第5章螺紋聯(lián)接 (公開課)

1、第五章第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)螺紋連接和螺旋傳動(dòng)5-1 螺紋類型和工程應(yīng)用螺紋類型和工程應(yīng)用5-2 螺紋聯(lián)接的類型與標(biāo)準(zhǔn)連接件螺紋聯(lián)接的類型與標(biāo)準(zhǔn)連接件5-3 螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊5-4 螺紋連接的防松螺紋連接的防松5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析5-7提高螺紋連接強(qiáng)度的措施提高螺紋連接強(qiáng)度的措施5-6 螺紋連接件的材料和許用應(yīng)力螺紋連接件的材料和許用應(yīng)力連連 接接連接靜連接動(dòng)連接可拆連接不可拆連接螺紋連接鍵、花鍵和銷連接型面連接過盈連接鉚接焊接膠接5-1 螺紋連接的類型螺紋連接的類型一、螺紋形成d d2 2聯(lián)接螺紋 要求：根部強(qiáng)度高，自鎖性好( )1 1三角形螺紋普通螺

2、紋=60的三角形米制螺紋公稱直徑d(大徑)用 Md表示,如:M10d=10mm標(biāo)準(zhǔn)(GB)粗牙螺紋：同一d中,P最大的螺紋常用,基本尺寸表101細(xì)牙螺紋：小,d1大自鎖性好,但不耐磨,易滑扣, 適用于薄壁零件,受變載聯(lián)接,微調(diào)機(jī)構(gòu)三角螺紋5-1 螺紋連接類型螺紋連接類型二、常用螺紋2管螺紋管螺紋的公稱直徑管螺紋的公稱直徑管子的公稱內(nèi)徑（通徑）管子的公稱內(nèi)徑（通徑）圓柱管螺紋=55用于水、煤氣、潤(rùn)滑管路圓錐管螺紋=55,60用于密封要求高的管路d5-1 螺紋連接類型螺紋連接類型1 1矩形螺紋矩形螺紋( (0): ): 但強(qiáng)度但強(qiáng)度定心性定心性傳動(dòng)螺紋傳動(dòng)螺紋要求：效率較高要求：效率較高2 2梯形

3、螺紋梯形螺紋( (30):):較高較高,易切削易切削,強(qiáng)度強(qiáng)度定心性定心性 即具有梯形螺紋強(qiáng)度高特點(diǎn)，又具有矩形螺紋效率高特點(diǎn)。即具有梯形螺紋強(qiáng)度高特點(diǎn)，又具有矩形螺紋效率高特點(diǎn)。 鋸齒形螺紋只能進(jìn)行單向傳動(dòng)。鋸齒形螺紋只能進(jìn)行單向傳動(dòng)。3. 3. 鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋非工作面：非工作面：30工作面：工作面：35-1 螺紋連接類型螺紋連接類型螺紋類型螺紋類型性能性能牙根強(qiáng)度牙根強(qiáng)度工藝性工藝性適用場(chǎng)合適用場(chǎng)合三角形螺紋三角形螺紋自鎖性好自鎖性好最大最大好好聯(lián)接聯(lián)接矩形矩形效率最高效率最高小小差差傳動(dòng)傳動(dòng)梯形梯形效率較高效率較高較大較大好好傳動(dòng)傳動(dòng)( (標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化) )鋸齒形鋸齒形效率較高效率

4、較高較大較大好好傳動(dòng)（單向）傳動(dòng)（單向）各種螺紋的特點(diǎn)各種螺紋的特點(diǎn): :5-1 螺紋連接類型螺紋連接類型三、螺紋主要參數(shù)公稱直徑d公稱直徑螺紋中徑d2螺紋中徑:d2=(d1+d)/2螺紋小徑d1螺紋小徑螺距P螺距導(dǎo)程S=nP導(dǎo)程螺紋升角升角2tandnP5-1 螺紋連接類型螺紋連接類型線數(shù)nd d2 2PS=nP升角牙型角牙型角牙側(cè)角牙側(cè)角效率)tan(tanv自鎖條件螺紋旋向：左旋、右旋5-1 螺紋連接類型螺紋連接類型例1：一梯螺紋的螺桿，d=20mm,，d1=15.5mm，d2=18mm，P=4mm，n=2，f=0.2，問：該螺紋是否滿足自鎖條件？解： 1414. 018422dnPtg

5、05. 815cos2coscosffftg69.11則：則：因，故該機(jī)構(gòu)自鎖。5-3 螺紋連接類型及其緊固件螺紋連接類型及其緊固件一、螺紋連接的基本類型5-3 螺紋連接類型及其緊固件螺紋連接類型及其緊固件5-3 螺紋連接類型及其緊固件螺紋連接類型及其緊固件二、螺紋緊固件 螺紋聯(lián)接的類型很多，在機(jī)械制造中常見的螺紋聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。彈簧墊圈止動(dòng)墊圈5-4 螺紋連接的預(yù)緊及防松螺紋連接的預(yù)緊及防松v 預(yù)緊力： 大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊。v 預(yù)緊的目的： 增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性

6、，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。v 預(yù)緊力的確定原則： 擰緊后螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限ss的50%70%。1010)6 . 05 . 0(合金鋼金鋼螺)7 . 06 . 0(碳素鋼螺栓：AFAFSSss5-4 螺紋連接的預(yù)緊及防松螺紋連接的預(yù)緊及防松v 扭緊力矩與預(yù)緊力的關(guān)系T=0.2F0d 注意：對(duì)于重要的聯(lián)接，應(yīng)盡可能不采用直徑過小(M12)的螺栓。v 預(yù)緊力的控制：人工經(jīng)驗(yàn)；測(cè)力矩扳手；定力矩扳手；測(cè)螺栓伸長(zhǎng)量；手作用力F=200N;扳手力臂長(zhǎng):L=15d;T=FLF0=15000N5-4 螺紋連接的預(yù)緊及防松螺紋連接的預(yù)緊及防松v 螺紋防松：防松的根

7、本問題在于防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松方法： 1) 雙螺母防松 2) 彈簧墊圈 防松 3) 自鎖螺母防松自鎖螺母防松 摩擦防松 機(jī)械防松1) 1) 開口銷及槽型螺母 2) 2) 止動(dòng)墊片 3) 3) 串聯(lián)金屬絲 破壞螺紋副的關(guān)系 焊、點(diǎn)沖、粘合摩擦防松：對(duì)頂螺母防松彈簧墊圈防松自鎖螺母防松5-4 螺紋連接的預(yù)緊及防松螺紋連接的預(yù)緊及防松續(xù)表續(xù)表機(jī)械防松開口銷與槽螺母止動(dòng)墊片防松串聯(lián)鋼繩防松5-4 螺紋連接的預(yù)緊及防松螺紋連接的預(yù)緊及防松其它方法防松鉚沖防松焊接防松膠粘防松5-4 螺紋連接的預(yù)緊及防松螺紋連接的預(yù)緊及防松5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析 大多數(shù)機(jī)器的螺紋聯(lián)接件都是

8、成組使用的，其中以螺栓組聯(lián)接最具有典型性，故以螺栓組聯(lián)接為例，討論它的設(shè)計(jì)和計(jì)算問題，其結(jié)論對(duì)雙頭螺柱組、螺釘組聯(lián)接也同樣適用。螺栓設(shè)計(jì)步驟： 1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：螺栓數(shù)目、布置方式。 2、受力分析：找出受最大的螺栓。 3、強(qiáng)度計(jì)算：確定螺栓的直徑。5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析一、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、聯(lián)接接合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀，如圓形、環(huán)形、矩形、框形、三角形等。便于對(duì)稱布置螺栓，使螺栓組的對(duì)稱中心和聯(lián)接接合面的形心重合，從而保證聯(lián)接接合面受力比較均勻。 2、螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。 （1）對(duì)于鉸制孔用螺栓聯(lián)接，不要在平行于工作載荷的方

9、向上成排地布置八個(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過于不均。 5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析（2）當(dāng)螺栓聯(lián)接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近聯(lián)接接合面的邊緣，以減小螺栓的受力。邊緣處受力最大靠近邊緣，減少受力不均螺栓嚴(yán)重受力不均5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析（3）當(dāng)采用普通螺栓聯(lián)接時(shí)，如果螺栓同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，應(yīng)采用銷、套簡(jiǎn)、鍵等抗剪零件來承受橫向載荷 ，以減小螺栓的預(yù)緊力及其結(jié)構(gòu)尺寸。圖圖10-14 10-14 減載裝置減載裝置5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析3、螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。 各螺栓軸線間以

10、及螺栓軸線和機(jī)體壁間的最小距離，應(yīng)根據(jù)扳手所需活動(dòng)空間的大小來決定。 5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析4、分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)取成等偶數(shù)，以便在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫線。 5、為了便于裝配，同一螺栓組中所有螺栓的材料、直徑和長(zhǎng)度均應(yīng)相同。 6、避免螺栓承受附加的彎曲載荷。 5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析二、螺栓組的受力分析螺栓組受力分析目的：確定螺栓組中受力最大的螺栓及其所承受的工作載荷的大小 。1、受橫向載荷螺栓組連接普通螺栓連接 螺栓與孔壁之間留有間隙，工作時(shí)被連接件之間不允許發(fā)生滑動(dòng)。被連接件間不發(fā)生滑移條件是：FKzFfiS 05-5

11、 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析zfiFKFS 0鉸制孔螺栓連接可靠性系數(shù)；Ks=1.1.3接合面數(shù)目螺栓數(shù)目 若每個(gè)螺栓承受的工作載荷均為F，則根據(jù)平衡條件得zFF5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析鉸制孔螺栓連接 若每個(gè)螺栓承受的工作載荷均為FzFFFF5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析2、受扭轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接 采用普通螺栓聯(lián)接 ziissziirfTKFTKrfF1010TKfrFfrFfrFSz020105-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接 設(shè)底板為剛體，受載后結(jié)合面仍為平面，距離中心越遠(yuǎn)，其螺栓剪切

12、變形越大，受力也越大。因此： maxmaxmaxmax/ /rrFFrFrFiiiiTrFiii1ziirTrF12maxmax/5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析 圖所示為一氣缸，氣缸內(nèi)部壓強(qiáng)這p。氣缸蓋用z個(gè)螺栓與缸體相連。 則缸體上每個(gè)螺栓承受的平均軸向工作載荷為3、受軸向載荷的螺栓強(qiáng)度ZDpZFF4/21螺栓除了承受預(yù)緊力外F0，還要承受工作載荷F。5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析4受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接 假定底板為剛體，在M作用下接合面仍保持平面；地基和螺栓為彈性體；底板受翻轉(zhuǎn)力矩M作用后，將繞對(duì)稱軸OO翻轉(zhuǎn)。MLFziii15-5 5-5 螺紋

13、連接的受力分析螺紋連接的受力分析iiLFLF/maxmax ziiLMLF12maxmax根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件： MLFziii15-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析 為了防止接合面受壓最大處(如圖底板右邊緣)被壓碎或受壓最小處(如圖底板左邊緣)出現(xiàn)間隙，應(yīng)使受載后地基接合面擠壓應(yīng)力的最大值不超過底板與地基兩者中最弱材料的許用值，最小值不小于零。也就是： pppps ss ss ss s maxmax：右側(cè)防止壓潰0maxmin ppps ss ss s：左側(cè)防止離縫AzFp/0s式中：式中：WMCCCMWmbm)(1maxs s（接合面產(chǎn)生的附加的擠壓應(yīng)力）（接合面產(chǎn)生的附加的擠

14、壓應(yīng)力）5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析00min0maxWMAzFWMAzFpppsss結(jié)論： 實(shí)際中，螺栓組所受的外載荷常常是復(fù)合狀態(tài)，但都可以簡(jiǎn)化成上述四種簡(jiǎn)單受力狀態(tài)，再按力的疊加原理求出螺栓受力。求得受力最大的螺栓所受的載荷后，即可進(jìn)行單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析三、螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 1、螺栓的失效形式：受拉螺栓 失效形式：螺栓桿螺紋部分發(fā)生斷裂。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證螺栓的靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度。 受剪螺栓失效形式：螺栓桿和孔壁的貼合面上出壓潰或螺栓桿被剪斷。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證螺栓的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。5-5 5-5 螺紋連

15、接的受力分析螺紋連接的受力分析松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 螺栓和螺母的螺紋牙及其它各部分尺寸是根據(jù)等強(qiáng)度原則設(shè)計(jì)的，通常不需要校核。一般根據(jù)公稱直徑選定。校核計(jì)算只校核螺栓桿的強(qiáng)度。2、強(qiáng)度計(jì)算 以起重機(jī)的吊鉤為例，在承受工作載荷前螺紋不預(yù)緊，當(dāng)承受拉伸載荷F時(shí)其拉伸的強(qiáng)度條件為： SdFAFssss211 41 5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 (承受軸向拉力螺栓強(qiáng)度計(jì)算）危險(xiǎn)截面的拉伸應(yīng)力： 21041/dFs危險(xiǎn)截面的剪應(yīng)力： 1612)tan(21201ddFWTv 緊螺栓在裝配時(shí)，除了受預(yù)緊力F0產(chǎn)生的拉應(yīng)力外，還承受補(bǔ)充扭緊時(shí)扭緊力矩T1產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)

16、剪應(yīng)力的作用。 1、僅承受預(yù)緊力的緊螺栓強(qiáng)度計(jì)算5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析對(duì)于M12M64螺栓： 05. 0tan08. 104. 1 17. 0tan12，ddv由此可得： 根據(jù)第四強(qiáng)度理論，其計(jì)算應(yīng)力： sssss3 . 1)5 . 0(332222cas 5 . 05-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析 ss210413 . 1dFca系數(shù)1.3的意義： 在補(bǔ)充擰緊時(shí)，將螺栓所承受的總拉力增大 30%來考慮扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生剪切應(yīng)力的影響。 危險(xiǎn)剖面的強(qiáng)度條件是： 2、既承受預(yù)緊力又承受工作拉力時(shí)緊螺栓強(qiáng)度計(jì)算 （1 1）受力分析）受力分析bm變形F0b力力

17、ObOm變形mF0螺栓被連接件Ommb+ mmbF2F1F5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析變形F0b力ObOmmmbF2F1FFFbm（2）受力變形圖 )(mbCCFFFmbCCF 故故設(shè)螺栓所承受的工作力F：令bbC FtanmmCF tan mmCtanbbCtan螺栓剛度螺栓剛度5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析變形F0b力ObOmmmbF2F1FFFbm螺栓總的拉力：FFF 02 bCF0FCmCCFbb 0FF 1殘余預(yù)緊力為：FFF 21FCCCFmbm 0FFCCCFmbb 05-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析結(jié)論：1、上述

18、分析可見：螺栓承受的總拉力F2F0+F 2、當(dāng)F0及F一定時(shí)，F(xiàn)2取決于 Cb/(Cb+Cm) Cb（Cm）螺栓受力F2 ，取采用剛度小的螺栓，剛度大的被聯(lián)接件。 3、為防止出現(xiàn)縫隙，殘余預(yù)緊力應(yīng)大于0。殘余預(yù)緊力取值見下表。聯(lián)聯(lián) 接接 性性 質(zhì)質(zhì)殘余預(yù)緊力殘余預(yù)緊力F FR的推薦值的推薦值緊固聯(lián)接緊固聯(lián)接F F無變化無變化(0.2(0.20.6)0.6)F FF F有變化有變化(0.6(0.61.0)1.0)F F緊密聯(lián)接緊密聯(lián)接(1.5(1.51.8)1.8)F F地腳螺栓聯(lián)接地腳螺栓聯(lián)接F F表表10-710-7殘余預(yù)緊力殘余預(yù)緊力F F1 1的推薦值的推薦值5-5 5-5 螺紋連接的強(qiáng)

19、度計(jì)算螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析工作載荷為靜載荷（3）強(qiáng)度計(jì)算 在設(shè)計(jì)時(shí)首先計(jì)算螺栓的工作載荷F，再根據(jù)聯(lián)接的要求選取F0值，計(jì)算螺栓的總拉力F2，在考慮可能補(bǔ)充擰緊將總拉力增大30后考慮扭切應(yīng)力的影響。截面的拉伸強(qiáng)度條件是：3 . 1421sFd或：212413 . 1dFcas5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析螺栓的最大拉應(yīng)力為： 212max41dF s s 螺栓的最小拉應(yīng)力為：210min41dF s s 應(yīng)力幅為：21minmax22dFCCCmbba s ss ss s 工作載荷為變載荷(螺栓的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核)FC

20、mCCFFbb 02之間變化。之間變化。工作載荷在0F變化時(shí)螺栓總拉力在F05-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析計(jì)算安全系數(shù))2)()(2minmin1maxmaxlimSKKSaamameaecasssssssssssssss由前面知識(shí)可知這種應(yīng)力狀態(tài)為最小應(yīng)力等于常數(shù) min=C5-5 5-5 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析3、承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接失效形式：螺桿被剪斷及螺桿或孔壁被壓潰。擠壓強(qiáng)度： 螺栓桿的剪切強(qiáng)度：420dFmin0ppLdFssLmin =min1，2螺栓的常用材料為低碳鋼、中碳鋼、合金鋼螺栓的常用材料為低碳鋼、中碳鋼、合金鋼一、一、 螺紋緊固

21、件按機(jī)械性能分級(jí)螺紋緊固件按機(jī)械性能分級(jí)螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為十級(jí)螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為十級(jí) (見見GB3098.182)： 3.6 4.6 4.8 5.6 6.8 8.8 9.8 10.9 12.95-6 螺栓的材料及許用應(yīng)力螺栓的材料及許用應(yīng)力螺栓的性能級(jí)別用二個(gè)數(shù)字表示螺栓的性能級(jí)別用二個(gè)數(shù)字表示。比如：4.6級(jí)。 小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字為：小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字為： Bmin/100 Bmin公稱抗拉強(qiáng)度公稱抗拉強(qiáng)度小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字為：小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字為： S Smin公稱屈服強(qiáng)度公稱屈服強(qiáng)度 minmin10Bss ss s二個(gè)數(shù)學(xué)相乘的二個(gè)數(shù)學(xué)相乘的1010倍即為材料倍即為材料Smin

22、Smin4.64.6級(jí)級(jí) 4.64.6級(jí)級(jí) = 4= 46 610=240=s10=240=s MPaMPa，ss材料的屈服點(diǎn)材料的屈服點(diǎn) 例如例如4100400100minBs s4 46 661040024010)(minminBSs ss s5-6 螺栓的材料及許用應(yīng)力螺栓的材料及許用應(yīng)力螺母的性能等級(jí)分為七級(jí)螺母的性能等級(jí)分為七級(jí) (見見GB3098.182)： 4 5 6 8 9 10 12數(shù)字代表螺母能承受的最小應(yīng)力的1/100，即min/100 性能等級(jí)性能等級(jí)（標(biāo)記）（標(biāo)記）3.63.64.64.64.84.85.65.65.85.86.86.88.88.89.89.810.9

23、10.912.912.9抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度極限極限s sbminbmin/MPa/MPa3303304004004204205005005205206006008008009009001040104012201220屈服極限屈服極限s ssminsmin/MPa/MPa19019024024034034030030042042048048064064072072094094011001100硬度硬度HBSHBSminmin9090109109113113134134140140181181232232269269312312365365推薦材料推薦材料低碳鋼低碳鋼低碳鋼或中碳鋼低碳鋼或中碳鋼中碳

24、鋼，淬火并中碳鋼，淬火并回火回火中碳鋼，中碳鋼，低、中低、中碳合金碳合金鋼，淬鋼，淬火并回火并回火合金火合金鋼鋼合金鋼合金鋼1010Q21Q215 51515Q235Q2351616Q235Q235252535351515Q235Q2354545353535354545表表5-5 5-5 螺栓的性能等級(jí)（摘自螺栓的性能等級(jí)（摘自GB3098.182GB3098.182）5-6 螺栓的材料及許用應(yīng)力螺栓的材料及許用應(yīng)力性能等級(jí)（標(biāo)記）性能等級(jí)（標(biāo)記）4 45 56 68 89 910101212抗拉強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度極限s sbminbmin/MPa/MPa510510( (d d=16=1639

25、)39)520520( (d d=3=34 4，右，右同同) )6006008008009009001040104011501150推薦材料推薦材料易切削鋼易切削鋼低碳鋼或低碳鋼或中碳鋼中碳鋼中碳鋼，低、中碳合金鋼，淬火并回火中碳鋼，低、中碳合金鋼，淬火并回火相配螺栓的性能等級(jí)相配螺栓的性能等級(jí)3.63.6，4.64.6，4.8(4.8(d d16)16)3.63.6，4.64.6，4.84.8，5.65.6，5.85.8( (d d16)16)6.86.88.88.88.8(8.8(d d161639)39)；9.8(9.8(d d16)16)10.910.912.912.9表表5-55-5

26、螺母的性能等級(jí)（摘自螺母的性能等級(jí)（摘自GB3098.282GB3098.282）5-6 螺栓的材料及許用應(yīng)力螺栓的材料及許用應(yīng)力s Sss27Q2200 900(70000)10SF27Q2750 900(70000)10SFss SslimppSss許用拉應(yīng)力許用拉應(yīng)力許用切應(yīng)力許用切應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力類型類型許許 用用 應(yīng)應(yīng) 力力相相 關(guān)關(guān) 因因 素素安安 全全 系系 數(shù)數(shù)普通螺栓普通螺栓聯(lián)接聯(lián)接( (受拉受拉) )松聯(lián)接松聯(lián)接 S S=1.2=1.21.71.7緊聯(lián)接緊聯(lián)接控制預(yù)緊力控制預(yù)緊力測(cè)力矩或定力矩扳手測(cè)力矩或定力矩扳手 S S=1.6=1.62 2測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量測(cè)量

27、螺栓伸長(zhǎng)量 S S=1.3=1.31.51.5不控制預(yù)緊力不控制預(yù)緊力碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼鉸制孔用鉸制孔用螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接（受剪及（受剪及受擠）受擠）鑄鐵鑄鐵s sminmin= =s sb b螺栓材料螺栓材料鋼鋼 S Ss s=2.5=2.5螺栓或孔壁材螺栓或孔壁材料料鋼鋼s slimlim= =s ss s S Sp p=1=12.52.5（孔壁（孔壁s ss s可查手冊(cè)）可查手冊(cè)） S Sp p=1.25=1.25（s sp p可查手冊(cè)）可查手冊(cè)）表表5-65-6 一般機(jī)械用螺栓聯(lián)接在靜載荷下的許用應(yīng)力與安全系數(shù)一般機(jī)械用螺栓聯(lián)接在靜載荷下的許用應(yīng)力與安全系數(shù)二、螺紋連接的許用應(yīng)力及

28、安全系數(shù)5-7 提高螺紋連接強(qiáng)度措施提高螺紋連接強(qiáng)度措施 從螺栓總拉力公式 可以看出，在預(yù)緊力不變的情況下，減小應(yīng)力幅實(shí)際就是減少螺栓的總拉力F2，所以有以下三種方法： 1）減小聯(lián)接件的剛度1、降低影響螺栓聯(lián)接的應(yīng)力幅FCCCFFmbb025-7 提高螺紋連接強(qiáng)度措施提高螺紋連接強(qiáng)度措施2）增加被聯(lián)接件的剛度適當(dāng)增加預(yù)緊力及減小聯(lián)接件的剛度和增大被聯(lián)接件的剛度5-7 提高螺栓連接強(qiáng)度措施提高螺栓連接強(qiáng)度措施減小螺栓剛度方法： 增加螺栓長(zhǎng)度 采用腰桿螺栓 采用空心螺栓 采用彈性元件5-7 提高螺栓連接強(qiáng)度措施提高螺栓連接強(qiáng)度措施增加被連接件剛度方法：圖圖10-14 10-14 減載裝置減載裝置5

29、-7 提高螺栓連接強(qiáng)度措施提高螺栓連接強(qiáng)度措施2、當(dāng)被連接件承受的橫向載荷較大時(shí)，可采用減載裝置5-7 提高螺栓連接強(qiáng)度措施提高螺栓連接強(qiáng)度措施3、改善螺紋牙間載荷分布加厚螺母不能提高連接強(qiáng)度5-7 提高螺栓連接強(qiáng)度措施提高螺栓連接強(qiáng)度措施改善螺紋牙間載荷分布的措施 懸置螺母 環(huán)槽螺母 內(nèi)斜螺母 環(huán)槽螺母與內(nèi)斜螺母圖圖10-16 10-16 減小應(yīng)力集中的方法減小應(yīng)力集中的方法 5-7 提高螺栓連接強(qiáng)度措施提高螺栓連接強(qiáng)度措施4、減小應(yīng)力集中 由尺寸突變，必產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而削弱螺栓強(qiáng)度。 減小螺栓應(yīng)力集中措施：增大過渡圓角，或切制卸載槽。圖圖5-18 5-18 螺栓的附加應(yīng)力螺栓的附加應(yīng)力5

30、-7 提高螺栓連接強(qiáng)度措施提高螺栓連接強(qiáng)度措施5、避免或減小附加的應(yīng)力附加應(yīng)力產(chǎn)生原因及減小或避免彎曲應(yīng)力的措施圖圖5-19 5-19 減小或避免彎曲應(yīng)力的措施減小或避免彎曲應(yīng)力的措施5-7 提高螺栓連接強(qiáng)度措施提高螺栓連接強(qiáng)度措施6、采用合理的制造工藝?yán)溏咁^部、輾壓螺紋，疲勞強(qiáng)度提高30%表面處理： 氰化、氮化也能提高疲勞強(qiáng)度。7、采用高強(qiáng)度鋼制造螺栓5-7 5-7 螺紋連接的受力分析螺紋連接的受力分析作業(yè)作業(yè) 5-55-5（補(bǔ)充條件：（補(bǔ)充條件：=100MPa，=150MPa） 5-85-8 5-9 5-9實(shí)驗(yàn)：螺栓組合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：螺栓組合實(shí)驗(yàn)螺旋千斤頂作業(yè)任務(wù)書螺旋千斤頂作業(yè)任務(wù)書 一、題

31、目：螺旋千斤頂 項(xiàng)項(xiàng) 目目 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 方方 案案12345678910最大起重量最大起重量F（kN）20253035404550556065最大起升高度最大起升高度H(mm)150 160 170 180 190 200 210 220 230 240原始數(shù)據(jù)：二、工作量： 1）總裝配圖一張（M1：1） 2）計(jì)算說明書一份三、作業(yè)目的： 1、熟悉螺旋千斤頂?shù)墓ぷ髟?、設(shè)計(jì)與計(jì)算方法； 2、運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決設(shè)計(jì)中所遇到的具體實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力，以及初步學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決材料的選擇、強(qiáng)度計(jì)算、制造工藝等方面的問題； 3、熟悉有關(guān)設(shè)計(jì)資料，學(xué)會(huì)查閱手冊(cè)和運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，四、螺旋

32、千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì) 螺旋千斤頂裝配圖（如圖），其主要零件有螺桿、螺母、托杯、手柄和底座；扳動(dòng)手柄，使螺桿在固定螺母中旋轉(zhuǎn)上升或下降，把托杯上的重物舉起或放落。 設(shè)計(jì)時(shí)某些零件的主要尺寸是通過理論計(jì)算確定的，其它尺寸和某些零件的尺寸則是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或制造工藝決定的。附屬零件多靠經(jīng)驗(yàn)和手冊(cè)決定，必要時(shí)方進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。螺旋千斤頂作業(yè)任務(wù)書螺旋千斤頂作業(yè)任務(wù)書 五、設(shè)計(jì)要求 1、作圖要求投影關(guān)系正確，位置安排適當(dāng)、留出標(biāo)題欄和明細(xì)表位置。線型粗細(xì)、尺寸標(biāo)注和字體都應(yīng)符合制圖規(guī)定。明細(xì)表內(nèi)容包括：件號(hào)、名稱，數(shù)量、材料。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)在備注中注明標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)；2、編寫說明書要求字跡工整、計(jì)算準(zhǔn)確、步驟分明、計(jì)算過程

33、要列出公式，帶入式子并寫出結(jié)果，而中間的數(shù)字驗(yàn)算不必寫。螺旋千斤頂作業(yè)任務(wù)書螺旋千斤頂作業(yè)任務(wù)書 步驟：步驟：1 1、選材、選材2 2、耐磨性計(jì)算，確定螺紋直徑、耐磨性計(jì)算，確定螺紋直徑3 3、自鎖驗(yàn)算、自鎖驗(yàn)算4 4、螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算、螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算5 5、螺母螺紋牙強(qiáng)度驗(yàn)算、螺母螺紋牙強(qiáng)度驗(yàn)算6 6、螺母外徑及凸緣強(qiáng)度驗(yàn)算、螺母外徑及凸緣強(qiáng)度驗(yàn)算7 7、螺桿穩(wěn)定性計(jì)算、螺桿穩(wěn)定性計(jì)算8 8、手柄計(jì)算、手柄計(jì)算9 9、其他尺寸計(jì)算、其他尺寸計(jì)算螺旋千斤頂作業(yè)任務(wù)書螺旋千斤頂作業(yè)任務(wù)書 例3：如圖所示用兩個(gè)M10（小徑d1=8.376mm，中徑d2=9.026mm）螺釘固定一牽引鉤。若螺釘材料為Q2

34、35鋼，屈服極限s=240MPa，安全系數(shù)取S=1.6,考慮摩擦傳力的可靠性系數(shù)（防滑系數(shù)）C=1.2，接合面摩擦系數(shù)f=0.2，求其允許的牽引力FR。解：許用拉應(yīng)力 RCFmfzF0 MPa 0156 . 1/240SSss螺釘數(shù)z2，接合面數(shù)m=1，根椐不發(fā)生滑移條件RRR03212 . 02 . 1FFfmzcFF強(qiáng)度條件為 ss21043 . 1dFca N 182133 . 14150376. 833 . 14221RsdF 取：RFF30板A用4個(gè)普通螺釘固定在機(jī)座B上，已知板與機(jī)座間摩擦系數(shù)=0.14，螺釘許用拉應(yīng)力=120MPa，F(xiàn)Q=2.5kN，要求能產(chǎn)生的摩擦力比工作負(fù)載大

35、25%，試螺釘小徑。解：取A板為研究對(duì)象kN.mm 2085 . 28aaaFTQ7aAB2a2aFQFQTFQ/4FQ/4FQ/4FQ/4板A用4個(gè)普通螺釘固定在機(jī)座B上，已知板與機(jī)座間摩擦系數(shù)=0.14，螺釘許用拉應(yīng)力=120MPa，F(xiàn)Q=2.5kN，要求能產(chǎn)生的摩擦力比工作負(fù)載大25%，試螺釘小徑。解：取A板為研究對(duì)象kN.mm 2085 . 28aaaFTQkNaaF53. 322524201TFQ/4FQ/4FQ/4FQ/4F1F1F1F1FaFT241kNFFQ625. 04/2kNFFFFF4135cos2212221kNFF71.3525. 10TFQ/4FQ/4FQ/4FQ/

36、4F1F1F1F1FFmZF%)251 ( 0 413 . 1210ssdF根據(jù)不發(fā)生滑移條件：Z=1，m=1d1=22.2mm10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接鍵功能：鍵主要用來實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。有些類型鍵還可實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動(dòng)。鍵的類型：平鍵、半圓鍵、楔鍵和切向鍵。10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接平鍵連接工作面：兩側(cè)面。1平鍵聯(lián)接根據(jù)用途，平鍵又可分為 普通平鍵 導(dǎo)向平鍵 滑鍵 普通平鍵主要用于靜連接。 普通平鍵按構(gòu)造分有：圓頭平鍵（A型鍵），平頭平鍵（B型鍵）和半圓頭平鍵（C型鍵）普通平鍵10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接根

37、據(jù)用途，平鍵又可分為 A型平鍵：A型鍵的鍵槽用端銑刀加工出來的，鍵在槽中固 定良好。但軸鍵槽應(yīng)力集較大。 B型平鍵：B型鍵的鍵槽用盤銑刀加工出來的，軸上鍵槽應(yīng) 力集中較小。C型平鍵： C型平鍵常用于軸端與轂類零件連接。10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接導(dǎo)向平鍵盤 導(dǎo)向平鍵主要用于動(dòng)連接。 當(dāng)被連接的轂類零件在工作時(shí)必須作軸向移動(dòng)時(shí)，則可采用導(dǎo)向平鍵。10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接滑鍵 滑鍵主要用于動(dòng)連接。 零件需國(guó)滑移的距離較大時(shí)，因所需的導(dǎo)向平鍵長(zhǎng)度過大，制造困難，可采用滑鍵。10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接2半圓鍵聯(lián)接工作面：兩側(cè)面。 當(dāng)采用雙鍵連接時(shí)，兩鍵位

38、于同一直線上。10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接工作面：上、下表面。3楔鍵聯(lián)接 10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭鍥鍵盤。10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接4切向鍵由兩個(gè)斜度為1:100的楔鍵組成。一個(gè)切向鍵只能傳遞一個(gè)方向的轉(zhuǎn)矩，傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，須用互成120130角的兩個(gè)鍵。 截面尺寸bh根據(jù)軸徑d由標(biāo)準(zhǔn)中查得；鍵的長(zhǎng)度參考輪轂的長(zhǎng)度確定，一般應(yīng)略短于輪轂長(zhǎng)，并符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的尺寸系列二、鍵的選擇和強(qiáng)度校核2鍵的尺寸選擇詳細(xì)說明1鍵的類型選擇 根據(jù)零件的特點(diǎn)、使用要求、轉(zhuǎn)矩大小、是否有滑移、對(duì)中性要根據(jù)

39、零件的特點(diǎn)、使用要求、轉(zhuǎn)矩大小、是否有滑移、對(duì)中性要求在軸上什么位置、工作條件求在軸上什么位置、工作條件 一般尺寸、載荷零件：采用普通平鍵連接一般尺寸、載荷零件：采用普通平鍵連接 軸和輪轂軸和輪轂 相對(duì)移動(dòng)：采用導(dǎo)向平鍵連接。相對(duì)移動(dòng)：采用導(dǎo)向平鍵連接。 受力大，零件尺寸大：采用切向鍵連接受力大，零件尺寸大：采用切向鍵連接 受軸向載荷的零件：受軸向載荷的零件： 采用楔鍵連接采用楔鍵連接。10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接鍵聯(lián)接2平鍵聯(lián)接的失效和強(qiáng)度校核平鍵連接主要失效形式是工作面的壓潰（靜聯(lián)接）和磨損（對(duì)于動(dòng)連接），除非嚴(yán)重過載，否則一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷。 10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接 設(shè)鍵側(cè)面的作用力沿鍵的工作長(zhǎng)度和高度均勻分布，則普通平鍵的強(qiáng)度條件為: 4ppssdhlT pdhlTp4導(dǎo)向平鍵和滑鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為：10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接當(dāng)強(qiáng)度不足時(shí)，可適當(dāng)增加鍵長(zhǎng)或采用兩個(gè)鍵按180布置?？紤]到兩個(gè)鍵的載荷分布不均勻性，在強(qiáng)度校核中可按1.5個(gè)鍵計(jì)算。bLl（圓頭平鍵）Ll （平頭平鍵）2bLl（單圓頭平鍵）鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接5 5式中：sp、p為許用應(yīng)力與許用壓力10-8 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接ll花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接1 1 花鍵聯(lián)接