螺紋連接和螺旋傳動

螺紋連接和螺旋傳動第1頁/共109頁連接件被連接件第2頁/共109頁可拆連接ch5連接按是否可拆分為

連接：將兩個或兩個以上的零件組合成一體的結(jié)構(gòu)。不可拆連接：螺紋連接鍵連接銷連接焊接粘接鉚接第3頁/共109頁第五章螺紋連接與螺旋傳動§5-1螺紋§5-2螺紋連接的類型和標準連接件§5-3螺紋連接的預(yù)緊§5-6螺栓組連接的設(shè)計§5-5螺紋連接的強度計算§5-8提高螺紋連接強度的措施§5-7螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力§5-9螺旋傳動§5-4螺紋連接的防松第4頁/共109頁螺紋的形成第5頁/共109頁

按螺旋線數(shù)目分單線螺紋多線螺紋第6頁/共109頁一、普通螺紋的主要參數(shù)大徑d小徑d1中徑d2螺距P導(dǎo)程S升角牙型角a

牙側(cè)角bP64§5-1螺紋第7頁/共109頁大徑：螺紋的公稱直徑小徑：常用于連接的強度計算中徑：常用于連接的幾何計算螺距P：相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點的軸向距離。導(dǎo)程S：同一條螺線上相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離升角：在圓柱上，螺線切線與垂直于螺線軸線平面間的夾角牙型角a與牙側(cè)角b：軸向剖面內(nèi)牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角，稱為牙型角a，牙型側(cè)邊與螺紋軸線垂線間的夾角稱為牙側(cè)角b。第8頁/共109頁外螺紋內(nèi)螺紋旋合組成螺旋副。按工作性質(zhì)分，連接用螺紋和傳動用螺紋。二、螺紋的分類

牙型P62第9頁/共109頁裝配仿真工作仿真工作過程：用一絞杠使螺旋桿在螺套中轉(zhuǎn)動，而螺套鑲在底座里，并用螺釘定位。在螺旋桿的一端球面上，套裝一個頂墊并加裝一個螺釘，使其不脫落。絞杠轉(zhuǎn)動時，螺旋桿做旋轉(zhuǎn)運動的同時做軸向移動。工作原理：利用螺紋傳動來頂起重物第10頁/共109頁第11頁/共109頁

§5-1螺紋連接之補充部分-受力分析vρΨFnFRFFaFFaFRΨΨ+ρ擰緊力矩

螺母等速旋轉(zhuǎn)并上升相當(dāng)于滑塊沿斜面等速上移擰緊螺母第12頁/共109頁放松力矩

螺母等速旋轉(zhuǎn)并下降相當(dāng)于滑塊沿斜面等速下降放松螺母FRΨ-ρΨFavΨρFnFFFRFa

§5-1螺紋連接之補充部分-受力分析第13頁/共109頁1）滑塊等速上升時（擰緊螺母）水平推力驅(qū)動力矩2）滑塊等速下滑時（旋松螺母）水平推力驅(qū)動力矩

§5-1螺紋連接之補充部分-受力分析第14頁/共109頁自鎖條件：放松螺母若不加驅(qū)動力F，無論Fa多大，滑塊（螺母）都不會自行下滑—自鎖狀態(tài)。水平推力驅(qū)動力矩ψ<ρ‘

時，斜坡平緩，此時F<0（與假定方向相反），第15頁/共109頁略去升角的影響，在同樣軸向載荷作用下，非矩形螺紋的法向力比矩形螺紋的大，造成摩擦力較大：——當(dāng)量摩擦系數(shù)——當(dāng)量摩擦角把法向力的增加看作摩擦系數(shù)的增加第16頁/共109頁擰緊，螺母等速上升時：放松，螺母等速下降時：非矩形螺紋的自鎖條件：螺旋副的效率：第17頁/共109頁連接用螺紋，當(dāng)量摩擦角大，易自鎖，適用于連接傳動用螺紋。當(dāng)量摩擦角小，效率高，適用于傳動

牙型第18頁/共109頁三、螺紋的形成與加工第19頁/共109頁一、螺紋連接的基本類型此外，還有：T型槽螺栓連接、吊環(huán)螺釘連接和地腳螺栓連接等。說明

§5-2螺紋連接的類型和標準連接件P64第20頁/共109頁(1)

普通螺栓連接和鉸制孔螺栓連接第21頁/共109頁(2)

雙頭螺柱連接螺栓受拉，承受外載。用于被連接件厚，常拆卸處第22頁/共109頁(3)

螺釘連接螺栓受拉，承受外載。用于被連接件厚，不常拆卸處第23頁/共109頁(4)

緊定螺釘連接用于薄壁件連接第24頁/共109頁二、標準螺紋連接件結(jié)構(gòu)型式和尺寸

第25頁/共109頁螺紋連接的預(yù)緊P68

大多數(shù)螺紋連接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。

增強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)生相對移動。

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：§5-3螺紋連接的預(yù)緊第26頁/共109頁第27頁/共109頁

預(yù)緊力的控制：（1）測力矩扳手：第28頁/共109頁注：直徑過小的螺栓，容易在擰緊時過載拉斷，所以對于重要的連接，若無控制擰緊力矩的措施，不宜采用小于M12的螺栓。

預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系：（2）定力矩扳手：第29頁/共109頁擰緊力矩T螺旋副間的摩擦阻力矩支承面間的摩擦阻力矩螺栓預(yù)緊第30頁/共109頁第31頁/共109頁

在設(shè)計螺栓組連接時，關(guān)鍵是連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計。它是根據(jù)被連接件的結(jié)構(gòu)和連接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式。一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計成組使用§5-5螺栓組連接的設(shè)計P73第32頁/共109頁為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證連接結(jié)合面受力均勻，通常聯(lián)接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀。

為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。第33頁/共109頁螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。合理不合理螺栓連接承受轉(zhuǎn)矩時，使螺栓靠近邊緣，減小受力TT同時承受較大的軸向和橫向載荷時，采用減載零件鉸制孔用螺栓，在與載荷平行的方向上布置螺栓的數(shù)目不要超過8個，避免載荷分配不均第34頁/共109頁螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。第35頁/共109頁避免螺栓承受附加的彎曲載荷。第36頁/共109頁

受力分析的目的：根據(jù)連接結(jié)構(gòu)和受載情況求出受力最大的螺栓及其所受的力進行螺栓連接的強度計算二、螺栓組連接的受力分析P74第37頁/共109頁2．受橫向載荷3．受轉(zhuǎn)矩1．受軸向載荷4．受傾覆力矩

受力分析的類型：第38頁/共109頁螺紋連接組的設(shè)計51．受軸向載荷的緊螺栓組連接軸向總載荷FΣ與螺栓軸線平行通過螺栓組的對稱中心各個螺栓受載相同第39頁/共109頁容器內(nèi)壓力：p軸向載荷：

F總=pA單個螺栓的軸向載荷：

F=F總/Z失效形式：

螺栓桿被拉斷:強度不足容器內(nèi)氣（液）體泄漏-缸體缸蓋壓緊力<0壓力缸工作后第40頁/共109頁預(yù)緊后：缸體和缸蓋受壓力F0

螺栓桿受拉伸力F0裝入壓力流體（螺栓受載）后：缸蓋和缸體之間的壓緊程度被放松

F1：壓緊的殘余程度，殘余預(yù)緊力F1>0缸體和缸蓋有殘余預(yù)緊力F1缸蓋的缸緣通過螺母使螺栓受外載FF2壓力缸（裝配時需要預(yù)緊）：螺栓的軸向總拉力：第41頁/共109頁緊螺栓連接應(yīng)能保證被連接件的接合面不出現(xiàn)縫隙，①當(dāng)工作載荷F沒有變化時，?、诋?dāng)工作載荷F有變化時，?、塾芯o密性要求（如壓力容器），取殘余預(yù)緊力第42頁/共109頁設(shè)計結(jié)束了嗎？F0？否式中：為螺栓的相對剛度，其取值范圍為0~1。這時螺栓的總拉力為：可根據(jù)墊片材料選值：見P84第2段第43頁/共109頁壓力缸（需要擰緊）：在F2作用下：受軸向拉力產(chǎn)生拉伸應(yīng)力；受螺旋副旋合所引起的扭切應(yīng)力;

即螺栓處于拉伸和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。第44頁/共109頁螺栓拉伸應(yīng)力T1扭剪應(yīng)力據(jù)第四強度理論（螺栓塑性）應(yīng)力表達F2強度條件：第45頁/共109頁②再求出螺栓的總拉伸載荷③然后計算螺栓強度計算方法①先根據(jù)工作要求規(guī)定殘余預(yù)緊力F1第46頁/共109頁例題5-3：一鋼制液壓油缸，采用雙頭螺柱聯(lián)接。已知油壓p=3MPa，油缸內(nèi)徑D=160mm，若取螺柱屈服極限為400MPa，裝配時不嚴格控制預(yù)緊力，取S=3，試計算此油缸螺柱小徑d1。

第47頁/共109頁第48頁/共109頁2．受橫向載荷的螺栓組連接第49頁/共109頁（1）普通螺栓連接預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于FΣKs為防滑系數(shù)，Ks=1.1～1.3。四個螺栓組成受橫向載荷螺栓組連接第50頁/共109頁Ks—防滑系數(shù)，1.1~1.3結(jié)合面數(shù)結(jié)合面摩擦系數(shù)if--當(dāng)f=0.15，Ks=1.2，i=1時，F(xiàn)0≥8F對于單個螺栓：第51頁/共109頁為增加可靠性，減小螺栓直徑，提高承載能力，可采用如下減載裝置：

a)銷b)套筒c)鍵即用鍵、套筒或銷承擔(dān)橫向工作載荷而螺栓僅起連接作用。第52頁/共109頁螺栓受拉，僅受預(yù)緊力裝配時需要擰緊。在擰緊力矩T作用下：

螺栓受軸向拉力（預(yù)緊力）F0的作用而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力；

同時還受到螺紋力矩T1所引起的扭切應(yīng)力;

即螺栓處于拉伸和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。P80第53頁/共109頁螺栓拉伸應(yīng)力T1扭剪應(yīng)力據(jù)第四強度理論（螺栓塑性）強度條件：應(yīng)力表達F0第54頁/共109頁例題5-4：用2個M10（d1=8.376mm）的螺釘固定一牽曳鉤，若螺釘屈服強度為240MPa，裝配時控制預(yù)緊力，取S=1.35，接合面摩擦系數(shù)f=0.15，可靠性系數(shù)Ks=1.2，求其允許的牽曳力。牽曳力

第55頁/共109頁螺紋連接組的設(shè)計3（2）鉸制孔用螺栓連接（圖b）每個螺栓所受工作剪力為：

式中：Z為螺栓數(shù)目

第56頁/共109頁鉸制孔用螺栓螺栓光桿與孔壁緊密配合，無間隙由光桿直接承受剪切和擠壓孔壁受擠壓第57頁/共109頁螺栓的剪切強度條件為：螺栓與孔壁的擠壓強度條件：結(jié)合面數(shù)i-LminF第58頁/共109頁第59頁/共109頁螺紋連接組的設(shè)計43．受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接普通螺栓：靠預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩T

第60頁/共109頁若為中心對稱結(jié)合面

r相等第61頁/共109頁校核公式：

設(shè)計公式：需要預(yù)緊螺栓處于拉伸和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)Ks—防滑系數(shù)，1.1~1.3結(jié)合面數(shù)結(jié)合面摩擦系數(shù)if--第62頁/共109頁例題5-6：圖示凸緣聯(lián)軸器，允許傳遞最大轉(zhuǎn)矩T為630Nm（靜載），材料為HT250。

6個M16螺栓依靠摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，螺栓分布圓直徑為130mm，接合面摩擦系數(shù)f=0.15，安裝時不要求嚴格控制預(yù)緊力S=4，防滑系數(shù)Ks=1.2，確定螺栓的屈服強度值。第63頁/共109頁鉸制孔用螺栓：靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓來抵抗轉(zhuǎn)矩T。剪切力-剪切變形-r第64頁/共109頁若為中心對稱結(jié)合面

r相等第65頁/共109頁螺栓的剪切強度條件為：螺栓與孔壁的擠壓強度條件：鉸制孔螺栓能承受較大的橫向載荷，但被連接件孔壁加工精度較高，成本較高第66頁/共109頁例題5-5：圖示凸緣聯(lián)軸器，凸緣厚度為20mm，允許傳遞最大轉(zhuǎn)矩T為630Nm（靜載），材料為HT250。聯(lián)軸器用4個M12鉸制孔用螺栓連成一體，螺紋段長22mm，螺栓屈服強度為640MPa，安全系數(shù)均取2.5。校核螺栓的剪切和擠壓強度。第67頁/共109頁綜合例5-7：用四個普通螺栓將鋼板A固定在鋼板B上。圖中尺寸a=100mm，L=500mm。鋼板間摩擦系數(shù)f=0.14，連接可靠系數(shù)（防滑系數(shù)）Ks=1.3，螺栓的許用拉應(yīng)力=140Mpa，F(xiàn)=1400N，試計算螺栓的小徑d1至少要多少？第68頁/共109頁例5-7’：如圖所示為一支架與機座用4個普通螺栓連接，所受外載荷分別為橫向載荷FR=5000N，軸向載荷FQ=16000N。已知螺栓的相對剛度Cb/（Cb+Cm）=0.25，接合面間摩擦系數(shù)f=0.15，可靠性系數(shù)Ks=1.2，螺栓材料的機械性能級別為8.8級，屈服極限σs=640MPa，安全系數(shù)S=2，試計算該螺栓小徑d1的計算值。第69頁/共109頁螺紋連接組的設(shè)計64．受傾覆力矩的螺栓組連接

底板地基第70頁/共109頁

傾覆力矩MFcFbFaFdaa′bb′c′cdd′第71頁/共109頁螺紋連接組的設(shè)計6

傾覆力矩M

由此可以求出最大工作載荷：由變形協(xié)調(diào)條件：第72頁/共109頁例5-8：如圖5-4所示的底板螺栓組連接受外力的作用。外力作用在包含x軸并垂直于底板接合面的平面內(nèi)。試分析底板螺栓組的受力情況，并判斷哪個螺栓受力最大？保證連接安全工作的必要條件有哪些？

第73頁/共109頁保證連接安全工作的必要條件有：（1）接合面右端的最大擠壓應(yīng)力不超過許用值，以避免接合面壓碎；（2）為避免接合面產(chǎn)生縫隙，接合面左端的最小擠壓應(yīng)力應(yīng)大于零；（3）在橫向載荷的作用下，接合面不能產(chǎn)生相對滑動；（4）螺栓所需的預(yù)緊力應(yīng)小于屈服極限的限定值。

(5)螺栓不被拉斷。P78，例題見P92第74頁/共109頁10級螺紋連接件的材料與許用應(yīng)力一、螺紋連接件材料

§5-7螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力一般用途：4.8級重要的或有特殊要求：高性能等級，如壓力容器采用8.8級第75頁/共109頁螺母：7級常用材料：碳素鋼，如Q215、Q235、35、45

合金鋼，強度要求高，如15Cr、40Cr第76頁/共109頁螺紋連接件的材料與許用應(yīng)力二、螺紋連接件的許用應(yīng)力1．許用拉應(yīng)力2．許用剪應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力（被連接件為鋼）（被連接件為鑄鐵）

第77頁/共109頁3．螺紋連接件的安全系數(shù)第78頁/共109頁提高螺紋連接強度的措施

1)降低螺栓總載荷F2§5-8提高螺紋連接強度的措施Measure：F0=C，F(xiàn)1↓第79頁/共109頁

減小螺栓剛度a.柔性螺栓b.彈性元件第80頁/共109頁

增大被連接件剛度a.金屬墊片b.密封環(huán)選擇恰當(dāng)?shù)念A(yù)緊力并保持不減退第81頁/共109頁提高螺紋連接強度的措施

2)改善螺紋牙間受力分配螺栓受拉：自上而下，p逐漸變大螺母受壓：自上而下，p逐漸變小旋合處螺距差最大第82頁/共109頁內(nèi)斜螺母環(huán)槽螺母懸置

采用受拉螺母：懸置螺母和環(huán)槽螺母

采用內(nèi)斜螺母：最下面幾圈易變形

采用均載裝置：