第18章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動

安全意識工匠精神，精益求精愛國敬業(yè)螺紋聯(lián)接幾乎無處不在。螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松至關(guān)重要。大國工匠管延安擰螺栓螺紋聯(lián)接及螺旋傳動鍵聯(lián)接銷聯(lián)接連接的分類動連接：機器工作時，零部件之間可以有相對運動。例如：機械原理中，各種運動副之間的連接。靜連接可拆連接：不須毀壞連接中的任何一個零件就可拆開的連接。例如：螺紋連接、鍵連接。不可拆連接：至少毀壞連接中的一部分才能拆開的連接。例如：鉚接、焊接等。靜連接：在機器工作中，不允許零部件之間存在相對運動的連接。1、掌握螺紋聯(lián)接的分類、螺紋各部分的名稱和結(jié)構(gòu)參數(shù)。2、掌握螺旋副的受力分析、效率計算及自鎖條件。3、掌握螺紋聯(lián)接的四種基本類型、結(jié)構(gòu)特點、應(yīng)用場合；了解常用螺紋緊固件結(jié)構(gòu)形式。4、掌握螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松、常用防松方法及防松零件。5、掌握單個螺栓的受力分析和強度校核計算。6、了解提高螺栓聯(lián)接剛度的措施。7、了解簡單螺旋傳動設(shè)計計算方法，了解滾動螺旋傳動。教學(xué)基本要求左旋螺紋和右旋螺紋(旋向)單線螺紋和多線螺紋

螺紋分為內(nèi)螺紋和外螺紋，二者共同組成螺紋副用于聯(lián)接和傳動。螺紋的牙型18.1.1

螺紋的類型三角形矩形梯形鋸齒形主要用于聯(lián)接多用于傳動18.1.2

螺紋的主要參數(shù)大徑d小徑d1中徑d2螺距P導(dǎo)程L(S)

升角l牙型角a、牙型斜角b。普通螺紋18.1.3

常用螺紋的特點及應(yīng)用管螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋1.螺栓聯(lián)接18.2.1

螺栓聯(lián)接的基本類型普通螺栓連接鉸制孔用螺栓連接

①普通螺栓連接

螺栓桿與被連接件孔壁之間有間隙。通孔加工精度低，成本低，應(yīng)用最廣。②鉸制孔用螺栓連接

螺栓桿與被連接件孔壁之間無間隙?？缀吐菟U多采用基孔制過渡配合(H7／m6、H7／n6)，能精確定位，能承受橫向載荷被連接件需鉆孔、鉸孔，成本高。雙頭螺柱連接

用兩頭均有螺紋的螺柱和螺母把被連接件連接起來,被連接件之一為光孔、另一個為螺紋孔。適用于被連接件之一厚度很大，而又不宜鉆通孔，但又經(jīng)常拆卸的地方。2.雙頭螺柱聯(lián)接

被連接件之一為光孔、另一個為螺紋孔。只用螺釘，不用螺母，直接把螺釘擰進被連接件的螺釘孔中。

適用于載荷較輕，且不經(jīng)常裝拆的場合。

螺釘連接3.螺釘聯(lián)接

利用擰入被連接件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件的表面，以固定零件的相對位置，可傳遞不大的力或扭矩。4.緊定螺釘聯(lián)接2.緊定螺釘、螺母1.螺栓、螺柱、螺釘聯(lián)接件3.墊圈18.2.2螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松

一般螺紋聯(lián)接在裝配的時候都必須擰緊，以增強聯(lián)接的可靠性、緊密性和防松能力。1

螺栓聯(lián)接的預(yù)緊

對于一般聯(lián)接，可憑經(jīng)驗來控制預(yù)緊力F0的大小，但對于重要的聯(lián)接就要嚴(yán)格控制其預(yù)緊力。T=T1+T2=KF0d擰緊時扳手力矩為T可由測力矩扳手測定!式中K為擰緊力矩系數(shù),可查表2

螺栓聯(lián)接的防松

聯(lián)接中常用的單線普通螺紋和管螺紋在沖擊、震動或變載荷的作用下容易產(chǎn)生松脫現(xiàn)象。

螺紋聯(lián)接防松的根本問題在于要防止螺旋副的相對運動。常用的防松方法:摩擦防松機械防松:其他防松彈簧墊圈對頂螺母尼龍圈鎖緊螺母開口銷帶翅墊片止動墊片螺紋連接零件常用材料和機械性能一般工況：為中低碳鋼，如Q215、Q235、10、

15、35和45鋼等。變載荷或有沖擊、振動的重要連接中：合金鋼，如

40Cr、15MnVB和30CrMnSi等。機械性能等級常用材料國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定螺紋連接件按材料的機械性能分級。螺栓、螺柱、螺釘?shù)臋C械性能等級分為十級，自3.6至１2.9；螺母的性能等級分為七級，從4到12。18.3單個螺栓聯(lián)接的強度計算

單個螺栓聯(lián)接的強度計算是螺紋聯(lián)接設(shè)計的基礎(chǔ)。

根據(jù)聯(lián)接的工作情況，可將螺栓按受力形式分為受拉螺栓和受剪螺栓，兩者失效形式是不同的。

設(shè)計準(zhǔn)則：針對具體的失效形式，通過對螺栓的相應(yīng)部位進行相應(yīng)強度條件的設(shè)計計算（或強度校核）。

螺栓聯(lián)接的計算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋的公稱直徑（大徑）d等。18.3.1

受拉螺栓聯(lián)接1.松螺栓聯(lián)接強度條件：設(shè)計公式：式中[б]為松聯(lián)接螺栓的許用拉應(yīng)力（MPa）,查表d1計算出后,再按標(biāo)準(zhǔn)查選螺紋的公稱直徑。2.緊螺栓聯(lián)接只受預(yù)緊力緊螺栓聯(lián)接螺栓螺紋部分處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的符合應(yīng)力狀態(tài)。螺栓危險界面上的拉伸應(yīng)力為螺栓危險界面上的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力為

對于常用的單線、三角形螺紋的普通螺栓，取fv=tanjv=0.15，簡化處理的t=0.5s，根據(jù)第四理論，可求出當(dāng)量應(yīng)力se為因此，強度條件為：即設(shè)計公式為受橫向外載荷的緊螺栓聯(lián)接

載荷與螺栓軸向垂直，靠被聯(lián)接件間的摩擦力傳遞。螺栓受載前需預(yù)緊,受載前后受力相同。螺栓內(nèi)部危險截面上既有軸向預(yù)緊力F0形成的拉應(yīng)力s，又有因螺栓與螺紋牙面間的摩擦力矩T1而形成的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力t。受力特點螺栓預(yù)緊力當(dāng)f=0.15、Kf=1.1、m=1時，可得此結(jié)構(gòu)，要使聯(lián)接不發(fā)生滑動，螺栓要承受7倍于橫向外載荷的預(yù)緊力。結(jié)構(gòu)笨重、不經(jīng)濟。因此要避免這種結(jié)構(gòu)，而采用新結(jié)構(gòu)。承受軸向靜載荷的緊螺栓聯(lián)接載荷方向與螺栓軸向一致,螺栓受載前需預(yù)緊,受載前后受力不同.螺栓內(nèi)部危險截面上同樣既有拉應(yīng)力s,又有扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力t.受力特點強度條件:設(shè)計公式:式中FS為螺栓受載后所受的軸向總拉力(N),通過受載前對螺栓的預(yù)緊,和受載后螺栓軸向拉力的分析,可知這里F為單個螺栓的軸向載荷,F’’為殘余軸向預(yù)緊力FS=F+F’’18.3.2

受剪切螺栓聯(lián)接

受力特點：螺栓受載前后不需預(yù)緊，橫向載荷靠螺栓桿與螺栓孔壁之間的相互擠壓傳遞。擠壓強度條件剪切強度條件螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力分析要設(shè)計成軸對稱的幾何形狀。螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計螺栓的布置應(yīng)使螺栓的受力合理螺栓的布置應(yīng)有合理的間距、邊距同一組螺栓聯(lián)接中各螺栓的直徑和材料均應(yīng)相同避免螺栓承受偏心載荷螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力分析18.3.4

螺栓組聯(lián)接的受力分析

螺栓組受力分析的目的是，根據(jù)螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受載最大的螺栓及其受力。受力分析是在作如下假設(shè)條件下進行的，即：同組中的各螺栓都受相同的預(yù)緊力。螺栓組的對稱中心與被聯(lián)接結(jié)合面的形心重合。被聯(lián)接件為剛體,聯(lián)接結(jié)合面為剛性平面。螺栓的變形在彈性范圍內(nèi)。螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力分析螺栓組受力可劃分為4種典型情況：受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接受旋轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接各種復(fù)雜受力情況都可看作以上四種情況的不同組合。螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力螺紋聯(lián)接件的材料其它對螺紋有特殊要求（如防腐、耐高溫）時，應(yīng)選擇有特殊性能的材料。一般螺紋聯(lián)接件常用材料為低碳鋼和中碳鋼，如Q215、Q235、15、35、45等受沖擊、振動和變載荷作用的螺栓可用合金鋼，如15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB等提高螺栓聯(lián)接強度的措施

螺栓聯(lián)接的強度主要取決于螺栓的強度，提高螺栓強度有以下幾種措施：改善螺紋牙間的載荷分配減小螺栓的應(yīng)力變化幅度

受變載荷作用的螺栓，其應(yīng)力也在一定的幅度內(nèi)變動，減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度等皆可以使螺栓的應(yīng)力變化幅度減小。減小螺栓剛度的方法18.4滑動螺旋傳動簡介

螺旋運動是利用由螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和動力的場合。18.4.1

螺旋傳動的類型傳力螺旋:主要用來傳遞軸向力，要求用較小的力矩轉(zhuǎn)動螺桿（或螺母）而使螺母（或螺桿）產(chǎn)生直線移動和較大的軸向力傳導(dǎo)螺旋：主要用來傳遞軸向運動，要求具有較高的傳動精度調(diào)整螺旋1、2：主要用來調(diào)整和固定零件或工件的相互位置，不經(jīng)常傳動，受力也不大18.4.2

螺旋傳動的結(jié)構(gòu)及材料1.螺母結(jié)構(gòu)整體螺母不能調(diào)整間隙，只能用在輕載且精度要求較低的場合組合螺母這種螺母便于操作，一般用于車床溜板箱的螺旋傳動中2.螺桿結(jié)構(gòu)

通常采用牙型為矩形、梯形或鋸齒形的右旋螺紋。特殊情況下也采用左旋螺紋。3.材料一般螺桿的選用原則如下：高精度傳動十多選碳素工具鋼需要較高硬度，可采用鉻錳合金鋼或者采用65Mn鋼一般情況下可用45、50鋼

螺母材料可采用鑄造錫青銅，重載低速的場合可選用鑄造鋁鐵青銅，而輕載低速時也可選用耐磨鑄鐵。18.5滾動螺旋傳動簡介

在螺桿和螺母制建設(shè)有封閉循環(huán)的滾道，在滾道間填充鋼珠，使螺旋副的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，提高傳動效率，這種傳動稱為螺旋傳動，又稱為滾珠絲杠副。18.5.1

滾珠絲杠的分類、特點和應(yīng)用1.滾珠絲杠的分類按用途定位滾珠絲杠傳動滾珠絲杠通過旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程控制軸向位移量，稱為P類滾珠絲杠用于傳動動力的滾珠絲杠，稱為T類滾珠絲杠按循環(huán)方式內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠外循環(huán)滾珠絲杠2.滾珠絲杠的特點及應(yīng)用滾珠絲杠的優(yōu)點滾動摩擦系數(shù)小，傳動效率高啟動扭矩接近運轉(zhuǎn)扭矩，工作較平穩(wěn)磨損小且壽命長，可用調(diào)整裝置調(diào)整間隙，傳動精度與剛度均得到提高不具有自鎖性，可將直線運