第5章螺紋連接和螺旋傳動(dòng)

第5章螺紋連接和螺旋傳動(dòng)§5－1螺紋§5－2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件§5－3螺紋連接的預(yù)緊§5－5螺栓組連接的設(shè)計(jì)§5－7螺紋連接件的材料和許用應(yīng)力§5－8提高螺紋連接強(qiáng)度的措施§5－9螺旋傳動(dòng)§5－4螺紋連接的防松§5－6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算一、螺紋的形成§5－1螺紋d2螺旋線：一動(dòng)點(diǎn)在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿軸向作等速移動(dòng)的軌跡。螺紋：一平面圖形沿螺旋線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)保持該圖形通過(guò)圓柱體的軸線，就得到螺紋。螺紋d2按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋連接螺紋傳動(dòng)螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋螺紋副螺旋傳動(dòng)矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋15o30o3o30o潘存云教授研制潘存云教授研制按螺紋的牙型分按螺紋的旋向分右旋螺紋左旋螺紋按螺旋線的根數(shù)分一般:n≤4n線螺紋:S=nPPSS=2PPSPS=P單線螺紋多線螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內(nèi)螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分外螺紋內(nèi)螺紋螺紋副連接螺紋傳動(dòng)螺紋按螺旋的作用分連接螺紋傳動(dòng)螺紋螺旋傳動(dòng)圓柱螺紋圓錐螺紋按母體形狀分圓柱螺紋圓錐螺紋

普通螺紋以大徑d為公稱直徑，同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細(xì)牙螺紋。60?粗牙螺紋應(yīng)用最廣。細(xì)牙螺紋的優(yōu)點(diǎn)：

升角小、小徑大、自鎖性好、強(qiáng)度高。缺點(diǎn)：不耐磨、易滑扣。應(yīng)用：薄壁零件、受動(dòng)載荷的連接和微調(diào)機(jī)構(gòu)。Pd粗牙dP細(xì)牙dP細(xì)牙梯形螺紋：梯形鋸齒形30o3o30o鋸齒形螺紋:常用于傳動(dòng)。β=15oβ=3o粗牙普通螺紋、細(xì)牙普通螺紋和梯形螺紋的基本尺寸見(jiàn)可查閱相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。螺紋的基本尺寸：普通細(xì)牙螺紋管螺紋非螺紋密封管螺紋（圓柱管壁α=55?）用螺紋密封管螺紋（圓錐管壁α=55?）60?圓錐管螺紋公稱直徑——管子的公稱通徑。

用螺紋密封的管螺紋非螺紋密封的管螺紋55?dd2d1Pdd2d1P55?φ2φ(3)中徑d2d1d2d(1)大徑d(2)小徑d1二、螺紋的主要幾何參數(shù)與外螺紋牙頂(或內(nèi)螺紋牙底)相重合的假想圓柱體的直徑。與外螺紋牙底(或內(nèi)螺紋牙頂)相重合的假想圓柱體的直徑。也是一個(gè)假想圓柱的直徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。d1d2d(5)螺距P(6)導(dǎo)程SS=nPSPP/2P/2(4)線數(shù)n螺紋的螺旋線數(shù)目。相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。螺紋上任一點(diǎn)沿同一條螺旋線轉(zhuǎn)一圈所移動(dòng)的軸向距離。(7)螺紋升角ψtgψ=πd2nP

ψ

(8)接觸高度

h

中徑d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。d1d2dSPP/2P/2h內(nèi)外螺紋旋合后，接觸面的徑向高度。πd2Sψβ

(9)牙型角

α牙側(cè)角

β

αβ牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角。粗牙普通螺紋基本尺寸mmH=0.866Pd2=d-0.6495Pd1=d-1.0825PD1、d1—內(nèi)、外螺紋小徑D2、d2—內(nèi)、外螺紋中徑D、d

—內(nèi)、外螺紋大徑P—螺距

標(biāo)記示例：M24(粗牙普通螺紋、直徑24、螺距3)M24X1.5(細(xì)牙普通螺紋,直徑24,螺距1.5)PP/8P/8P/8H/4DdD2d2D1d1P/2P/430?60?90?30.52.6752.459公稱直徑（大徑）粗牙細(xì)牙

Dd螺距P中徑D2d2小徑D2d2螺距P40.73.5453.24250.83.5454.1340.350.5615.3504.91881.257.1886.647101.59.0268.3761.25,10.75121.7510.86310.1061.5,1.250.5(14)212.70111.8351.5,116214.70113.835(18)2.516.37615.294202.518.37617.294(20)2.520.37619.29424322.05220.752(27)325.05223.752303.527.72726.2112,1.5,1注：括號(hào)內(nèi)的公稱直徑為第二系列§5－2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件螺栓連接基本類型螺釘連接雙頭螺柱連接緊定螺釘連接一、螺紋連接的基本類型

在被連接件上開(kāi)有通孔，插入螺栓后，在螺栓的另一端擰上螺母。被連接件較薄，易做成通孔，可經(jīng)常拆卸?！胀菟ㄟB接：被連接件上的通孔與螺栓桿間留有間隙，通孔的加工精度要求低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便?！q制孔用螺栓連接：孔與螺栓桿過(guò)渡配合，能精確固定被連接件的相對(duì)位置，能承受橫向載荷。但孔的加工精度要求較高。1、螺栓連接普通螺栓鉸制孔螺栓桿孔間隙過(guò)渡配合面螺栓連接

適用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓連接的場(chǎng)合，例如被連接件之一太厚不宜制成通孔，材料較軟，需要經(jīng)常拆裝。拆卸這種連接時(shí)，不用拆螺柱。2.雙頭螺柱連接螺栓直接擰入被連接件的螺孔中，不用螺母。被連接件之一較厚、不易做成通孔，用于受力不大，不需經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。結(jié)構(gòu)上比雙頭螺柱連接簡(jiǎn)單、緊湊。3.螺釘連接利用擰入零件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件的表面或頂入相應(yīng)的凹坑中，以固定兩零件相對(duì)位置，可傳不大扭矩。4.緊定螺釘連接潘存云教授研制緊定螺釘錐端緊定螺釘

平端緊定螺釘?shù)啬_螺栓起吊螺釘5.其它螺紋連接T型螺栓螺紋的精度等級(jí)：GB3103.1-82規(guī)定為三級(jí)。A級(jí)：公差小，精度最高，用于配合精確，防振動(dòng)等場(chǎng)合；B級(jí)：受載較大且經(jīng)常拆卸，用于調(diào)整或承受變載荷的連接；C級(jí)：用于一般連接，最常用。二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件螺紋連接件均為標(biāo)準(zhǔn)件，常見(jiàn)的有螺栓、雙頭螺柱、螺母和墊圈等。這類零件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)中可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。雙頭螺柱螺栓螺釘、緊定螺釘螺母六角螺母六角薄螺母圓螺母六角厚螺母其它螺母：§5－3螺紋連接的預(yù)緊一、概述一般螺紋連接在裝配時(shí)都必須擰緊，這時(shí)螺紋連接受到預(yù)緊力的作用。對(duì)于重要的螺紋連接，應(yīng)控制其預(yù)緊力，因?yàn)轭A(yù)緊力的大小對(duì)螺紋連接的可靠性，強(qiáng)度和密封均有很大影響。預(yù)緊力：

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。預(yù)緊的目的：

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)。二、預(yù)緊力的確定原則擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過(guò)其材料的屈服極限σs的80%。碳素鋼螺栓：F0≤(0.6~0.7)σs

A1合金鋼螺栓：F0≤(0.5~0.6)σs

A1A1——危險(xiǎn)截面積，A1≈πd21/4對(duì)于重要的連接，應(yīng)盡可能采用>M12的螺栓。三、預(yù)緊力控制方法通常螺紋連接擰緊是憑工人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定的，重要螺栓則必須預(yù)緊力進(jìn)行精確控制。1)憑手感經(jīng)驗(yàn)；2)測(cè)力矩扳手；3)定力矩扳手；4)測(cè)定伸長(zhǎng)量。測(cè)力矩扳手定力矩扳手對(duì)于M10～M64粗牙普通螺紋的鋼制螺栓：四、擰緊力矩T和預(yù)緊力的關(guān)系擰緊力矩T等于螺旋副間的摩擦阻力矩T1和螺母環(huán)形端面與被連接件（或墊圈）支承面的摩擦阻力矩T2之和，即：T=T1+T2T≈0.2F0d連接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)，不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時(shí)消失，連接仍有可能松動(dòng)而失效。高溫下的螺栓連接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮防松，即防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。二、防松的方法

§5－4螺紋連接的防松一、防松的目的——防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。1、摩擦防松利用輔助元件（結(jié)構(gòu)）防止螺紋副間摩擦力消失。彈簧墊圈對(duì)頂螺母自鎖螺母

特點(diǎn)：防松簡(jiǎn)單、方便，但沒(méi)有機(jī)械防松可靠。2.機(jī)械防松用防松元件約束螺紋副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。開(kāi)口銷與六角開(kāi)槽螺母圓螺母與止動(dòng)墊圈止動(dòng)墊圈串聯(lián)鋼絲特點(diǎn)：防松可靠，適用于重要的連接。3、破壞螺紋副防松防松可靠，適用于重要連接。沖點(diǎn)法：沖壞螺紋副鉚合法：端部鉚死端焊法：端部焊死粘結(jié)法：擰緊時(shí)涂膠粘劑§5－5

螺栓組連接的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)螺栓組連接方法：首先選定螺栓的數(shù)目及布置形式，然后確定螺栓連接的結(jié)構(gòu)尺寸。對(duì)于不重要的連接，用類比法確定，對(duì)于重要的連接，應(yīng)找出受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核。一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要目的：合理地確定連接結(jié)合面的幾何形狀、螺栓的布置形式和螺栓的個(gè)數(shù)；力求各螺栓和連接接合面間受力均勻，便于加工和裝配。（1）為了便于加工制造和對(duì)稱布置螺栓，保證連接結(jié)合面受力均勻，通常連接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀?；驹瓌t：圓形圓環(huán)形矩形矩形框三角形（2）螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。a)

對(duì)于鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置8個(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過(guò)于不均；b)

當(dāng)螺栓連接彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近連接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。c)

當(dāng)同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，采用銷、鍵、套筒等抗剪零件來(lái)承受橫向載荷。dhD60?CCEE60?扳手空間的尺寸見(jiàn)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。AB（3）螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距，以保證扳手空間。對(duì)于壓力容器等緊密性要求較高的重要連接。螺栓的間距應(yīng)選取手冊(cè)上的推薦值。（4）為了便于在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫(huà)線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取4、6、8等偶數(shù)。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度應(yīng)相同。（5）避免螺栓承受附加的彎曲載荷。在結(jié)構(gòu)上要設(shè)法保證載荷不偏心，在工藝上要保證被連接件、螺母和螺栓頭部的支承面平整，并與螺栓軸線相垂直。在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時(shí)，應(yīng)制成凸臺(tái)或沉頭座，當(dāng)支承面為傾斜表面時(shí)，應(yīng)采用斜面墊圈。（6）合理地選擇螺栓組的防松裝置。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?！芰Ψ治鰰r(shí)所作的假設(shè)：

c)受載后連接接合面仍保持為平面。b)螺栓組的對(duì)稱中心與連接接合面的形心重合；a)所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度均相同，預(yù)緊力相等且在結(jié)合面間產(chǎn)生的壓力均勻分布；

▲受力分析的類型：橫向載荷、轉(zhuǎn)矩、軸向載荷、傾覆力矩。（1）對(duì)于鉸制孔用螺栓連接，靠螺栓桿受剪切力和擠壓來(lái)抵抗橫向載荷。每個(gè)螺栓所受工作剪力為：z為螺栓數(shù)目。F為每個(gè)螺栓所受的橫向工作剪力。F∑為橫向總載荷。1．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過(guò)螺栓組的對(duì)稱中心。（2）對(duì)于普通螺栓連接

，靠連接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力來(lái)抵抗橫向載荷。即預(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?；騅s為防滑系數(shù)，設(shè)計(jì)中可取Ks=1.1~1.3。F∑F∑F∑F∑f—接合面的摩擦系數(shù)，i—結(jié)合面數(shù)，F(xiàn)0—預(yù)緊力。潘存云教授研制O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

▲采用普通螺栓時(shí)，靠連接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。Tr1fF0fF0r2轉(zhuǎn)矩T作用在連接接合面內(nèi)，在轉(zhuǎn)矩的作用下，底板將繞通過(guò)螺栓組對(duì)稱中心并與接合面相垂直的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)作用在底板上的力矩平衡及連接強(qiáng)度的條件：潘存云教授研制TO

▲采用鉸制孔用螺栓時(shí)，靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。rmaxFmaxriFi剪切力與距離r的比值為常數(shù)各螺栓所受的橫向工作剪力和該螺栓軸線到螺栓組對(duì)稱中心的連線相垂直。各螺栓剪切變形量與該螺栓軸線到螺栓組對(duì)稱中心的距離成正比。假設(shè)底板受載后仍為平面，則螺栓的剪切變形量與距離成正比，F(xiàn)i=Kri潘存云教授研制TOrmaxFmaxriFi根據(jù)用用在底板上的力矩平衡條件推導(dǎo)出受力最大的螺栓的工作剪力為：3．受軸向載荷的螺栓組連接若作用在螺栓組上的軸向總載荷FΣ的作用線與螺栓軸線平行，并通過(guò)螺栓組的對(duì)稱中心，則各個(gè)螺栓受載相同，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為：通常，各個(gè)螺栓還承受預(yù)緊力F0的作用，當(dāng)連接的殘余預(yù)緊力為F1時(shí)，每個(gè)螺栓所承受的總載荷F2為：F2=F1+F4．受傾覆力矩的螺栓組連接F2F0

F0

σp

(

F

0引起)F2mσp2(

F1m引起)σp1(

F1引起)LiLmaxOOxxOMM單個(gè)螺栓拉力產(chǎn)生的力矩為：Mi=Fi

Li假設(shè)底板受載后仍為平面，則螺栓受力與螺栓中心到螺栓組排列中心的距離成正比。首先，預(yù)緊力作用下，螺栓受拉，被連接件均勻受壓。傾覆力矩作用下，一邊螺栓的拉力、變形增加，而被連接件的受力、變形減?。涣硪贿吢菟ǖ睦?、變形減小，被連接件間壓力、變形增大。螺栓的受力分析：傾覆力矩M作用在通過(guò)x-x軸并垂直于連接接合面的對(duì)稱平面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已被擰緊，承受預(yù)緊力F0，螺栓有均勻的伸長(zhǎng)，地基有均勻的壓縮。在作用M后，接觸面繞o-o線轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，左邊的地基被放松，而螺栓被進(jìn)一步拉伸；右邊的螺栓被放松，而地基被進(jìn)一步壓縮。Om

力變形

Ob

A

F0

下圖為單個(gè)螺栓—地基的受力變形圖，斜線ObA表示螺栓的受力變形線，斜線OmA表示地基的受力變形線。F1m

強(qiáng)調(diào)是基座上的壓力Fm

F2m

F1

F

F2

C2

單個(gè)螺栓的受力分析：Om

力變形

Ob

未加傾覆力矩時(shí)，工作點(diǎn)在A點(diǎn)，∑Mi=0施加傾覆力矩M時(shí):左邊的螺栓和地基，工作點(diǎn)分別移至B1

和C1

右邊的螺栓和地基，工作點(diǎn)分別移至B2

和C2

左邊螺栓總拉力增加，右邊螺栓總拉力減小。F2

F2m

C1

B2

B1

A

F0

作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡，即：為防止結(jié)合面受壓最大處被壓潰或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求接合面壓應(yīng)力最大值不超過(guò)允許值，最小值不小于零。即：求得最大工作載荷[σp]—地基接合面的許用擠壓應(yīng)力，可查表選取。W—接合面的有效抗彎系數(shù)。A—接合面的有效面積。Z—總的螺栓個(gè)數(shù)。在實(shí)際使用中，螺栓組連接所受的工作載荷常常是以上四種簡(jiǎn)單受力狀態(tài)的不同組合。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)普通螺栓可按軸向載荷或（和）傾覆力矩確定螺栓的工作拉力；按橫向載荷或（和）轉(zhuǎn)矩確定連接所需要的預(yù)緊力，然后求出螺栓的總拉力。對(duì)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所受的剪力后，再進(jìn)行單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。螺栓組的設(shè)計(jì)包括兩部分內(nèi)容：(1)正確進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)受力分析找出受力最大的螺栓；(2)按照單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算公式來(lái)設(shè)計(jì)這個(gè)受力最大的螺栓的尺寸，其余螺栓則按同樣尺寸選用。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)正確解決的幾個(gè)問(wèn)題：(1)螺栓組的布置，一般可參考現(xiàn)有設(shè)備由經(jīng)驗(yàn)確定；也可先將總載荷分解，再按各種載荷進(jìn)行分配計(jì)算，再疊加，得到總載荷在各螺栓中的分配情況；(2)確定螺栓的擰緊力矩；必要時(shí)將這一結(jié)果標(biāo)注到相應(yīng)的圖紙上；(3)確定螺栓直徑，據(jù)此確定螺栓其他部分尺寸，并進(jìn)行精確校核，疲勞強(qiáng)度校核時(shí)應(yīng)特別注意受力變形線圖；(4)采取適當(dāng)措施提高螺栓連接強(qiáng)度?！?－6

螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于整個(gè)螺栓組來(lái)說(shuō)，所受載荷可能是軸向載荷、橫向載荷、彎矩和轉(zhuǎn)矩等。對(duì)單個(gè)螺栓來(lái)說(shuō)，其載荷形式皆為橫向力或軸向力。一、螺紋連接的載荷形式和失效形式1.螺紋連接的載荷形式在進(jìn)行螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，要先根據(jù)連接的類型、連接的裝配情況、載荷狀態(tài)條件，確定螺栓的受力，然后按相應(yīng)的強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓危險(xiǎn)截面的直徑或校核其強(qiáng)度。其他尺寸可直接在標(biāo)準(zhǔn)中選用，不需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。螺栓連接的主要失效形式—滑扣（因經(jīng)常拆裝）受拉螺栓塑性變形（螺紋部分）疲勞斷裂受剪螺栓剪斷壓潰（螺桿和孔壁的貼合面）經(jīng)常拆卸—軸向變載荷2.

螺紋連接的失效形式螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據(jù)等強(qiáng)度原則及使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的。采用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，這些部分都不需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。所以，螺栓連接的計(jì)算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋公稱直徑d及螺距P等。二、松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算（工作前不預(yù)緊）螺栓工作之前不需擰緊螺母，螺栓不受力。失效形式：螺栓塑變或被拉斷。強(qiáng)度條件：式中:d1——螺栓危險(xiǎn)截面的直徑

[σ]——螺栓材料的許用應(yīng)力

F——工作拉力設(shè)計(jì)公式：三、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算工作前預(yù)緊（裝配時(shí)須擰緊），在工作狀態(tài)下可能還需要補(bǔ)充擰緊。螺栓受軸向拉力F0和摩擦力矩T1的雙重作用。1.僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接F0T1F0T1拉應(yīng)力：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：分母為抗剪截面系數(shù)F0T1F0T1失效形式：螺栓塑變或被拉斷。對(duì)于M10~M64的普通鋼制螺紋，可?。簍gφv

≈0.17，d2/d1=1.04～1.08,tgψ≈0.05得：τ≈0.5σ計(jì)算應(yīng)力：強(qiáng)度條件：此類螺栓連接在擰緊時(shí)雖是同時(shí)承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，但在計(jì)算時(shí)可以只按拉伸強(qiáng)度計(jì)算，并將所受拉力（預(yù)緊力）增大30%來(lái)考慮扭轉(zhuǎn)的影響。因橫向載荷是由預(yù)緊力F0在被連接件間產(chǎn)生的摩擦力來(lái)抵抗的，所以往往需要很大的預(yù)緊力，會(huì)使螺栓的結(jié)構(gòu)尺寸增加，這時(shí)可采取各種減載零件來(lái)承擔(dān)橫向載荷。如銷、套筒、鍵等。使連接接合面不滑移的預(yù)緊力：螺母未擰緊螺母已擰緊受工作載荷F2.受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接中圖：加預(yù)緊力后→螺栓受拉伸長(zhǎng)λb→被連接件受壓縮短λm。右圖：加載F

后，螺栓總伸長(zhǎng)量增加為:

?λ+λb被連接件壓縮量減少為：λm-?λ左圖：螺栓和被連接件都不受力。因而也不產(chǎn)生變形。被連接件的壓縮力由F0減至F1。F1稱為殘余預(yù)緊力總拉力F2為：F2=F+F1注意：由于螺栓和被連接件的彈性變形，連接受載后，預(yù)緊力發(fā)生了變化，螺栓的總拉力F2并不等于預(yù)緊力F0與工作拉力F之和，而是等于殘余預(yù)緊力F1與工作拉力F之和。F2≠F0+FF1<F0

力與變形的關(guān)系圖螺栓拉伸變形由坐標(biāo)原點(diǎn)Ob向右量起；被連接件壓縮變形由坐標(biāo)原點(diǎn)Om向左量起。在連接尚未承受工作拉力F時(shí)，螺栓的拉力和被連接件的壓縮力都等于預(yù)緊力F0。將上頁(yè)中的兩個(gè)圖形合并成上圖，由圖可見(jiàn)，當(dāng)連接承受工作載荷F時(shí)，螺栓的總拉力為：

F2=F1+F——相對(duì)剛度系數(shù)（可查表選取）Cb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0–F

1-根據(jù)上圖的幾何關(guān)系推導(dǎo)出螺栓總拉力和殘余預(yù)緊力Cb—螺栓剛度Cm—被連接件剛度失效形式：被連接件結(jié)合面出現(xiàn)縫隙，螺栓塑變或被拉斷。先計(jì)算出螺栓的總拉力F2，考慮到螺栓在總拉力F2的作用下可能需要補(bǔ)充擰緊，將總拉力增加30%，以考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。再進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。拉伸強(qiáng)度計(jì)算危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件：設(shè)計(jì)公式：疲勞強(qiáng)度計(jì)算：對(duì)于受軸向變載荷的重要連接，除了進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算外，還應(yīng)對(duì)螺栓的疲勞強(qiáng)度作精確校核。當(dāng)工作拉力在0~F之間變化時(shí)，螺栓所受總拉力在F0

~F2之間變化。若不考慮摩擦力矩的影響，有：DI∵σmin=const,應(yīng)力工作點(diǎn)M落在ODGI區(qū)域內(nèi)。依據(jù)疲勞強(qiáng)度理論有：式中：σ-1tc——螺栓材料的對(duì)稱循環(huán)拉壓疲勞極限?？刹楸磉x取。ψσ——試件的材料常數(shù)碳素鋼：ψσ

=0.1~0.2合金鋼：ψσ

=0.3~0.3σminMσ-1eσ-1σaσmOCAσSGMM’3Kσ

——綜合影響系數(shù)S

——安全系數(shù)，可查表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(lái)承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無(wú)間隙，接觸表面受擠壓。在連接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。分別按擠壓及剪切強(qiáng)度條件計(jì)算。F—螺栓所受的工作剪力d0—螺栓剪切面的直徑Lmin—螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為：設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使:Lmin≥1.25d0螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：在強(qiáng)度計(jì)算公式中所使用的載荷必須是計(jì)入各種影響后螺栓承受的總的載荷。松螺栓連接為工作載荷F；對(duì)只承受預(yù)緊力的緊螺栓連接要考慮擰緊力矩的影響，取預(yù)緊力F0的1.3倍；對(duì)同時(shí)承受預(yù)緊力和軸向工作力的緊螺栓連接，考慮受載后補(bǔ)充擰緊，總載荷取總拉力F2的1.3倍。注意§5－7

螺栓連接件的材料和許用應(yīng)力一、螺紋連接件的材料螺栓、螺釘、螺柱的性能等級(jí)分為十級(jí)，分別為：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9。

小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字代表材料的抗拉強(qiáng)度極限（σB）的1/100，小數(shù)點(diǎn)后面數(shù)字代表材料的屈服極限（σs或σ0.2）與抗拉強(qiáng)度極限σB之比值（屈強(qiáng)比）的10倍。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定螺紋連接件按材料的力學(xué)性能分出等級(jí)。

作為標(biāo)準(zhǔn)件，螺紋連接件是按其性能等級(jí)選用的。對(duì)于一定性能等級(jí)的螺紋連接件應(yīng)具備一定的強(qiáng)度極限。例如，性能等級(jí)為6.8，6表示抗拉強(qiáng)度極限為600MPa，8表示屈服極限與抗拉強(qiáng)度極限之比為0.8。螺母的性能等級(jí)分7級(jí)，由數(shù)字4、5、6、8、9、10、12表示，數(shù)字粗略表示螺母所能承受最小應(yīng)力σmin的1/100。螺栓、螺柱、螺釘常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素鋼。螺母材料：比相配合的螺栓硬度低20～40HBS。特殊用途(防磁、防銹蝕、導(dǎo)電、耐高溫等):特殊鋼、銅合金、鋁合金等。承受沖擊、振動(dòng)或變載荷的連接：15Cr、40Cr、30CrMnSi等合金鋼。普通墊圈材料：Q235、15、35彈簧墊圈材料：65Mn且經(jīng)熱處理和表面處理。選用原則：一般用途選用4.8級(jí)左右的螺栓，重要場(chǎng)合選用高的性能等級(jí)，如在壓力容器中常采用8.8級(jí)的螺栓。二、螺紋連接件的許用應(yīng)力螺紋連接件的許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)(靜、變載荷)、裝配情況(松、緊連接)、材料、結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān)。許用拉應(yīng)力：許用擠壓應(yīng)力：—被連接件為鋼—被連接件為鑄鐵S、Sτ,Sp——安全系數(shù)，可查表選取。許用剪應(yīng)力：§5－8

提高螺紋連接強(qiáng)度的措施螺栓連接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度。影響螺栓強(qiáng)度的主要因素有：螺紋牙的載荷分配、應(yīng)力變化幅度、應(yīng)力集中、材料的力學(xué)性能和制造工藝等方面。承受軸向變載荷的緊螺栓連接，螺栓的損壞形式主要是疲勞斷裂。一、降低應(yīng)力幅，提高螺栓疲勞強(qiáng)度螺栓損壞情況統(tǒng)計(jì)在最小應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)力幅越小，則螺栓越不容易發(fā)生疲勞破壞，連接的可靠性越高。

減小應(yīng)力幅的方法：

Cb

↓或Cm↑，F(xiàn)0

↑（適當(dāng)）應(yīng)力幅：殘余應(yīng)力：Cb—螺栓剛度Cm—被連接件剛度減小螺栓剛度的措施：適當(dāng)增加螺栓的長(zhǎng)度，或采用腰狀桿螺栓和空心螺栓；或在螺母下面安裝彈性元件。增大被連接件剛度的措施：可以不用墊片或采用剛度較大的墊片。對(duì)于需要保持緊密性的連接，采用軟墊片并不合適，可采用剛度較大的金屬墊片或密封環(huán)。軟墊片密封密封環(huán)密封二、改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象螺栓所受的總拉力F2都是通過(guò)螺栓和螺母的螺紋牙面相接觸來(lái)傳遞的。當(dāng)連接受載時(shí)，螺栓受拉伸，外螺紋的螺距增大，而螺母受壓縮，內(nèi)螺紋的螺距減小。各圈螺紋牙上的受力是不同的，約有1/3的載荷集中在第一圈上，第八圈以后的螺紋牙幾乎不受力，采用加厚螺母，并不能提高連接強(qiáng)度。螺母體螺栓桿F2改善螺紋牙上載荷分布不均的措施:采用懸置螺母、環(huán)槽螺母、內(nèi)斜螺母、鋼絲螺套等?！鴳抑寐菽福郝菽傅男喜糠秩渴芾?，其變形性質(zhì)與螺栓相同，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。螺母體、螺栓均受拉▲環(huán)槽螺母：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。▲內(nèi)斜螺母：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。▲環(huán)槽內(nèi)斜螺母：兼有環(huán)槽螺母和內(nèi)斜螺母的作用。

▲鋼絲螺套主要用來(lái)保護(hù)有色金屬的螺紋孔，旋入后將安裝柄根在缺口處折斷，再將螺釘擰入其中。因有彈性而起到均載的作用。

三、減小應(yīng)力集中的影響增大過(guò)渡圓角切制卸載槽設(shè)計(jì)卸載過(guò)渡結(jié)構(gòu)r=0.2d；r1≈0.15d；r2≈1.0d；h=0.5d四、采用合理的制造工藝方法冷鐓螺栓頭部和滾壓螺紋的工藝方法比切削螺紋的疲勞強(qiáng)度高。另外，氮化、氰化、噴丸處理可提高螺紋連接件的疲勞強(qiáng)度。此外，在設(shè)計(jì)、制造和裝配上應(yīng)設(shè)法避免螺紋連接產(chǎn)生附加應(yīng)力，以免嚴(yán)重降低螺栓的強(qiáng)度。一、螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用調(diào)整螺旋靜壓螺旋類型運(yùn)動(dòng)形式有：§5－9螺旋傳動(dòng)螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)按用途分傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋滑動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋按摩擦性質(zhì)分

傳遞動(dòng)力

傳遞運(yùn)動(dòng),要求精度高

調(diào)整相對(duì)位置

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率低

傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜作用：回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞動(dòng)力。應(yīng)用：機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、起重設(shè)備(千斤頂)

、鍛壓機(jī)械(壓力機(jī))、測(cè)量?jī)x器(千分尺)、工具(老虎鉗)、夾具、玩具、機(jī)器人及其他工業(yè)裝備中。二、滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料滑動(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)的工作剛度和精度等與支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。1、結(jié)構(gòu)螺桿短而粗且垂直時(shí)，可用螺母作為支承；螺桿細(xì)而長(zhǎng)且水平時(shí)，可在螺桿的兩端或中間附加支承；軸向尺寸較大的螺桿，應(yīng)采用對(duì)接的組合結(jié)構(gòu)代替整體結(jié)構(gòu)，以減少制造工藝上的困難。螺旋絲桿動(dòng)畫(huà)復(fù)式螺旋動(dòng)畫(huà)整體螺母組合螺母剖分螺母螺母結(jié)構(gòu)整體螺母組合螺母調(diào)整楔快固定螺釘調(diào)整螺釘潘存云教授研制剖分螺母螺旋副材料要求：足夠的強(qiáng)度、耐磨性、摩擦系數(shù)小。2．滑動(dòng)螺旋的材料螺桿材料:

Q257、45、50鋼，或T12、40Cr、65Mn。螺母材料:

ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3。三、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算承受載荷：轉(zhuǎn)矩、軸向力（拉力或壓力）。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：根據(jù)耐磨性條件確定直徑，選擇螺距；校核螺桿、螺母強(qiáng)度等。主要失效形式：螺牙的磨損。對(duì)于受力較大的傳力螺旋，應(yīng)校核螺桿危險(xiǎn)截面以及螺母螺紋牙的強(qiáng)度，以防止發(fā)生塑性變形或斷裂；對(duì)于要求自鎖的螺桿應(yīng)校核其自鎖性；對(duì)于精密的傳導(dǎo)螺旋應(yīng)校核螺桿的剛度，以免受力后由于螺距的變化引起傳動(dòng)精度降低；對(duì)于長(zhǎng)徑比很大的螺桿，應(yīng)校核其穩(wěn)定性，以防止螺桿受壓后失穩(wěn)；對(duì)于高速的長(zhǎng)螺桿還應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)速，以防止產(chǎn)生過(guò)度的橫向振動(dòng)等。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)螺旋傳動(dòng)的類型、材料、結(jié)構(gòu)、工作條件分析主要失效形式，選擇對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。而不必逐項(xiàng)進(jìn)行校核。螺桿α螺母1．耐磨性計(jì)算F—軸向力；u=H/Pu—螺紋工作圈數(shù)；d2—螺紋中徑；h—螺紋的工作高度；H—螺母高度;hPHD2d2P—螺距;F/uF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：許用壓力矩形螺旋：

h=0.5P；鋸齒形螺旋：h=0.75P代入上式得螺紋中徑的計(jì)算公式：校核公式：p=πd2

huF=≤[p]MPa

πd2

hHFP令Φ=H/d2，失效形式：螺栓塑變或被拉斷。30°鋸齒形螺紋：φ=1.2~2.5整體式螺母2.5~3.5剖分式螺母一般?。簎≤10梯形螺紋和矩形螺紋:φ值越大，螺母越厚，螺紋工作圈數(shù)越多。依據(jù)計(jì)算出的螺紋中徑，按螺紋標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的直徑和螺距。驗(yàn)算：若不滿足要求，則增大螺距。對(duì)有自鎖性要求的螺旋傳動(dòng)，應(yīng)校核自鎖條件：2．螺桿的強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于受力比較大的螺桿，需根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力：螺桿的強(qiáng)度條件：式中，F(xiàn)為螺桿所受的軸向壓力（或拉力），T為螺桿所受的扭矩：對(duì)碳素鋼,[σ]=50~80MPa3．螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算螺牙上的平均壓力為：F/u螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞。一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。πDπD2aaF/uπDaaπDπD2aaF/u其危險(xiǎn)截面a–a

的剪切強(qiáng)度條件：彎曲強(qiáng)度條件：4．螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算對(duì)于長(zhǎng)徑比較大的受壓螺桿，需要校核壓桿的穩(wěn)定性，要求螺桿的工作壓力F要小于臨界載荷Fcr。螺桿的穩(wěn)定性條件為：Ss=3.5~5傳力螺旋2.5~4傳導(dǎo)螺旋

>4精密螺桿或水平安裝μ——螺桿長(zhǎng)度系數(shù)，查表確定。I——螺桿危險(xiǎn)截面的慣性矩

l——螺桿的工作長(zhǎng)度（不同的支承結(jié)構(gòu)，l取值不同）▲當(dāng)λS<40時(shí)，不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核?！?dāng)不滿足條件時(shí)，應(yīng)增大螺紋小徑d1。SS——螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)；Ssc——螺桿穩(wěn)定性的計(jì)算安全系數(shù)；E——螺桿材料的拉壓彈性模量；Fcr——螺桿的臨界載荷；λS——螺桿的柔度；λS=μl/i，i—指危險(xiǎn)截面的慣性半徑。在螺桿和螺母之間設(shè)有封閉的循環(huán)滾道，其間充以滾珠或滾子，這樣就使螺旋面間的滑動(dòng)摩擦成為滾動(dòng)摩擦。四、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)和靜壓螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介類型：滾珠螺旋、滾子螺旋。1、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介特點(diǎn)：傳動(dòng)效率高，啟動(dòng)力矩小，傳動(dòng)靈敏平穩(wěn)；磨損小，傳動(dòng)精度高；不自鎖，可實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換；工作壽命長(zhǎng)。但制造工藝較復(fù)雜，特別是長(zhǎng)螺桿熱處理及磨削質(zhì)量難以保證，剛性和抗振性能較差。2、靜壓螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介把靜壓原理應(yīng)用于螺旋傳動(dòng)中，制成靜壓螺旋。特點(diǎn)：傳動(dòng)摩擦小，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)的剛性和抗振性好。計(jì)算舉例例題1：一厚度δ=12mm的鋼板用4個(gè)螺栓固連在厚度δ1=30mm的鑄鐵支架上，螺栓的布置有兩種方案，如下圖所示。已知：螺栓材料為Q235，[δ]=95MPa、[τ]=96MPa,鋼板[σ]p=320MPa，鑄鐵[σ]p1=180MPa，接合面間摩擦系數(shù)