第5章螺紋連接和螺旋傳動(dòng)

2023/2/3第五章

螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)

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第二篇連接機(jī)械連接分如下兩大類:機(jī)械動(dòng)連接:有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)副);機(jī)械靜連接:無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，又分如下兩類：可拆連接(螺栓等)不可拆連接(焊接等)注:過盈連接可做成:可拆連接或不可拆連接課程資料共享E-Mail：dengzhaoyi@163.com

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2第五章螺紋連接和螺旋傳動(dòng)內(nèi)容提要螺紋連接和螺旋傳動(dòng)都是利用螺紋零件工作的。兩者的不同在于其工作性質(zhì)的不同和技術(shù)要求上的差異。螺紋連接作為緊固件，要求保證連接強(qiáng)度、緊密性和可靠性。螺旋傳動(dòng)作為傳動(dòng)件，要求保證螺旋副的傳動(dòng)精度、效率和磨損壽命。本章分別討論螺紋連接和螺旋傳動(dòng)的類型、結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)計(jì)算問題。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握螺紋的基本知識(shí)；掌握螺紋連接的基本知識(shí)，包括螺紋連接的基本類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)合，在設(shè)計(jì)時(shí)能正確地選用它們；掌握螺栓組連接設(shè)計(jì)的基本方法，熟練掌握螺栓組連接的四種典型受力狀態(tài)；熟練掌握提高螺紋連接強(qiáng)度的各種措施；了解滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的主要失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2023/2/3第五章

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3§5-1螺紋(一)螺紋的類型和應(yīng)用螺紋有外螺紋與內(nèi)螺紋之分，它們共同組成螺旋副。螺紋按工作性質(zhì)分為連接螺紋和傳動(dòng)螺紋連接螺紋的當(dāng)量摩擦角較大，有利于實(shí)現(xiàn)可靠連接(普通螺紋等)；傳動(dòng)用螺紋的當(dāng)量摩擦角較小，有利于提高傳動(dòng)的效率(矩形、梯形、鋸齒型螺紋)。常用螺紋有：普通螺紋、米制管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒型螺紋2023/2/3第五章

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41.普通螺紋1.普通螺紋(圖)牙型為等邊三角形，牙型角為60°，內(nèi)外螺紋旋合后留有徑向間隙。外螺紋牙根允許有較大的圓角，以減小應(yīng)力集中。同一公稱直徑按螺距大小，分為粗牙和細(xì)牙一般連接多用粗牙螺紋。細(xì)牙螺紋：1）螺距小，升角小，自鎖性好，連接強(qiáng)度高。2）因牙細(xì)不耐磨，容易滑扣。3）細(xì)牙螺紋常用于細(xì)小零件，薄壁管件或受沖擊、振動(dòng)和變載荷的連接中。細(xì)牙螺紋也可作為微調(diào)機(jī)構(gòu)的調(diào)整螺紋用2023/2/3第五章

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52.管螺紋管螺紋是用于管子連接的螺紋，其螺紋牙分布在圓錐體上。常用的管螺紋根據(jù)牙型角的不同可分為55°和60°的管螺紋。管螺紋根據(jù)其密封的性能，可將其分為密封管螺紋和非密封管螺紋：密封管螺紋的螺旋副本身具有密封和機(jī)械連接兩種功能非密封管螺紋則螺旋副本身僅具有機(jī)械連接一種功能，但它可以鎖緊螺紋以外的密封結(jié)構(gòu)（例如，錐面對(duì)錐面、端面對(duì)端面）米制錐螺紋牙型角=60°用于連接氣體或液體管道（煤氣/水等）。

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63.矩形螺紋牙型為正方形，牙型角α=0°其傳動(dòng)效率較其它螺紋高，但牙根強(qiáng)度弱，螺旋副磨損后，間隙難以修復(fù)和補(bǔ)償，傳動(dòng)精度降低。為了便于銑、磨削加工，可制成10°的牙型角。矩形螺紋尚未標(biāo)準(zhǔn)化，推薦尺寸：d=1.25d1，P=0.25d1。逐漸被梯形螺紋代替2023/2/3第五章

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74.梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙型角為α＝30°，內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)。與矩形螺紋相比，傳動(dòng)效率略低，但工藝性好，牙根強(qiáng)度高，對(duì)中性好。如用剖分螺母，還可以調(diào)整間隙。梯形螺紋是最常用的傳動(dòng)螺紋2023/2/3第五章

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85.鋸齒型螺紋牙型為不等腰梯形，工作面的牙側(cè)角為3°，非工作面的牙側(cè)角為30°，外螺紋牙根有較大的圓角,以減小應(yīng)力集中內(nèi)、外螺紋旋合后，大徑處無間隙，便于對(duì)中。該螺紋兼有矩形螺紋傳動(dòng)效率高、梯形螺紋牙根強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但只能用于單向受力的螺紋連接或螺旋傳動(dòng)，如螺旋壓力機(jī)第五章

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9(二)螺紋的主要參數(shù)d─螺紋大徑，用于表示螺紋的公稱直徑d1─螺紋小徑，強(qiáng)度計(jì)算中作為危險(xiǎn)截面的計(jì)算直徑d2─螺紋中徑，是確定螺紋幾何參數(shù)和配合性質(zhì)的直徑n─線數(shù)，螺紋的螺旋線數(shù)目P─螺距，螺紋相鄰兩個(gè)牙型上對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離S─導(dǎo)程，螺紋上任一點(diǎn)沿同一螺紋線轉(zhuǎn)一周所移動(dòng)的軸向距離,S=nPψ─螺紋升角:α─螺紋的牙形角；h─接觸高度2023/2/3第五章

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10§5-2螺紋連接的類型與標(biāo)準(zhǔn)連接件(一)螺紋連接的基本類型

(主要的四大類)1、螺栓連接

被連接件聯(lián)成一體。被連接件的通孔不需切制螺紋，因而不受被連接件材料的限制。通常用于被連接件不太厚，且有足夠裝配空間的情況。螺栓連接有普通螺栓連接和鉸制孔用螺栓連接之分。圖5-2是普通螺栓連接，被連接件上的孔和螺栓桿之間有間隙，故孔的加工精度可以較低。其優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，應(yīng)用廣泛。

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11鉸制孔用螺栓連接右圖是鉸制孔用螺栓連接。孔和螺栓桿之間常采用基孔制過渡配合，因而，孔的加工精度要求較高。一般用于需螺栓承受橫向載荷或需靠螺栓桿精確固定被連接件相對(duì)位置的場(chǎng)合。2023/2/3第五章

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122.雙頭螺柱連接

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133.螺釘連接如右圖所示，不用螺母，直接將螺栓(或螺釘)旋入被連接件之一的螺紋孔內(nèi)而實(shí)現(xiàn)連接。也是用于被連接件之較厚且受力不大的場(chǎng)合，但若經(jīng)裝拆容易使螺紋孔損壞，所以不宜用于需經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。

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144.緊定螺釘連接如右圖所示，利用緊定螺釘旋入并穿過一零件，以其末端壓緊或嵌入另一零件，用以固定兩零件之間的相對(duì)位置，并可傳遞不大的力或扭矩。多用于軸上零件的連接。

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15其它連接2023/2/3第五章

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16(二)標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件螺紋連接的類型很多，在機(jī)械制造中常見螺紋連接件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用,單擊看圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，螺紋連接件分為三個(gè)精度等級(jí)，其代號(hào)為Ａ、Ｂ、Ｃ級(jí)。Ａ級(jí)精度最高，用于要求配合精確、防止振動(dòng)等重要零件的連接；Ｂ級(jí)多用于受載較大且經(jīng)常裝拆、調(diào)整或承受變載荷的連接；Ｃ級(jí)精度多用于一般的螺紋連接。常用的標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件通常選用Ｃ級(jí)精度。2023/2/3第五章

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17§5-3螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接在承受工作載荷之前預(yù)先受到的一個(gè)擰緊作用的力，叫預(yù)緊力F0

。預(yù)緊的目的在于增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性。通常規(guī)定，擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊力產(chǎn)生的預(yù)緊應(yīng)力不應(yīng)超過其材料屈服極限σs的80%。對(duì)于一般連接用的鋼制螺栓連接的預(yù)緊力F0，推薦按下列關(guān)系確定：碳素鋼螺栓：F0=<(0.6~0.7)σs

A1

合金鋼螺栓：F0=<(0.5~0.6)σs

A1

式中：σs為螺栓材料的屈服極限；

A1為螺栓小徑d1處的圓截面面積通常借助于測(cè)力矩扳手或定力矩扳手，利用控制預(yù)緊力矩的方法來控制預(yù)緊力大小。

測(cè)力矩扳手定力矩扳手2023/2/3第五章

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18§5-3螺紋連接的預(yù)緊(續(xù))對(duì)于一定公稱直徑d的螺栓，當(dāng)所要求的預(yù)緊力F0已知時(shí)，可按公式T≈0.2F0

d

估計(jì)扳手的擰緊力矩T。一般普通標(biāo)準(zhǔn)扳手的長(zhǎng)度L≈15d，若擰緊力為F，則T=FL，因此有

F0≈75F若假設(shè)F=200N，則F0≈15000N。如果用這個(gè)預(yù)緊力擰緊M12以下鋼制螺栓，就有可能被過載擰斷。因此，對(duì)于重要的連接，應(yīng)盡量不采用直徑過小(例如小于M12)的螺栓。必須使用時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制其擰緊力矩對(duì)于預(yù)緊力控制精度要求高，或大型螺栓連接，也采用測(cè)定螺栓伸長(zhǎng)量的方法來控制預(yù)緊力。2023/2/3第五章

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19§5-4螺紋連接的防松螺紋連接一般都能滿足自鎖條件:螺紋升角<當(dāng)量摩擦角v擰緊后螺母和螺栓頭部等支承面上也有防松作用，所以在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)，螺紋連接不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，或在高溫及溫度變化較大的情況下，螺紋連接中的預(yù)緊力和摩擦力會(huì)逐漸減小或可能瞬時(shí)消失，導(dǎo)致連接失效。螺紋連接一旦失效，將嚴(yán)重影響機(jī)器的正常工作，甚至造成事故。因此，為保證連接安全可靠，設(shè)計(jì)時(shí)必須采取有效的防松措施。2023/2/3第五章

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20§5-4螺紋連接的防松-續(xù)防松的根本問題在于防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。按工作原理的不同，防松方法分為：摩擦防松機(jī)械防松破壞螺旋副的運(yùn)動(dòng)關(guān)系防松:鉚合防松沖點(diǎn)防松在旋合螺紋間涂膠粘劑防松對(duì)于重要的連接，特別是在機(jī)器內(nèi)部不易檢查的連接，應(yīng)采用比較可靠的機(jī)械防松。下面重點(diǎn)介紹摩擦防松和機(jī)械防松2023/2/3第五章

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21§5-4螺紋連接的防松-續(xù)摩擦防松:對(duì)頂螺母防松

彈簧墊圈防松自鎖螺母防松機(jī)械防松:六角開槽螺母防松止動(dòng)墊圈防松串聯(lián)鋼絲防松2023/2/3第五章

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22§5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)螺栓組連接設(shè)計(jì)的大致步驟為：首先確定螺栓數(shù)目及布置形式，再確定螺栓連接的結(jié)構(gòu)尺寸。在確定螺栓尺寸時(shí):對(duì)不重要的連接，可采用類比法確定，不再進(jìn)行強(qiáng)度校核；但對(duì)于重要的連接，需進(jìn)行受力分析，找出受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核。螺栓組連接設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析(一)螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要目的：合理地確定連接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，力求各螺栓和連接接合面間受力均勻，便于加工和裝配。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題集中在螺栓組連接接合面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和螺栓排列布置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。

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23螺栓布置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要注意以下幾點(diǎn)：1)連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。這樣不但便于加工制造，而且便于對(duì)稱布置螺栓，使螺栓組的對(duì)稱中心和連接接合面的形心重合，從而保證連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3)螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距4)分布在同一圓周上螺栓數(shù)目應(yīng)取成偶數(shù)，以便于分度和畫線;同一螺栓組中螺栓的材料、直徑和長(zhǎng)度均應(yīng)相同5)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上避免螺栓承受附加的彎曲載荷2023/2/3第五章

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24(二)螺栓組連接的受力分析受力分析的目的：根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。受力分析時(shí)所作假設(shè)：所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均相同；螺栓組的對(duì)稱中心與連接接合面的形心重合；受載后連接接合面仍保持為平面。

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251.受橫向載荷螺栓組連接右圖所示為一由四個(gè)螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。橫向載荷的作用線與螺栓軸線垂直，并通過螺栓組的對(duì)稱中心。當(dāng)采用普通螺栓連接時(shí)（圖a），靠連接預(yù)緊后在接合面件產(chǎn)生的摩擦力來抵抗橫向載荷；當(dāng)采用鉸制孔用螺栓連接時(shí)(圖b)，靠螺栓桿受剪切和擠壓來抵抗橫向載荷。在計(jì)算時(shí)可以近似認(rèn)為，在橫向載荷FΣ的作用下，各螺栓承擔(dān)的載荷是均等的。2023/2/3第五章

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26續(xù)對(duì)于鉸制孔用螺栓連接，每個(gè)螺栓受到的橫向剪力為F=FΣ/zz為螺栓數(shù)目。對(duì)于普通螺栓連接，應(yīng)保證連接預(yù)緊后，接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力不應(yīng)小于橫向載荷。若各螺栓所受的預(yù)緊力均為F0，螺栓數(shù)目為z，則其平衡條件為：

fF0zi≥KsFΣ

或

F0≥KsFΣ/(f

zi)

式中：f

為接合面的摩擦系數(shù)(見表）；

i為接合面數(shù)(本例圖，i=2）；

Ks為防滑系數(shù)（常取1.1～1.3）2023/2/3第五章

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272.受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接如下圖所示，轉(zhuǎn)矩T

作用在連接結(jié)合面內(nèi)，在轉(zhuǎn)矩T

的作用下，底板將繞通過螺栓組對(duì)稱中心O并與結(jié)合面相垂直的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。為防止底板轉(zhuǎn)動(dòng)，可采用普通螺栓連接，也可采用鉸制孔用螺栓連接。采用普通螺栓連接時(shí)，假設(shè)各螺栓的預(yù)緊力均為F0，則各螺栓連接處產(chǎn)生的摩擦力相等且集中作用在螺栓中心處。為阻止接合面發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，各摩擦力應(yīng)與相應(yīng)螺栓的軸線到螺栓組對(duì)稱中心O的連線（即力臂ri）相垂直（圖a）。由底板上的力矩平衡條件，得到各螺栓所需預(yù)緊力：2023/2/3第五章

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29采用鉸制孔用螺栓連接時(shí)，各螺栓受到擠壓和剪切作用，各個(gè)螺栓受到的橫向載荷應(yīng)與相應(yīng)螺栓的軸線到螺栓組對(duì)稱中心O的連線（即力臂ri）相垂直（圖b）假設(shè)底板為剛體，受載后結(jié)合面仍保持為平面，則各螺栓的變形量與ri成正比。若用ri、rmax分別表示第i個(gè)螺栓和受力最大的螺栓的力臂；用Fi、Fmax分別表示第i個(gè)螺栓和受力最大的螺栓的工作剪力，則有：2023/2/3第五章

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303.受軸向載荷的螺栓組連接下圖所示為一受軸向總載荷FΣ的氣缸蓋螺栓組連接。力作用線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對(duì)稱中心。計(jì)算時(shí)，認(rèn)為螺栓平均受載，則每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為：F=FΣ/z應(yīng)該指出的是，各螺栓除承受軸向工作載荷F外還受有預(yù)緊力F0的作用。因此,各螺栓在工作時(shí)所受的總拉力,并不等于F與F0之和，而是應(yīng)按式(5-32)計(jì)算總拉力F22023/2/3第五章

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314.受傾覆力矩螺栓組連接圖為一受傾覆力矩的底板螺栓組連接的示例。傾覆力矩M作用在通過x－x軸并垂直與連接結(jié)合面的對(duì)稱平面內(nèi)。底板承受傾覆力矩作用前，由于螺栓已擰緊，螺栓承受預(yù)緊力F0，有均勻的伸長(zhǎng)；地基在各螺栓的F0作用下，有均勻的壓縮(圖b),當(dāng)?shù)装迨艿絻A覆力矩作用后，它繞軸線O－O傾轉(zhuǎn)一個(gè)角度。假定底板仍保持平面，此時(shí)，在軸線O－O左側(cè)，地基被放松，螺栓被進(jìn)一步拉伸；在軸線O－O右側(cè)，則螺栓被放松，地基被進(jìn)一步壓縮（見圖c）。2023/2/3第五章

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33綜述實(shí)際使用中的螺栓組所受工作載荷可以是上述四種受力狀態(tài)的不同組合。分析時(shí)可先將復(fù)雜受力狀態(tài)分解為上述四種簡(jiǎn)單受力狀態(tài)，再將其各自結(jié)果向量疊加，便得到每個(gè)螺栓的總的工作載荷。一般說，對(duì)普通螺栓可按軸向載荷或（和）傾覆力矩確定工作拉力F；按橫向載荷或（和）轉(zhuǎn)矩確定連接所需的最小預(yù)緊力F0，然后求出螺栓的總拉力F2。對(duì)于鉸制孔用螺栓則按橫向載荷或（和）轉(zhuǎn)矩確定螺栓的工作剪力，求得受力最大的螺栓及其受的剪力后，再進(jìn)行單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。2023/2/3第五章

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34§5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算本節(jié)以螺栓連接為代表討論螺紋連接強(qiáng)度計(jì)算方法螺栓連接通常以螺栓組形式出現(xiàn)。故在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之前，先要進(jìn)行螺栓組的受力分析，找出其中受力最大的螺栓及其所受的力，作為進(jìn)行單個(gè)螺栓強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)對(duì)于承受軸向力（包括預(yù)緊力）作用的受拉螺栓和承受橫向力作用的受剪螺栓（鉸制孔用螺栓），根據(jù)其破壞形式，相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則分別是保證螺栓的靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度保證連接的擠壓強(qiáng)度和螺栓的剪切強(qiáng)度(設(shè)計(jì)準(zhǔn)則P79)按上述相應(yīng)的強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓危險(xiǎn)截面直徑或校核其強(qiáng)度。螺栓其它部分及其連接件的結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)等強(qiáng)度條件確定，均按螺栓螺紋公稱直徑由標(biāo)準(zhǔn)選定2023/2/3第五章

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35螺栓組和螺栓受力情況（見前節(jié)）對(duì)構(gòu)成連接系統(tǒng)的螺栓組而言，所受載荷可能有軸向載荷，橫向載荷，彎矩和轉(zhuǎn)矩等，但對(duì)螺栓組每一個(gè)具體螺栓而言，其受載形式只有軸向力、橫向力或二者聯(lián)合作用。按受力形式分，螺栓組的受力可分為以下類型：

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36單個(gè)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算

預(yù)緊力F0=02023/2/3第五章

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37(二)緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算1.僅受預(yù)緊力F0的緊螺栓連接當(dāng)普通螺栓聯(lián)結(jié)承受橫向載荷時(shí)，由于預(yù)緊力的作用，將在接合面間產(chǎn)生摩擦力來抵抗工作載荷（見下圖），這時(shí)螺栓僅承受預(yù)緊力F0的作用，而且預(yù)緊力不受工作載荷的影響，在聯(lián)接承受工作載荷后仍保持不變。預(yù)緊力F0大小，根據(jù)接合面不產(chǎn)生滑移的條件確定這時(shí)，螺栓除受預(yù)緊力的拉伸而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力外，還受擰緊螺紋時(shí)，因螺紋摩擦力矩而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，使螺栓處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下。因此在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)綜合考慮拉伸應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的作用。2023/2/3第五章

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求解過程見Ｐ802023/2/3第五章

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39各種減載零件這種靠摩擦力抵抗工作載荷的緊螺栓連接，要求保持較大的預(yù)緊力，會(huì)使螺栓的結(jié)構(gòu)尺寸增加。此外，在振動(dòng)、沖擊或變載荷下，由于摩擦系數(shù)的變動(dòng)，將使連接的可靠性降低，有可能出現(xiàn)松脫。為了避免上述缺陷(F0>75F)，可以考慮用各種減載零件來承擔(dān)橫向工作載荷（如下圖所示），這種具有減載零件的緊螺栓連接，其連接強(qiáng)度按減載零件的剪切、擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算而螺紋連接只是保證連接，不再承受工作載荷，因此預(yù)緊力不必很大。但這種結(jié)構(gòu)增加了結(jié)構(gòu)和工藝的復(fù)雜性。2023/2/3第五章

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402.承受預(yù)緊力和工作拉力緊螺栓連接這種受力形式在緊螺栓連接中比較常見，因而也是最重要的一種。這種緊螺栓連接承受軸向拉伸工作載荷F后，由于螺栓和被連接件的彈性變形，螺栓所受的總拉力F2并不等于預(yù)緊力F0和工作拉力F之和(F2≠F0+F)。根據(jù)理論分析，螺栓的總拉力F2除了與預(yù)緊力F0、工作拉力F有關(guān)外，還受到螺栓剛度Cb及被連接件剛度Cm等因素的影響。因此，應(yīng)從分析螺栓連接的受力和變形的關(guān)系入手，分析螺栓所受總拉力的大小。下圖表示單個(gè)螺栓連接在承受軸向拉伸載荷先后的受力及變形情況。2023/2/3第五章

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432.承受預(yù)緊力和工作拉力緊螺栓連接-續(xù)

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45續(xù)

對(duì)于受軸向變載荷的重要連接（如內(nèi)燃機(jī)中），除按式（5-33）或式（5-34）做靜強(qiáng)度計(jì)算外，還要按下述方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度精確校核：下圖：當(dāng)工作拉力在0~F之間變化時(shí)，螺栓的總拉力在F0~F2之間變化，若不計(jì)螺紋摩擦力矩，則：2023/2/3第五章

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473.承受工作剪力的緊螺栓連接這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的（見下頁圖），螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓在連接接合面處，螺栓桿則受剪切。因此，應(yīng)分別按擠壓及剪切強(qiáng)度條件計(jì)算。計(jì)算時(shí)，假設(shè)螺栓桿與孔壁表面上的壓應(yīng)力分布是均勻的，又因這種連接所受的預(yù)緊力很小，所不計(jì)預(yù)緊力的影響。因此有：2023/2/3第五章

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48承受工作剪力的緊螺栓連接

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49§5-7螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力

按國(guó)標(biāo)GB/T3098-2000對(duì)材料力學(xué)性能的分級(jí)：螺栓、螺柱、螺釘性能等級(jí)分為10級(jí)，從3.6-12.9數(shù)字的含義為：小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字為抗拉強(qiáng)度極限的1/100(σB/100)小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字為屈服極限強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度極限之比的10倍（即10σs/σB）例如：由性能等級(jí)4.6，可求σB=4x100=400MPa;

σs=6σB/10=240MPa2023/2/3第五章

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50§5-7螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力

螺母的性能等級(jí)分為7級(jí)，從4-12數(shù)字的含義為：最小應(yīng)力σmin的1/100(即σmin

/100)注意:螺母的性能等級(jí)應(yīng)>=與其相配的螺栓的性能等級(jí)2023/2/3第五章

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51補(bǔ)充計(jì)算例題2023/2/3第五章

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52§5-8提高螺紋連接強(qiáng)度的措施以螺栓連接作為例子，螺栓連接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，因此，研究影響螺栓強(qiáng)度的因素和提高螺栓的強(qiáng)度，將大大提高連接系統(tǒng)可靠性。影響螺栓強(qiáng)度的因素很多，主要涉及到：應(yīng)力變化幅度螺紋牙的載荷分配應(yīng)力集中附加應(yīng)力材料的力學(xué)性能和制造工藝等方面?，F(xiàn)從以下幾個(gè)主要方面敘述提高螺栓強(qiáng)度的措施。2023/2/3第五章

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53(一)降低軸向螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅受軸向變載荷的緊螺栓連接，在最小應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)力幅越小，螺栓越不容易發(fā)生疲勞破壞，連接的可靠性越高。當(dāng)螺栓所受的工作拉力在0～F之間變化時(shí)，則螺栓的總拉力將在F0～F2之間變動(dòng)。由F2=F0+Cb/(Cb+Cm)F可知:在保持預(yù)緊力F0不變的條件下，若減小螺栓的剛度Cb或增大被連接件剛度Cm，都可以達(dá)到減小總拉力F2的變動(dòng)范圍（即減小應(yīng)力幅σa）的目的2023/2/3第五章

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54Cb和Cm的影響但是由F0=F1+Cm/(Cb+Cm)F可知，在F0給定的條件下，減小螺栓的剛度Cb或增大被連接件剛度Cm，都將引起殘余預(yù)緊力F1減小，從而降低了連接的緊密性。因此，若在減小Cb或增大Cm的同時(shí),適當(dāng)增加預(yù)緊力F0，就可以使F1不致減小太多或保持不變圖a)表示單獨(dú)降低螺栓剛度Cb

圖b)表示單獨(dú)增大被連接件剛度Cm圖c)表示把上述兩種措施與增大預(yù)緊力F0同時(shí)并用時(shí)，螺栓連接載荷變化情況。2023/2/3第五章

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55前返回2023/2/3第五章

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56措施減小螺栓的剛度Cb的措施有:1)可適當(dāng)增加螺栓的長(zhǎng)度、2)或采用腰狀桿螺栓和空心螺栓。3)也可在螺母下面安裝上彈性元件。為了增大被連接件的剛度Cm:1)可以不用墊片或2)采用剛度較大的墊片。對(duì)于需要保持緊密性的連接，從增大被連接件的剛度的角度來看，采用較軟的氣缸墊片并不合適。此時(shí)以采用剛度較大的金屬墊片或密封環(huán)較好。2023/2/3第五章

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57(二)改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象

由于螺栓螺母的剛度和變形性質(zhì)不同，載荷在各圈螺紋牙上分布不均，其中旋合的第一圈的分布載荷最大（約占總載荷的1/3）第八圈受力幾乎為零(所以加厚螺母不能有效提高強(qiáng)度)。因此，改善螺紋牙上的載荷分布不均性，可以大大提高螺栓的強(qiáng)度。一般常用的方法有：

a)懸置螺母（圖a）螺母的旋合部分全部受拉，其變形性質(zhì)與螺栓相同，從而可以減小兩者的螺距變化差，使螺紋牙上的載荷分布趨于均勻；

b)環(huán)槽螺母（圖b）這種結(jié)構(gòu)可以使螺母內(nèi)緣下端（螺栓旋入端）局部受拉，其作用和懸置螺母相似，但載荷均布的效果不及懸置螺母；2023/2/3第五章

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58c)內(nèi)斜螺母（圖c）螺母下端（螺栓旋入端）受力大的幾圈螺紋處制成10°～15°的斜角,使螺栓螺紋牙的受力面由上而下逐漸外移。這樣,螺栓旋合段下部的螺紋牙在載荷作用下容易變形，而載荷將向上轉(zhuǎn)移使載荷分布趨于均勻；d)圖d所示的螺母結(jié)構(gòu)，可兼有環(huán)槽螺母和內(nèi)斜螺母的作用e)鋼絲螺套（圖e）它主要用來旋入輕合金的螺紋孔內(nèi),旋入后將安裝柄根在缺口處折斷，然后旋入螺栓。因?yàn)樗哂幸欢ǖ膹椥?可以起到均載的作用,再加上它還有減振的作用,故能顯著提高螺紋連接件的疲勞強(qiáng)度。2023/2/3第五章

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59(三）減小應(yīng)力集中影響的措施螺栓上的螺紋（特別是螺紋的收尾）、螺栓頭和螺栓桿的過渡處以及螺栓橫截面面積發(fā)生變化的部位等，都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。為了減小應(yīng)力集中的程度，可以:1)采用加大圓角和卸載結(jié)構(gòu)（如圖a、b、c所示）,2)將螺紋收尾改為退刀槽等。為了避免螺紋連接產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，可以:1)采取球面墊圈（圖d）或2)用帶有腰環(huán)的螺栓（圖e）來保證螺栓的裝配精度等措施來達(dá)到；同時(shí)規(guī)定螺母、螺栓頭部和被連接件的支承面加工要求但應(yīng)注意:采用這些特殊結(jié)構(gòu)會(huì)使制造成本增加。2023/2/3第五章

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60(四)用合理的制造工藝方法采用冷鐓螺栓頭部和滾壓螺紋的工藝方法，可以顯著提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。這是因?yàn)槌山档蛻?yīng)力集中外，冷鐓和滾壓工藝不切斷材料纖維，金屬流線的走向合理(如下圖)，而且有冷作硬化的效果，并使表層留有殘余應(yīng)力。因而滾壓螺紋的疲勞強(qiáng)度可比切削螺紋的疲勞強(qiáng)度提高30%～40%。如果熱處理后再滾壓螺紋，其疲勞強(qiáng)度可提高70%～100%。這種冷墩和滾壓工藝還具有材料利用率高、生產(chǎn)率高和制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。此外，采用氮化、氰化、噴丸等處理工藝，也可以提高螺紋連接件的疲勞強(qiáng)度。2023/2/3第五章

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61例題如圖所示為一固定在鋼制立柱上的鑄鐵托架，已知總載荷FΣ=4800N，其作用線與垂直線的夾角α=50°，底板高h(yuǎn)=340mm，寬b=150mm，試設(shè)計(jì)此螺栓組連接。2023/2/3第五章

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62例題2023/2/3第五章

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632023/2/3第五章

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6420032023/2/3第五章

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652023/2/3第五章

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66§5-9螺旋傳動(dòng)(自學(xué))2023/2/3第五章

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67螺旋傳動(dòng)的類型螺旋傳動(dòng)按其用途不同，可分為以下三種類型：傳力螺旋它以傳遞動(dòng)力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，用以克服工件阻力，如各種起重或加壓裝置的螺旋。這種傳力螺旋主要是承受很大的軸向力，一般為間歇性工作，每次的工作時(shí)間較短，工作速度也不高，通常具有自鎖能力；傳導(dǎo)螺旋它以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，有時(shí)也承受較大的軸向力，如機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的螺旋等。傳導(dǎo)螺旋常需在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作，工作速度較高，要求具有較高的傳動(dòng)精度；調(diào)整螺旋它用以調(diào)整、固定零件的相對(duì)位置，如機(jī)床、儀器及測(cè)試裝置中的微調(diào)機(jī)構(gòu)螺旋。整螺旋不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)，一般在空載下調(diào)整。螺旋傳動(dòng)按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為：

滑動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋靜壓螺旋2023/2/3第五章

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682023/2/3第五章

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69第五章作業(yè)題見《機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)集》(1)

5-1~5-6（不交）5-9，5-105-16，5-20（錯(cuò)誤提示：1.z值，2.d值）5-235-24，5-26(自選)補(bǔ)充計(jì)算例題2023/2/3第五章

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70普通螺紋圖