/Mpa /Mpa 摩擦系数摩擦系数 低速低速 1825 1825 3 1118 3 1118 612 710 612 710 15 12 15 12 淬火钢淬火钢- -青铜青铜 钢钢- -青铜青铜 钢钢-铸铁铸铁 钢钢钢钢 612 1013 612 1013 0.060.08 0.060.08 2.4 1318 2.4 1318 612 47 612 47 低速低速 7.513 0.110.177.513 0.110.17 0

57、.080.1 0.080.1 0.120.15 0.120.15 表表5-14 5-14 滑动螺旋副资料的许用压力滑动螺旋副资料的许用压力pp及摩擦系数及摩擦系数 三、滑动螺旋传动的设计计算三、滑动螺旋传动的设计计算接受载荷接受载荷: 转矩、轴向力转矩、轴向力 设计准那么：按抗磨损确定直径，选择螺设计准那么：按抗磨损确定直径，选择螺距；距；校核螺杆、螺母强度等。校核螺杆、螺母强度等。主要失效方式主要失效方式: 螺牙的磨损螺牙的磨损表表5-15 5-15 滑动螺旋副资料的许用应力滑动螺旋副资料的许用应力许用应力许用应力/MPa螺旋副资料螺旋副资料螺杆螺杆 钢钢 s/(35)螺母螺母青铜青铜 4060 3040铸铁铸铁 4555 40钢钢 (0.10.2) 0.6 b 注：注：1) s 为资料的屈服极限；为资料的屈服极限； 2)载荷稳定时，许用应力取大值。载荷稳定时，许用应力取大值。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. .螺杆资料螺杆资料: Q257: Q257、4545、5050钢，或钢，或T12T12、40Cr40Cr、65Mn65Mn螺母资料螺母资料: ZCuSn10P1: ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5ZCuSn5Pb5Zn5、