如用一個三角形K沿螺旋線運動并使K平面始終通過圓柱體

1、第10章 聯(lián)接101 螺 紋 參數(shù)如用一個三角形k沿螺旋線運動并使k平面始終通過圓柱體軸線yy-這樣就構(gòu)成了三角形螺紋。同樣改變平面圖形k，可得到矩形、梯形、鋸齒形、管螺紋一、螺紋的形成按牙型: 三角形螺紋、管螺紋 聯(lián)接螺紋 矩形、梯形、鋸齒形螺紋傳動螺紋按位置： 內(nèi)螺紋在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋 外螺紋在圓柱孔的外表面形成的螺紋三角形螺紋： 粗牙螺紋用于緊固件 細牙螺紋同樣的公稱直徑下，螺距最小，自鎖性好，適于薄壁細小零件和沖擊變載等根據(jù)螺旋線繞行方向： 左旋如圖 右旋常用根據(jù)螺旋線頭數(shù)： 單頭螺紋（n=1）用于聯(lián)接 雙頭螺紋（n=2）如圖 多線螺紋（n2）用于傳動二、螺紋的類型1）外徑（大

2、徑）d（d）與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱 面直徑，亦稱公稱直徑2）內(nèi)徑（小徑）d1(d1) 與外螺紋牙底相重合的假想圓柱 面直徑3）中徑d2 在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱 面的直徑，d20.5(d+d1)三、螺紋的主要參數(shù)4）螺 距 p 相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點間 的軸向距離5）導(dǎo)程（s）同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線 上的對應(yīng)兩點間的軸向距離6）線 數(shù) n 螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n4 螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：s=np 7）螺旋升角中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋 線軸線的平面的夾角8）牙型角 螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角9）牙型斜角螺紋牙的

3、側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角22/dnparctgdarctglrvarctgfftgcos1螺旋副的自鎖條件為：10-2 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副的受力分析、效率和自鎖10-3 10-3 機械制造常用螺紋機械制造常用螺紋三角形螺紋：矩形、梯形、鋸齒形螺紋：用于聯(lián)結(jié)用于傳動10-4螺紋聯(lián)接的基本類型及螺紋緊固件 一、螺紋聯(lián)接主要類型1、螺栓聯(lián)接a) 普通螺栓聯(lián)接被聯(lián)接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，可多個裝拆，應(yīng)用較廣。b) 精密螺栓聯(lián)接裝配后無間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用

4、，采用基孔制配合鉸制孔螺栓聯(lián)接2、雙頭螺栓聯(lián)接螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時。折裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯(lián)接件中擰出。3、螺釘聯(lián)接適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接 , 吊環(huán)螺釘聯(lián)接4、緊定螺釘聯(lián)接擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應(yīng)的缺口中以固定零件的相對位置。可傳遞不大的軸向力或扭矩。二、螺紋緊固件 2雙頭螺柱兩端帶螺紋 a型有退刀槽 b型無退刀槽1螺栓 普通螺栓 六角頭，小六角頭，標準六角頭，大六角頭, 內(nèi)六角 鉸制孔螺栓

5、螺紋部分直徑較小螺母4）緊定螺釘 錐 端適于零件表面硬度較低不常拆卸常合 平 端接觸面積大、不傷零件表面，用于頂緊硬度較大的平面，適于經(jīng)常拆卸 圓柱端壓入軸上凹抗中，適于緊定空心軸上零件的位置輕材料和金屬薄板3）螺釘 與螺栓區(qū)別要求螺紋部分直徑較粗;要求全螺紋6）螺母 六角螺母：標準，扁，厚 5）自攻螺釘由螺釘攻出螺紋圓螺母+止退墊圈帶有缺口，應(yīng)用時帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊7）墊圈10-5螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 一、預(yù)緊預(yù)緊目的保持正常工作。如汽缸螺栓聯(lián)接，有緊密性要求，防漏氣，接觸面積要大，靠摩擦力工作，增大剛性等。增大剛性增加聯(lián)接剛度、緊密性和提高防松能力預(yù)

6、緊力qp預(yù)先軸向作用力（拉力）螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接在裝配時不擰緊，只存受外載時才受到力的作用 緊聯(lián)接在裝配時需擰緊，即在承載時，已預(yù)先受力，預(yù)緊力qp預(yù)緊過緊擰緊力qp過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強度 過松擰緊力qp過小，工作不可靠 扳手擰緊力矩t=fhl, 擰緊時螺母：t=t1+t2t擰緊力矩 t1螺紋摩擦阻力矩 t2螺母端環(huán)形面與被聯(lián)接件間的摩擦力矩fh作用于手柄上的力，l力臂2)(21dtgqtvp)(31202130312ddddqftpc )(32)(21 20213031221ddddftgdqtttcvp)(32)(21202130212dddddftgddkcvdkqtp 一般

7、k=0.10.3 擰緊力矩系數(shù)由于直徑過小的螺栓，容易在擰緊時過載拉斷，所以對于重要的聯(lián)接不宜小于m10m14預(yù)緊力qp的控制：測力矩板手測出預(yù)緊力矩，如左圖定力矩板手達到固定的擰緊力矩t時，彈簧受壓將自動打滑，如右圖測量預(yù)緊前后螺栓伸長量精度較高 二、螺紋防松 1、防松目的實際工作中，外載荷有振動、變化、材料高溫蠕變等會造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進行防松，否則會影響正常工作，造成事故 2、防松原理消除（或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。3、防松辦法及措施 1）摩擦防松 雙螺母

8、、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等 彈簧墊圈自鎖螺母螺母一端做成非圓形收口或開峰后徑面收口，螺母擰緊后收口漲開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊2）機械防松： 開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動墊圈，彈簧墊片，軸用帶翅墊片，止動墊片，串聯(lián)鋼絲等3）永久防松：端鉚、沖點、點焊4）化學(xué)防松粘合 開槽螺母與開口銷圓螺母與止動墊圈串聯(lián)鋼絲10-6 螺栓聯(lián)接的強度計算 針對不同零件的不同失效形式，分別擬定其設(shè)計計算方法，則失效形式是設(shè)計計算依據(jù)和出發(fā)點。1、失效形式和原因 受拉螺栓螺栓桿和螺紋可能發(fā)生塑性變形或斷裂受剪螺栓螺栓桿和孔壁間可能發(fā)生壓潰或被剪斷b）失效原因：應(yīng)力集中 a）失效形式 工程中螺栓聯(lián)接多數(shù)

9、為疲勞失效 受拉螺栓：設(shè)計準則為保證螺栓的疲勞拉伸強度和靜強度受剪螺栓：設(shè)計準則為保證螺栓的擠壓強度和剪切強度 應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程2、設(shè)計計算準則與思路、松螺栓聯(lián)接如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無qp，只有工作載荷f起拉伸作用強度條件為：421df41fd 驗算用 設(shè)計用 d1螺桿危險截面直徑（mm）許用拉應(yīng)力 n/mm2 (mpa) ns/ ss材料屈服極限mpa表4-8 n 安全系數(shù)，表4-9二、緊螺栓聯(lián)接工作前有預(yù)緊力qp工作前擰緊，在擰緊力矩t作用下：預(yù)緊力qp產(chǎn)生拉伸應(yīng)力螺紋摩擦力矩t1產(chǎn)生剪應(yīng)力 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài):2141dqp)5 . 0(48. 0448. 06104

10、2)(161)(221212312或當(dāng)dqmmdqddtgdtgdqwpppvvpt接第四強度理論：3 . 1322ca 強度條件為： 式中：qp 預(yù)緊力（n） t1 螺紋摩擦力矩，起扭剪作用，又稱螺紋扭矩，n.mm 1.3系數(shù)將外載荷提高30%，以考慮螺紋力矩對螺栓聯(lián)接強度的影響，這樣把拉扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)簡化為純拉伸來處理，大大簡化了計算手續(xù)，故又稱簡化計算法 1、橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接計算主要防止被聯(lián)接件錯動 特點：桿孔間有間隙，靠擰緊的正壓力(qp)產(chǎn)生摩擦力來傳遞外載荷，保證聯(lián)接可靠(不產(chǎn)生相對滑移)的條件為：（1）普通螺栓聯(lián)接rkqfispifrkqspf 接縫面間的摩擦系數(shù) i接縫界

11、面數(shù)目 ks防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)） ks=1.11.3 強度條件驗算公式： 設(shè)計公式： 分析：由上式可知，當(dāng)f=0.2,i=1,ks=1則qp=5r，說明這種聯(lián)接螺栓直徑大，且在沖擊振動變載下工作極不可靠 為增加可靠性，減小直徑，簡化結(jié)構(gòu)，提高承載能力可采用如下減載裝置： a)減載銷 b)減載套筒 c)減載鍵2、鉸制孔螺栓聯(lián)接防滑動特點：螺桿與孔間緊密配合，無間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來傳遞外載荷r進行工作420dr螺栓的剪切強度條件為：螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強度條件為： ppldrmin0 r 橫向載荷（n） d0螺桿或孔的直徑（mm） lmin 被聯(lián)接件中受擠壓孔壁的最小長度（mm）

12、，如圖所示螺栓許用剪應(yīng)力，mpa，p螺栓或被聯(lián)接件中較弱者的許用擠壓應(yīng)力，mpa鉸制孔螺栓能承受較大的橫向載荷，但被加工件孔壁加工精度較高，成本較高2、軸向載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算工作特點：工作前擰緊，有qp；工作后加上工作載荷f 工作前、工作中載荷變化工作原理：靠螺桿抗拉強度傳遞外載f解決問題： a) 保證安全可靠的工作，qp=？ b) 工作時螺栓總載荷， q=？ 分析： 圖1，螺母未擰緊螺栓螺母松馳狀態(tài) 作圖，為了更明確以簡化計算（受力變形圖）設(shè)：材料變形在彈性極限內(nèi)，力與變形成正比 單個緊螺栓聯(lián)接受力變形圖 左圖擰緊螺母時,螺栓與被聯(lián)接件的力與變形 右圖將上兩圖合并，并施加工作載荷f從圖線

13、可看出，螺栓受工作載荷f時，螺栓總載荷： ppqfqfq由圖可知，螺栓剛度： ffcqtgqcbbbpbb被聯(lián)接件剛度： fffcqtgcmmmpmmmbbmbmbcccffccffftantanfkfcccfcmbbmbbcccck稱螺栓相對于聯(lián)接的剛度，稱螺栓的相對剛度 f 部分工作載荷 fkqqfkqfqqfqqcppcpp)1 ( p又對殘余預(yù)緊力的要求，為保證受載后接合面聯(lián)接的緊密性應(yīng)使0pqqp的取法: qp =（1.51.8）f有密封要求 一般聯(lián)接 qp =（0.20.6）f 載荷穩(wěn)定 qp =（0.61.0）f 載荷不穩(wěn)定 qpf 地腳螺栓聯(lián)接 討論： ） 最不利的情況 ) 1

14、(cpmbkfqqcc)0(cpmbkqqcc） 最理想的情況 ）不允許的情況有縫隙存在，漏氣 fqqpp 0即）降低螺栓受力的措施： a) 必須采用剛度小螺栓（空心、加長、細頸）b) 加硬墊片或直接擰在凸緣上均可提高強度 ）為聯(lián)接緊密、不漏氣，要求 cppkfqq1 0即fqqfqqpp6）計算時可根據(jù)已知條件選擇其一進行計算a）軸向靜力緊螺栓聯(lián)接強度計算 靜力f不變，q為靜力，但考慮補充擰緊防斷 強度條件驗算公式： 43 . 121dqca43 . 11d設(shè)計公式： b）軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算 分析：當(dāng)工作載荷，由0f 21max4dqq 螺栓總載，由qpq qp 21min4dqq

15、pp部分載荷，由0f0 21212412/2dfkdffca3、當(dāng)驗算不滿足時措施：add1b) 最好改善結(jié)構(gòu)、降低應(yīng)力集中。包括：工藝、結(jié)構(gòu)、制造、cmcb，適當(dāng)提高qp等綜合措施mca)10-7、螺栓的材料和許用應(yīng)力 1、材料 螺母、螺栓強度級別： 1）根據(jù)機械性能，把栓母分級并以數(shù)字表示，此乃強度級別 2）所依據(jù)機械性能為抗拉強度極限bmin和屈服極限smin 螺栓級別: 帶點數(shù)字表示 ， 點前數(shù)字為100/minb點后數(shù)字為minmin/10bs螺母級別: 100/minb注意：選擇對螺母的強度級別應(yīng)低于螺栓材料的強度級別，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040hb） 2、許用應(yīng)力

16、 許用拉應(yīng)力： ns已知：不控制qp的緊螺栓聯(lián)接，易過載。設(shè)計時應(yīng)取較大的完全系數(shù)?？刂祁A(yù)緊力時可取較小的安全系數(shù)n。顯然n，與d 有關(guān)。設(shè)計時，先假設(shè)d，進行試算，選取一安全系數(shù)進行計算，計算結(jié)果與估計直徑相比較，如在原先估計直徑所屬范圍內(nèi)即可，否則需重新進行估算。試算法前提（假設(shè)）：被聯(lián)接件為剛性不變形，只有地基變形。各螺栓材料、尺寸、擰緊力均相同受力后材料變形在彈性范圍內(nèi)接合面形心與螺栓組形心重合，受力后其接縫面仍保持平面1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接 單個螺栓工作載荷為： f=p/z p軸向外載 z螺栓個數(shù) 2、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接特點：普通螺栓，鉸制孔用螺栓皆可用，外載垂直于螺栓軸線、防

17、滑普 通 螺 栓 受拉伸作用鉸制孔螺栓受橫向載荷剪切、擠壓作用。單個螺栓所承受的橫向載荷相等 r=rl/z3、受橫向扭矩螺栓組聯(lián)接 （1）圓形接合面：單個螺栓所受橫向載荷 rztr（2）矩形接合面 a)普通螺栓聯(lián)接 由靜平衡條件0ttktrfqrfqfqrszppp21ziiszsprftkrrrfktq121)(則各個螺栓所需的預(yù)緊力為聯(lián)接件不產(chǎn)生相對滑動的條件為：b)鉸制孔螺栓聯(lián)接組 由變形協(xié)調(diào)條件可知，各個螺栓的變形量和受力大小與其中心到接合面形心的距離成正比trrrrrrrrziiizz12211由假設(shè)板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應(yīng)變與半徑成正比。在材料彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變

18、成正比 iiirrrrrrrrmaxmaxmaxmax1由靜平衡條件0ttrrrrrrzz2211ziirrtr12maxmax 4、受傾覆（縱向）力矩螺栓組聯(lián)接 特點：m在鉛直平面內(nèi)，繞o-o回轉(zhuǎn)，只能用普通螺栓，取板為受力對象，由靜平衡條件 設(shè)單個螺栓工作載荷為fi mlflflfzz2211)(1maxmaxmax11lllfconstlflfii這里tiilmlff12max1max)( 即螺栓桿不拉斷的條件 43 . 121maxdqca43 . 1max1qd設(shè)計公式 驗算公式 右側(cè)不壓潰條件（被聯(lián)接件） qp作用下接合面的擠壓應(yīng)力 azqpqpm作用下接合面的擠壓應(yīng)力 wmm m

19、axppmqppwmazq左側(cè)不開縫的條件 0minwmazqpmqpp若受有橫向載荷ph，板不滑動條件為： hshvcppkppkzqf)()(1vchsppkfpkzqmbmcccck被聯(lián)接件相對剛度 實際使用中螺栓組聯(lián)接所受的載荷是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合。計算時只要分別計算出螺栓組在這些簡單受力狀態(tài)下每個螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來，便得到每個螺栓的總工作載荷，再對受力最大的螺栓進行強度計算即可說明：工程中受力情況很復(fù)雜，但均可轉(zhuǎn)化為四種典型情況進行解決。 計算公式在對稱分布情況下推導(dǎo)，但不對稱也可以用 取轉(zhuǎn)軸不同，公式計算精度不同。 總設(shè)計思路：螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計（布局、數(shù)目

20、）螺栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）求單個螺栓的最大工作載荷（判斷哪個最大）按最大載荷的單個螺栓設(shè)計（求d1標準）全組采用同樣尺寸螺栓（互換的目的） 四、采用合理的制造工藝 1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強度提高3040% 2）冷作硬化，表層有殘余應(yīng)力（壓）、氰化、氮化、噴丸等可提高疲勞強度3）熱處理后再進行滾壓螺紋，效果更佳，強度提高70100 %，此法具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗功能4）控制單個螺距誤差和螺距累積誤差10-9 螺旋傳動一、螺旋傳動的類型、特點與應(yīng)用 1、應(yīng)用 螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動將直線運動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動，同

21、時傳遞運動或動力。 2、傳動形式： a)螺桿轉(zhuǎn)螺母移 b)螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺平固定）用得多 c) 螺母轉(zhuǎn)螺桿移 d) 螺母又轉(zhuǎn)又移（螺桿固定）用得少 按用途分三類： 1）傳力螺旋舉重器、千斤頂、加壓螺旋 特點：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖 2）傳導(dǎo)螺旋機床進給匯杠傳遞運動和動力 特點：速度高、連續(xù)工作、精度高 3）調(diào)整螺旋機床、儀器及測試裝置中的微調(diào)螺旋。 特點：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動 3、螺旋傳動類型螺旋傳動按摩擦副的性質(zhì)分： 1、滑動螺旋：構(gòu)造簡單、傳動比大，承載能力高，加工方便、傳動平穩(wěn)、工作可靠、易于自鎖缺 點 ：磨損快、壽命短，低速時有爬行現(xiàn)象（滑移），摩擦損耗大，傳動效率低（3

22、040%）傳動精度低2、滾動螺旋傳動摩擦性質(zhì)為滾動摩擦。滾動螺旋傳動是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動體（多用鋼球），當(dāng)傳動工作時，滾動體沿螺紋滾道滾動并形成循環(huán)。按循環(huán)方式有：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)兩種 特點：傳動效率高（可達90%），起動力矩小，傳動靈活平穩(wěn)，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆運動效率相同，可實現(xiàn)逆?zhèn)鲃印?缺點：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高，成本較高。 一、鍵聯(lián)接類型 鍵主要用來實現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，鍵主要用來實現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有些類型的鍵還可以實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動。有些類型的鍵還可以實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動。鍵有平鍵、半圓鍵、楔鍵和切向鍵1、平鍵聯(lián)接普通平鍵的類型和鍵槽尺寸普通平鍵的類型和鍵槽尺寸 半圓鍵