螺纹联接和螺旋传动总结.

1、5 51 1 螺纹螺纹5 52 2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件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 螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力5 58 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施5 59 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5 50 0 联接概述联接概述一、联接分类一、联接分类二、螺纹基本知识二、螺纹基本知识三、螺纹联接的主要类型三、螺纹联接的主要类型（注意各图的画法）（注意各图的画法）四、螺栓联接的拧紧与防松四、螺栓联接

2、的拧紧与防松 五、螺栓联接的强度计算五、螺栓联接的强度计算六六 、螺栓组结构设计要点、螺栓组结构设计要点七、螺栓组联接的受力分析七、螺栓组联接的受力分析九、提高螺纹联接强度的措施九、提高螺纹联接强度的措施十、螺旋传动十、螺旋传动八、螺栓的材料和许用应力八、螺栓的材料和许用应力一、联接分类一、联接分类1、按运动关系分静联接：只固定，无相对运动。如螺纹联接、普通平键联接。动联接：彼此有相对运动。如花键、螺旋传动等。运动副2、按传载原理分靠摩擦力（力闭合）：如受拉螺栓、过盈联接。非摩擦（形闭合）：靠联接零件的相互嵌合传载，如平键。材料锁合联接：利用附加材料分子间作用，如粘接、焊接。3、按拆开时是否损

3、坏零件分可拆联接：如螺纹联接（最广泛的可拆联接）。不可拆联接：如焊接、铆接等。二、螺纹基本知识二、螺纹基本知识 直径大径d：公称直径。M20d=20mm小径d1：螺纹的最小直径。中径d2：齿厚=齿槽宽处直径，几何计算用。 一般取：d2=(d+d1)/2 螺距p 线数n：n=1时用于联接；n1时用于传动； n，但为便于制造n4 牙型角：螺纹牙两侧面夹角。1、螺纹的主要参数2、螺纹的类型右旋左旋螺纹位置：内螺纹螺母；外螺纹螺钉。旋向判定：顺着轴线方向看，左边高则为左旋，右边高则为右旋。螺纹旋向：左旋螺纹，右旋螺纹（常用）。思考： 升角：2arctandnp 导程s ：s=np联接：效率低、自锁性好

4、。传动：效率高、自锁性差。螺纹牙形：三角形、矩形、梯形、锯齿形等3033060三角形梯形锯齿形矩形单线，用于联接双线或多线，常用于传动粗牙：一般情况下使用。细牙：d相同，p小， 小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。 用于变载荷场合。 联接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。螺纹线数：单线（联接）；多线（传动）。三、螺纹联接的主要类型三、螺纹联接的主要类型（注意各图的画法注意各图的画法）1、螺栓联接受拉普通螺栓普通螺栓：无需在被联件上加工螺纹 孔，装拆方便，用于两被联件均不太厚的场合。受剪铰制孔螺栓铰制孔螺栓：除起联接作用外， 还起定位作用。2、双头螺柱联接 用于有一联接件较厚，并经常装拆

5、的场合，拆卸时只需拧下螺母即可。3、螺钉联接 用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。4、紧定螺钉联接 螺钉末端顶住另一零件的表面或相应凹坑，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩。四、四、 螺栓联接的拧紧与防松螺栓联接的拧紧与防松（一）、拧紧（一）、拧紧受载之前拧紧螺母预紧力Fo预紧联接刚度防松能力紧密性1、拧紧力矩T=？螺母支承面间的摩擦阻力矩以螺母分析：T=T1+T2螺纹副间的摩擦力矩221dFTt)tan(votFF螺纹副间有效圆周力2)tan(2dFvoa)螺母所 受转矩b)螺栓所 受转矩c)螺栓转 矩图T1T2T1TTTT434T3T1forfFT2（rf支承面摩擦半径

6、）dFkTTTot21kt拧紧力矩系数，一般取kt=0.22、控制T的方法T Fo 拉断、滑扣T不能满足工作要求控制T的大小一般情况凭经验，拧紧即可。方法：测量螺栓伸长量定力矩扳手测力矩扳手3、严格控制预紧力时dM12例：例：标准扳手长度L=15d，若拧紧力为F，则： T=FL=15dF=0.2Fod F0=75F若F=200N，则F0=15000N。 小于M12，则易拉断。( (二二) )、防松、防松1、螺纹联接按自锁条件设计： v。 静载下不会自行松脱。2、松动原因冲击、振动、变载荷下温度变化较大时螺旋副摩擦力Ff减小或瞬时消失松动下螺母上螺母螺栓对顶螺母3、防松方法防止螺旋副相对转动。按

7、防松原理不同，分为三类：a ）摩擦防松自锁螺母弹簧垫圈开口方向：斜向右下方弹性增压尖端抵住开口销与槽形螺母b ）机械防松（直接锁住）正确不正确注意金属丝穿入方向串联金属丝c ）破坏螺纹副关系不可拆联接胶接冲点焊住五五. .螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算螺栓联接受拉螺栓受剪螺栓松联接：不拧紧，无预紧力Fo，仅受工作载荷F紧联接：需拧紧仅受预紧力Fo同时受预紧力F0和工作载荷F( (一一) )、受拉螺栓联接、受拉螺栓联接对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。65%20%15%危险截面面积由计算直径d1确定1、松联接仅受轴向工作拉力F失效：拉断强度条件：4/21dF

8、MPa 校核式41Fd mm 设计式查手册，选螺栓2、紧联接（1）只受预紧力F0的紧联接外载荷FR对螺栓为横向力靠摩擦力传递a. FR作用下，板不滑移：FRFf，而FfF0。校核式4/3 . 121dFo3 . 1401Fdmm 设计式mfCFFR0（2）受预紧力F0和轴向工作载荷F的紧螺栓联接FcccFFFFmbb012即：螺栓总拉力等于预紧力加上部分工作载荷。FcccFFmbm013 . 1421Fdmm 设计式校核式4/3 . 1212dF讨论：FcccFFFFmbb0121、mbbccc螺栓相对刚度系数当F、Fo一定时，mbbcccF2为螺栓受力mbbccc应使2、01F：不出现缝隙。

9、(由FcccFFmbm01验算)选择不同垫圈或垫片当工作载荷在0F变化时，螺栓总拉力在F0F2之间变化变载荷下螺栓失效：Fa作用下的疲劳拉断Fa拉力变幅：2110222CCCFFFFa221ambbaCCCdF应力幅：螺栓许用应力幅（P110）表6.3即：变载荷下螺栓，应力幅越小，疲劳强度越高。hhFR12d21剪断破坏挤压破坏被连接件FRa)受剪螺栓联接b)螺栓被挤压( (二二) )、受剪螺栓联接、受剪螺栓联接1、失效形式：失效形式：剪断、接触表面压溃。剪断、接触表面压溃。2、螺栓剪切强度条件螺栓剪切强度条件4/20dmFd杆抗剪面直径mm抗剪面数目许用剪应力3、挤压强度条件挤压强度条件mi

10、n0ppLdFLmin对象受压高度；p许用挤压应力，取弱者计算；单个螺栓联接强度计算单个螺栓联接强度计算受拉螺栓受变载：4/3 . 1210dFca紧联接受Fo和F4/20diFmin0ppLdF4/210dFa影响疲劳强度4/3 . 1212dFca单个螺栓强度计算受剪螺栓：松联接：仅受Fo：受静载：F2=F+F1221ambbaCCCdF六六 、 螺栓组结构设计要点螺栓组结构设计要点1、 结合面几何形状力求简单（矩、圆、三角），且螺栓组的对称中心与结合面形心重合，结合面受力均匀。3、 分布在同一圆周上的z应取偶数（4、6、8），便于分度划线。4、 避免附加弯曲载荷：凸台、沉孔、斜垫圈等。5

11、、 螺栓排列应有合理间距、边距、扳手空间。6、 合理防松方法。2、 螺栓组受力合理：螺栓布置应尽量远离对称中心，铰制孔螺栓组8个；同时承受轴向、横向载荷时，可采用抗剪元件承受横向力，d。七、七、 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析1 1、思路、思路联接结构形式、外载荷类型 螺栓受力 找出受载最大螺栓按单个螺栓联接的计算方法计算2 2、基本假定、基本假定1、各螺栓刚度相同；2、各螺栓Fo相同；3、变形在弹性范围内；4、被联件为刚体；3 3、四种典型受载情况时、四种典型受载情况时 的受力分析的受力分析1)受轴向载荷的螺栓组联接特点：载荷与螺栓轴线平行，并通过螺栓组对称中心。各螺栓组平均受载：

12、 F=F/z螺栓还受Fo F2 3 . 14212dF工作条件：F102、受横向载荷的螺栓组联接FRFRa)用受拉螺栓联接FFFFFFFR/2FR/2（1）特点：横向载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组对称中心。（2）承载方式：形闭合：受剪螺栓（靠杆的剪切与挤压承载）力闭合：受拉螺栓（由F0在结合面产生的摩擦力承载）（3）受力分析a 、受拉螺栓工作条件：RsoFkziFfzifFkFRso按仅受Fo的紧联接计算。校核式4/3 . 121dFoFRFRb)用受剪螺栓联接Fs/2Fs/2Fs/2FsFs/2FsFR/2FR/2b、受剪螺栓假定每个螺栓受载相同，则工作条件：RsFFzzFFRS/剪

13、切计算挤压计算4/2diFspsphdF3、受旋转力矩T的螺栓组联接特点：在转矩T作用下，底板有绕螺栓组形心轴线O-O旋转的趋势。横向力受拉螺栓受剪螺栓摩擦力承载，各螺栓处产生相等的摩擦力oFf （1）受拉螺栓联接工作条件：ziiszsrfTkrrrfTkF1210)(校核式4/3 . 121dFo（2）受剪螺栓联接 靠剪切和挤压承载，各螺栓在T作用下受横向力Fs。问题：Fs1= Fs2= = Fsz ？即Fsi与ri成正比：zszssrFrFrF2211或isisrFrFmaxmax工作条件： Fs1r1+ Fs2r2+ + Fszrz= T变形协调条件：底板视为刚体，ri剪切变形量 Fsi

14、maxmaxrrFFissi代入工作条件中：ziizsrTrrrrTrF12max22221maxmax4、受翻转力矩M（倾覆力矩） 的螺栓组联接特点：在M作用下，底板有绕螺栓组形心轴翻转的趋势。作用M前：各螺栓受相同F0作用M后：左侧：F拉， 右侧：F压 F0工作条件：MrFrFrFzz2211变形协调条件：maxmax2211rFrFrFrFzzziizrrMrrrrMF12max22221maxmax其它条件：附加校核讨论：设计时，如何布置螺栓更合理？远离对称中心RiFmax实际应用可转化为上述四种状态的不同组合：分别计算迭加横向载荷和旋转力矩0F轴向载荷和翻转力矩F2F强度计算左侧不出

15、现缝隙右侧边缘不压溃螺栓联接组强度计算总结螺栓联接组强度计算总结螺栓组受力分析轴向力横向力旋转力矩倾覆力矩F=F/zziiLLMF12maxmaxzifFkFs0受拉zFF/受剪ziisrfTkF10受拉ziirTrF12maxmax受剪受拉螺栓受变载：4/3 . 1210dFca紧联接受Fo和F4/20diFmin0ppLdF4/210dF a a影响疲劳强度影响疲劳强度4/3 . 1212dFca单个螺栓强度计算受剪螺栓：松联接：仅受Fo：受静载：F F2 2=F+F=F+F1 1221ambbaCCCdF性能等级性能等级1、螺栓等：十个性能等级，如：3.6、4.6、4.8、性能等级材料性

16、能如：6.8Bmin/100=6Bmin=600MPa10(smin/Bmin)=8smin=480MPa或smin=(68)10=480MPa低碳钢或中碳钢2、螺母：七个等级，与螺栓性能相配。八、八、 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施1、机理工作时，螺栓受拉，p螺母受压，p两者产生螺距差一、改善螺纹牙间受力分配一、改善螺纹牙间受力分配第一圈：p最大，受力最大第810圈后几乎不受力各圈受载不均 采用加高螺母不能 提高联接强度。2、办法采用受拉螺母（变形一致） 减小螺栓螺母螺距变化差二、减小附加弯曲应力二、减小附加弯曲应力螺纹牙根弯曲应力断裂螺纹孔不正、被联件表面不平、发生变形等。引

17、起附加弯曲应力因素：a)螺栓受偏心载荷eFb)被联接件刚度不够a)采用球面垫圈抗弯力偶e)采用环腰d)采用沉头座b)采用斜垫圈c)采用凸台措施：垫圈、凸台、沉孔等。思考：采用凸台、沉孔的目的？三、减轻应力集中三、减轻应力集中收尾：退刀槽；增大牙根处过渡圆角半径。四、降低应力幅四、降低应力幅 a amax 一定时：a疲劳强度当F、F1不变时： cb 或 cm。措施： 1）螺栓长度 2）光杆直径 3）采用柔性螺栓1、降低螺栓刚度cb 1 2螺栓联接习题课螺栓联接习题课一、螺栓组计算一、螺栓组计算螺栓组受力分析轴向力横向力旋转力矩倾覆力矩F=F/zziiLLMF12maxmaxzifFkFs0受拉z

18、FF/受剪ziisrfTkF10受拉ziirTrF12maxmax受剪受拉螺栓受变载：4/3 . 1210dFca紧联接受Fo和F4/20diFmin0ppLdF4/210dFa影响疲劳强度4/3 . 1212dFca单个螺栓强度计算受剪螺栓：松联接：仅受Fo：受静载：F2=F+F1受任意载荷螺栓组向形心简化四种简单状态迭加受载最大螺栓 按单个计算例1、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）解：解： （一）受力分析（一）受力分析QQHQH=QcosQVQV=QsinHMHQHH= QcosMH=H300VMVQVV= Q

19、sinMV=V400H=4330N，V=2500N，M=MH-MV=299000N mm（二）工作条件分析（二）工作条件分析1、保证结合面不滑移HkzfFs1又：zVcccFFmbm01)(10VcccfHkzFmbms2、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NMrrMFiiM299)100200(420022812maxmaxc 、最大工作载荷NFFFMV5 .611maxmaxd 、螺栓总拉力NFcccFFmbb8 .5784max02=5662.5N8 . 0mbmccc取：ks =1.3f=0.133

20、、螺栓直径：3 . 1421Fdd1d4、其它条件a 、左侧不出现间隙：b 、接合面右侧不压溃：1maxPpWMAFz010minWMAFzWMAzVcccFzmbmp 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 。QQ例2、设计图示螺纹联接：1.受拉螺栓 2.受剪螺栓解： 一）受力分析一）受力分析RTFSRFSRFSRFSRFSTFSTFSTFSTR=Q/2=10000 NQT=R300=3000000 N.mmR使各螺栓受到横向工作载荷FSR： FSR=R/4=2500（ N ）T也使各螺栓受到横向工作载荷FST，方

21、向与形心连线垂直。受载最大的螺栓：受拉螺栓：)(70714NrTrTFiST受剪螺栓：)(707142maxNrTrrTFiST相同)(9014135cos222NFFFFFSTSRSTSSR二）设计计算二）设计计算由预紧力Fo产生的摩擦力来传递外载荷FS。SsFkFf0)(901400NfFkFSs（取：ks =1.3、f=0.13）选择螺栓性能等级，计算许用应力 。3 . 1401Fd螺栓直径：d1d横向载荷由螺栓杆与被联件的挤压与剪切传递。受载最大螺栓的横向载荷为：FS=9014（N）选择螺栓性能等级，计算许用应力 。螺栓直径：40SFd查手册受拉螺栓：相同材料螺栓d受拉d受剪例3 某承

22、受轴向载荷的螺栓联接。已知单个螺栓所受轴向载荷 F=500N，预紧力Fo=500N，螺栓的刚度c1，arctanc1=30， 被联接件的刚度c2，arctanc2=45。 1）绘制此螺栓联接的力变形图，并确定螺栓总拉力F2。 2）若将垫片改为较软的，使arctanc1=60，其他不变，F2=？ 3）比较上述两种情况，判断哪种密闭性好？ 注：此题用图解法求解。1002003004005006007008009001000N变形60304545FF2F1FF0F”Fo例4 一钢板采用三个铰制孔螺栓联接,下列三个方案哪个最好?F3F3F3FL L2aFL L2aFmax=F3=FL2aF3+F3F3

23、F3FL L2aFL L2aFmax=F1=F3=222231323aLFaFLFF3F3F3FL L3aFl l3aFL L3aFmax=F2=222313150cos33233aLaLFaFLFaFLF比较：方案一：Fmax=FL2aF3+方案二：Fmax=22313aLF方案三：Fmax=2313aLaLF差谁好？22313aLF2313aLaLF由：a534L=结论：1）当La534时，方案三最好。2）当La534时，方案二最好。例5 指出下列各图中的错误。一、螺旋传动的类型和应用一、螺旋传动的类型和应用调整螺旋调整螺旋静压螺旋静压螺旋类类型型运动形式有：运动形式有：螺旋传动螺旋传动螺母固定，螺杆转动并移动螺母固定，螺杆转动并移动 作用：作用： 回转运动回转运动 直线运动，同时传递动力。直线运动，同时传递动力。螺杆转动螺杆转动 ，螺母移动，螺母移动按用按用途分途分传力螺旋传力螺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递动力传递动力 传递运动传递运动, ,要求精度高要求精度高调整相对位置调整相对位置二、滑动螺旋的结构和材料二、滑动螺旋的结构和材料1、结构、结构 螺母结构螺母结构整体螺整体螺母母组合螺组合螺母母剖分螺