機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接(螺紋聯(lián)接)（ x頁）

1、 第十章第十章 聯(lián)接聯(lián)接( (螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接) ) p.131p.131 前言前言10-1 螺紋螺紋參數(shù)參數(shù)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 機械制造常用螺紋及標準機械制造常用螺紋及標準10-4 螺紋聯(lián)接基本類型及螺紋聯(lián)接件螺紋聯(lián)接基本類型及螺紋聯(lián)接件10-5 螺紋聯(lián)接的螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松預(yù)緊和防松10-6 螺栓聯(lián)接的強度計算螺栓聯(lián)接的強度計算10-7 螺栓的材料和許用應(yīng)力螺栓的材料和許用應(yīng)力10-8 提高螺栓聯(lián)接強度的措施提高螺栓聯(lián)接強度的措施10-9 螺旋傳動螺旋傳動機械零件機械零件(制造單元制造單元) 構(gòu)件構(gòu)件(運動單元運動單元) 機構(gòu)機構(gòu)

2、機器機器靜聯(lián)接靜聯(lián)接動聯(lián)接動聯(lián)接 零件零件聯(lián)接聯(lián)接前前 言言:聯(lián)接聯(lián)接 被聯(lián)接件被聯(lián)接件 聯(lián)接件聯(lián)接件聯(lián)接聯(lián)接 機械機械靜靜聯(lián)接聯(lián)接 可拆聯(lián)接可拆聯(lián)接 螺紋、鍵、銷螺紋、鍵、銷分類分類 不可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接焊、粘、鉚焊、粘、鉚 機械機械動動聯(lián)接聯(lián)接運動副運動副 螺螺 內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋 紋紋 外螺紋外螺紋螺旋副螺旋副螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接(靜聯(lián)接靜聯(lián)接構(gòu)件構(gòu)件)螺旋傳動螺旋傳動(動聯(lián)接動聯(lián)接機構(gòu)機構(gòu))10-1 螺紋螺紋參數(shù)參數(shù) p.131(一一)螺紋的形成螺紋的形成：順時針旋進右旋以軸線為基準(外)判斷方法右旋左旋判斷方法旋向單頭聯(lián)接多頭傳動線數(shù)二螺紋參數(shù)二螺紋參數(shù)：n=1n=2n=3dd2d1=?(大徑

3、標準直徑) ;1(小徑) ;2(中徑) ; p(螺距)；(螺旋線數(shù)) ; (導(dǎo)程) ; n p ; （牙型角） ; (牙側(cè)角) ;（升角）(二二)螺紋參數(shù)螺紋參數(shù)：P.1322dS (n p)tgn p2 (101) 30 梯形330 鋸齒形矩形60 普通牙型: =60 30 =30 15工3,非30 =0 0矩形矩形非矩形非矩形牙 =60 型 =30 =33 =0 在軸向載荷下相對運動在軸向載荷下相對運動圖(104,a) 2dS (n p)內(nèi)螺紋 外螺紋擰緊、加載擰緊、加載、頂起重物頂起重物相對運動聯(lián)接傳動螺旋副螺旋副FFa將螺旋線沿中徑展開10-2 螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副的受力

4、分析、效率和自鎖p.132滑塊滑塊(重物重物)在斜面運動在斜面運動 分析分析: 1.當勻速上升當勻速上升: FaFFnFRFfFaFFR+圖(104,b)FR與Fn夾角摩擦角摩擦角: tg f Ff /n R與a 夾角加載加載a(軸向力,自重,阻力)作用在螺旋副上的驅(qū)動力矩：2)(222dtgFdFTa(10-2b)atg( ) (102a)合反力合反力FRV(滑塊) 合力合力法向反力法向反力Fn(斜面)施加水平推力施加水平推力摩擦阻力摩擦阻力: f Fn=Ff一矩形螺紋一矩形螺紋 : ( =0 )施加水平支持力水平支持力 (勻速下滑) 當 自鎖條件自鎖條件：滑塊在斜面運動狀態(tài)不變 作用力與假

5、設(shè)力的方向相反推力推力 2)(222dtgFdFTa(10-3b)FaFFnFRFfFaFFR)(tgFFa無論a多大，滑塊不會自動下滑自鎖自鎖2. 當勻速下降當勻速下降 :圖(104,c) 將將 (當量摩擦角當量摩擦角)tgf / cos = f (10-4) (當量摩擦系數(shù)) ( ) 勻速上升勻速上升: atg() (10-5a)勻速下降勻速下降: Fatg( ) (10-6a) 2)(222dtgFdFTa2)(222dtgFdFTa(10-6b)(10-5b)自鎖條件自鎖條件： (10-7)要自鎖好要自鎖好 ( ) , (單頭)自鎖性自鎖性二非矩形螺紋二非矩形螺紋)(tgtg(10-8

6、)2dS要效率高要效率高max2/45過大，制造困難25max/當量摩擦角 , 升角有效功輸入功有效功輸入功 a（2） a2 tg /atg()2要自鎖好要自鎖好 (單) ;要效率高要效率高(多) , (多頭) , 三三.效率效率:當勻速上升:2/45聯(lián)接聯(lián)接(可靠可靠) 要自鎖傳動傳動效率高效率高1.三角形三角形普通螺紋普通螺紋(M) 螺紋螺紋 (聯(lián)接) 管螺紋管螺紋60、55緊密梯形螺紋梯形螺紋 Tr 30, 15鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋S 工3,非30矩形螺紋矩形螺紋 小、 大 多線螺旋副 單線單線=1 多線多線60, =302.傳動螺紋傳動螺紋 效率高10-3 機械制造常用螺紋及標準機械制

7、造常用螺紋及標準 p.134緊固聯(lián)接(單線、大)(粗,細)作業(yè)：作業(yè)：P161 10-2主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：螺旋副的受力分析、效螺旋副的受力分析、效率和自鎖率和自鎖10-4螺紋聯(lián)接基本類型及螺紋聯(lián)接件 p.137C1e普通螺栓普通螺栓 圖圖(109,a)鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接 圖圖(109,b)一螺紋聯(lián)接基本類型一螺紋聯(lián)接基本類型d0螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接 螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接 圖圖(1010,a)雙頭螺柱聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接 圖圖(1010,b)緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接 圖圖(1011)螺栓 螺栓 ；螺釘 ；雙頭螺柱 ；緊定螺釘螺母 六角螺母 ；圓螺母 ；糟型螺母墊片 墊片 ；彈簧墊片 ；斜墊片

8、 ；球形墊片二螺紋聯(lián)接件二螺紋聯(lián)接件 p.138目的目的：防止松動防止松動提高可靠、強度、緊密性提高可靠、強度、緊密性T0 的大小的大小: 擰緊時擰緊時 螺紋阻力矩螺紋阻力矩 T1 :(10-5b) 螺母支持面上的摩擦阻力矩螺母支持面上的摩擦阻力矩T2T2 fc Fa r f (10-10)T0T1T20.2Fad Nmm(一一)擰緊力矩擰緊力矩T0012T0控制、不嚴格控制控制、不嚴格控制S(少測力矩板手；多風(fēng)板機少測力矩板手；多風(fēng)板機)10-5 螺紋聯(lián)接的螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松預(yù)緊和防松 P.140螺栓螺栓軸向軸向拉拉力力 被聯(lián)接件被聯(lián)接件軸向軸向壓壓力力鎖緊力鎖緊力 S1F d2/2Fa

9、tg( ) d2 /2 （二）螺紋聯(lián)接的防松（二）螺紋聯(lián)接的防松 p.142螺旋副螺旋副聯(lián)接聯(lián)接(可靠可靠)擰緊擰緊 自鎖自鎖防松？防松？靠摩擦力自鎖靠摩擦力自鎖 不可靠不可靠 , 防松防松防松方法防松方法：關(guān)鍵關(guān)鍵摩擦防松摩擦防松 阻止螺旋副相對轉(zhuǎn)動阻止螺旋副相對轉(zhuǎn)動機械防松機械防松不可拆防松不可拆防松彈簧墊片鎖緊螺母對頂螺母使螺紋接觸面間始終保持一定的壓力使螺紋接觸面間始終保持一定的壓力(縱向、縱向、橫向橫向)始終有阻止螺旋副轉(zhuǎn)動的摩擦阻力矩。始終有阻止螺旋副轉(zhuǎn)動的摩擦阻力矩。機械防松機械防松利用便于更換的金屬元件來約束螺旋副。利用便于更換的金屬元件來約束螺旋副。不可拆防松不可拆防松焊、鉚

10、沖、涂粘合劑焊、鉚沖、涂粘合劑槽形螺母和開口銷槽形螺母和開口銷圓螺母用帶翅墊片圓螺母用帶翅墊片止動墊片止動墊片10-7 螺栓的材料和許用應(yīng)力螺栓的材料和許用應(yīng)力 P.147 SSS安全系數(shù)安全系數(shù)表表10-6,7 P.148S屈服極限屈服極限表表9-1 P.123許用應(yīng)力許用應(yīng)力:材料材料:2.鉸制孔螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接聯(lián)接受擠壓聯(lián)接受擠壓,螺栓受剪切螺栓受剪切1)按剪切強度按剪切強度2)按擠壓強度按擠壓強度: 420dFPPLdFmin0許用應(yīng)力許用應(yīng)力與與材材料料(鋼、鑄鐵鋼、鑄鐵),應(yīng)力應(yīng)力(靜、變靜、變)有關(guān)。有關(guān)。 表表10-61.普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接碳素鋼碳素鋼: Q215,

11、Q235 力學(xué)性能力學(xué)性能優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼: 10,35, 45 表表9-1合金鋼合金鋼: 15Cr, 40Cr, 30CrMnSi P.123作業(yè)：作業(yè)：P161 10-3主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：螺紋聯(lián)接的螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松預(yù)緊和防松 10-6 螺栓聯(lián)接的強度計算螺栓聯(lián)接的強度計算(靜靜) p.144聯(lián)接要求聯(lián)接要求: 不松不滑不松不滑聯(lián)接聯(lián)接(緊緊) 不斷不潰不斷不潰螺栓螺栓 可靠, 自鎖確定螺紋小徑確定螺紋小徑d1d0(一一)螺栓聯(lián)接的失效及設(shè)計準則螺栓聯(lián)接的失效及設(shè)計準則(二二)螺栓聯(lián)接的強度計算螺栓聯(lián)接的強度計算螺栓 普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接 松聯(lián)接松聯(lián)接 聯(lián) 緊聯(lián)接緊聯(lián)接 接型式

12、 鉸制孔螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接橫向載荷橫向載荷軸向載荷軸向載荷橫向載荷橫向載荷軸向載荷軸向載荷聯(lián)接 (緊)螺栓設(shè)計準則設(shè)計準則:螺栓桿拉潰 螺紋牙的壓潰和剪斷螺紋牙磨損滑扣主要失效主要失效松、滑在聯(lián)接不松滑的前提下在聯(lián)接不松滑的前提下, 螺栓桿不破壞螺栓桿不破壞(一一) 螺栓聯(lián)接的失效及設(shè)計準則螺栓聯(lián)接的失效及設(shè)計準則失效失效形式形式 421dFa松螺栓聯(lián)接:(10-11)裝配時不預(yù)緊螺栓不受力 圖10-16二. 緊螺栓聯(lián)接:d1:螺紋小徑mm; :許用拉應(yīng)力 Mpa例10-3 p.144(自學(xué))工作時受軸向載荷軸向載荷Fa(二二) 螺栓聯(lián)接的強度計算螺栓聯(lián)接的強度計算(按受力形式按受力形式)

13、 p.144FaFaFaFaFaFa421dFa5 . 0162)(16312311ddtgFdTa第四強度理論拉應(yīng)力(Fa)3 . 1322e 43 . 121dFae(10-12)強度條件: 裝配擰緊后裝配擰緊后聯(lián)接可受聯(lián)接可受橫向橫向(F)或或軸向載荷軸向載荷(FE)拉拉Fa 扭扭T1 復(fù)合應(yīng)力考慮扭剪應(yīng)力e當量應(yīng)力當擰緊時 螺栓拉拉(Fa) (Fa) 工件 壓壓(Fa)扭剪應(yīng)力(T1)二二. 緊螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接: p.1451.受橫向工作載荷受橫向工作載荷F的螺栓強度的螺栓強度(預(yù)緊預(yù)緊) 圖圖10-18可靠性系數(shù)C C=1.11.3不松不滑不松不滑預(yù)緊力預(yù)緊力 F0(軸軸)足夠大足

14、夠大 Ff=F0fmCFFa=F0CF/mf不斷不潰不斷不潰定螺栓定螺栓d1 43 . 1210dFe 012 .5Fd FFFFm=1F0F0F0F0F0F0螺栓螺栓聯(lián)接要求聯(lián)接要求m=2當當C=1.11.3 , f= 0.10.15 , m=1 F08F普通螺栓聯(lián)接受橫向工作載荷普通螺栓聯(lián)接受橫向工作載荷需預(yù)緊力大需預(yù)緊力大,且可靠性差且可靠性差圖10-19圖10-20dF0CF/mf分析分析:宜加減載措施宜加減載措施加鍵加鍵, 套筒套筒 ，銷，銷 擠壓擠壓 采用鉸制孔螺栓聯(lián)接采用鉸制孔螺栓聯(lián)接 剪切剪切 mmFd38.235 .48160002 . 52 . 501R解解: 每個聯(lián)接受橫

15、向載荷每個聯(lián)接受橫向載荷 F=R/2=2000N1.聯(lián)接不松聯(lián)接不松求預(yù)緊力求預(yù)緊力F02.螺栓不斷螺栓不斷求求d1取取M27螺栓，螺栓，d=27mm, d1=23.75223.38合適。合適。 S=6.5 合適合適 C=1.11.3, 取取C=1.2 F0CF/fm=1.22000/(0.151)=16000N 取取35鋼鋼, 不嚴格控制預(yù)緊力不嚴格控制預(yù)緊力s=315Mpa, S=6.5 , =s/S=315/6.5=48.5MpaP.145例例1. 用普通螺栓（用普通螺栓（35鋼）固定一牽引鉤鋼）固定一牽引鉤, 已知已知R=4000N,(變載荷變載荷) f=0.15, 試求螺栓直徑。試求

16、螺栓直徑。作業(yè): 10-5, P.157用鉸制孔螺栓聯(lián)接固定牽引鉤用鉸制孔螺栓聯(lián)接固定牽引鉤(HT250), 板厚板厚h=10mm,已知已知R=4000N(變載荷變載荷), 試求螺栓直徑。試求螺栓直徑。解解: 每個聯(lián)接受橫向載荷每個聯(lián)接受橫向載荷 F=R/2=2000N1.按剪切強度按剪切強度P.145 mmFd03. 67020004402.按擠壓強度按擠壓強度:PpldFmin0PPMpa6 .281072000 P = B/2.20.8=240/2.20.8=87.3Mpa (S=2.2)Lmin=h=10mmR10d0 4/20dF 取取 l=25mm, l0=12mm取取d=6mm,

17、 d0=76.03mm= S/4.5=315/4.5=70Mpal0Lmin例例2.M625合適合適軸向載荷平行螺栓軸心線，各螺栓平均受力軸向載荷平行螺栓軸心線，各螺栓平均受力pDF42lDZ0螺栓間距l(xiāng)與p有關(guān) (P.143倒2)常見 壓力 容器Z=2(3)2n各螺栓受拉力為：各螺栓受拉力為： F= F Z2.受軸向載荷FE的螺栓強度(預(yù)緊后) p.143：此時螺栓受預(yù)緊力此時螺栓受預(yù)緊力F F0 0后后 又受工作拉力又受工作拉力F FE E?常見 (壓力容器)Fa=F0FE ;FR=F0FE預(yù)預(yù) 螺栓拉 F0緊緊 工件壓 F0FEFEb0C0 受軸向載荷受軸向載荷FEF0F0b0F0F0C

18、0FEFEFEFEFaFa 未預(yù)緊未預(yù)緊預(yù)緊預(yù)緊受受FE FaFaFaFaF0F0F0F0F0F0F0F0FRFRFRFRFRFR伸長伸長b0縮短縮短C0又伸長 壓縮量減少 變形協(xié)調(diào)條件：變形協(xié)調(diào)條件： b= C = 螺栓伸長: b0 工件壓縮: C0 ERaFFF螺栓拉力總拉力總拉力 Fa工件壓力殘余預(yù)緊力殘余預(yù)緊力FR單個聯(lián)接受力分析單個聯(lián)接受力分析:圖圖10-21螺螺 載荷載荷栓栓 變形變形FE=Fb+FC=kb+kC; =FE / (kb+kC) 0000預(yù)預(yù)緊緊受軸向受軸向載荷載荷FEFb(+)b (+)FC(+)C(+)總載荷總載荷 變形變形Fa=F0+Fb工工 載荷載荷件件 變形

19、變形b0+FR=F0FCC0分析分析kbkCb=C=b0C0 FbFC螺栓強度螺栓強度滲漏滲漏FR0F0(+)b0(+)F0(-)C0(-)單個聯(lián)接受力分析: 變形= F / k (剛度)ECbbbFkkkFECbCCFkkkF未未預(yù)緊預(yù)緊kb/(kb+kc) 相對剛度相對剛度 查表10-5 P.145CbCERCbbEakkkFFFkkkFFF00螺栓總拉力:工件殘余 預(yù)緊力:(10-16)(10-17)ERaFFF Fb FCFEFRFa力變形F0C0b0力變形F0b0tg1kb力變形F0C0tg1kCk = F / 剛度剛度= 載荷載荷 / 變形變形單個聯(lián)接載荷與變形線圖單個聯(lián)接載荷與變

20、形線圖: 圖10-23 p.144設(shè)計步驟設(shè)計步驟: 聯(lián)接松弛聯(lián)接松弛FR = 0 螺栓拉潰螺栓拉潰失效形式: FR0 P.144第12設(shè)計準則(1)求單個聯(lián)接的工作載荷FE(2)定殘余預(yù)緊力FR(按工作要求) P.144第12(3)求Fa螺栓強度計算(定d) Fa = FR FE(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計 43 . 121dFae失效形式及設(shè)計計算失效形式及設(shè)計計算:KNZDpFE02. 4841606 . 14/22(2)定殘余預(yù)緊力FR P.144第12(1)求單個聯(lián)接的工作載荷FE:有緊密要求 , FR=1.51.8 FE 取FR=1.8FE (3)求Fa螺栓強度計算(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計取45鋼, S=

21、355Mpa (表9-1) 暫取S=3(不嚴格控制預(yù)緊力,靜) =S/S = 118 Mpa p.145C1eD0D取取Z=8例10-4:Fa = FEFR = 2.8 FE = 11.3kN 一鋼制液壓油缸, 油缸壁厚為10mm, 油壓p=1.6 Mpa , D=160mm, 試計算其上蓋的螺栓聯(lián)接和螺栓分布圓直徑D0 (p.143、P.145)解:取d=16mm, 其d1=13.835mm12.6mm 合適取S=3 (表10-7) (不嚴格控制預(yù)緊力) 合適 mmFda6 .12118113003 . 143 . 141作業(yè): 10-11 P.158(油缸壁厚為18mm)D0=D+2C1+

22、210=224mm (與書不同220)取C1min=22mm 手冊p.17螺栓間距L=D0/Z=224/8 88mm 7d=716=112mm (P.143頁的腳注) 滿足要求C1eD0D手冊p.126(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計:(螺栓分布圓直徑D0圖10-9a P.137)1.松螺栓聯(lián)接松螺栓聯(lián)接: 裝配時不預(yù)緊聯(lián)接不受力工作時受軸向載荷Fa 421dFa2.緊螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接復(fù)合應(yīng)力(拉、扭) 43 . 121dFae1)受橫向工作載荷受橫向工作載荷F不松不滑 預(yù)緊力 F0(軸)足夠大 F0CF/mf不斷不潰定螺栓d1 43 . 1210dFe普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接: : 2)受軸向工作載荷受軸向

23、工作載荷FE:螺栓總拉力Fa: Fa=F0+Kb/(Kb+KC) FE工件殘余預(yù)緊力FR: FR=F0KC/(Kb+KC) FE0 43 . 121dFae求FE 定FR 求Fa 強度定d 結(jié)構(gòu)設(shè)計已知F求d: 求F0 (不滑) 定d (強度)已知d求F: 求F0 (強度) 定F (不滑) 小結(jié)：小結(jié)：1.按剪切強度2.按擠壓強度: 4/20dFPpldFmin02.許用應(yīng)力與應(yīng)力(靜、變)有關(guān); P與材料(鋼、鑄鐵)有關(guān)。 表106 p.145聯(lián)接受擠壓,螺栓受剪切注意：注意：1.d0光桿直徑，d0d Lmin桿孔最小接觸長度鉸制孔螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接10-8提高螺栓聯(lián)接強度的措施 P.1

24、46前言前言:螺栓聯(lián)接強度螺栓靜載荷 變載荷(一)降低螺栓總拉伸載荷Fa的變化范圍(二)改善螺紋牙間的載荷分布(三). 減小應(yīng)力集中(四) 采用提高強度的工藝措施較少破壞疲勞破壞截面小、且應(yīng)力集中大破壞位置 圖10-24螺栓強度措施螺栓被聯(lián)接件652015AFkkkECbba)(2當FE由(0FE)要使akb/(kb+kC) kbkC1)減小減小kb2)增大增大kC減小螺栓光桿直徑, 空心螺桿(圖10-25) 不宜用軟墊片圖10-271.減小減小kb/(kbkC)但FR減小不利密封2.減小減小kb/(kbkC)增大增大F0 a，F(xiàn)R不減小ECbbFkkkF0Fa由(F0 )變化(一)降低螺栓總

25、拉伸載荷Fa 的變化范圍aFR=F0FEkC/(kbkC)(二)改善螺紋牙間的載荷分布 P.146現(xiàn)象現(xiàn)象: 螺紋牙間的載荷分布不均螺栓螺母受力性 質(zhì)不同1/3載荷集中在第一圈牙上第810牙 不受力增厚螺母無效。 使受壓螺母受拉螺母 圖10-28改善螺紋牙間的載荷分布65破壞發(fā)生在螺母支承面處原因原因:措施措施:652015支承面平行加工 球形墊片凸臺凹坑魚眼坑1.減小應(yīng)力集中：減小應(yīng)力集中：2.減少聯(lián)接附加減少聯(lián)接附加 彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力增大過渡圓角螺紋收尾退刀槽(卸載槽) (三). 減小應(yīng)力集中: P.147(圖10-29圖10-31)(四) 采用提高強度的工藝措施: p.148第21.冷鐓螺栓頭部和滾壓螺紋 疲勞強度(應(yīng)力集中, 纖維未切斷, 冷作) 材料利用率, 成本2.氰化,氮化,噴丸處理疲勞強度TT10-9 螺旋傳動: P.148（要求高效率梯形、鋸齒形、矩形多線）傳遞動力調(diào)整零件間相對位置螺旋副傳動 實現(xiàn) 將回轉(zhuǎn)運動直線運動傳導(dǎo)傳力調(diào)整按