機(jī)械設(shè)計(jì)CH05課件

第五章螺紋連接與螺旋傳動(dòng)§5-1螺紋§5-2螺紋連接的類型與標(biāo)準(zhǔn)連接件§5-3螺紋連接的預(yù)緊§5-6螺紋連接組的設(shè)計(jì)§5-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算§5-8提高螺紋連接強(qiáng)度的措施§5-7螺紋連接件的材料與許用應(yīng)力§5-9螺旋傳動(dòng)§5-4螺紋連接的防松螺紋有外螺紋與內(nèi)螺紋之分，它們共同組成螺旋副。連接用螺紋的當(dāng)量摩擦角較大，有利于實(shí)現(xiàn)可靠連接；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。螺紋按工作性質(zhì)分為連接用螺紋和傳動(dòng)用螺紋。一、螺紋的分類

螺紋螺紋的類型與特點(diǎn)1螺紋的類型與特點(diǎn)2二、普通螺紋的主要參數(shù)大徑d－即螺紋的公稱直徑。小徑d1－常用于連接的強(qiáng)度計(jì)算。中徑d2－常用于連接的幾何計(jì)算。螺距P－螺紋相鄰兩個(gè)牙型上對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離。牙型角a－螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。升角y－螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。線數(shù)n－螺紋的螺旋線數(shù)目。導(dǎo)程S－螺紋上任一點(diǎn)沿同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動(dòng)的軸向距離，S=nP。升角y的計(jì)算式為：

螺紋連接類型與標(biāo)準(zhǔn)件2螺紋連接的類型與標(biāo)準(zhǔn)連接件二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件螺紋連接的類型很多，在機(jī)械制造中常見的螺紋連接件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。虛擬現(xiàn)實(shí)中的螺紋連接件

利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。通?？刹捎脺y力矩扳手或定力矩扳手，對(duì)于重要的螺栓連接，也可以采用測定螺栓伸長的方法來控制預(yù)緊力。紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊大多數(shù)螺紋連接在裝配時(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)緊力。增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。注意：對(duì)于重要的連接，應(yīng)盡可能不采用直徑過小(＜M12)的螺栓。預(yù)緊力限制擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限ss的80%。預(yù)緊力：預(yù)緊的目的：預(yù)緊力的確定原則：預(yù)緊力的控制：

預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系：詳細(xì)推導(dǎo)

螺紋連接的防松螺紋連接的防松螺紋連接一般都能滿足自鎖條件不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，或在高溫或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。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)械防松等。此外還有一些特殊的防松方法，例如鉚沖防松、在旋合螺紋間涂膠防松等。

螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算2螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算1．僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接預(yù)緊力引起的拉應(yīng)力：螺牙間的摩擦力矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：強(qiáng)度條件：當(dāng)連接承受較大的橫向載荷F時(shí)，由于要求F0≥F／f（f=0.2），即F0≥5F，因而需要大幅度地增加螺栓直徑。為減小螺栓直徑的增加，可采用減載措施。說明根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力:

螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算3螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算2．受軸向載荷的緊螺栓連接螺栓預(yù)緊力F0后，在工作拉力F的作用下，螺栓的總拉力F2=?這時(shí)螺栓的總拉力為：為使工作載荷作用后，連接結(jié)合面間有殘余預(yù)緊力F1存在，要求螺栓連接的預(yù)緊力F0為：靜強(qiáng)度條件：式中F1為殘余預(yù)緊力，為保證連接的緊密性，應(yīng)使F1＞0，一般根據(jù)連接的性質(zhì)確定F1的大小。式中：為螺栓的相對(duì)剛度，其取值范圍為0~1。詳細(xì)分析疲勞強(qiáng)度校核

螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算4螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算3．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。螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓。在連接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為：式中：F－螺栓所受的工作剪力，單位為N；

d0－螺栓剪切面的直徑（可取螺栓孔直徑），單位為mm；

Lmin－螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為mm；設(shè)計(jì)時(shí)

應(yīng)使Lmin≥1.25d0

螺紋連接組的設(shè)計(jì)2螺栓組連接的設(shè)計(jì)1．受橫向載荷2．受轉(zhuǎn)矩3．受軸向載荷4．受傾覆力矩受力分析的目的：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、長度和預(yù)緊力均相同；受載后連接接合面仍保持為平面。受力分析的類型：二、螺栓組連接的受力分析螺栓組的對(duì)稱中心與連接接合面的形心重合；

螺紋連接組的設(shè)計(jì)3（1）對(duì)于鉸制孔用螺栓連接（圖b），每個(gè)螺栓所受工作剪力為：（2）對(duì)于普通螺栓連接（圖a），按預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有：式中：z為螺栓數(shù)目。圖示為由四個(gè)螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。1．受橫向載荷的螺栓組連接或螺栓組連接的設(shè)計(jì)

Ks為防滑系數(shù)，設(shè)計(jì)中可取Ks=1.1~1.3。螺紋連接組的設(shè)計(jì)4采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺栓組受轉(zhuǎn)矩時(shí)的受力情況是不同的。2．受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接采用普通螺栓，是靠連接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩T。采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉(zhuǎn)矩T。螺栓組連接的設(shè)計(jì)

螺紋連接組的設(shè)計(jì)6螺栓組連接的設(shè)計(jì)4．受傾覆力矩的螺栓組連接傾覆力矩M作用在連接接合面的一個(gè)對(duì)稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已擰緊并承受預(yù)緊力F0。作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡，即：由此可以求出最大工作載荷：

螺紋連接組的設(shè)計(jì)7螺栓組連接的設(shè)計(jì)螺栓的總拉力：為防止結(jié)合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求：底板受傾覆力矩后，在軸線O-O左側(cè)，螺栓與地基的工作點(diǎn)分別移至B1

和C1，兩者作用在底板上的合力為F。受傾覆力矩的底板螺栓組連接的受力過程可用右圖表示。在軸線O-O右側(cè)，螺栓與地基的工作點(diǎn)分別移至B2和C2

，兩者作用在底板上的合力為Fm

。在傾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作點(diǎn)都處于A點(diǎn)。

提高螺紋連接強(qiáng)度的措施提高螺紋連接強(qiáng)度的措施以螺栓連接為例，螺栓連接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，因此，提高螺栓的強(qiáng)度，將大大提高連接系統(tǒng)的可靠性。影響螺栓強(qiáng)度的因素主要有以下幾個(gè)方面，或從以下幾個(gè)方面提高螺栓強(qiáng)度。改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅減小應(yīng)力集中的影響采用合理的制造工藝

分析分析分析螺旋傳動(dòng)1螺旋傳動(dòng)一、螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋調(diào)整螺旋螺旋傳動(dòng)按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為：說明滑動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋靜壓螺旋說明螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞動(dòng)力。螺旋傳動(dòng)按其用途不同，可分為以下三種類型:螺旋機(jī)構(gòu)在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、起重設(shè)備、鍛壓機(jī)械、測量儀器、工具、夾具、玩具及其他工業(yè)裝備中有著廣泛的應(yīng)用。

螺旋傳動(dòng)常見的運(yùn)動(dòng)形式有：螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)或螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。

螺旋傳動(dòng)2螺旋傳動(dòng)二、滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料1．滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)整體螺母組合螺母剖分螺母螺母結(jié)構(gòu):滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動(dòng)的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。螺桿的材料要有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。螺母的材料除了要有足夠的強(qiáng)度外，還要求在與螺桿材料相配合時(shí)摩擦系數(shù)小和耐磨。2．滑動(dòng)螺旋的材料說明

螺旋傳動(dòng)3螺旋傳動(dòng)三、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要失效形式:螺牙的磨損設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：按抗磨損確定直徑，選擇螺距；校核螺桿、螺母強(qiáng)度等。設(shè)計(jì)方法和步驟：1．耐磨性計(jì)算滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力，其強(qiáng)度條件：設(shè)計(jì)公式：令則得：一般值越大，螺母越厚，螺紋工作圈數(shù)越多。。式中:30o鋸齒形螺紋矩形和梯形螺紋螺紋工作高度

螺旋傳動(dòng)5螺旋傳動(dòng)3．螺母