机械设计-课件第五章-螺栓连接和螺旋传动

第9课第二篇连接本篇所应掌握的内容：常用的连接方法：螺栓连接、键连接、销钉连接。有关连接的零件的结构、类型、性能及使用场合。设计理论及选用方法。连接的分类两零件的相对固定依靠各种结构和工艺措施来保证，这种措施称为连接。连接分为两大类：静连接：被连接件不允许产生相对运动的连接，称为静连接。静连接又可分为：〔1〕、可拆连接：指可以无损伤地拆开被连接件。常见的有螺栓连接、键连接及销连接等，其中前两种应用最广泛。〔2〕、不可拆连接：是指至少必须毁坏连接中的某一局部才能拆开的连接。常见的有铆钉连接、焊接、胶接等。动连接：指被连接的零、部件间可以有相对运动的连接。如变速器中滑移齿轮与花键轴的连接。本篇的重点：螺纹连接和键连接。而轴与轴连接，习惯上列入连轴器中。连接类型的选择一般地来讲，采用不可拆连接，多出于制造和经济上的原因；采用可拆连接，那么多出于结构、安装、运输、维护等原因。具体选择时，应考虑：零件的加工条件，以及零件材料、形状、尺寸。如板件与板件的连接，多用螺纹连接、焊接、铆接或胶接；杆件与杆件的连接，多用螺纹连接或焊接；轴与轮毂的连接，多采用键、花键连接或过盈连接等。设计连接时，考虑的因素：强度：既要满足连接的工作要求，又要保证连接零件本身的强度。影响连接强度的主要因素，一是特殊情况的过载；二是载荷集中，即载荷在各连接件上的分配情况；还有一个是应力集中，即应力在各连接件中的危险截面或工作面上分布不均。措施：〔1〕、从结构、制造和装配工艺上采取改善措施；〔如减少应力集中、保证配合精度、对中良好〕；〔2〕、多个危险剖面中，由最薄弱的部位来决定其工作能力；〔3〕、使连接的强度接近和等于被连接件的强度。刚性经济性等第五章螺纹连接和螺旋传动螺纹连接和螺旋传动都是利用螺纹零件工作，但二者的工作性质却有所不同，技术要求也有差异。螺纹连接作为紧固件来用，要求保证连接强度；螺旋传动作为传动件来用，要求保证螺旋副的传动精度和使用寿命。§5-1螺纹在机械制图中，已对螺纹和螺纹连接件有过介绍。螺纹连接是一种应用非常广泛的可拆连接，其根本要素是螺纹。类型按结构分，螺纹分为：内螺纹，外螺纹。内、外螺纹共同组成螺旋副。按所起作用分，螺纹又分为：连接螺纹，传动螺纹。按螺距〔以每英寸牙数来表示〕来分，螺纹又分为：米制螺纹，英制螺纹〔在我国，管螺纹还保存英制〕。按国家标准，螺纹又有标准螺纹和非标准螺纹之分。按母体的形状，螺纹又分为：圆柱螺纹，圆锥螺纹。按螺纹的旋向，螺纹有左旋和右旋之分。其中，右旋螺纹常用。(1)轴线垂直放，右边高—右旋左边高—左旋(2)右手旋，前进—右旋左手旋，前进—左旋按螺纹的牙型，螺纹又分为：三角形；矩形；梯形；锯齿形；其他特殊形状。按螺旋线的数目，可分为：单线、双线、三线等。其中单线螺纹多用于连接，其它多用于传动。常用的螺纹的类型，主要有：〔1〕、普通螺纹这种螺纹应用广泛，是米制三角形螺纹，牙型角α=60°，因其牙型斜角β==60°，较大，故当量摩擦系数也较大，自锁性能好，主要用于连接。普通螺纹有粗牙和细牙之分，一般用粗牙螺纹。当公称直径相同时，粗牙与细牙螺纹相比，细牙的螺距较小，牙细，内径和中径较大，升角较小。因此，自锁性好，对螺纹零件的强度削弱也小，但它在磨损后容易滑丝。细牙螺纹用于薄壁和细小零件上或承受变载、冲击、振动的连接中。〔2〕、管螺纹它是一种用于管件连接的紧密螺纹，最常用的是圆柱管螺纹。目前，通用的管螺纹是英制细牙三角形螺纹，牙型角α=55°。作用时，内、外螺纹间无径向间隙，连接紧密，其公称直径近似为管子内径。此外，还有圆锥管螺纹，这种螺纹可以不用填料而靠牙的变形来保证螺纹副的紧密性，通常用于高温及高压等紧密性要求高的场合。〔3〕、矩形螺纹其牙型多为正方形，牙型斜角，所以当量摩擦较小，高。其缺点是：精制困难，内、外螺纹对中性差，牙根强度较低，故常被梯形螺纹所代替。〔4〕、梯形螺纹牙型角，传动效率比矩形螺纹稍低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好。这种螺纹在螺旋传动中应用比拟广泛。〔5〕、锯齿形螺纹这种螺纹工作面的牙型斜角，非工作面的牙型斜角。它综合了矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点。它的对中性好，用于单向受力的传力螺旋。主要参数以圆柱普通螺纹的外螺纹为例。见P61图5-1所示。外径〔或称大径〕；螺纹的最大直径，即外螺纹牙顶圆柱的直径，它是螺纹的公称直径。内径〔或称小径〕：指螺纹的最小直径，即内螺纹牙顶圆柱的直径。在强度计算中，常作为螺杆危险截面的计算直径。中径：它是确定螺纹几何参数和配合性质的直径，近似等于螺纹的平均直径。线数：指螺纹螺旋线的数目。n=1，为单线螺旋；n=2，为多线螺纹；为了便于制造，一般。螺距：指相邻两螺纹牙平行侧面间的轴向距离。导程：指同一螺纹上相邻两螺纹牙平行侧面间的轴向距离。对单线螺纹，；对多线螺纹，。升角：指直径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。通常，按螺纹中径出计算，即：牙型角：指轴向剖面内，螺纹牙形两侧边的夹角。牙型斜角〔或牙侧角〕：指轴向剖面内，螺纹牙形一侧边与径向直线间的夹角。10、接触高度：指内、外螺纹旋合后的接触面的径向高度。11、螺旋副自锁条件：，——当量摩擦角12、螺旋副的传动效率：。对于各种管螺纹的几何参数，查有关标准。§5-2螺纹连接的类型和标准连接件使用螺纹和螺纹连接件来实现的连接称为螺纹连接。这类连接结构简单、装拆方便、工作可靠，因此在各个工业部门中都有应用。下面来介绍有关螺纹连接的一些知识。类型、特点及应用场合螺栓连接：〔1〕、结构：①、普通螺栓连接〔其结构一般有两种，见P62图5-2a〕〕此种连接使用广泛。②、铰制孔用螺栓连接〔见图5-2b〕〕〔2〕、特点：无须在被连接件上切制螺纹，因此不受被连接件材料的限制，构造简单，装拆方便；用于通孔，并能从连接的两边进行装配的场合。对普通螺栓连接，孔与螺栓杆多用的是基孔制过渡配合。如、等。能精确固定被连接件的相对位置，且能承受横向载荷，但是孔的加工精度要求高。双头螺栓连接：其结构见图5-3a)。双头螺栓旋紧在被连接件之一的螺孔中，用于因结构限制不能用螺栓连接的场合或希望结构较为紧凑的场合。螺钉连接：其结构见图5-3b)。特点：不用螺母，重量较轻，螺钉直接拧入被连接件的螺纹孔中，结构上比双头螺栓简单，但如果经常拆卸的话会使螺孔损坏，故多用于受力不大或不需经常拆装的场合。紧定螺钉连接：其结构见P63图5-4。特点：紧定螺钉旋入一零件的螺纹孔中，并且螺钉末端顶住另一零件的外表或顶入相应的凹坑中，以固定两零件的相对位置，并可传递不大的力或转距。特殊结构的连接：用地脚螺栓连接将机座或机架固定在地基上；装在机器或大型零、部件顶盖上或外壳上便于起吊用的吊环螺钉连接；再如用于工装设备中的T型槽螺栓连接。标准螺纹连接：在机械制造中常见的螺纹连接件：螺栓、双头螺栓、螺钉、螺母、垫圈等均以标准化，看P64～65。§5-3螺纹连接的预紧概述定义：在实用上，绝大多数螺纹连接在装配时都必须拧紧，在承受工作载荷之前，使连接预先受到力的作用。这就是螺纹连接的预紧。而这个预紧作用力，就称为预紧力。预紧的目的：〔1〕、防止连接在工作中松动；〔2〕、确保连接在受到工作载荷后，仍能使被连接件的结合面具有足够的紧密性，如气缸、管路凸缘的连接等；〔3〕、在被连接件的接合面间产生正压力，以便当连接零件受到横向载荷时，保持被连接件间不产生相对滑移；〔4〕、对受拉螺纹连接，可提高螺栓的疲劳强度；对受剪螺纹连接，有利于增大连接中的摩擦力。经验证明：适当地选用较大的预紧力对螺纹连接的可靠性及连接件的疲劳强度有利，尤其是对内燃机气缸盖、管路凸缘、齿轮箱、轴承盖等这些紧密性要求较高的螺纹连接，预紧就更为重要。预紧力的推荐值：设计及装配紧螺栓连接时，应使其具有足够的预紧力，以确保连接的可靠性。预紧力过小，将使接合面在外载荷作用下松动；但过大，又会使螺栓在装配过程中或偶然过载情况下拉断。因此，设计时应根据工作需要，并在螺栓强度条件允许的前提下，选用适当的预紧力。通常规定：拧紧后螺纹连接件的预紧应力材料的屈服极限。〔1〕、一般连接用的钢制螺栓连接的预紧力：碳素钢螺栓：预紧力；〔0.6～0.7〕；合金钢螺栓：〔0.5～0.6〕；——螺栓危险截面的面积，〔2〕、对于重要或者有特殊要求的螺栓连接，应根据载荷性质、连接刚度等具体工作条件，确定适当的预紧力，其值在图上注明，装配时严格控制。受变载荷的受静载荷的。拧紧力矩与预紧力的关系：预紧力的大小，通过拧紧力矩来控制：由机械原理可知，拧紧力矩等于螺旋副间的摩擦阻矩和螺母环形端面与被连接件支承面的阻力矩之和，即：——拧紧力矩系数式中：——螺纹升角，当是M10～M68的粗牙普通螺纹，～，——螺纹中径，；——螺钉孔直径，；——螺母支承面的外径，；——螺纹的公称直径；——螺纹的当量摩擦角，，无润滑时，～0.2；——螺母〔或钉头〕与被连接件的支承面的摩擦系数，对加工过的金属外表无润滑时，可取。对于标准螺纹件和常见的摩擦状况，值常在0.1～0.3之间，一般可取=0.2，即；假设对一定直径d的螺栓，当，即可确定扳手的拧紧力矩。一般扳手长，而，那么，得，为拧紧力。例如，，那么，这个力很容易将M121.6级的钢制螺栓拧断，因此，对重要的连接，应尽量不采用直径小于12mm～16mm的螺栓，如果使用小直径螺栓，必须严格控制拧紧力矩。第10课§5-4螺纹连接的防松螺纹连接的自动松脱：螺纹连接的自锁：螺纹连接一般采用单线普通螺纹连接，通过对螺纹副中摩擦情况的研究，知道当螺纹升角小于或等于螺纹副间的当量摩擦角，即，螺纹副即具有自锁能力。实验证明，有润滑的一般三角形螺纹副间的当量摩擦角()。所以，用于连接的单头粗牙或细牙三角形螺纹，为了保证自锁，一般取螺纹升角≤，标准的螺纹连接件的升角那么取为～。此外，螺母、螺栓头在拧紧后，与被连接件相接触的外表间也有摩擦力存在，因而更增加了连接抵抗松脱的能力。自动松脱的条件根据前面的分析，似乎只要采用标准螺纹连接件的连接，就能保证自锁而不松脱了。但看问题要从各个方面看：有自锁性的连接，是因为螺纹副间保持有足够阻止相对运动的摩擦阻力，这种摩擦阻力只有在静载荷作用下才不会发生变化。〔1〕、当连接受到振动、冲击和变载荷作用时，螺纹副之间和支承面之间的摩擦力可能瞬时消失，经屡次重复后，连接可能松动甚至松开；〔2〕、在高温或温度变化大的情况下，螺栓和被连接件的材料会发生蠕变和应力松弛，会使连接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，最终导致连接失效。危害：机器中连接的松脱，轻者会造成工作不正常，重者会引起严重事故。防松：防松的根本问题，在于防止螺母相对于螺杆转动。防松方法从工作原理来看，防松的方法可分为靠摩擦力防松；机械方法防松；永久止动。靠摩擦力防松这种防松方法就是设法使螺纹副间，不管连接所受的载荷怎样变化，总有一定的防止螺纹副相对转动的摩擦阻力矩存在，也就是要保证在任何情况下，螺纹副间都存在着正压力。这种正压力可以通过使螺纹副沿轴向或横向张紧来产生。具体方法举例：〔1〕、双螺母〔或对顶螺母〕防松看P68表5-3。在螺杆的伸出端连续拧上两个螺母。由于两个螺母对顶着拧紧，使两个螺母相互受压，而与螺母相旋合的那段螺杆那么受拉，所以可在旋合的螺纹牙支承面始终保持一个几乎不变的正压力，当螺母有松退的趋势时，就会产生足够的摩擦阻力矩，从而到达防松目的。用双螺母防松在载荷剧烈变化时，仍不十分可靠，而且螺杆增长，螺母又多用一倍，故结构尺寸与重量都要增加，所以目前应用渐少。〔2〕、弹簧垫圈防松利用垫圈的弹性变形，使螺纹副轴向张紧，垫圈的斜口尖端的抵挡作用也有助于防松。注意：垫圈的开口方向——从左上往右下斜。这种垫圈使用方便，应用普遍。但在冲击、振动很大的情况下，防松效果并不十分可靠。〔3〕、自锁螺母防松自锁螺母类型很多，书上只举其一例。这种螺母上部带槽的局部有少许收口，所以螺孔的中径稍小于螺杆中径。当螺杆拧入螺母时，收口胀开，利用收口弹力压紧螺纹。用机械方法防松这种防松的原理是利用便于更换而又价廉的制动元件限制螺纹副的相对转动。这种方法可靠，形式也多。如开口销，槽形螺母、止动垫圈、串连钢丝等，串连钢丝使用时，注意钢丝穿入方向与拧紧方向。永久止动永久止动是在螺栓连接装好后，利用冲头在螺栓端部或与螺母的旋合缝处打冲的方法防松，甚至还有用焊死旋合缝的方法来防松。这种方法显然是可靠的而又简单的。但因连接以变成不可拆连接，所以，只有在装配后不再拆开的情况下才能使用。此外，还有粘合法防松。在螺纹旋合外表涂以液体密封胶〔比方厌氧性粘合剂〕，拧紧螺母，当粘合剂硬化后，螺纹副及紧密粘合，防松效果良好。§5-5螺栓组连接的设计绝大多数情况下，螺纹连接件都成组使用，其中以螺栓组连接最具有典型性。设计准那么根据连接用途和被连接件的结构，来选定螺栓数目和布置形式；根据连接的工作载荷，来分析各螺栓的受力情况；如果各螺栓受力不均，按受力最大的螺栓进行强度计算，确定螺纹连接的结构尺寸。对于重要的连接，根据强度条件校核；对一般的螺栓连接，用类比法确定螺纹连接的结构尺寸。结构设计目的：结构设计的目的，在于：合理确定连接结合面的几何形状；螺栓的布置形式，力求各螺栓和连接结合面受力均匀，便于加工和装配。结构设计应考虑的问题：〔1〕、接合面形状应与机器结构形状相适应。通常设计成轴对称的简单几何形状。这样，螺栓组对称中心与结合面形心重合，保证接合面受力均匀。〔2〕、螺栓布置，应使各螺栓的受力合理。①、铰制孔用螺栓连接，不能在平行于工作载荷的方向上，成排布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均匀；②、螺栓连接承受弯矩或转矩时，螺栓位置应适当靠近连接结合面的边缘，以减小螺栓的受力；③、当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销、键、套筒来承受横向载荷，以减小预紧力和结构尺寸。〔3〕、螺栓排列应有合理的间距、边距：螺栓轴线间的距离及螺栓轴线与机体壁间的最小距离，根据扳手所需活动空间大小而定；对压力容器等紧密性要求较高的重要连接，螺栓间距按标准布置。〔4〕、分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8等偶数。这样，在圆周上钻孔、划线时方便，同组螺栓采用同材料、直径和长度应相同。〔5〕、防止螺栓偏心受载：除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，在工艺上还保证被连接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并且与螺栓轴线相垂直。在铸件、锻件等粗糙外表上安螺栓时，应制出凸台或沉头座；当支撑面为斜倾外表时，应采用斜面垫圈等。〔6〕、合理考虑防松装置。螺栓组连接的受力分析目的：进行螺栓组连接受力分析的目的，是根据连接的结构和受载情况，求出螺栓的受力，以便进行螺栓连接的强度计算。所求得螺栓的受力：或者为所求得预紧力；或者为应传递的工作拉力或剪力。假设条件：为了简化计算，在分析螺栓组连接的受力时，先假定：〔1〕、所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；〔2〕、螺栓组的对称中心与连接结合面的形心重合；〔3〕、受载后，连接结合面仍保持为平面，即结合板是刚性的。下面，针对几种典型的受载情况，分别加以讨论。受力分析〔1〕、受轴向载荷的螺栓组连接。见挂图一，一受轴向总载荷载作用的汽缸盖螺栓组连接。此载荷的作用线与螺栓轴线平行，且通过螺栓组对称中心，即结合面的形心。所有几个螺栓在气缸盖上均匀布置。计算时，认为各螺栓平均受载，那么每个螺栓所受的轴向工作载荷为：在此，需要注意的是：各螺栓除了承受轴向工作载荷外，还受预紧力的作用。各螺栓在工作时的总拉力，并不等于预紧力与工作载荷之和，即：，而是：其中：—螺栓的相对刚度。此公式有关推导，将在后面第六节有关“紧螺栓连接强度计算”讲述。〔2〕、连接受横向载荷看书上78页图5-22，一n个螺栓组成的螺栓组连接承受横向载荷。载荷的作用线与螺栓轴线相垂直，且通过螺栓组对称中心。此连接，可以用装配后的螺栓杆与钉孔壁间有间隙的普通螺栓连接，也可以用螺栓杆与钉孔壁间无间隙的铰制孔用螺栓连接。假设每个螺栓连接出需要传递的载荷相等。①、采用铰制孔用螺栓连接时：靠螺杆受剪切与挤压来承当横向载荷，忽略摩擦力的影响。那么每个螺栓连接承受的工作载荷为：，——螺栓数目②、采用普通螺栓连接时：横向载荷，靠连接预紧后，在被连接件间接合面产生的摩擦力来平衡。要保证连接预紧后，接合面产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷。即其平衡条件为：式中：——每个螺栓所需的预紧力：——被连接件接合面间的摩擦系数；——接合面数；在例图中，i=2。——防滑系数，其值～，个别情况下，达1.5。求出预紧力后，再校核其危险剖面的拉伸强度。〔3〕、受扭矩作用的螺栓组连接看P79图5-23，扭矩作用于接合面内。在扭矩的作用下，底板将绕通过螺栓组对称中心，并与结合面相垂直的轴线转动。①、连接类型：为防止底板转动，可以采用普通螺栓连接；也可以采用铰制孔用螺栓连接。②、分析计算：ⅰ、采用普通螺栓连接时：与受横向载荷的连接一样，连接所受的工作扭矩是借接合面间所产生的摩擦阻力矩来平衡的。因各螺栓均受同样的预紧力，计算时可以为在各螺栓处所产生的临界摩擦阻力都一样。设此摩擦力集中作用在螺栓中心处，其方向与力臂〔即各螺栓轴线到螺栓组对称中心的连线〕相垂直，阻止接合面产生相对转动。由力矩平衡条件，得：即：那么，得各螺栓所需预紧力为：式中：——接合面摩擦系数：——第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离；——防滑系数；——螺栓数目。求出预紧力后，在按式，来校核强度。采用铰制孔用螺栓连接仍与受横向载荷时一样，连接承受工作扭矩时，各螺栓受剪切和挤压作用，且各螺栓所受工作剪力与力臂〔即该螺栓的中心线到螺栓组对称中心点O的距离〕相垂直。由力矩平衡条件，得：即：因底板是刚性的，接合面受载后仍保持为平面，那么，各螺栓的剪切变形量与力臂成正比。因各螺栓的材料、直径、长度均相同，所以各螺栓的剪切刚度相同，因此，各螺栓所受的工作剪力也与力臂成正比。即：，得：代入，得：那么，得：式中：——受力最大螺栓的工作剪力；——受力最大螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离；——第i个螺栓所受的横向工作剪力；——第i个螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离。〔4〕、连接受倾覆力矩①、首先来看什么是倾覆力矩。看图四,一受倾覆力矩的底板螺栓组连接。所谓倾覆力矩，它是使：ⅰ、作用在通过轴，并垂直于连接接合面的对称平面内；ⅱ、使底板有绕螺栓组对称中心倾转趋势。这样的力矩就叫倾覆力矩。②、假定条件：在前面，已经假定:底板是刚性的，倾转时不变形，仍保持为平面；所有螺栓的材料、直径及长度相同，即拉伸刚度相同。在此，我们再假设：与底板相连的被连接件——地基及螺栓是弹性体，有一定的弹性。③、分析：ⅰ、底板在承载前，由于螺栓组的拧紧，螺栓受预紧力作用。地基是均匀压缩的，而各螺栓均匀伸长；ⅱ、底板承受倾覆力矩后，绕着轴线顺时针倾转一个角度，但底板仍保持为平面。那么，在轴线的左侧：地基被放松，而螺栓被进一步拉长，即左边螺栓受到工作拉力的作用；在轴线O-O右侧：地基被进一步压缩，而螺栓被放松，即右边螺栓的预紧力将减小。对底板而言，轴线左侧螺栓对底板的压力增大，右侧地基对底板的反力以同为了阻止底板倾转，必须使轴线左侧各螺栓和右侧地基支承面作用在底板上对于轴线的反力矩之和=倾覆力矩。样大小增大。这些拉伸与压缩的变形量均与螺栓轴线到轴线的距离成正比。即：注意：翻转轴线上的那几个螺栓〔图中的第3、第8螺栓〕不受工作拉力，预紧力也不减小。由于各螺栓拉伸刚度相同，所以各螺栓的工作拉力也与离轴线的距离成正比，即：代入上式，得：，得：在例图中，距底板翻转轴线距离最远的左边两个螺栓1、10受工作拉力最大，所受的工作拉力为：此外，各螺栓还受到预紧力的影响。④、讨论：对于受倾覆力矩M作用的螺栓组连接，除了要求出受力最大的螺栓所受的总拉力，对单个螺栓进行强度计算外，还要通盘考虑接合面的问题，往往要对它进行验算。受力最大的螺栓所受的总拉力为：强度计算公式：式中：——最大工作载荷；——预紧力；——螺栓的相对刚度；——螺纹小径，即螺杆危险截面的计算直径。以例图所示的受力情况为例，还应该校核接合面最右端边缘出的抗挤压强度〔因为此处挤压应力最大〕；以及校核接合面最左端边缘处的剩余挤压应力是否足够〔如果无密封要求，该处的最小挤压应力只需，也就是连接在受倾覆力矩作用时，接合面不致出现缝隙即可〕。假设不考虑预紧力的变化，那么：eq\o\ac(○,ⅰ)、结合面最右端的最大挤压应力及强度条件为：令，代表地基接合面在受载前因预紧力而产生的挤压应力；令△，代表因加载而在地基接合面上产生的附加挤压应力的最大值。那么有：△eq\o\ac(○,ⅱ)、结合面最左端的最小挤压应力及保证结合面不别离的条件为：=△式中：——每个螺栓所受的预紧力；——连接的螺栓数目；——接合面的有效面积；——接合面的有效抗弯截面系数；——接合面的许用挤压应力，Mpa。计算接合面的面积A和抗弯截面系数时，销孔削弱面积与接合面相比很小，所以一般可忽略不计。〔5〕、组合受力情况实际连接中，螺栓组所受的工作载荷常常是以上四中简单状态的不同组合。此时，应根据具体情况作具体分析。一般而论，可按轴向载荷及倾覆力矩来决定螺栓上的工作载荷，按横向载荷与扭矩来决定作用于连接的预紧力，然后决定作用于螺栓的总载荷。第11课§5-6单个螺栓连接的强度计算根据螺栓组连接的受力分析，可求出一组螺栓中受力最大的螺栓的工作载荷。所以整组螺栓的强度计算可归结为对此受力最大的螺栓进行强度计算。而螺栓的受力不外乎轴向力及横向力两种，因此，单个螺栓的强度计算就按此两种情况进行分析和计算。在对螺栓连接进行强度计算时，螺母及垫圈不必另作强度计算，只需按所得出的螺栓公称直径选择它们的标准件即可。失效形式受拉螺栓在轴向拉力〔包括预紧力〕作用下，静载荷作用下多为螺纹局部的塑性变形和断裂；变载荷作用下，失效多为螺栓的疲劳断裂，被毁的地方都是截面有剧烈变化因而有应力集中之处。受剪螺栓在横向剪力作用下，失效形式为：螺栓杆剪断；螺栓杆与孔壁中弱者被压坏。据统计分析，在严重过载或变载荷情况下，在从螺母支承面算起第一或第二圈螺纹处，被毁坏的约占65%；在光杆与螺纹局部交接处被毁坏的约占20%；在螺栓头与螺杆交接处被毁坏的约占15%；如果螺纹精度低或连接经常装拆，还可能发生滑扣失效。设计准那么1、受拉螺栓的设计准那么，是保证螺栓的静力拉伸强度；或疲劳拉伸强度。2、受剪螺栓的设计准那么，是保证连接的挤压强度；和螺栓的剪切强度。强度计算根据连接的类型，连接的装配情况〔是预紧还是不预紧〕。载荷状态等条件，来确定螺栓的受力；然后按相应的强度条件计算螺栓的危险剖面的直径〔即螺纹内径〕或校核其强度。松螺栓连接强度计算〔1〕、定义：所谓松螺栓连接，即装配时，螺母不需要拧紧，也就是说承载前，连接件并不受力。如起重吊钩尾部的螺纹连接，为使吊钩能绕其轴线灵活转动，所以不应拧紧。〔2〕、强度计算：以起重吊钩为例。当连接承受载荷为，即螺栓所受的工作拉力为，螺栓的危险剖面为螺纹牙根圆的横截面，那么危险剖面的面积：，——为螺纹的小径，。∴其拉伸强度条件为：——校核式那么：——设计式式中：——螺栓材料的许用拉应力，；对钢制螺栓，。——螺栓材料的屈服极限；——平安系数。紧螺栓连接强度计算〔1〕、定义：装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓受预紧力的拉伸产生的拉伸应力；在螺纹摩擦力矩的扭转作用下，产生扭转剪应力。即螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态下，这样的螺栓连接叫紧螺栓连接。〔2〕、强度计算：①、预紧力作用下，产生拉伸应力，那么②、在扭转力矩作用下，产生扭转剪应力。我们知道，螺旋副间的摩擦力矩式中：——螺纹中径；——螺纹升角；——当量摩擦角。由材料力学，可知：，——抗扭截面模量；对于圆截面：∴，因为螺纹内径为危险截面，∴对M10-M16的普通螺纹的钢制螺栓和螺母，取：；～；代入上式，得：～∵螺栓材料是塑性的，受拉伸和扭转复合应力，根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力为：∴紧螺栓虽然受拉伸和扭转的连合作用，但在强度计算时，仍可按纯拉伸计算，这时需要将所受的拉力增大30%，以考虑扭转的影响。故螺栓危险截面的拉伸强度条件的校核式为：那么：——设计式〔3〕、根据受力形式，紧螺栓的强度计算：①、承受轴向静载荷的单个螺栓强度计算前面已提到，在轴向静载荷作用下，螺栓的破坏主要是螺杆被拉断或产生过度的塑性变形。其设计准那么是保证螺栓的静力拉伸强度。ⅰ、为了确定计算时的载荷大小，先研究螺栓在工作前后的载荷变化情况。看P72图5-15。图a所示为螺母恰好拧到与被连接件刚好接触的情况。这时，螺栓连接中尚未受到力的作用，螺栓、螺母及被连接件均无变形。图b所示，将螺母拧紧，螺栓连接受到预紧力作用，螺栓杆还受到螺纹副中的拧紧力矩的扭转作用。此时，螺栓杆伸长了，被连接件压缩了。因螺栓连接中的应力通常在所用材料的比例极限以内，所以螺杆及被连接件的受力与变形可用一直线线图表示。见P73图5-16a)，b)。图中纵坐标代表力，横坐标代表变形。拉伸变形由坐标原点向右量起，压缩变形由坐标原点向左量起。力与变形的比值为：式中：——分别表示在螺栓杆及被连接件产生单位变形时所需的力，即螺栓杆及被连接件的刚度；——变形线图与横坐标轴的夹角。因变形线图为直线，故，与皆为定值。将图a)，b)合并成图c)。在图5-15中图c)中，螺栓连接承受工作载荷时，螺杆所受的拉力增加，所以，螺杆继续伸长，伸长增量为，总伸长量，与此总伸长量相应的总拉力为，与伸长增量相应的拉力增量为。当螺杆伸长时，原来受压缩的被连接件就被放松，压缩量由原来的减少到，被连接件所受的压力就由减少到。——为剩余预紧力；——被连接件的剩余变形量。由图中可看出，作用在螺杆上的总拉伸载荷不是工作载荷与预紧力之和，而是与剩余预紧力之和，也是预紧力与拉力增量之和。即：ⅱ、剩余预紧力确实定紧螺栓连接在工作时，不允许在接合面产生缝隙，即，并且通常保持在规定的大小。A)、对一般的紧固连接，工作拉力F无变化时，～；工作拉力F有变化时，～；B〕、对一些重要的螺栓连接，或有密封要求的连接，应取～；C)、对一些不大重要的螺栓连接，如吊环螺钉等，可取；D)、对于地脚螺栓连接，。由图5-16c)，可得：或：代入中，得：即：同理，还得：——螺栓相对刚度，其值在0～1变化。假设，下降，那么，那么，与之间差距很小；反之，，上升,那么。提高螺栓承载能力，应使尽量减小，使预紧力和总拉力下降。ⅲ、螺杆中的拉应力：，——螺纹内径。拧紧螺母时，螺杆因受螺纹副中的拧紧力矩的作用而产生的扭转剪应力：故按第四强度理论，得螺杆的计算应力及强度条件为：对于一般承受静载荷或近似于静载荷的螺栓连接，常采用简化计算方法，把根号内的式子略去，将总拉力增加30%以考虑扭转剪应力的影响，所以螺栓危险截面的拉伸强度条件为：——校核式——设计式②、承受轴向变载荷的单个螺栓连接的强度计算承受轴向变载荷时，螺栓连接的主要破环形式是：螺杆的疲劳断裂。设计时，通常是先按最大载荷作静载强度估算，并参考其计算结果适当估取所需的标准螺栓直径，然后校核其疲劳强度。承受轴向变载荷的单个螺栓连接，螺杆的受力情况见P74图5-17所示。当循环的工作变载荷时，螺杆所受的载荷为预紧力；当工作变载荷载～之间变化且为拉力时，螺杆所受的总拉力在～之间变化；如工作载荷为压力时，那么此载荷将全部由被连接件承受，此时螺杆中的载荷虽将有所降低，但因被连接件的承压面积很大，即压缩变形很小，所以可认为螺杆中的载荷仍保持为。因此，螺杆中的应力变化规律属于的情况。螺栓危险剖面的应力为：；。应力幅：按第三章中的情况，求出极限应力。在P27图3-8中，如螺栓的工作应力点在内，极限应力在线上，那么螺栓的最大应力计算平安系数及强度条件为：——材料特性；——弯曲疲劳极限综合影响系数；——材料对称循环弯曲疲劳极限。螺栓应力幅计算平安系数为：——最大应力的平安系数，～；——应力幅的平安系数，～4。③、承受横向静载荷的单个螺栓连接的强度计算受横向载荷作用的螺栓连接，其强度计算方法与所用螺栓的类型有关。ⅰ、用普通螺栓连接。这种螺栓连接，螺杆与孔壁间有间隙。横向工作载荷并不作用在螺杆上，而是靠接缝面间所产生的摩擦阻力来平衡。此时，螺栓仅受预紧力及螺纹副中的拧紧力矩的作用。在横向工作载荷作用下，保证连接紧固即被连接件不滑移的条件为：或螺杆的强度计算为：式中：——接合面数，对图中的普通螺栓连接，i=1；——接合面间的摩擦系数。对于枯燥的铸铁对铸铁、铸铁对钢、钢对钢的加工外表，～0.2；对铸铁对砖料或铸铁对木料的加工外表，～0.5。假设取，那么。即：用普通螺栓连接时，螺杆所受的拉力〔也就是预紧力〕须为工作载荷下的五倍，大大增加了螺栓连接的结构尺寸，并且靠摩擦力来承载也不十分可靠，当所受载荷为变载荷时，更是如此。为了防止这些缺乏，可以采用减载销、减载套筒或减载键来承当横向工作载荷，螺栓仅起连接作用。这样，所需的预紧力减小，不但结构紧凑，工作也更可靠。ⅱ、用铰制孔用螺栓连接见P76图5-18所示。这种连接中，；螺杆与钉孔紧配合。特点：a)、当连接承受横向载荷F时，螺杆与孔壁相接触的外表受挤压；b)、位于接缝等处的螺杆横剖面受剪切。强度计算准那么：螺杆按抗剪强度计算；螺杆与孔壁的接触面按抵抗挤压强度计算。这种连接所受的预紧力很小，做强度计算时可忽略不计。螺杆的抗剪强度条较为：螺杆与孔壁接触面的抗挤压强度条件为：式中：——螺杆或钉孔的直径；——被连接件中受挤压的孔壁的最小长度，设计时应使；——螺栓的许用剪切应用，静载时取～；——螺栓连接的许用挤压应力，按连接中抗挤压能力最弱的材料计算。④、承受横向变载荷的单个螺栓强度的强度计算对于承受横向变载荷的单个螺栓强度，一般可用近似计算：按及进行计算，但应将承受横向静载的螺栓连接的及除以1.25～1.5。但对重要螺栓连接，应按第三章机械零件的强度的理论，结合螺杆中的应力变化情况，进行疲劳强度校核，这是，只需将取代各公式中的即可。螺纹连接件的材料及许用应力材料〔1〕、对一般连接，常用材料有：，10号钢及中碳钢35号钢，45号钢；〔2〕、对承受冲击、振动或变载荷的螺纹连接，可采用低合金钢及合金钢，如〔30铬锰硅〕、〔15镭钒硼〕；〔3〕、对特殊用途〔如防锈、防磁、导电、高温〕的螺纹连接件，可采用特种钢如，等或铜合金、铝合金等，并经外表处理，如氧化、磷化、镀镉等。2、国家标准规定，螺纹连接件按材料的机械性能分级，看书上P83表5-8，5-9；性能等级数字表示的意义及螺纹连接件的许用应力，这局部内容自学。第12课§5-7提高螺栓连接强度的措施在绝大多数情况下，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度。因此，深入研究影响螺栓强度的因素，从而采取提高螺栓强度的相应措施，对提高连接的承载能力就有着重要的意义。影响螺栓强度的因素很多，有结构上的、制造上的、装配上的和材料上的因素等，就其影响来说，涉及到：螺纹牙的载荷分配；应力变化的幅度；应力集中；附加应力；材料的机械性能等几个方面。下面就按这几个方面分析各种因素对螺栓强度的影响和提高强度的相应措施。这些措施是根据提高承载能力和降低负担两个途径提出的。降低影响螺栓疲劳强度的变应力因素由公式的推导过程和承受轴向变载荷的螺栓连接的受力与变形的关系可知，改变连接的某个或几个有关参数，就可在其他条件不变的情况下相对地或绝对地提高连接的强度。研究证明，可以采取的措施有以下几种：增大预紧力见下列图示，由于预紧力由原来的增大到，这时，虽然载荷的变动范围的大小没有变化，但螺杆所承受的最小载荷〉原来的，或远远，使螺杆中的应力变化特性相对地趋近于静应力，因而改善了螺栓的抗疲劳强度。但由于最大载荷由原来的增大到了，所以降低了螺栓的静力强度。降低螺栓的刚度见P86图5-27a〕所示，在工作载荷0～与预紧力及被连接件的刚度不变的情况下，螺栓的刚度由原来的降低到，载荷的变化范围由降到，即减小了变应力，最大载荷由降至，因而改善了螺栓的抗疲劳性能和静力强度。但这时的剩余预紧力也要随之减小，因而降低了连接的可靠性和接缝的紧密性。增大被连接件的刚度由公式，可看出，当，保持不变时，在给定后，增大，也能得到与降低同样的效果，即降低了最大载荷和载荷变化的范围，但是也降低了剩余预紧力。由上可知，无论采取上述那种措施，虽然可获得减小载荷变化范围，也就是降低了应力幅度的效果，但都将带来一定的不利因素。因此，在实践中尽可能结合具体情况权衡得失，最好三种措施协调同时使用，其结果如图5-27c)所示。为了减小螺栓的刚度，可适当地增大螺栓的长度，或者采用如图5-28所示的柔性螺栓；也可以在螺母下面装上弹性元件，见图5-29所示，当总载荷作用时，由于弹性元件变形很大，而使被连接零件得到较大舒展，其效果与用柔性螺栓时相似。为了增大被连接件刚性，除了从结构上想法外，还可以采用刚性较大的垫片。对于需要保持紧密性的连接，为了增大被连接件的刚性，以提高抗疲劳强度，采用较软的汽缸垫片并不适宜，采用密封环比拟好，见图5-30。由以上分析还可以看出，受变载荷的螺栓连接应拧紧到相当大的预紧力，且还需要防治预紧力的减退，以保证预紧力的稳定。预紧力的大小，可以通过装配时测量螺栓的深长，测量螺母的转角，或用测力矩扳手等来控制：而预紧力的稳定性，可以通过减少连接中的接缝数目，提高连接中各个接触面的加工精度，采用防松装置，定期检查预紧程度等来保证。改善螺纹牙上载荷分布不均的现象不管螺栓连接的具体结构如何，轴向总载荷都是通过螺纹牙面相接触来传递的。1、原因承载时，由于螺杆局部和螺母的受力状况不同，螺杆受拉，螺距要增大；螺母受压，螺距要减小。见P86图5-31，在旋合段，螺杆拉力自下而上由递减为零，并通过螺纹牙传递给螺母；螺母母体压力那么自上而下由零递增为，所以各圈螺纹牙上的受力不均匀。因二者是旋合贴紧的，由变形协调条件知，这种螺距差主要靠旋合各圈螺纹牙的弯剪等变形来补偿。由图可看出，螺距变化差也就是牙的变形，以在传力的第一圈处为最大，所以牙的受力也以这一圈最大，以后各圈递减。一般说来，旋合圈数越多，受力不均程度也就越显著，但是到第8～10圈以后，螺纹牙几乎不受力。所以，采用厚螺母来增加旋合圈数，实际上，提高不了多少连接强度。因此，改善载荷分布不均的措施，原那么上都是减小螺栓与螺母二者承载时螺距的变化差。2、采取措施：〔1〕、尽可能地将螺母设计成也是受拉伸的，以便使螺栓与螺母二者的螺距变化相一致，从而使载荷分布均匀化。如图5-33b)，d)，两种结构都可使螺母内缘在螺栓旋入端〔即图中的下端〕承受拉伸；a)为悬置螺母，此结构可使螺母的悬合局部全受拉，从而使载荷分布较为均匀。〔2〕、减小受力大的牙的受力面如图5-33c)所示，在螺母的螺栓旋入端的几圈螺纹处制出倒角，使螺栓螺纹牙的支承面或受力部位由上而下逐渐外移，这样就使螺栓下面的螺纹牙在载荷作用下易于变形，载荷便容易向上传递，从而使之分布〔3〕、采用钢丝螺套，见图5-34因其本身具有一定的弹性，可以起到均载，减振的作用。防止螺纹连接产生附加应力附加应力主要是指由于制造和装配的误差，或由于不正确的设计而在螺栓中产生的附加弯曲应力。为了减小或消除附加弯曲应力，要从结构、制造、装配等方面采取措施。例如规定螺母、螺栓头部和被连接件等的支承面的加工要求，以及螺纹的精度等级；采用球面垫圈或斜垫圈；采用腰环螺栓连接，见P88图5-36，5-37所示，以及提高装配精度等。减小应力集中影响螺杆上的螺纹〔特别是螺纹的收尾〕螺栓头到螺杆的过渡处和螺栓的剖面变化处等，都要产生应力集中。为了减小应力集中的程度，可以采用较大的过渡圆角半径和减载结构〔如在螺栓头到螺杆的过渡处切制减载槽，或将螺纹收尾改为退刀槽等〕；另外，以辗压螺纹代替切制螺纹，也能减小应力集中。但是，一些特殊结构的采用将会使生产本钱增高。因此，对于一般用途的连接，不要随便采用减载槽一类的结构。采用合理的制造工艺，以提高螺栓的抗疲劳功能实践证明，螺栓的疲劳强度随直径的增大而降低，如和的螺栓的疲劳极限之比约为2.5：1.5：1。从强度观点来说，对于受轴向变载荷的连接，用数目较多的细长螺栓，要比用具有同样总横剖面面积，但数目少而短粗的螺栓更有利。此外，在工艺上采用氮化、氰化、喷丸等处理，都是提高螺栓抗疲劳性能的有效方法。但在采用时，也应结合经济问题一并考虑，以免浪费。第13课§5-8螺旋传动一、类型及应用作用：螺旋传动由螺杆〔也称丝杠〕和螺母组成，主要用来把旋转运动变换为直线运动，也可将直线运动变换为旋转运动，转变时传递能量、力或运动，或调整零件相对位置，有时还兼有几种作用。运动形式：〔1〕、螺杆回转,螺母作直线运动，如机床进给机构；〔2〕、螺母回转，螺杆作直线运动；〔3〕、螺母固定，螺杆回转并作直线运动，如螺旋起重机；〔4〕、螺杆固定，螺母回转并作直线运动。其中，第〔1〕种和第〔3〕种较为常见。类型：〔1〕、按用途，螺旋传动可分为：①、传力螺旋：以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，来克服阻力。如千斤顶的螺旋，螺旋压力机的螺旋。②、传导螺旋：以传递运动为主，有时承受较大的轴向载荷。传导螺旋工作连续且时间长，速度高，要求具有较高的传动精度。如机床丝杠的进给机构，见P90图5-40a)③、调整螺旋：以调整零件的相对位置为主，不经常传动，一般空载下调整，如车床的尾座螺旋。〔2〕、按结构，螺旋传动可分为：①、滑动螺旋滑动螺旋的螺旋副常采用梯形螺纹、锯齿形螺纹或三角形螺纹。这种螺旋结构简单、加工方便、易于自锁，但传动效率低〔一般为30%～40%〕，磨损快。②、滚动螺旋当螺杆〔或螺母〕回转时，钢球沿螺旋滚道滚动并带动螺母〔或螺杆〕作直线运动。这种螺旋传动的特点是摩擦阻力小、传动效率高、运动灵敏度高、磨损小、精度易于保持，但结构复杂、本钱高。③、静压螺旋此种传动是螺纹副中注入压力油而形成油膜，因而螺母与螺杆的螺纹工作外表被油膜分开。特点是:摩擦阻力小、起动功率小、传动效率高、工作寿命长；但螺母结构复杂，且需一套压力稳定、温度恒定、过滤要求高的供油系统。下面，我们具体介绍滑动螺旋传动的有关内容。，二、滑动螺旋的结构与材料1、结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。〔1〕、螺杆：当螺杆短、粗且垂直布置时，可以螺母为支撑；当螺杆细长且水平布置时，在螺杆两端或中间附加支承；当螺杆轴向尺寸较大时，可采用对接组合结构代替整体结构。〔2〕、螺母的结构有整体螺母的结构简单，但由磨损而产生的轴向间隙不能补偿，所以只适合在精度较低的螺旋中使用；组合螺母和剖分螺母经常用于双向传动的传导螺旋中。2、材料：〔1〕、螺杆：材料要有足够的强度和耐磨性，以及良好的加工性。高精度机床的丝杠多项选择用碳素工具钢或制造；一般不经热处理的螺杆，多用及钢制造；要经热处理后到达很高硬度的丝杠，例如螺纹磨床的进给丝杠，当硬度为50～56时，采用铬锰合金钢如〔20铬锰钛〕；硬度为35～45时，采用60钢。〔2〕、螺母：材料要有足够的强度，还要在与螺杆材料配合时摩擦系数小和耐磨。通常用铸锡青铜如等及铝合金等。三、滑动螺旋传动的设计计算1、失效形式：机械中常用的滑动螺旋工作时，其主要受力形式是在承受扭矩的同时，还受拉或受压，且螺杆与螺母间有较大的相对滑动。这些力会使螺纹变形及工作外表磨损，所以，螺纹磨损是其主要失效形式。对受力较大的传力螺旋，失效形式多为：塑性变形或断裂。2、设计准那么：〔1〕、滑动螺旋的根本尺寸〔即螺杆的直径与螺母的高度〕，由耐磨性要求决定；〔2〕、传力较大时，应校核螺杆螺纹局部或其他危险部位及螺母或螺杆螺纹牙的强度；〔3〕、要求螺杆有自锁时，应校验螺纹副的自锁条件；〔4〕、要求运动精确时，应校验螺杆的刚度，其直径往往由刚度要求决定；〔5〕、对于长径比很大的螺杆，除进行耐磨性计算外，还应该校核其稳定性；〔6〕、对于高速的长螺杆，应检验其临界转速。在进行计算时，应根据具体情况，选择不同的计算准那么，不必逐项全面计算。对于有些无多大要求的螺旋，那么可根据经验或参照同类机械而直接选用。下面分别介绍各项计算的根本方法。3、耐磨性计算：滑动螺旋传动的耐磨性计算，主要是校核螺纹在轴向力作用下，螺纹工作面上的压强是否超过材料的许用压强。如果超过，螺纹将很快地磨损而丧失工作精度。设作用于螺纹的总轴向力为，而承受这个轴向力的总面积为，螺母高度为，螺纹工作高度为，螺纹中径为，螺纹螺距为，螺纹工作圈数为，那么螺纹工作面上的耐磨性条件为：——校核式——螺纹工作高度。矩形、梯形螺纹的，锯齿形螺纹的。为设计计算方便，令，故可得：，对矩形、梯形螺纹，那么：；对锯齿形螺纹，那么：。值一般取1.2～4。愈大，螺纹圈数愈多，载荷分布愈不均匀。对于整体螺母，磨损后间隙不能调整时，取小值，宜取=1.2～2.5；对于剖分螺母，间隙能够调整，可取较大值，可取=2.5～3.5；传动精度较高、要求寿命较长时，允许取=4。根据公式求出了的值，应按标准选取相应的公称直径和螺距。考虑到螺纹各圈载荷分布不均匀，螺纹的旋合圈数不宜超过10，即。4、螺杆的强度计算受力很大的螺杆需进行强度计算。一般螺杆常常是既受轴向拉力或压力，又受扭矩，所以，螺杆的危险剖面既有拉伸应力，又有剪切力。根据第四强度理论，得螺杆螺纹局部的强度校核式为：式中：——螺杆螺纹段危险截面面积，；——螺杆螺纹小径，；——螺杆螺纹段的抗扭截面系数，，；——螺杆所受的扭矩，；——螺杆材料的许用应力，Mpa。5、自锁性校核式中：——螺纹升角；——摩擦系数，见P93表5-12；——螺旋副的当量摩擦系数。6、螺母螺纹牙的强度计算由于螺母的材料强度一般比螺杆的低，所以螺纹牙的剪切和弯曲破坏多发生在螺母，故通常只须计算螺母螺纹牙的强度。见P94图5-44，将一圈螺纹牙沿螺纹大径展开，并假定轴向载荷通过螺纹工作高度的中点。可以把它看作是宽为的悬臂梁，那么危险剖面上的剪切强度条件为：危险剖面上的弯曲强度条件为：式中：——螺母螺纹大径，mm；——螺纹牙根部宽度，mm。——螺纹材料的许用剪切应力，，见P94表5-13；——螺母材料的许用弯曲应力，，见表5-13。注意：当螺杆与螺母材料相同时，因为螺杆小径<螺母螺纹大径D，即螺杆的危险剖面面积小，故只需校核螺杆螺纹牙强度。因此，这时将上述公式中的改为。7、螺杆的稳定性计算对长径比大的受压螺杆，可能出现失稳，所以需演算其稳定性。根据材料力学，压杆稳定性校核公式：式中：——螺杆稳定性的计算平安性系数；——螺杆稳定性平安系数。——螺杆的临界载荷，。螺杆的长细比：，——螺杆工作长度；——螺杆的长度系数；——螺杆螺纹局部内径。对淬火钢螺杆：①、时，；式中：——螺杆的危险截面惯性矩，，；——材料的抗压弹性模数，对钢：；②、时，。对未淬火钢螺杆：①、当时，；②、当时，一般不需进行稳定性校核。以下内容：滚动螺旋传动及静压螺旋传动自学。第14课例题：设计一台5吨螺旋起重机，最大起重高度为350。解：1、选螺纹类型起重机为5吨起重量，起传动作用，牙根强度要高一些。由P60表5-1，选用梯形螺纹，螺母选择整体式，单线螺旋。2、选材料螺杆选中碳钢；螺母选铸锡青铜。3、设计计算：〔1〕、耐磨性计算：公式为：，∵螺母用整体式的，1.2～2.5，我们选用1.6；又因选用的是梯形螺纹，那么；按P93表5-12，取许用应力〔按低速滑动，取中间值〕那么：，mm。按GB784-65,取，螺距；那么螺杆尺寸为：大径；小径；螺母尺寸为：大径；小径。〔2〕、自锁性计算：因为是梯形螺纹，，由表5-12，选摩擦系数〔取中间值〕。所以，那么：∴：满足自锁。〔3〕、强度计算：扭矩；承压面积；那么，强度条件为：查P83表5-8，得钢，屈服极限为那么：∴，强度适宜。〔4〕、螺纹牙强度计算对梯形螺纹，；有效圈数：那么：；；查P94表5-13，得～，～60MPa那么：∴螺纹牙强度适宜。〔5〕、稳定性计算：因螺旋起重器在结构上一端固定，一端自由，查P96表5-14，得：螺杆长度系数。而惯性半径，工作长度。∴因螺杆用的是钢。故。那么：∵∴故稳定性适宜。习题课§5-1螺纹§5-2螺纹连接类型及标准连接件§5-3螺纹连接的预紧§5-4螺纹连接的防松§5-5螺栓组连接的设计§5-6单个螺栓连接的强度计算§5-7提高螺栓连接强度措施§5-8螺旋传动一、小结1、本章主要内容：〔1〕、螺栓组连接的设计：包括螺栓组结构设计、受力分析；单个螺栓的预紧及强度计算；提高连接强度的措施。〔2〕、螺旋传动：主要讲述滑动螺旋。2、重点：单个螺栓连接的强度计算，尤其是轴向拉伸载荷。3、难点：承受倾覆力矩的底板螺栓组连接设计。4、特点：螺纹连接与螺旋传动在设计要求上有很大差异，但内容上有一定的连系。5、要求：〔1〕、了解螺纹、螺纹连接件的类型、特性、标准、结构、应用场合、防松等，在设计时能正确选用；〔2〕、掌握螺栓组连接结构设计原那么，强度计算理论和方法，能合理地设计出可靠的螺栓组连接；〔3〕、掌握螺旋传动的主要零件的设计计算方法。6、考前须知：〔1〕、§5-1～§5-4，都为表达性内容，是根本知识，应结合《设计手册》，认真对待；〔2〕、螺纹与螺纹连接件大都标准化，可根据不同情况进行选用，不需自行设计。在个别情况下，根据特殊需要自行设计非标准螺纹连接件；〔3〕、设计时，除正确进行螺栓组连接的结构设计外，要通过受力分析，找出受力最大的螺栓，然后按单个螺栓连接的强度计算公式来设计这个受力最大的螺栓尺寸，其它的螺栓就按此选用；〔4〕、设计紧螺栓连接组合的螺栓组连接时，应正确解决：①、布置问题：个数、分