螺紋聯(lián)接與傳動(dòng)

第七章螺紋聯(lián)接與傳動(dòng)一）教學(xué)要求：掌握螺紋和螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則和受力分析；掌握單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算理論和方法，以及螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松措施；熟練掌握提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的各種措施。（二）重點(diǎn)難點(diǎn)：1、掌握單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算理論和方法2、掌握螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松措施（三）教學(xué)手段與方式：課堂講授，實(shí)物模型、課件演示、課堂練習(xí)（四）建議學(xué)時(shí)：6（五）教學(xué)內(nèi)容：由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運(yùn)輸?shù)仍?，機(jī)器中有相當(dāng)多的零件需要彼此聯(lián)接。、、、八、、J靜聯(lián)接：被聯(lián)接件之間相互固定，不能做相互運(yùn)動(dòng)。聯(lián)接分為：1動(dòng)聯(lián)接：能按一定運(yùn)動(dòng)形式做相互運(yùn)動(dòng)的——運(yùn)動(dòng)副。本課程所講“聯(lián)接”通常主要是指“靜聯(lián)接”。聯(lián)接的類型：'螺紋聯(lián)接可拆聯(lián)接1鍵、花鍵、銷聯(lián)接（常用與輪轂聯(lián)接）彈性環(huán)聯(lián)接等（常用與輪轂聯(lián)接）1過盈聯(lián)接——介于兩者之間「鉚接——裂紋遇到鉚釘孔后，就停止擴(kuò)展，所以有利于提高疲不可拆聯(lián)接1不可拆聯(lián)接1勞強(qiáng)度。焊接——1粘接——如飛機(jī)機(jī)翼的蜂窩狀結(jié)構(gòu)是粘接的。熱時(shí)往往失效?？刹鹇?lián)接：是指聯(lián)接拆開時(shí)，不破壞聯(lián)接中的零件。重新安裝后，可以繼續(xù)使用。不可拆聯(lián)接：是指拆開時(shí)，要破壞聯(lián)接中的零件，不能繼續(xù)使用的聯(lián)接。本章主要討論螺紋聯(lián)接的構(gòu)造，計(jì)算和設(shè)計(jì)。第一節(jié)螺紋連接的基本知識(shí)一、螺紋的王要參數(shù)、 ［一、螺紋的王要參數(shù)、 ［外螺紋螺紋分為［內(nèi)螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋「1.大經(jīng)D（或d）——作為公稱直徑入王要參數(shù)有:小經(jīng)D（或d）——作為危險(xiǎn)截面的直徑11中經(jīng)D入王要參數(shù)有:小經(jīng)D（或d）——作為危險(xiǎn)截面的直徑11中經(jīng)D（或d）——其上牙厚二牙間寬度。22牙型角a牙型斜角P<6.工作高度h——接觸面的徑向高度7.螺距P是理想直徑。8.導(dǎo)程SS=nP9.螺紋頭數(shù)nnP10螺紋升角九tgX=竺兀d2TP二、常用的螺紋「聯(lián)接螺紋；要求自鎖性好按用途不同分為1〔傳動(dòng)螺紋：要求效率1咼按牙型不同分為:牙型斜角B自鎖性效率加工強(qiáng)度普通螺紋30°易低易高矩形螺紋0°不易高不易低梯形螺紋15°較易較咼較易較咼矩齒形螺紋3°不易較咼較易較咼注：目前：除了矩形螺紋尚無標(biāo)準(zhǔn)以外，其它三種均已標(biāo)準(zhǔn)化。使用時(shí)，可查閱標(biāo)準(zhǔn)。第二節(jié)螺紋聯(lián)接的基本類型及其預(yù)緊和防松、王要聯(lián)接形式實(shí)現(xiàn)螺紋聯(lián)接，通常有兩種方式：在被聯(lián)接件上直接做出，內(nèi)、外螺紋，把兩個(gè)被聯(lián)接件直接擰在一起是利用具有，內(nèi)、外螺紋的輔助零件（螺紋緊固件）來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于第二種方式，根據(jù)輔助零件的不同可以分為四種基本類型：麗士人時(shí)+立［普通螺栓 工作中只受拉（受拉螺栓）八 ［鉸制孔用螺栓（受剪螺栓）＜雙頭螺柱： （它們的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用見教材）螺釘聯(lián)接：、緊固螺釘聯(lián)接：（I.掌握：結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、要求會(huì)選用。（選的要合適）2.注意：兩種“螺栓”的區(qū)別。（結(jié)構(gòu)和受載）注意：23.各形式的應(yīng)用場(chǎng)合。4.螺紋緊固件都是標(biāo)準(zhǔn)件，有專門的廠家按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制造。對(duì)使用者，選好規(guī)格尺寸到商店買即可。、螺紋聯(lián)接的擰緊（1.防松，保證緊密性擰緊的目的：2擰緊的目的：|2.增強(qiáng)聯(lián)接的剛性，還可提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。根據(jù)裝配時(shí)是否擰緊分為（緊螺栓聯(lián)接：——工作之前安裝時(shí)就擰緊，各零件就已受力。2松螺栓聯(lián)接: 工作之前安裝時(shí)不擰緊，不收力。多數(shù)情況下，螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)需要擰緊，稱為“預(yù)緊”。預(yù)緊使聯(lián)接中的零件受到的力，稱為“預(yù)緊力”。預(yù)緊力的大小會(huì)影響聯(lián)接的可靠性，強(qiáng)度和密封性。所以對(duì)重要的聯(lián)接應(yīng)控制預(yù)緊力預(yù)緊力的控制通常是通過控制擰緊時(shí)所施加的擰緊力矩來實(shí)現(xiàn)的。擰緊螺母時(shí)，需要克服的摩擦阻力矩由兩部分組成：見教材計(jì)算公式）螺紋副上的摩擦阻力矩T見教材計(jì)算公式）支撐面的摩擦阻力矩T12經(jīng)推導(dǎo)分析得擰緊力矩T=T+T12即 t=KF.dt式中：F'——螺栓所受預(yù)緊力d——螺栓的直徑K——擰緊力矩系數(shù)。K"0.2tt控制擰緊力矩的常用方法是用測(cè)力矩扳手，定力矩扳手來實(shí)現(xiàn)。見教材上的圖。控制預(yù)緊力的更精確的方法：通過測(cè)量擰緊時(shí)螺栓的伸長(zhǎng)量來控制F'。由于摩擦系數(shù)不穩(wěn)定，和加在扳手上的力難于準(zhǔn)確控制。對(duì)于直徑較小的螺栓，有時(shí)可能會(huì)被擰斷。所以，對(duì)于重要的聯(lián)接，不宜采用小于M12?M16的螺栓。三螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接雖然在設(shè)計(jì)上都是滿足自鎖條件的，但在實(shí)際中，由于會(huì)遇到?jīng)_擊、振動(dòng)，溫度變化等因素的影響，使聯(lián)接也可能出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。導(dǎo)致機(jī)器不能正常工作，甚至發(fā)生嚴(yán)重事故。所以設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到防宋的問題。以保證連接安全可靠。通常采用的防松措施很多（見教材上的表，對(duì)照表講解）。'摩擦防松——增大摩擦力按工作原理分為｛機(jī)械防松、永久止動(dòng)注：前述內(nèi)容比較零散，但是都不可缺少。（要求最起碼記住幾種常用的防松方法）第三節(jié)單個(gè)螺栓聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算是螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算的基礎(chǔ)。螺栓、螺柱、螺釘聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算基本相同，本節(jié)以螺栓聯(lián)接為代表，分析螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算問題。就單個(gè)螺栓聯(lián)接而言，工作中所受的載荷（力）有兩種基本形式：'受軸向力—一沿螺栓桿軸線方力的用普通螺栓q 「可用受剪螺栓受橫向"一垂直螺栓桿軸線的可可用剪通螺栓下邊就按螺栓受力方向不同，分別討論強(qiáng)度計(jì)算方法。一、受剪螺栓（鉸制孔螺栓）強(qiáng)度計(jì)算（通?？烧J(rèn)為不擰緊，不受預(yù)緊力）如圖所示：工作中螺栓受橫向力Fs的作用。螺栓聯(lián)接的可能失效形式為J螺栓桿的剪斷[螺栓桿或孔壁壓潰因此，針對(duì)這兩種可能的失效進(jìn)行剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度計(jì)算。1.螺栓桿的剪切強(qiáng)度（安全）條件為：F4FT=—= s—S」Am兀d2ms式中：m——螺栓受剪面數(shù)（如前面圖為m=2）d——螺栓桿受剪面直徑s[t]——螺栓材料的許用切應(yīng)力見表5-92.螺栓桿或孔壁的擠壓強(qiáng)度（安全）條件F=s<

dh式中：h——計(jì)算對(duì)象的受壓高度［b］計(jì)算對(duì)象的材料許用擠壓應(yīng)力見表5-9p注意：①計(jì)算對(duì)象可能是螺栓，也可能是兩個(gè)被聯(lián)件之中的一個(gè)。②考慮到各零件的材料和受壓高度不同，應(yīng)取hJ乘積p最小者為計(jì)算對(duì)象。二、受拉螺栓（普通螺栓）的強(qiáng)度計(jì)算勒、J受靜載荷時(shí)，失效為:——螺桿有螺紋部分的塑性變形或斷裂受拉螺栓［受變載荷時(shí)，失效為:——螺桿部分的疲勞斷裂受拉螺栓的強(qiáng)度計(jì)算主要是：確定或驗(yàn)算螺紋危險(xiǎn)剖面的尺寸，以保證螺栓桿不破環(huán)（即不失效）。至于螺栓的其他部分（如：螺紋牙、螺栓頭）以及螺母、墊圈的結(jié)構(gòu)尺寸，是根據(jù)等強(qiáng)度條件以及適用經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)的。［等強(qiáng)度－—就是說：在一個(gè)螺栓聯(lián)接中，如果具有螺紋的螺桿處不被破壞。那其它部分也不會(huì)破壞］。所以，除了螺桿以外的其他部分一般無需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，可根據(jù)螺栓的公稱直徑從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查取。受拉螺栓工作中又可分為：'受拉螺栓工作中又可分為：'松螺栓聯(lián)接：不預(yù)緊緊螺栓聯(lián)接：預(yù)緊（一）松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算裝配時(shí)，不擰緊，不受預(yù)緊力。工作中只承受軸向工作拉力F,例如起重吊鉤或滑輪。4F「］拉伸強(qiáng)度安全條件：b ＜丘」nd21didi按計(jì)算值去選標(biāo)準(zhǔn)的螺紋直徑）式中：di——螺紋的小徑:a］—螺栓的許用應(yīng)力F——所受的軸向拉力（二）緊螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算①僅承受預(yù)緊力的緊螺栓強(qiáng)度螺栓受軸向拉力F0和摩擦力矩T1的雙重作用。拉應(yīng)力：Fa<Q]nd2/4i扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：〒 T Ftg（屮+p'）-d,2T— 1 ——a 1——nd3/i6 nd3/i6ii2d / 小F2tg（屮+p'） a—d nd2/4ii

對(duì)于M10?M64的普通鋼制螺紋，可取:=0.17d2/d1=1.04-1.08, tgp0.5得：T~0.5a計(jì)算應(yīng)力：強(qiáng)度條件:a= 20.5得：T~0.5a計(jì)算應(yīng)力：強(qiáng)度條件:a= 2+3t2 2+3(O.5q)2?ca1.3Fa=l<[a]ca 兀d2/41②承受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接當(dāng)承受橫向工作載荷時(shí)，預(yù)緊力F0導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于橫向載荷F。特別注意，軸向載荷：（圖形見課件）特別注意，軸向載荷：（圖形見課件）預(yù)緊力F0：C---可靠性系數(shù)，常取C=1.1?1.3；m---結(jié)合面數(shù)；f---摩擦系數(shù);對(duì)鋼與鑄鐵，?。篺=0.1?0.15若取f=0.15,C=1.2,m=1,貝U：F0鼻8F-結(jié)構(gòu)尺寸大。這種聯(lián)接的螺栓在預(yù)緊力作用下，在其危險(xiǎn)截面（小徑處）產(chǎn)生拉應(yīng)力；為對(duì)螺栓施加預(yù)緊力，擰緊時(shí)螺栓同時(shí)還受扭矩，螺栓受軸向拉力F0和摩擦力矩T1的雙重作用。據(jù)前述的強(qiáng)度條件其小徑為：1.3F—,aa= 葉<[a]eca兀d2/41③受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接設(shè)流體壓強(qiáng)為p,螺栓數(shù)目為乙則缸體周圍每個(gè)螺栓的平均載荷為：p?兀D2/4F=—Z

F2工Fo+F加預(yù)緊力后?螺栓受拉伸長(zhǎng)入b0?被聯(lián)接件受壓縮短入m0加載F后：螺栓總伸長(zhǎng)量增加為：A入+入b0被聯(lián)接件壓縮量減少為：入m0-A入殘余預(yù)緊力減少為：F1總拉力為：F2=F+F1很顯然：F1<Fo為了保證聯(lián)接的緊密性，受軸向載荷的緊聯(lián)接必須維持一定的剩余預(yù)緊力。的大小可根據(jù)聯(lián)接的工作條件按課件中表7-5選取?？紤]到聯(lián)接在外載荷的作用下可能需要補(bǔ)充擰緊，即螺栓除受總拉力外，還同時(shí)受扭矩T作用，與受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接相似，螺栓的強(qiáng)度條件為：<Q]1.3F<Q]2兀d2/4式中，［O］為許用應(yīng)力（MPa），按課件中表查算。三）、配合螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算F—螺栓所受的工作剪力，單位為N；d°—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；c二丄]c二丄]PdL Pomin較制孔螺栓螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為："丄＜□-d24o設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使： Lmin$l?25do四、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)分析大多數(shù)機(jī)械中螺栓都是成組使用的?；驹瓌t：（圖形見課件）為了便于加工制造和對(duì)稱布置螺栓，保證聯(lián)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(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀。螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理（1） 對(duì)于鉸制孔用螺栓聯(lián)接，不要在平衡于工作載荷的方向上成排地布置8個(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過于不均；（2） 當(dāng)螺栓聯(lián)接彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近聯(lián)接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。（3） 當(dāng)同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，采用抗剪零件來承受橫向載荷。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聯(lián)接。螺栓的間距不大于所推薦的取值（見課件中的表）。為了便于在圓周上鉆孔時(shí)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)。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度應(yīng)相同。避免螺栓承受附加的彎曲載荷。第四節(jié)螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（自學(xué)，了解）大多數(shù)機(jī)械中螺栓都是成組使用的?；驹瓌t：為了便于加工制造和對(duì)稱布置螺栓，保證聯(lián)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(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀。螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理（1） 對(duì)于鉸制孔用螺栓聯(lián)接，不要在平衡于工作載荷的方向上成排地布置8個(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過于不均；（2） 當(dāng)螺栓聯(lián)接彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近聯(lián)接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。（3） 當(dāng)同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，采用抗剪零件來承受橫向載荷。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聯(lián)接。螺栓的間距不大于所推薦的取值。為了便于在圓周上鉆孔時(shí)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)。

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。第五節(jié)螺紋連接件材料及許用應(yīng)力一螺紋聯(lián)接件材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了螺紋聯(lián)接件的性能等級(jí)。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為10級(jí)，螺母的性能等級(jí)分為7級(jí)。在一般用途的設(shè)計(jì)中，通常選用4.8級(jí)左右的螺栓，在重要的或有特殊要求設(shè)計(jì)中的螺紋聯(lián)接件，要選用高的性能等級(jí)，如在壓力容器中常采用8.8級(jí)的螺栓。常用的螺紋聯(lián)接件材料為Q215、Q235、35、45等碳素鋼。當(dāng)強(qiáng)度要求高時(shí)，還可采用合金鋼，如15Cr、40Cr等。二螺紋聯(lián)接的許用應(yīng)力螺紋聯(lián)接件（螺栓、螺柱、螺釘、螺母等）都已標(biāo)準(zhǔn)化。有專門的廠家生產(chǎn)，機(jī)械設(shè)計(jì)中，我們只要按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用合適的尺寸規(guī)格即可。不用自己設(shè)計(jì)制造。1.螺紋標(biāo)準(zhǔn)間的性能等級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給螺紋標(biāo)準(zhǔn)間規(guī)定了兩種等級(jí)：產(chǎn)品等級(jí) 按公差大?。ň却笮。┎煌譃椋篈、B、C三級(jí)。< A級(jí)精度等級(jí)最高，C級(jí)則較低，用于一般場(chǎng)合。、性能等級(jí)——按力學(xué)性能的好壞分有不同的等級(jí)。性能等級(jí)：用兩個(gè)數(shù)字表示：例如：4.64.88.8等'整數(shù)部分表示:小數(shù)部分表示:c'整數(shù)部分表示:小數(shù)部分表示:c=整數(shù)x100(MP)ba屈強(qiáng)比即：性能等級(jí)3.6(4.6)4.85.65.86.8(8.8)9.810.912.9c (MP)bmin a33040042050052060080090010401220c(MP)smin a1902403403004204806407209401100「A、B級(jí) 8.8國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定：］c級(jí)——4.6或4.8JA、B級(jí)產(chǎn)品的性能等級(jí)為8.8級(jí)〔C級(jí)產(chǎn)品的性能等級(jí)為4.6或4.8級(jí)螺母的性能等級(jí)應(yīng)與螺栓相同。螺母的性能等級(jí)用一個(gè)數(shù)字表后b的大小。例如：①當(dāng)螺母較大時(shí):表示b=400MPba②當(dāng)螺母較小時(shí)，仿照時(shí)鐘的數(shù)字排列2.許用應(yīng)力：在螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)中，由設(shè)計(jì)者自己根據(jù)具體情況確定性能等級(jí)。之后可按下式計(jì)算許用應(yīng)力；靜應(yīng)力時(shí)：b靜應(yīng)力時(shí)：b］二b~S變應(yīng)力時(shí)：b]=a式中：變應(yīng)力時(shí)：b]=a￡?b―? 1K-Sbb其中：5.32bb第六節(jié)提高螺栓連接強(qiáng)度的措施分析影響螺栓連接強(qiáng)度的因素，從而提出提高聯(lián)接強(qiáng)度的措施。這對(duì)于螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)也是很重要的。螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度，主要取決于螺栓的強(qiáng)度。影響螺栓強(qiáng)度的因素很多，有材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、制造、工藝等。實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常主要是以下幾個(gè)方面考慮來提高聯(lián)接的強(qiáng)度。一、 改善螺紋牙之間的受力分布：對(duì)于普通螺母如右圖示。工作中螺栓受拉，使螺距增大，而螺母受壓，其螺距減小。導(dǎo)致螺栓、螺母產(chǎn)生了螺距差。這樣，向旋合的螺栓和螺母的各圈螺紋牙不能都保持良好的接觸，那末各圈螺紋牙所分擔(dān)的載荷就不相等。（如教材中圖所示）。理論分析和實(shí)踐都表明：從螺母支撐面算起第一圈受載荷最大。以后各圈依次減小。第10圈后的各圈幾乎不受力。［所以采用加厚螺母，增加旋合圈數(shù)，對(duì)提高連接強(qiáng)度并沒有多少作用。］改善措施：設(shè)計(jì)中，普通螺母圈數(shù)不要超過10。采用懸置螺母，環(huán)槽螺母，或內(nèi)斜螺母（改變牙的剛度）。前兩者，工作中螺母受拉。與螺栓螺距差減小。采用鋼絲螺套—－也可以減輕螺紋牙的受力不均，并可以減輕沖擊、振動(dòng)。這些措施多可以提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。二、 減小應(yīng)力幅（可提高疲勞強(qiáng)度）大家知道，影響疲勞強(qiáng)度的主要因素是變應(yīng)力中的應(yīng)力幅bT，則越易產(chǎn)生疲勞破壞。aC? /，則可以提高疲勞強(qiáng)度。由螺栓總拉