龍振宇機(jī)械設(shè)計(jì)第三章螺紋聯(lián)接資料

螺紋聯(lián)接討論題3-1解：由螺紋副受力分析可得其效率公式及自鎖條件：由n=tanWtan(。，+P4<)P可V知當(dāng)螺紋升角一定時(shí)，螺紋工作面的牙型斜角愈大，則fv(或pv愈大，效率愈低，但自鎖性愈好。在幾種牙型的螺紋中，三角形螺紋牙型斜角最大(隹30°),故當(dāng)量摩檫因素fv大，自鎖性最好，但效率低。故多用于緊固聯(lián)接。梯形、鋸齒形、矩形螺紋則與之相反，自鎖性差，但效率高，故主要用于傳動(dòng)。當(dāng)pv一定時(shí)，升角。愈小，螺紋效率愈低，愈易自鎖，故單線(xiàn)螺紋多用于聯(lián)接，多線(xiàn)螺紋則常用于傳動(dòng)。3-2解：由式(3-21)可得：F〃=F-(1-Kc)F，工作中被聯(lián)接件接合面不出現(xiàn)縫隙，要求F〃>,0而Kc=c1/(c1+c2)=c1/(c1+3c1)=1/4,即須Fz-(1-Kc)F>0得：Fz>-K(1c)F=(1-1/4)10=7.5KN由式(3-21)得：F〃=F-(1-Kc)F=10-(1-1/4)10^2.5KN由式(3-23)得：F0=F'+KcF=10+1/4x10=12.5KN拉力變幅：(F0-F)/2=?F/2=1.25KN拉力平均值：(F0+F，/2)=(10+12.5)/2=11.25KN思考題及習(xí)題3-1解：工作臺(tái)穩(wěn)定上升時(shí)的效率。=arctan(np/用2)=arctan(4x10)/(nX65)=11.08°Pv=arctanfv=arctan0.10=5.71°n=tan4/tan(巾+pv)=tan11.08°/tan(11.08°+5.71°)=64.9%此時(shí)加于螺桿的力矩T1=Ftan(加Pz)d2/2=1'103x-63t5aXn(101.08+5°.71°)/2=980Nm轉(zhuǎn)速與功率導(dǎo)程：S=nP=4x10=40mm螺桿每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)：n桿=v/S=8/40=20r/min螺桿所需的功率：P=T12ni桿f/60=980x2nX0/60=2.05kW也可用以下求法：P=Fv/n=1x103x8/(60x103)/0.649=2.05kW因bPv該升降機(jī)構(gòu)不能自鎖，欲使工作臺(tái)在載荷F作用下等速下降，需另設(shè)制動(dòng)裝置，其制動(dòng)力矩為：T制=Fd2tan(hPv)/2=1x103x6-53xta1n0(11.08-°.71°/2=305Nm-3-2解：該螺栓連接為松螺栓連接：故d1>4F/T［(a式］3-18)式中：［弓=以/(1.2~1(.7)查表3-6)查表3-7,Q235鋼的強(qiáng)度級(jí)別為4.6,故c§=240MP,a得［。］=240/(1.2一1?7)=2~141MP取a中值［o］=170MPa則d1>?15?103/邛170=10.6mm3-3解：1)用普通螺栓聯(lián)接傳遞的扭矩:T=9550P/n=9550x2.8/70=382N-m作用在螺栓中心圓上總的圓周力：R=2T/D0=2x382x103/180=4244N單個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力：F，=KfR/zmfc=1.2x4244/4x1x0.2=確63定66普N通螺栓直徑d(mm):d1>?1.3F/n[由。表]3-6查得[q=Qs/S因?yàn)槁菟ǖ膹?qiáng)度級(jí)別為4.6。由表3-7查得Os=240N/mm2。初估螺栓直徑d=14mm(查標(biāo)準(zhǔn)得d1=12.367mm)。查表3-8當(dāng)不控制預(yù)緊力時(shí)，S=3.2(用內(nèi)插法求得)故[q=cs/S=240/3.2=75M則Pad1>?1.3?6366/n?75=11.856mm查螺紋標(biāo)準(zhǔn)(GB196-81)可選用M12的螺栓(d1=10.674mm)。因11.856mm<12.367mm故選用4個(gè)M14(GB5782-86)的六角頭螺栓。2)用鉸制孔螺栓聯(lián)接單個(gè)螺栓所受橫向工作剪力為：Fs=R/z=4244/4=1061N由表3-6查得[T=Os/2.5=240/2.5=96MPa[Op]=Ob/2.5=220/2.5=88M(Pa查GB9439-88，HT250，，b=220MP)a由螺栓桿的抗剪強(qiáng)度條件得：T=4Fs/nd02m<[Td0醐Fs/nh[4田1=061/邛1?96=3.75mm由螺栓桿與孔壁接觸表面的擠壓強(qiáng)度條件得：Op=Fs/d0h<[^p]d0>Fs/[Op]h=1061/88*20=0.6mm選用4個(gè)M6的六角頭鉸制孔螺栓(d0=7mm)。3-4解：(1)用普通螺栓聯(lián)接時(shí)：確定螺栓所承受的最大載荷由圖可見(jiàn)，載荷作用于總體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)平面內(nèi)，所以每一塊板所承受的載荷R=20/2=10kN；應(yīng)用力的平移定理，將力R向接縫面形心O簡(jiǎn)化?？梢?jiàn)螺栓組接縫面受橫向載荷R=10kN，每個(gè)螺栓受的橫向力R1=R2=R3=R4=R/4=25N。繞中心旋轉(zhuǎn)的扭矩T=10*3=30kN-mm，由此扭矩使各個(gè)螺栓所受的剪切P1=P2=P3=P4(因r1=r2=r3=r4)故rmax=752+752=752，則P1=Pmax=Trmax/￡ri=1zi2=307x52/4x(752)2=7.072kN根據(jù)力的合成原理，由圖可看出，作用于螺栓1或2的總的剪切載荷F1或F2最大。用余弦定律可得：2222F1=P1+R1-2P1R1cos135?=P1+R1+2P1R1cos45?=70722+252-2?7072?25?0.707=9015N2)計(jì)算螺栓直徑dF1'=KfF1/zfsm=1.2*9015/1*0.16*1=67612.5N初選M33的螺栓查標(biāo)準(zhǔn)可得d1=29.211mm，查表3-8，S=1.93。則[q=cs/S=3/1.93=155.44MPadl>4?1.3?67612.54?1.3F'==26.893<29.211mm故可選用8個(gè)M33的螺栓。邛155.44n[（/]）用鉸制孔螺栓聯(lián)接時(shí)確定螺栓桿（螺栓孔）直徑d0：由式（3-26）得d0>4F1廂[t]查表3-6,[T=以/3.5~5（龍門(mén)起重機(jī)的工況使螺栓受變載荷，取S=4）則[T]=3/4=75MPad0>49015=12.37mmn?1?75查標(biāo)準(zhǔn)GB27-88，選用8個(gè)M12的六角頭鉸制孔用螺栓。3-5解：為便于裝拆，采用受拉螺栓緊聯(lián)接。1）受力分析，確定單個(gè)螺栓的最大載荷將F力向螺栓組形心轉(zhuǎn)化，則螺栓組將承受軸向工作載荷F及彎矩M的作用：F=25N,M=380F=95N-m由于F的作用，各螺栓上受到拉伸載荷為F1F1=F/2=25/2=12.5kN。由于M使托架底板繞形心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，螺栓受到加載的作用。產(chǎn)生在螺栓上的拉伸載荷為F2F2=MLmaxz￡Li=12i95?103?520/2=18269N（520/2）2+（520/2）2左邊螺栓受力最大，F(xiàn)max=F1+F2=125+18269=30769N2）計(jì)算螺栓直徑螺栓的總載荷：F0=F〃+Fmax根據(jù)工作要求，考慮F有變化，取F〃=Fma，x則F0=Fmax+Fmax=2*30769=61538N。螺栓材料選用35鋼，強(qiáng)度級(jí)別為5.6級(jí)，則0；=3MP，a若不考慮控制預(yù)緊力時(shí)，初選M30的螺栓，查標(biāo)準(zhǔn)（d1=26.211mm）。查表3-8，取S=2，則[q=c§/s=3/2=150MPa由式（3-24）得d1>5.2?615385.2F0==26.0653mmn?150n[o]因26.0653mm<26.211mm，故選用2個(gè)M30（GB5782-86）的螺栓，與原估計(jì)直徑相符。3）校核螺栓組聯(lián)接的工作能力。為保證受壓一側(cè)的接縫不被壓潰和受拉一側(cè)不出現(xiàn)縫隙，不計(jì)彎矩M對(duì)預(yù)緊力的影響。則接合面不被壓潰的條件：opmax<[Op0pmax=Op-FopF+M/W=zF'/-AF/A+M/W式中：F'=F〃+-K（1c）Fmax=Fmax+0.7Fmax=1.7*30769=52307N（用金屬墊片，取Kc=0.3）A=660*180-3*180=648mm2W=（180/6）*（6602-33/660）=11840730mm3得：cpmax=2*52307/6480-0250/648+95*103/11840730=1.61-0.386+0.8=2.03MPa<[Op][cp]=Q.8e§=Q,8x35125M=P2a（托架材料為35號(hào)鋼）接合面間不出現(xiàn)間隙：Cpmin>0Opmin=Op-FoPma-xOpM=1.61—0.39—0.8=0.42MP>0故不會(huì)出現(xiàn)間隙。3-6解：螺紋的主要參數(shù)有（以圓柱三角形外螺紋為例）大徑d,小徑d1,中徑d2,螺距P,導(dǎo)程S,升角巾，牙型角a牙型斜角0及螺紋工作高度h等。導(dǎo)程與螺距的關(guān)系為：S=nP（n為螺紋線(xiàn)數(shù)）導(dǎo)程與升角的關(guān)系為：心arctan（S/nd2）=arctan（nP/Td2）3-7解：常用螺紋牙型有：三角形，矩形，梯形，鋸齒形。三角形螺紋牙型斜度大，當(dāng)量摩擦系數(shù)大，自鎖性最好，而且牙根厚，強(qiáng)度高，主要用于聯(lián)接。三角形螺紋分為普通螺紋和管螺紋兩類(lèi)。普通螺紋又分為粗牙和細(xì)牙螺紋，一般聯(lián)接用粗牙螺紋，細(xì)牙螺紋螺距小，牙細(xì)，小徑大，升角小，自鎖性好，承載能力高，但磨損后易滑扣，常用于受沖擊，振動(dòng)，變載荷的聯(lián)接及薄壁零件與微調(diào)裝置。管螺紋是用于管件聯(lián)接的特殊細(xì)牙三角形螺紋，@55°，內(nèi)外螺紋無(wú)徑向間隙，聯(lián)接緊密性好。常用于水，煤氣，潤(rùn)滑管路系統(tǒng)以及高溫，高壓等密封性要求高的場(chǎng)合。矩形螺紋牙型角c=0°，螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)小，與螺紋材料摩擦系數(shù)相同，傳動(dòng)效率高，但與同尺寸的其他螺紋相比，牙根強(qiáng)度低，磨損后軸向間隙不易補(bǔ)償，定心性差，且難于精確加工，故應(yīng)用較少，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，常為梯形螺紋所替代。梯形螺紋牙型角@30,。傳動(dòng)效率比矩形螺紋稍低，但制造工藝性好，牙根強(qiáng)度高，磨損后軸向間隙可以補(bǔ)償，定心性好，故在傳動(dòng)螺旋中應(yīng)用廣泛。鋸齒形螺紋牙型斜角。兩邊不等，工作邊為3°，非工作邊為30°，它綜合了矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙根強(qiáng)度高，定心性好的優(yōu)點(diǎn)，用于承受單向重載的傳動(dòng)螺旋如壓力機(jī)，軋鋼機(jī)等。3-8解：由式皿arctan（S/n及d2螺紋力矩公式，效率公式及自鎖條件：T1=Qtan（巾+Pv）d2,/2。Vpvn=tan巾/tan（巾,+可P知v）：當(dāng)螺旋副中徑和牙型相同，且軸向載荷Q及其他條件相同時(shí)，導(dǎo)程S大，升角。大，則螺紋力矩T1大，傳動(dòng)效率n高，而自鎖性差。3-9解：螺紋聯(lián)接的基本類(lèi)型有：螺栓聯(lián)接，雙頭螺柱聯(lián)接，螺釘聯(lián)接，緊定螺釘聯(lián)接。螺栓聯(lián)接按結(jié)構(gòu)不同分為普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔螺栓聯(lián)接。普通螺栓廣泛應(yīng)用于被聯(lián)接件不太厚并需經(jīng)常拆卸，并能從聯(lián)接兩邊進(jìn)行裝配的場(chǎng)合。當(dāng)需要借助螺桿承受較大的橫向載荷或須精確固定兩被聯(lián)接件的相對(duì)位置時(shí)，則采用鉸制孔螺栓聯(lián)接。雙頭螺柱聯(lián)接用于因結(jié)構(gòu)受限制不能用于螺栓聯(lián)接的地方如被聯(lián)接件之一很厚不便穿孔或希望結(jié)構(gòu)較緊湊且需經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。螺釘聯(lián)接應(yīng)用與雙頭螺柱聯(lián)接相似，但經(jīng)常拆卸易使螺孔損壞，故不宜用于經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。螺釘還可用以調(diào)整零件位置，如調(diào)節(jié)螺釘。緊定螺釘主要用來(lái)固定兩個(gè)零件的相對(duì)位置，可傳遞不大的力及轉(zhuǎn)矩，多用于軸與軸上零件的聯(lián)接。3-10解：螺紋聯(lián)接在變載荷，沖擊、振動(dòng)、及溫度變化較大的情況下，螺紋牙間和支承面間的摩擦力可能瞬時(shí)消失，而失去自鎖的能力，經(jīng)多次重復(fù)后，聯(lián)接可能松動(dòng)，甚至松脫失效，直接影響聯(lián)接的可靠性和緊密性，以至產(chǎn)生嚴(yán)重事故，故應(yīng)采取防松措施。按防松原理，防松的方法分為摩擦防松，機(jī)械防松和永久止動(dòng)防松三類(lèi)。摩擦防松如彈簧墊圈，對(duì)頂螺母，金屬鎖緊螺母，尼龍鎖緊螺母等，機(jī)械防松如槽形螺母和開(kāi)銷(xiāo)，圓螺母和止動(dòng)墊片，串聯(lián)金屬絲等；永久止動(dòng)如端面沖點(diǎn)法或電焊以及在螺紋副間涂金屬膠接劑等。3-11解：松螺栓裝配時(shí)不需擰緊，不受力。工作時(shí)才承受載荷，并且只能承受軸向外載荷，故只按拉伸強(qiáng)度計(jì)算。緊螺栓裝配時(shí)，由于擰緊而受預(yù)緊力和螺紋阻力矩的聯(lián)合作用，工作時(shí)可承受軸向外載荷，也可承受橫向載荷。強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，螺栓所受的拉應(yīng)力須增大30%來(lái)考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（螺紋阻力矩）的影響。3-12解：受軸向載荷的單個(gè)螺栓與被聯(lián)接件的力與變形關(guān)系如下圖：F0與其他力的關(guān)系式為：F0=F〃+F，F(xiàn)0=F'+KcF3-13解：當(dāng)螺栓穿過(guò)被聯(lián)接件的通孔鉸螺栓與孔間留有間隙的稱(chēng)為普通螺栓聯(lián)接（即受拉螺栓聯(lián)接）。螺栓桿與孔壁采用基孔制過(guò)渡配合的聯(lián)接稱(chēng)為較制孔用螺栓聯(lián)接（即受剪螺栓聯(lián)接）。以上的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了兩種螺栓有不同的工作原理。受拉螺栓工作時(shí)，螺栓主要承受軸向拉力（包括預(yù)緊力），在靜載荷作用下其主要失效形式為螺紋部分的塑性變形和斷裂。在變載荷下多為螺栓的疲勞斷裂。在螺紋精度低或聯(lián)接經(jīng)常拆卸時(shí)也會(huì)因過(guò)度磨損而滑扣失效。故對(duì)于受拉螺栓設(shè)計(jì)