螺纹联接与螺旋传动

螺纹联接与螺旋传动2.强度：零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效的能力。3.刚度：零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。第2页,共120页，2024年2月25日，星期天第五章螺纹连接与螺旋传动可拆连接：键、花键、销、螺纹连接不可拆连接：铆接、焊接、粘接连接：连接件和被连接件的组合。动连接静连接第3页,共120页，2024年2月25日，星期天螺纹连接是利用螺纹零件构成的连接。特点：构造简单，拆装方便，工作可靠，标准件，应用广。第4页,共120页，2024年2月25日，星期天一、螺纹的主要参数5.1螺纹d--螺纹大径公称直径旋向

--牙侧角影响螺纹的效率和自锁

--牙型角影响螺纹牙的强度--螺纹升角S--导程n--线数p--螺距d2--螺纹中径螺纹几何关系及受力分析的基准d1-螺纹小径危险截面的计算直径第5页,共120页，2024年2月25日，星期天例：是影响螺纹性能的主要参数，而螺纹中影响螺纹升角的参数有

、

、

。第6页,共120页，2024年2月25日，星期天螺纹的线数和旋向第7页,共120页，2024年2月25日，星期天二、螺纹副的受力关系、效率和自锁

圆周力：拧紧时松开时效率：拧紧时松开时第8页,共120页，2024年2月25日，星期天自锁条件式中:

′--当量摩擦角

--当量摩擦系数F--轴向力,Nf--摩擦系数第9页,共120页，2024年2月25日，星期天例:若螺纹的直径和螺纹副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的和牙型角螺纹升角第10页,共120页，2024年2月25日，星期天三、常用螺纹的特点和应用对螺纹的要求：

足够的强度和良好的工艺性联接螺纹：自锁管螺纹：紧密性、气密性传动螺纹：效率高调整螺纹：精度高起重螺纹：效率高、自锁性好螺纹的分类：按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹第11页,共120页，2024年2月25日，星期天1、普通螺纹自锁性能好---牙根强度高---传动效率低---大大且小大且小故用于连接第12页,共120页，2024年2月25日，星期天细牙螺纹与粗牙螺纹的比较粗牙：常用细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。细牙：自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中。粗牙细牙细牙螺纹的自锁性能好？第13页,共120页，2024年2月25日，星期天例：用于连接的螺纹牙型为三角形，主要是因为三角形螺纹。A、传动效率高B、防振性好C、牙根强度高，自锁性能好

当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能A、好B、差C、相同AC第14页,共120页，2024年2月25日，星期天2、矩形螺纹特点：牙形为正方形，

=0，所以效率高，用于传动,牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。第15页,共120页，2024年2月25日，星期天3、梯形螺纹特点：

=2

=30。比矩形螺纹效率略低。牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。第16页,共120页，2024年2月25日，星期天4、锯齿形螺纹特点：工作边

=3，非工作边

=30，便于加工。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。第17页,共120页，2024年2月25日，星期天5、圆柱管螺纹

特点：用于管件连接的三角螺纹，

=55

螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的连接。第18页,共120页，2024年2月25日，星期天6、圆锥管螺纹特点：螺纹均布在锥度为1:16的管上,

=55

或60

螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适用于高温、高压的连接。第19页,共120页，2024年2月25日，星期天普通螺栓连接绞制孔螺栓连接普通螺栓连接

螺栓和孔壁有间隙孔的加工精度低。绞制孔螺栓连接螺杆与孔用过渡配合，承受轴向载荷孔需精制。可起定位作用。5.2螺纹连接的基本类型与标准螺纹连接件一、螺纹连接的基本类型1、螺栓连接第20页,共120页，2024年2月25日，星期天特点：被连接件不宜做成通孔。不宜经常拆卸。拧入深度：钢或青铜：H=d铸铁：H=1.25~1.5d铝合金：H=1.5~2.5d2、螺钉连接第21页,共120页，2024年2月25日，星期天特点：被连接件不宜做成通孔又需要经常拆卸或用螺钉无法安装。拧入深度：钢或青铜：H=d铸铁：H=1.25~1.5d铝合金：H=1.5~2.5d3、双头螺柱连接

第22页,共120页，2024年2月25日，星期天4、紧定螺钉连接旋入被连接件的螺纹孔中，顶住另一被连接件的表面或凹坑。固定两个零件或传递不大的力矩。第23页,共120页，2024年2月25日，星期天5、其它特殊结构的螺纹连接地脚螺栓吊环螺钉T型槽螺栓第24页,共120页，2024年2月25日，星期天例：当两个被连接件之一太厚，不宜制成通孔，且连接不需要经常拆卸时，往往采用A、螺栓连接B、螺钉连接C、双头螺柱连接D、紧定螺钉连接B第25页,共120页，2024年2月25日，星期天二、标准螺纹连接件各种螺栓第26页,共120页，2024年2月25日，星期天双头螺柱各种螺钉第27页,共120页，2024年2月25日，星期天各种螺钉紧定螺钉的头部和末端第28页,共120页，2024年2月25日，星期天各种螺母与垫片第29页,共120页，2024年2月25日，星期天三、螺纹连接零件常用材料和机械性能等级1、常用材料：普通连接：低碳钢，中碳钢，如:Q215、Q235和10、15、35、45号钢。变载荷或有冲击、振动的重要连接：合金钢，如:40Cr、15MnVB、30CrMnSi。螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低20~40HBS。第30页,共120页，2024年2月25日，星期天2、螺栓、螺钉、螺柱、螺母性能等级第31页,共120页，2024年2月25日，星期天例：螺栓强度等级为6.8级，其数字6.8代表（）A、对螺栓材料的强度要求B、对螺栓的制造精度要求C、对螺栓强度和制造精度的要求螺栓强度等级为6.8级，则该螺栓材料的最小屈服极限近似为（）A、480MPaB、6MPaC、8MPaD、0.8MPaAA第32页,共120页，2024年2月25日，星期天5.3螺纹连接的预紧第33页,共120页，2024年2月25日，星期天1、预紧的作用：预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力F`的作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙或横向滑移。预紧也可以防松。2、控制预紧力的目的：预紧力过大，会使连接超载。预紧力不足，可能导致连接失效。重要的螺栓应控制预紧力。第34页,共120页，2024年2月25日，星期天拧紧螺母时的力矩和预紧力3、拧紧力矩和预紧力的计算第35页,共120页，2024年2月25日，星期天克服螺纹副的摩擦力矩螺母与支承面的摩擦力矩拧紧力矩第36页,共120页，2024年2月25日，星期天

当钢制螺纹M10~M68时，由螺纹几何关系和摩擦系数可得：故：拧紧力矩系数第37页,共120页，2024年2月25日，星期天4、装配时控制预紧力的方法测力矩扳手第38页,共120页，2024年2月25日，星期天定力矩扳手第39页,共120页，2024年2月25日，星期天5.4螺纹连接的防松一、摩擦防松1、双螺母在螺母和螺栓之间形成内力，保证摩擦力。结构简单、使用方便。可靠性不高。用于平稳、低速、重载。第40页,共120页，2024年2月25日，星期天2、弹簧垫圈弹力保持一定压力切口尖端逆向。第41页,共120页，2024年2月25日，星期天3、锁紧螺母镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中椭圆口螺母。第42页,共120页，2024年2月25日，星期天二、机械防松

1、开口销与六角开槽螺母第43页,共120页，2024年2月25日，星期天2、止动垫圈第44页,共120页，2024年2月25日，星期天止动垫圈第45页,共120页，2024年2月25日，星期天3、串联钢丝第46页,共120页，2024年2月25日，星期天三、永久防松焊接冲点涂胶第47页,共120页，2024年2月25日，星期天5.5单个螺栓连接的强度计算一、松螺栓连接第48页,共120页，2024年2月25日，星期天MPamm强度条件或许用应力MPa第49页,共120页，2024年2月25日，星期天二、紧螺栓连接1、受横向载荷的紧螺栓连接

（1）普通螺栓连接靠接合面的摩擦力传递外力螺栓既受拉应力又受扭剪应力第50页,共120页，2024年2月25日，星期天对于常用的M10~M68的普通螺栓拉应力剪应力第51页,共120页，2024年2月25日，星期天螺栓的当量应力（第四强度理论）螺栓的强度条件为：MPa校核公式：设计公式：第52页,共120页，2024年2月25日，星期天说明：1.单线三角螺纹1.3，矩形螺纹1.2，梯形螺纹1.252、1.3（1.25、1.2）必须乘在拧紧时所产生的轴向力上。3、为减少螺栓上的载荷，可采用套、键、销等各种抗剪件来承受横向载荷。第53页,共120页，2024年2月25日，星期天当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，采用套筒、键、销来承受横向载荷。第54页,共120页，2024年2月25日，星期天2、受轴向工作载荷的紧螺栓连接汽缸盖的连接第55页,共120页，2024年2月25日，星期天（1）受力分析(见动画)第56页,共120页，2024年2月25日，星期天螺栓受力被连接件受力第57页,共120页，2024年2月25日，星期天螺栓的相对刚度剩余预紧力第58页,共120页，2024年2月25日，星期天（2）静强度计算MPamm式中—紧螺栓连接的许用拉应力校核公式：设计公式：第59页,共120页，2024年2月25日，星期天（3）疲劳强度计算

对于受变载荷的螺栓连接，按静强度设计尺寸后，还需进行疲劳强度校核。第60页,共120页，2024年2月25日，星期天疲劳强度条件为式中—有效应力集中系数—螺纹制造工艺系数

—尺寸系数—安全系数—螺栓材料的对称拉压疲劳极限第61页,共120页，2024年2月25日，星期天受剪螺栓连接----铰制孔螺栓连接螺栓杆的剪切强度条件为:螺栓与孔壁的挤压强度条件为：MPaMPa第62页,共120页，2024年2月25日，星期天—螺栓抗剪面直径，mm式中m—螺栓抗剪面数目—螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度mm，设计时应使—螺栓的许用剪切应力，MPa

—螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，MPa第63页,共120页，2024年2月25日，星期天三、螺栓连接的许用应力第64页,共120页，2024年2月25日，星期天螺栓许用剪应力及许用挤压应力第65页,共120页，2024年2月25日，星期天5.6螺栓组连接设计一、螺栓组连接的结构设计1、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状第66页,共120页，2024年2月25日，星期天2、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理螺栓连接承受弯矩或扭矩时，应使螺栓的位置靠近接合面的边缘第67页,共120页，2024年2月25日，星期天3、螺栓的排列应有合理的间距、边距第68页,共120页，2024年2月25日，星期天扳手空间第69页,共120页，2024年2月25日，星期天4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应取4,6,8等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线第70页,共120页，2024年2月25日，星期天5、避免螺栓承受偏心载荷产生偏心载荷的原因第71页,共120页，2024年2月25日，星期天斜垫圈的应用凸面和沉头座的应用避免偏载的结构第72页,共120页，2024年2月25日，星期天二、螺栓组连接的受力分析

1、受轴向载荷Q的螺栓组连接设定有z个螺栓则：单个螺栓受外力Q第73页,共120页，2024年2月25日，星期天2、受横向载荷R的螺栓组连接、（1）普通螺栓连接式中：f—接合面间摩擦系数

m—接合面数

Kf—考虑摩擦系数不稳定及靠摩擦传力有时不可靠而引入的可靠性系数一般Kf=1.1~1.3第74页,共120页，2024年2月25日，星期天(2)用绞制孔螺栓连接螺栓受力：剪切力Fs第75页,共120页，2024年2月25日，星期天3、受旋转力矩T的螺栓组连接(1)采用普通螺栓连接时，靠预紧后在接合面上各螺栓处摩擦力对形心的力矩之和平衡外加力矩T。第76页,共120页，2024年2月25日，星期天式中:r1、r2、...rz——各螺栓中心至螺栓组形心O的距离

Kf—可靠性系数

f—接合面间摩擦系数第77页,共120页，2024年2月25日，星期天（2）采用绞制孔用螺栓连接时，忽略接合面上的摩擦力，外加力矩T靠螺栓所受剪力对底板旋转中心的力矩之和来平衡。第78页,共120页，2024年2月25日，星期天第79页,共120页，2024年2月25日，星期天4、受倾覆力矩M的螺栓组连接第80页,共120页，2024年2月25日，星期天第81页,共120页，2024年2月25日，星期天受倾覆力矩的螺栓组连接除要求螺栓强度足够外，还应保证接合面既不出缝隙也不被压馈。接合面右端应满足：MPaMPa（5-39）第82页,共120页，2024年2月25日，星期天左端应满足：MPaMPa（5-41）由式5-39，5-41求得预紧力F′，并取两者较大值,和工作拉力Fmax求得作用在螺栓上的总拉力F0后，再求出所需螺栓直径。第83页,共120页，2024年2月25日，星期天例1吊环受拉力尺寸如图。设剩余预紧力为螺栓所受的轴向工作载荷。求螺栓所受的总拉力并计算确定螺栓直径(螺栓材料的许用拉伸应力)；第84页,共120页，2024年2月25日，星期天一牵曳钩用2个M10()的普通螺栓固定于机体上，，可靠性系数，螺栓材料强度级别为6.6级，屈服极限，许用安全系数试计算螺栓组连接允许的最大牵引力例2如图所示。已知结合面间摩擦系数牵引力R第85页,共120页，2024年2月25日，星期天一支架与机座用4个普通螺栓连接，所受外载荷分别为横向载荷，轴向载荷，已知螺栓的相对刚度结合面间摩擦系数，可靠性系数，最小屈服极限，许用安全系数试计算该螺栓小径的计算值。例3，螺栓材料强度级别为8.8级计算螺栓的轴向工作载荷解：（2)计算螺栓的预紧力由于有轴向载荷的作用，接合面间的压紧力为剩余预紧力，故有第86页,共120页，2024年2月25日，星期天联立解上述两式，则得2.计算螺栓的小径螺栓材料的机械性能级别为8.8级，其最小屈服极限安全系数故其许用拉伸应力而所以第87页,共120页，2024年2月25日，星期天起重卷筒与大齿轮用8个普通螺栓连接在一起，已知卷筒直径，螺栓分布圆直径，接合面间摩擦系数，可靠性系数，起重钢索拉力螺栓材料的许用拉伸应力试设计该螺栓组的螺栓直径例4第88页,共120页，2024年2月25日，星期天1.计算旋转力矩2.计算螺栓所需要的预紧力由得3.确定螺栓直径第89页,共120页，2024年2月25日，星期天例5有一轴承托架用4个普通螺栓固联于钢立柱上，托架材料，螺栓材料强度级别为6.6级，结合面间摩擦系数=0.15，，螺栓相对刚度，载荷设计此螺栓组连接。为HT150，许用挤压应力许用安全系数可靠性系数PPxPy第90页,共120页，2024年2月25日，星期天1.螺栓组受力分析载荷P可分解为：横向载荷：(铅垂向下)(水平向右)轴向载荷：倾覆力矩：确定受力最大螺栓的横向工作载荷。首先确定在轴向载荷作用下，每个螺栓受到的轴向工作载荷第91页,共120页，2024年2月25日，星期天然后确定在倾覆力矩的作用下，每个螺栓受到的轴向工作载荷为显然，上部螺栓受力最大，其轴向工作载荷为(2)确定螺栓的预紧力预紧力的大小应能保证接合面在横向载荷的作用下不产生相对滑动预紧力使接合面产生正压力，而轴向载荷使正压力减小托架不下滑的条件式为：第92页,共120页，2024年2月25日，星期天而所以第93页,共120页，2024年2月25日，星期天②由接合面不分离条件计算预紧力

③由托架下部不被压溃条件计算预紧力(钢立柱抗挤压强度高于铸铁托架)由第94页,共120页，2024年2月25日，星期天式中——托架材料的许用挤压应力，=60MPa。综合以上三方面计算，取

第95页,共120页，2024年2月25日，星期天2.计算螺栓的总拉力3.确定螺栓直径查GB196—1981，取M16（）强度级别为6.6级，得所以

第96页,共120页，2024年2月25日，星期天知识点1.对普通螺栓连接可按轴向或（和）倾覆力矩确定螺栓的工作拉力；按横向载荷或(和）转矩确定连接所需的预紧力，然后求出螺栓的总拉力。还需校核接合面的挤压应力。2.对铰制孔用螺栓则按横向载荷或（和）转矩计算螺栓的工作剪力求得受力最大的螺栓及其所受的剪力后，再进行单个螺栓连接的强度计算。3.对有紧密性要求的螺栓组连接，其预紧力可能有保证紧密性的条件确定。第97页,共120页，2024年2月25日，星期天5.7提高螺栓连接强度的措施一、改善螺纹牙上载荷的分配第98页,共120页，2024年2月25日，星期天均载螺母1设计时尽可能使螺母也受拉，以便使螺母和螺杆的变形相一致。第99页,共120页，2024年2月25日，星期天均载螺母2第100页,共120页，2024年2月25日，星期天钢丝螺套第101页,共120页，2024年2月25日，星期天二、提高疲劳强度1减小应力幅减小螺栓刚度螺母下加弹性元件、中空螺杆、减小螺杆直径第102页,共120页，2024年2月25日，星期天增大被连接件刚度去掉弹性密封垫、加密封环第103页,共120页，2024年2月25日，星期天2减小应力集中第104页,共120页，2024年2月25日，星期天5.8螺旋传动一、螺旋传动的类型和应用螺旋传动按其类型可分为：

调整螺旋：如机床进给的微调螺旋

传力螺旋：如千斤顶

传动螺旋：如机床丝杠第105页,共120页，2024年2月25日，星期天螺旋传动按其螺纹间摩擦性质的不同,可分为:

滑动螺旋：滑动摩擦，结构简单，加工方便，应用最广。滚动螺旋：滚动摩擦静压螺旋：液体摩擦滑动螺旋牙形：多用梯形螺纹,重载起重螺旋也有用锯齿形螺纹,对效率要求高时可用矩形螺纹。第106页,共120页，2024年2月25日，星期天滚珠丝杠螺旋传动的应用第107页,共120页，2024年2月25日，星期天螺旋千斤顶螺旋传动的应用第108页,共120页，2024年2月25日，星期天螺旋受力：滑动螺旋工作时，螺杆承受轴向载荷和转矩；螺杆和螺母的螺纹牙承受挤压、弯曲和剪切。滑动螺旋的失效形式有：螺纹磨损，螺杆断裂，螺纹牙根剪断和弯断，受压螺杆很长时还可能失稳。二、滑动螺旋的失效形式和材料第109页,共120页，2024年2月25日，星期天螺杆的材料：要求有足够的强度，常用35、45号钢;需经热处理以达到高硬度的重要螺杆，则常用合金钢，如65Mn、40Cr、T12、20CrMnTi等。螺母材料：除要有足够的强度外，还要求在与螺杆配合时摩擦系数小和耐磨。常用材料有铸造青铜，如ZCuSn10Pb1,ZCuSn5Pb5Zn5第110页,共120页，2024年2月25日，星期天螺母材料选用：重载低速使用强度较高的铸造青铜ZCuAl10Fe3或铸造黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3。低速不重要的螺旋传动也可用耐磨铸铁或灰铸铁。三、滑动螺旋的设计计算1、耐磨性计算

耐磨性计算主要是限制螺纹工作表面的压强，以防止过度磨损。第111页,共120页，2024年2月25日，星期天假想螺纹牙可以展成一长条，设螺旋的轴向载荷为F，螺母