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1、上海理工大学机械原理与机械零件螺纹上海理工大学机械原理与机械零件螺纹(luwn)联接设计联接设计第一页，共52页。第九章 螺纹(luwn)联接设计螺纹(luwn)螺纹(luwn)副的受力分析/效率和自锁螺纹联接的基本类型螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的强度计算螺栓组的结构设计提高螺栓联接强度的措施螺旋传动(自学自学)第1页/共51页第二页，共52页。91螺纹一、螺纹的形成一、螺纹的形成将一倾斜角为将一倾斜角为 的直线绕于圆柱的直线绕于圆柱(yunzh)(yunzh)体上形成一螺旋线。体上形成一螺旋线。取一平面图形使它沿螺旋线运动取一平面图形使它沿螺旋线运动(保持图形通过圆柱保持图形通过圆柱(yu
2、nzh)(yunzh)体的轴线体的轴线)。二、螺纹分类二、螺纹分类按平面图形形状分：按平面图形形状分：三角形、梯形和锯齿形。三角形、梯形和锯齿形。按螺旋旋向分：按螺旋旋向分：左旋、右旋左旋、右旋(常用常用)。按螺纹位置分按螺纹位置分:内螺纹、外螺纹内螺纹、外螺纹按母线分按母线分:圆柱圆柱(yunzh)(yunzh)螺纹、圆锥螺纹螺纹、圆锥螺纹按螺纹头数按螺纹头数(4)(4)分分:单线、多线单线、多线第2页/共51页第三页，共52页。三、螺纹参数三、螺纹参数大径大径d:d:公称直径。公称直径。小径小径d1:d1:在强度计算时使用。在强度计算时使用。中径中径d2:d2:母线上牙沟槽母线上牙沟槽(u
3、co)(uco)和牙厚相等的假想圆柱的直径；和牙厚相等的假想圆柱的直径；是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。d2(d+d1)/2d2(d+d1)/2螺距螺距P:P:相邻两牙中径相邻两牙中径线上对应线上对应(duyng)(duyng)两点间的轴两点间的轴向距离。向距离。导程导程S:S:同一螺旋线上相邻两牙中径线上对应同一螺旋线上相邻两牙中径线上对应(duyng)(duyng)两点间的轴向距离。两点间的轴向距离。若螺旋线数为若螺旋线数为n n，则，则SSnPnP第3页/共51页第四页，共52页。升角升角:中径中径d2d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹圆柱上，螺
4、旋线的切线与垂直于螺纹(luwn)(luwn)轴线的平面间的夹角。轴线的平面间的夹角。tgtg=npnpdd22牙型角牙型角：轴向截面：轴向截面(jimin)(jimin)内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型斜牙型斜：牙型侧边螺纹轴线的垂线间的夹角。：牙型侧边螺纹轴线的垂线间的夹角。对于对称牙型对于对称牙型/2(/2(如三角螺纹如三角螺纹)第4页/共51页第五页，共52页。9-2螺旋(luxun)副的受力分析、效率和自锁 一、矩形螺纹一、矩形螺纹(luwn)(=0)(luwn)(=0)将矩形螺纹将矩形螺纹(luwn)(luwn)沿中径展开可得一斜面。在轴向载荷沿中径展开
5、可得一斜面。在轴向载荷FaFa作用下螺旋副的相对运动，可看作推动滑块沿此斜面作用下螺旋副的相对运动，可看作推动滑块沿此斜面(螺纹螺纹(luwn)(luwn)面面)运动。运动。当滑块沿斜面等速上升时，驱动力当滑块沿斜面等速上升时，驱动力F=Fatg(+)F=Fatg(+)当滑块沿斜面等速下滑时，驱动力当滑块沿斜面等速下滑时，驱动力F=Fatg(-)F=Fatg(-)当量摩擦角当量摩擦角=tg-1f=tg-1f驱动力矩驱动力矩T=Fd2/2T=Fd2/2:螺纹升角螺纹升角F Fa a:轴向载荷轴向载荷F Fn n:法向反力法向反力 fF fFn n:摩擦力摩擦力 f f:摩擦系数摩擦系数F F:中
6、径处水平推力中径处水平推力滑块受力分析滑块受力分析(fnx)(fnx)第5页/共51页第六页，共52页。二、非矩形螺纹二、非矩形螺纹(如三角、梯形和锯形螺纹如三角、梯形和锯形螺纹)受力分析：受力分析：若略去若略去 的影响，在轴向力的影响，在轴向力FaFa作用下，非矩形螺纹作用下，非矩形螺纹的法向力大于矩形螺纹。将法向力的增加的法向力大于矩形螺纹。将法向力的增加(zngji)(zngji)看作摩擦系数的增加看作摩擦系数的增加(zngji)(zngji)。则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为：。则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为：fFn=fFa/cos=(f/cos)Fa=fFa=tg-1ffFn=fFa/co
7、s=(f/cos)Fa=fFa=tg-1f当滑块沿非矩形螺纹等速上升时当滑块沿非矩形螺纹等速上升时,驱动力驱动力F=Fatg(+)F=Fatg(+)当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时,驱动力驱动力F=Fatg(-)F=Fatg(-)驱动力矩驱动力矩T=Fd2/2T=Fd2/2F Fa aF Fa aF Fa a=F=Fn nF Fn n=F=Fa a/cos/cos 第6页/共51页第七页，共52页。螺旋副的效率：螺旋副的效率：螺纹上升时的驱动螺纹上升时的驱动(qdn)(qdn)力矩力矩T T是用来克服是用来克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物的。螺旋副的效率螺旋副的摩擦阻力和
8、升起重物的。螺旋副的效率是有效功与输入功之比。按螺旋转动一圈计算，是有效功与输入功之比。按螺旋转动一圈计算，输人功为输人功为2T2T，有效功为，有效功为FaSFaS，则螺旋副的效率，则螺旋副的效率为：为：一定时，一定时，=f()=f()。取。取d/d=0,d/d=0,得得=45-=45-/2/2时时,效率最高。效率最高。一般一般25(25(过大制造困过大制造困难难,且对提高且对提高 不显著不显著)。=tgtgtgtg(+)F FaaS S2 2 T TF Fa a dd2 2 tgtg2 2 F Faatgtg(+)d d22/2/2 第7页/共51页第八页，共52页。螺旋副自锁的条件：螺旋副
9、自锁的条件：当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时的驱动力当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时的驱动力F=Fatg(-)F=Fatg(-)是用来维持滑块等速下滑的支持是用来维持滑块等速下滑的支持力力当当时，无论时，无论FaFa多大，滑块不会自动多大，滑块不会自动(zdng)(zdng)下滑的现象下滑的现象,称为螺旋副的自锁。自锁条件是称为螺旋副的自锁。自锁条件是:第8页/共51页第九页，共52页。93螺纹联接(linji)的基本类型普通普通(ptng)(ptng)螺纹螺纹用于紧固用于紧固(jn)(jn)联接联接牙型角牙型角 6060 的三角形米制螺纹。大径的三角形米制螺纹。大径d d为公称直径。同一公称直径有多
10、种螺距，其中螺距最大的为粗牙螺纹为公称直径。同一公称直径有多种螺距，其中螺距最大的为粗牙螺纹(应用最多应用最多)，其余为细牙螺纹。细牙螺纹升角小、小径大，因而自锁性能好、强度高。但不耐磨、易滑扣。适用于薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。，其余为细牙螺纹。细牙螺纹升角小、小径大，因而自锁性能好、强度高。但不耐磨、易滑扣。适用于薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。一、一、机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹三角螺纹三角螺纹第9页/共51页第十页，共52页。管螺纹管螺纹(luw(luwn)n)用用于于紧紧密密(j(jnnmm)联联接接英制螺纹，公称直径英制螺纹，公称直径(zhjng)(zhjng)是管
11、子的公称通径。是管子的公称通径。5555 圆柱管螺纹圆柱管螺纹:5555 圆锥管螺纹圆锥管螺纹6060 圆柱管螺纹圆柱管螺纹普通细牙管螺纹普通细牙管螺纹用于水、煤气、润滑管路系统中。用于水、煤气、润滑管路系统中。用于高精密密封处，不用填料、旋合迅速。用于高精密密封处，不用填料、旋合迅速。梯形螺纹梯形螺纹锯形螺纹锯形螺纹 =3=3，效率比梯形螺纹高效率比梯形螺纹高,但只能承受单方向轴向力。但只能承受单方向轴向力。=15=15，比矩形螺纹易切削比矩形螺纹易切削用于传动用于传动 锯锯 梯梯 三三小结小结：6 6种螺纹种螺纹第10页/共51页第十一页，共52页。附表附表:直径直径(zhjng)(zhj
12、ng)与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸(摘自摘自GB/T196-GB/T196-1981)1981)公称直径公称直径公称直径公称直径(大径大径大径大径)粗粗粗粗 牙牙牙牙细细细细 牙牙牙牙D D、d d螺距螺距螺距螺距P P中径中径中径中径D D2 2、d d2 2小径小径小径小径D D1 1、d d1 1螺距螺距螺距螺距P P3 34 40.50.50.70.72.6752.6753.5453.5452.4592.4593.2423.242 0.35 0.355 56 68 80.80.81 11.251.254.4804.4805.3505.3507.1887.18
13、84.1344.1344.9184.9186.6476.647 0.5 0.510101.51.59.0269.0268.3768.376 1.25,1,0.75 1.25,1,0.7512121.751.7510.86310.86310.10610.106 1.5,1.25,1,0.5 1.5,1.25,1,0.5(14)(14)16162 22 212.70112.70114.70114.70111.83511.83513.83513.835 1.5,1 1.5,1(18)(18)2020(22)(22)2424(27)(27)30302.52.52.52.52.52.53 33 33.5
14、3.516.37616.37618.37618.37620.37620.37633.05233.05225.05225.05227.72727.72715.29415.29417.29417.29419.29419.29420.75220.75223.75223.75226.21126.211 2,1.5,1 2,1.5,1注注:括号括号(kuho)(kuho)内的公称直径为第二系列。内的公称直径为第二系列。H=0.866P d2=d-0.6495P d1=d-1.0825PH=0.866P d2=d-0.6495P d1=d-1.0825PD D、d-d-内、外螺纹大径内、外螺纹大径D2D2
15、、d2-d2-内、外螺纹中径内、外螺纹中径D1D1、d1-d1-内、外螺纹小径内、外螺纹小径 P-P-螺距螺距标记示例标记示例(shl):M24(shl):M24(粗牙普通螺纹粗牙普通螺纹,直径直径24,24,螺距螺距3)3)M241.5(M241.5(细牙普通螺纹细牙普通螺纹,直径直径24,24,螺距螺距1.5)1.5)第11页/共51页第十二页，共52页。二、螺纹联接二、螺纹联接(linji)(linji)的基本类型的基本类型双头螺柱双头螺柱螺螺 栓栓螺螺 钉钉紧定螺钉紧定螺钉(ludng)(ludng)普通普通(ptng)(ptng)螺栓螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓第12页/共51页第十三页
16、，共52页。螺纹螺纹(luwn)(luwn)紧固件紧固件六角头螺栓六角头螺栓双头螺栓双头螺栓六角螺母六角螺母六角开槽螺母六角开槽螺母平垫圈平垫圈圆螺母圆螺母弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈内六角圆柱头螺钉内六角圆柱头螺钉开槽圆柱头螺钉开槽圆柱头螺钉平圆头螺钉平圆头螺钉开槽沉头螺钉开槽沉头螺钉紧定螺钉紧定螺钉第13页/共51页第十四页，共52页。94螺纹(luwn)联接的预紧和防松对于重要的螺纹联接对于重要的螺纹联接,应控制其预紧力。因预紧力的大小应控制其预紧力。因预紧力的大小(dxio)(dxio)对螺纹联接的可靠性、强度和密封有很大影响。对螺纹联接的可靠性、强度和密封有很大影
17、响。一、拧紧力矩一、拧紧力矩螺纹副相对转动的阻力矩螺纹副相对转动的阻力矩螺母支承面上的摩擦阻力矩螺母支承面上的摩擦阻力矩F Fa a d d222 2T T=T T11+T T22=tgtg(+)+)+f fccF Faar rffFa:Fa:预紧力预紧力 d2:d2:螺纹中径螺纹中径fc:fc:螺母与被联接件支承螺母与被联接件支承 面间的摩擦面间的摩擦(mc)(mc)系系数。无数。无 摩擦摩擦(mc)fc=0.15(mc)fc=0.15 rf:rf:支承面摩擦支承面摩擦(mc)(mc)半径半径 rf=(D0+d0)/4 rf=(D0+d0)/4 D0:D0:螺纹支承面的外径螺纹支承面的外径
18、d0:d0:螺栓孔直径螺栓孔直径对于对于MM1010MM6868的粗牙螺纹的粗牙螺纹,若取若取f f=0.15,=0.15,f fcc=0.15,=0.15,则得：则得：T T=0.2=0.2F Faad d (d d:螺纹公称直径螺纹公称直径)第14页/共51页第十五页，共52页。拧紧力矩的控制：拧紧力矩的控制：小直径螺栓装配时应施加小拧紧力矩小直径螺栓装配时应施加小拧紧力矩;对重对重要的有强度要求的螺接联接，不宜采用小于要的有强度要求的螺接联接，不宜采用小于M12M12的螺栓。的螺栓。通常通常:拧紧程度凭人工经验决定拧紧程度凭人工经验决定;重要联接处重要联接处:小批量生产时用测力矩扳手小批
19、量生产时用测力矩扳手(bnshou)(bnshou)和定力和定力矩扳手矩扳手(bnshou)(bnshou)、大量生产时用风扳机控制。、大量生产时用风扳机控制。测力矩测力矩(lj)(lj)扳手扳手定力矩定力矩(lj)(lj)扳机扳机第15页/共51页第十六页，共52页。二、螺纹联接的防松二、螺纹联接的防松静载荷下，三角螺纹紧固件可自锁。在冲击、振静载荷下，三角螺纹紧固件可自锁。在冲击、振动和变载作用下，联接须防松。动和变载作用下，联接须防松。螺纹联接防松的根本问题螺纹联接防松的根本问题(wnt)(wnt)在于防止螺纹副在于防止螺纹副的相对转动。防松方法很多，常用方法如下。的相对转动。防松方法很
20、多，常用方法如下。串联钢丝防松弹簧垫圈防松第16页/共51页第十七页，共52页。95螺纹联接(linji)的强度计算螺栓的主要失效螺栓的主要失效(shxio)(shxio)形式有：形式有：(1)(1)螺栓杆拉断螺栓杆拉断(静载受拉螺栓静载受拉螺栓)；(2)(2)螺纹的压溃和剪断螺纹的压溃和剪断(铰制孔螺栓铰制孔螺栓)；(3)(3)经常装拆而滑扣经常装拆而滑扣(动载受拉螺栓动载受拉螺栓)。螺栓设计遵循等强度原则螺栓设计遵循等强度原则,其强度计算是其强度计算是:确定螺纹小径确定螺纹小径d1,d1,再按标准选定螺纹公称直径再按标准选定螺纹公称直径(大径大径)d)d及螺距及螺距P P。一、松螺栓联接强
21、度计算一、松螺栓联接强度计算松螺栓联接时螺母不拧紧，在承受工作载荷前不受力。当承受工作载荷松螺栓联接时螺母不拧紧，在承受工作载荷前不受力。当承受工作载荷FF时，其强度条件为：时，其强度条件为：螺纹小径螺纹小径,mmmm许用拉应力，许用拉应力，MPaMPa F Fdd1122/4/4=例例:起重机吊钩起重机吊钩(diou)(diou)第17页/共51页第十八页，共52页。二、紧螺栓二、紧螺栓(lushun)(lushun)联接强度计算联接强度计算1.1.仅受预紧力的紧螺栓仅受预紧力的紧螺栓(lushun)(lushun)联接联接紧螺栓紧螺栓(lushun)(lushun)联接时联接时,螺栓螺栓(
22、lushun)(lushun)除除受预紧力受预紧力F0F0外外,还要承受螺纹副相对转动的阻力还要承受螺纹副相对转动的阻力矩矩T1T1，因此其应力为，因此其应力为:故紧螺栓联接的强度故紧螺栓联接的强度(qingd)(qingd)条件为：条件为：对于对于M10M68M10M68的螺纹，取的螺纹，取f=0.15,d1f=0.15,d1、d2d2和和 取平均值取平均值(d2/d1=1.041.08)(d2/d1=1.041.08)，得：，得：0.50.5由于螺栓由于螺栓(lushun)(lushun)是塑性材料，故按第四强度理论是塑性材料，故按第四强度理论(最大形变能理论最大形变能理论),),当量应力
23、为当量应力为caca为：为：d d11第18页/共51页第十九页，共52页。2.2.受预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接受预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接由于螺栓和被联接件的变形由于螺栓和被联接件的变形,F2F0+F,F2F0+F,应从分析螺栓联接的受力和变形入手应从分析螺栓联接的受力和变形入手,找出螺栓总拉力找出螺栓总拉力(ll)(ll)的大小。的大小。螺栓拧紧但不受工作载荷时螺栓拧紧但不受工作载荷时,螺栓受拉力螺栓受拉力(ll)F0,(ll)F0,伸长伸长bb被联接件受压力被联接件受压力F0,F0,缩短缩短mm当承受轴向载荷当承受轴向载荷F F时时,螺栓伸长螺栓伸长(shnchn)(shnchn
24、)量为量为b+,b+,受拉力受拉力F2F2。根据变形协调条件根据变形协调条件(被联接件压缩变被联接件压缩变形减小量等于螺栓拉伸变形增加量形减小量等于螺栓拉伸变形增加量),),被联接件总压缩量为被联接件总压缩量为m-,m-,而被联而被联接件的压缩量由接件的压缩量由F0F0减至减至F1F1。F1F1称为称为残余预紧力。残余预紧力。螺栓螺栓(lushun)(lushun)总拉力：总拉力：F2=FF2=F+F1+F1F F1 1F F1 1F FF FF F2 2F F2 2F F0 0F F0 0F F0 0F F0 0 b b c cF F1 1F F1 1F FF FF F2 2F F2 2F
25、F0 0F F0 0F F0 0F F0 0 mb第19页/共51页第二十页，共52页。用线图表示螺栓用线图表示螺栓(lushun)(lushun)和被联接件的受力变形关系和被联接件的受力变形关系C Cb bC Cb b+C Cmm螺栓的螺栓的相对刚度系数相对刚度系数F F22=F+F=F+F1 1若若FF在在0F0F间变化间变化(binhu)(binhu)时，则时，则F2F2在在F0F2F0F2间变化间变化(binhu)(binhu)。第20页/共51页第二十一页，共52页。设计步骤设计步骤先求先求F F，再根据联接，再根据联接(linji)(linji)情况选择情况选择F1F1，最后，最后
26、求求F2,F2,计算螺栓强度；当计算螺栓强度；当F F和和F0F0已知时，则先求已知时，则先求F2F2，再检验，再检验F1F1是否合乎要求。是否合乎要求。F1F1的确定的确定当当FF不变时，可取不变时，可取F1=(0.20.6)FF1=(0.20.6)F当当FF变化时，可取变化时，可取F1=(0.61.0)FF1=(0.61.0)F对有密封性要求的联接对有密封性要求的联接(linji)(linji)，F1=(1.51.8)FF1=(1.51.8)F螺栓联接螺栓联接(linji)(linji)的强度条件为：的强度条件为：第21页/共51页第二十二页，共52页。3.3.受横向载荷的螺栓联接受横向载
27、荷的螺栓联接螺栓受横向工作载荷螺栓受横向工作载荷FF时，若接合面的摩擦力足够时，若接合面的摩擦力足够(zgu)(zgu)大，则联接件间不会发生相对滑动。因此螺栓所需的轴向力大，则联接件间不会发生相对滑动。因此螺栓所需的轴向力(即预紧力即预紧力)应为：应为：K KSSF FmfmfF F00 附附:当当f=0.15,KS=1.2f=0.15,KS=1.2，m=1m=1时，时，F08FF08F。故靠摩擦力来承担横向载荷。故靠摩擦力来承担横向载荷(zih)(zih)时，其尺寸较大。时，其尺寸较大。F0 F0：预紧力：预紧力 KS:KS:可靠性系数可靠性系数(xsh),(xsh),通常通常KSKS1.
28、11.31.11.3 m:m:接合面数目接合面数目,对钢铁被联接件可取对钢铁被联接件可取 f:f:接合面摩擦系数接合面摩擦系数(xsh),(xsh),对钢铁对钢铁f=0.10.15f=0.10.15第22页/共51页第二十三页，共52页。附附:为避免上述缺点、可用：为避免上述缺点、可用：键、套筒或销承担横向工作载荷，螺栓键、套筒或销承担横向工作载荷，螺栓(lushun)(lushun)来联接。来联接。铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓(lushun)(lushun)(螺杆与孔之间无间隙螺杆与孔之间无间隙)。这些减载装置中的键、套筒、销和铰制孔用螺栓这些减载装置中的键、套筒、销和铰制孔用螺栓(lushun
29、)(lushun)可按受剪切和受挤压进行强度核算。可按受剪切和受挤压进行强度核算。第23页/共51页第二十四页，共52页。附附:螺纹螺纹(luwn)(luwn)联接件的材料与许用应力联接件的材料与许用应力国标规定了螺纹联接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分国标规定了螺纹联接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为为(fnwi)10(fnwi)10级，螺母的性能等级分为级，螺母的性能等级分为(fnwi)7(fnwi)7级，常用级，常用4.84.8级左右的级左右的螺栓，重要或特殊要求中选用高性能等级，如压力容器中常用螺栓，重要或特殊要求中选用高性能等级，如压力容器中常用8.88.8级螺
30、栓。级螺栓。一、螺纹一、螺纹(luwn)(luwn)联接件材联接件材料料常用螺纹联接件材料为常用螺纹联接件材料为Q215Q215、Q235Q235、3535、4545等碳素钢。高强等碳素钢。高强度时可采用合金钢，如度时可采用合金钢，如15Cr15Cr、40Cr40Cr等。等。选材时选材时，应使，应使螺母材料螺母材料的强的强度级别度级别低于螺栓材料低于螺栓材料、硬度稍低于螺栓，以减少磨损及避免咬死，并便于、硬度稍低于螺栓，以减少磨损及避免咬死，并便于换换螺母螺母。二、螺纹联接件的许用应力二、螺纹联接件的许用应力1.1.螺纹联接件的螺纹联接件的许用拉应力许用拉应力2.2.螺纹联接件的螺纹联接件的许
31、用剪应力许用剪应力和和许用挤压应力许用挤压应力3.3.螺纹联接件的螺纹联接件的安全系数安全系数(被联接件为钢被联接件为钢)(被联接件为铸铁被联接件为铸铁)第24页/共51页第二十五页，共52页。9-6螺栓(lushun)组的结构设计目的：求出螺栓组中各螺栓受力的大小目的：求出螺栓组中各螺栓受力的大小(dxio)(dxio)，特别是其中受力最大的螺栓及其载荷。，特别是其中受力最大的螺栓及其载荷。一、受横向一、受横向(hnxin)(hnxin)载荷载荷FF的螺栓组联接的螺栓组联接1 1、受剪螺栓、受剪螺栓:2 2、受拉螺栓、受拉螺栓:fF0mz=KSF:fF0mz=KSF f f:接合面摩擦系数接
32、合面摩擦系数 F F0 0:螺栓预紧力螺栓预紧力;mm :接合面数接合面数;K KS S:考虑摩擦传力的可靠性系数考虑摩擦传力的可靠性系数 F F:各螺栓所受的工作载荷各螺栓所受的工作载荷 F F:横向载荷横向载荷;z z:螺栓数目螺栓数目第25页/共51页第二十六页，共52页。二、受转矩二、受转矩T T的螺栓的螺栓(lushun)(lushun)组联接组联接1.1.普通螺栓普通螺栓(lushun)(lushun)(受拉受拉)根据螺栓变形协根据螺栓变形协调条件，作用调条件，作用(zuyng)(zuyng)在各螺栓在各螺栓上的剪力及其剪切变上的剪力及其剪切变形量与其中心到底板形量与其中心到底板旋
33、转中心的距离成正旋转中心的距离成正比。比。离底板旋转中心离底板旋转中心(zhngxn)(zhngxn)的距离最远的螺栓受力最大。的距离最远的螺栓受力最大。靠联接预紧后在接合面靠联接预紧后在接合面间产生摩擦力矩抵抗间产生摩擦力矩抵抗T T 靠螺栓的剪切和螺栓靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压抵抗与孔壁的挤压抵抗T T2.2.受剪螺栓受剪螺栓(铰制孔铰制孔)(补充补充)第26页/共51页第二十七页，共52页。三、受轴向载荷三、受轴向载荷FF的螺栓的螺栓(lushun)(lushun)组联接组联接若作用在螺栓若作用在螺栓(lushun)(lushun)组上轴向总载荷组上轴向总载荷FF作用线与螺栓作用线与
34、螺栓(lushun)(lushun)轴线平行，并通过螺栓轴线平行，并通过螺栓(lushun)(lushun)组的对称中心，则各个螺栓组的对称中心，则各个螺栓(lushun)(lushun)受载相同，每个螺栓受载相同，每个螺栓(lushun)(lushun)所受轴向工作载荷为：所受轴向工作载荷为：通常，各个通常，各个(gg)(gg)螺栓还承受预紧力螺栓还承受预紧力F0F0的作用，当联接要有保证的残余预紧力为的作用，当联接要有保证的残余预紧力为F1F1时，每个螺栓所承受的总载荷时，每个螺栓所承受的总载荷F2F2为为:F2=F1+F:F2=F1+FF:F:轴向力轴向力;z:z:螺栓螺栓(lushun
35、)(lushun)数目数目第27页/共51页第二十八页，共52页。四、受翻转力矩四、受翻转力矩(lj)M(lj)M的螺栓组的螺栓组联接联接 因螺栓拉伸刚度相同因螺栓拉伸刚度相同,由由变形协调条件变形协调条件(tiojin)(tiojin)，各螺栓拉伸变形量与其中心各螺栓拉伸变形量与其中心至翻转中心轴线的距离成正至翻转中心轴线的距离成正比比倾覆力矩倾覆力矩(lj)M(lj)M作用在联接接合面的一个对称面内作用在联接接合面的一个对称面内,底板在承受倾覆力矩底板在承受倾覆力矩(lj)(lj)之前之前,螺栓已拧紧并承受预紧力螺栓已拧紧并承受预紧力F0F0。作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩作用在底板两侧
36、的合力矩与倾覆力矩MM平衡，即：平衡，即：离翻转轴线最远的受拉应力的螺栓最危险离翻转轴线最远的受拉应力的螺栓最危险max第28页/共51页第二十九页，共52页。为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙(jin x)(jin x)，要求：，要求：螺栓螺栓(lushun)(lushun)的总拉力：的总拉力：左端边缘处最小挤压左端边缘处最小挤压(j(jy)y)应力大于等于零应力大于等于零限制右端边缘处的最大挤压应力限制右端边缘处的最大挤压应力,保证右半边结合面不被压溃保证右半边结合面不被压溃_第29页/共51页第三十页，共52页。97提高螺栓联
37、接(linji)强度的措施螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度。螺栓承受轴向变载荷时，其失效形式为：螺杆疲劳螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度。螺栓承受轴向变载荷时，其失效形式为：螺杆疲劳(plo)(plo)断裂，常发生在螺栓头、尾部和螺纹支承平面处。影响螺栓强度的因素和提高强度的措施有：断裂，常发生在螺栓头、尾部和螺纹支承平面处。影响螺栓强度的因素和提高强度的措施有：改善螺纹改善螺纹(luwn)(luwn)牙牙上载荷分布不均的现上载荷分布不均的现象象降低影响螺栓疲劳降低影响螺栓疲劳强度的应力幅强度的应力幅减小应力集中减小应力集中的影响的影响采用合理的采用合理的制造工艺制造工艺第30页/共51页
38、第三十一页，共52页。一、减小应力幅一、减小应力幅若若FF：0F0F，则，则F2F2：F0F0+FCb/(Cb+Cm)F0F0+FCb/(Cb+Cm)减小减小F2F2变化范围变化范围,对防止螺栓的疲劳对防止螺栓的疲劳(plo)(plo)损坏十分有利。故可减小损坏十分有利。故可减小CbCb或增大或增大CmCm。具体措施：减小螺栓光杆部分直径或采用空心螺杆、增加螺栓长度、采用软垫片等方法减小具体措施：减小螺栓光杆部分直径或采用空心螺杆、增加螺栓长度、采用软垫片等方法减小CbCb。第31页/共51页第三十二页，共52页。二、螺纹牙载荷分配二、螺纹牙载荷分配采用普通螺母时，轴向载荷随旋合螺纹圈数增多采
39、用普通螺母时，轴向载荷随旋合螺纹圈数增多递减递减(第一围受载最大，以后各圈递减第一围受载最大，以后各圈递减)。到第。到第810810圈后，螺纹几乎不受载。故采用厚螺母不能提高联接圈后，螺纹几乎不受载。故采用厚螺母不能提高联接(linji)(linji)强度。强度。具体措施：用悬置具体措施：用悬置(受拉受拉)螺母，环槽螺母等。螺母，环槽螺母等。第32页/共51页第三十三页，共52页。三、减小应力集中三、减小应力集中具体措施：增大过渡圆角、切制卸荷槽使螺具体措施：增大过渡圆角、切制卸荷槽使螺栓截面栓截面(jimin)(jimin)变化均匀、减小应力集中。变化均匀、减小应力集中。第33页/共51页第
40、三十四页，共52页。四、采用合理的制造四、采用合理的制造(zhzo)(zhzo)工艺方法工艺方法设计、制造设计、制造(zhzo)(zhzo)或安装时的疏忽可能使螺栓或安装时的疏忽可能使螺栓受到附加弯曲应力。受到附加弯曲应力。具体措施：用凸台或沉头座等结构并切削。具体措施：用凸台或沉头座等结构并切削。除上述方法外，还有冷墩头部或辗压螺纹；氰化、除上述方法外，还有冷墩头部或辗压螺纹；氰化、氮化等表面硬化处理。氮化等表面硬化处理。第34页/共51页第三十五页，共52页。螺旋传动利用螺杆和螺母组成的螺旋副实现传动。主要用于将回转运动螺旋传动利用螺杆和螺母组成的螺旋副实现传动。主要用于将回转运动(ynd
41、ng)(yndng)转变为直线运动转变为直线运动(yndng)(yndng)，并传递动力。，并传递动力。一、螺旋传动的种类一、螺旋传动的种类按用途分为按用途分为(fnwi):(fnwi):传力螺旋传力螺旋/传导螺旋传导螺旋/调整螺旋调整螺旋按螺旋副摩擦性质分为按螺旋副摩擦性质分为(fnwi)(fnwi)：滑动螺旋滑动螺旋/滚动螺旋滚动螺旋/静压螺旋静压螺旋螺旋机构在机床的进给机构、起重设备、锻压机械、测量仪器、工具、夹具、玩具及其他工业装备螺旋机构在机床的进给机构、起重设备、锻压机械、测量仪器、工具、夹具、玩具及其他工业装备(zhungbi)(zhungbi)中有着广泛的应用。中有着广泛的应用
42、。常见运动形式：螺杆转动，螺母移动或常见运动形式：螺杆转动，螺母移动或螺母固定螺母固定，螺杆转动并移动。，螺杆转动并移动。98螺旋传动二、螺旋传动的设计计算二、螺旋传动的设计计算(略略)第35页/共51页第三十六页，共52页。作业P162：题9-7习题(xt)讲解P162：题9-5、9-6第36页/共51页第三十七页，共52页。复习(fx)与练习一、填空一、填空1 1、联接有可拆和不可拆两种、联接有可拆和不可拆两种,可拆联接有可拆联接有联接、联接、联接和联接和联接等。不可拆联接有联接等。不可拆联接有、等。等。2 2、螺纹按照螺纹线的数目、螺纹按照螺纹线的数目,可分为单线螺纹和可分为单线螺纹和螺
43、螺纹，其中纹，其中螺纹常用于联接。螺纹按其平面图螺纹常用于联接。螺纹按其平面图形的形状，可分为形的形状，可分为形、形、形和形和形形等等等等(dndn)(dndn)。按其螺旋的旋向，可分为。按其螺旋的旋向，可分为和和。常用的旋向是常用的旋向是。1/141/14第37页/共51页第三十八页，共52页。3 3、螺纹联接的基本类型有、螺纹联接的基本类型有联接，联接，联联接，接，联接以及联接以及联接等四种。当联接等四种。当被联接件之一厚度较大，并需经常拆卸时被联接件之一厚度较大，并需经常拆卸时,可采用可采用 联接；而不需经常拆卸的可采用联接；而不需经常拆卸的可采用联接。联接。4 4、螺纹的升角随线数减小
44、而、螺纹的升角随线数减小而，随中径增加而，随中径增加而。当升角。当升角当量摩擦角当量摩擦角 时，将发生时，将发生现现 象。螺旋副的自锁条件为象。螺旋副的自锁条件为，矩形螺纹牙形斜角，矩形螺纹牙形斜角为为，不易自锁，故，不易自锁，故性能好，常用作性能好，常用作螺螺 纹；普通三角纹；普通三角(snjio)(snjio)螺纹常用螺纹常用旋，公称直径为旋，公称直径为径，径，牙型角牙型角=，故，故性能好，常用作性能好，常用作使用。使用。2/142/14第38页/共51页第三十九页，共52页。5 5、螺纹联接中，、螺纹联接中，螺纹和螺纹和螺纹主要用于螺纹主要用于，其中，其中形螺纹只适用于承受单向轴向形螺纹
45、只适用于承受单向轴向载荷。载荷。6 6、普通螺纹的公称直径是螺纹的、普通螺纹的公称直径是螺纹的，计算时其危，计算时其危险截面直径为险截面直径为径；管螺纹的公称直径上管子径；管螺纹的公称直径上管子的的，其螺纹的牙型通常为，其螺纹的牙型通常为型。圆锥管螺纹型。圆锥管螺纹的优点是的优点是比圆柱比圆柱(yunzh)(yunzh)管螺纹高。与粗牙螺纹相比，管螺纹高。与粗牙螺纹相比，在公称直径相同时，三角形细牙螺纹的螺距在公称直径相同时，三角形细牙螺纹的螺距，小径小径，升角，升角；故它的；故它的性能好，性能好，强度高。强度高。3/143/14第39页/共51页第四十页，共52页。7 7、在螺栓联接中，在装
46、配时一般、在螺栓联接中，在装配时一般(ybn)(ybn)都需在拧紧时加上都需在拧紧时加上预紧力，其作用是提高螺纹联接的预紧力，其作用是提高螺纹联接的，。在重要的螺纹联接中，拧紧力矩的测定。在重要的螺纹联接中，拧紧力矩的测定较方便的方法是使用较方便的方法是使用扳手，较精确的方法是扳手，较精确的方法是测量拧紧时螺栓的测量拧紧时螺栓的量。量。8 8、螺栓联接中、螺栓联接中,普通螺栓联接通过在联接上加普通螺栓联接通过在联接上加力力,从而在接合面上产生从而在接合面上产生力来承受外加横向载荷力来承受外加横向载荷的的,普通螺栓联接所能产生的摩擦力大小主要取决普通螺栓联接所能产生的摩擦力大小主要取决于于、及及
47、。依靠摩擦力来承受外。依靠摩擦力来承受外加横向载荷的紧螺栓联接的缺点是加横向载荷的紧螺栓联接的缺点是和和等。等。为避免上述缺点，常用的措施是通过为避免上述缺点，常用的措施是通过、或或销承受横向工作载荷，而螺栓仅起联接作用。销承受横向工作载荷，而螺栓仅起联接作用。4/144/14第40页/共51页第四十一页，共52页。9 9、采用铰制孔用螺栓时，其特点是螺栓杆与孔壁之、采用铰制孔用螺栓时，其特点是螺栓杆与孔壁之间没有间没有，而是通过两者之间的，而是通过两者之间的来进行联来进行联接，在工作时，它通过螺栓光杆部分受接，在工作时，它通过螺栓光杆部分受，螺栓，螺栓杆与孔壁间受杆与孔壁间受来承受外加横向载
48、荷。来承受外加横向载荷。1010、螺杆、螺杆(lun)(lun)传动的功率损耗主要有：传动的功率损耗主要有：损耗、损耗、摩摩擦损耗、擦损耗、损损 耗等。螺纹的防松方法按原理可耗等。螺纹的防松方法按原理可分为分为防松、防松、防松和防松和防松等。防松等。1111、螺栓的主要失效形式有：螺栓杆、螺栓的主要失效形式有：螺栓杆、螺纹、螺纹、及经常拆装时及经常拆装时。在受有轴向变载。在受有轴向变载荷的紧螺栓联接中，通过荷的紧螺栓联接中，通过螺栓的刚度或螺栓的刚度或被被联接件的刚度，来提高螺栓的疲劳强度，但由此会联接件的刚度，来提高螺栓的疲劳强度，但由此会使联接中的使联接中的减小，从而降低联接的减小，从而降
49、低联接的；为了减小螺栓刚度，可为了减小螺栓刚度，可螺栓光杆部分的直径，螺栓光杆部分的直径，或或 采用采用螺栓，也可以螺栓，也可以螺栓长度。螺栓长度。5/155/15第41页/共51页第四十二页，共52页。二、计算题二、计算题1 1、两块平板用两只铰制孔用螺栓联接、两块平板用两只铰制孔用螺栓联接(linji)(linji)，板受，板受P P力作用力作用,已知已知P=2000NP=2000N，a=100mma=100mm，求：，求：a)a)每个螺栓所受的剪切力。每个螺栓所受的剪切力。b)b)计算螺栓光杆部分的直径计算螺栓光杆部分的直径d0(d0(螺栓许用剪切应力螺栓许用剪切应力=40N/mm2)=
50、40N/mm2)6 6第42页/共51页第四十三页，共52页。22、图示液压缸的内径、图示液压缸的内径(nijn)D=200mm(nijn)D=200mm，缸盖与缸体之间用，缸盖与缸体之间用1010个个M20M20的螺栓（内径的螺栓（内径(nijn)d1=17.294mm(nijn)d1=17.294mm）联接，要求接触面间残余预紧力）联接，要求接触面间残余预紧力F1=1.6FF1=1.6F（F F为工作载荷），相对刚性系数为工作载荷），相对刚性系数Cb/(Cb+Cm)=0.2,Cb/(Cb+Cm)=0.2,螺栓许用拉应力螺栓许用拉应力=110N/mm2=110N/mm2，试计算油缸所能承受的