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1、上海理工大学机械原理与机械零件螺纹联上海理工大学机械原理与机械零件螺纹联接设计接设计第九章 螺纹联接设计螺纹螺纹副的受力分析/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螺旋传动(自学自学)第1页/共51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体上的直线绕于圆柱体上形成一螺旋线形成一螺旋线。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(保持图形通过圆柱体的轴线保持图形通过圆柱体的轴线)。二、螺纹分类二、螺纹分类按平面按平面图形形状图形形状分：分：三角形三角形、梯形梯形和和锯齿锯齿
2、形。形。按按螺旋旋向螺旋旋向分：分：左左旋、旋、右右旋旋(常用常用)。按按螺纹位置螺纹位置分分:内内螺纹、螺纹、外外螺纹螺纹按按母线母线分分:圆柱螺纹、圆锥螺纹圆柱螺纹、圆锥螺纹按按螺纹螺纹头数头数(44)分分:单单线、线、多多线线第2页/共51页三、三、螺纹参数螺纹参数大径大径d d:公称直径。公称直径。小径小径 d d1 1 :在强度计算时使用。在强度计算时使用。中径中径d d22:母线上牙沟槽和牙厚相等的母线上牙沟槽和牙厚相等的假想假想圆柱的直径；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。d d2 2(d+dd+d1 1)/2)/2螺距螺距P P
3、 :相邻两牙中径相邻两牙中径线上对应两点间的轴线上对应两点间的轴向距离。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两点间的轴向距离。同一螺旋线上相邻两牙中径线上对应两点间的轴向距离。若若螺旋线数螺旋线数为为n n，则，则S SnPnP第3页/共51页升角升角:中径中径d d22圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹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：轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。轴向截面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。对于对于对称对
4、称牙型牙型 /2/2(如三角螺纹如三角螺纹)第4页/共51页9-2螺旋副的受力分析、效率和自锁 一、矩形螺纹一、矩形螺纹(=0)=0)将矩形螺纹沿中径展开可得一将矩形螺纹沿中径展开可得一斜面斜面。在轴向载荷。在轴向载荷F Fa a 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(螺纹面螺纹面)运动。运动。当滑块沿斜面当滑块沿斜面等速上升等速上升时，驱动力时，驱动力 F F=F Fa a tgtg(+)当滑块沿斜面当滑块沿斜面等速下滑等速下滑时，驱动力时，驱动力 F F=F Fa a tgtg(-)当量摩擦角当量摩擦角=tg=tg-1-1f f 驱动
5、力矩驱动力矩 T T=FdFd22/2/2: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第5页/共51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F Faa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。将法向力的增加看作摩擦系数的增加。则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为：的法向力大于矩形螺纹。将法向力的增加看作摩擦系数的增加。则非矩形螺纹的摩擦
6、阻力可写为：f fF Fn n=f=fF Fa a/cos/cos =(f/cosf/cos)F Fa a=f f F Fa a =tg=tg-1-1f f 当滑块沿非矩形螺纹当滑块沿非矩形螺纹等速上升等速上升时时,驱动力驱动力F F=F Fa atgtg(+)当滑块沿非矩形螺纹当滑块沿非矩形螺纹等速下滑等速下滑时时,驱动力驱动力F F=F Fa a tgtg(-)驱动力矩驱动力矩 T T=FdFd22/2/2F Fa aF Fa aF Fa a=F=Fn nF Fn n=F=Fa a/cos/cos 第6页/共51页螺旋副的效率螺旋副的效率：螺纹上升时的驱动力矩螺纹上升时的驱动力矩T T是用
7、来克服螺旋副的是用来克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物的。螺旋副的效率是摩擦阻力和升起重物的。螺旋副的效率是有效功有效功与与输入功之比输入功之比。按螺旋转动一圈计算，输人功为。按螺旋转动一圈计算，输人功为2 2 T T ，有效功为有效功为F Fa aS S，则螺旋副的效率为：，则螺旋副的效率为：一定时，一定时，=f()=f()。取。取d d/d/d=0=0,得得 =4545-/2/2时时,效率最高。效率最高。一般一般 2525(过大制造困难过大制造困难,且且对提高对提高 不显著不显著)。=tgtgtgtg(+)F FaaS S2 2 T TF Fa a dd2 2 tgtg2 2 F Faatgt
8、g(+)d d22/2/2 第7页/共51页螺旋副自锁的条件螺旋副自锁的条件：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 F=F Fa atgtg(-)是用来维持滑块等速下滑的支持力是用来维持滑块等速下滑的支持力当当 时，无论时，无论F Fa a多大，滑块不会自动下多大，滑块不会自动下滑的现象滑的现象,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93螺纹联接的基本类型普通螺纹普通螺纹用于紧用于紧固联接固联接牙型角牙型角 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。同一公称直径有多种螺距，其中螺距最大的为粗
9、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页管螺纹管螺纹用用于于紧紧密密联联接接英制螺纹，公称直径是管子的公称通径。英制螺纹，公称直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
10、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页附表附表:直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸(摘自摘自GB/T196-1981)GB/T196-1981)公称直径公称直径公称直径公称直径(大径
11、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 11.251.254.4804.4805.3505.3507.1887.1884.1344.1344.9184.9186.6476.647 0.5 0.510101.51.59.0269.0268.3768.376 1.25,1,0.75
12、 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 33.53.516.37616.37618.37618.37620.37620.37633.05233.05225.05225.05227.72727.72715.294
13、15.29417.29417.29419.29419.29420.75220.75223.75223.75226.21126.211 2,1.5,1 2,1.5,1注注:括号内的公称直径为第二系列。括号内的公称直径为第二系列。H H=0.866=0.866P dP d2 2=d d-0.6495-0.6495P dP d1 1=d d-1.0825-1.0825P PD D、d-d-内、外螺纹大径内、外螺纹大径D D2 2、d d2 2-内、外螺纹中径内、外螺纹中径D D1 1、d d1 1-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:M24(:M24(粗牙普通螺纹粗牙普通螺
14、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页二、螺纹联接的二、螺纹联接的基本类型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普通螺栓普通螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓第12页/共51页螺纹紧固件螺纹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
15、页/共51页94螺纹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。因预紧力的大小对螺纹联接的可靠性、强度和密封有很大影响。应控制其预紧力。因预紧力的大小对螺纹联接的可靠性、强度和密封有很大影响。一、一、拧紧力矩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 rffF Fa a:预紧力预紧力 d d2 2:螺纹中径螺纹中径f fc c:螺母与被联接件支承螺母与被联接件支承面间的摩擦系数。无面间的摩擦系数。无摩擦摩擦f
16、 fc c=0.15=0.15 r rf f:支承面摩擦半径支承面摩擦半径 r rf f=(=(D D0 0+d d0 0)/4)/4 D D0 0 :螺纹支承面的外径螺纹支承面的外径 d d00: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页拧紧力矩的控制拧紧力矩的控制：小直径螺栓小直径螺栓装配时应施加小拧紧力矩装配时应施加小拧紧力矩;对重要的有强度要求的螺接联接，不宜采用小于对重要的有强
17、度要求的螺接联接，不宜采用小于MM1212的螺栓。的螺栓。通常通常:拧紧程度凭拧紧程度凭人工经验人工经验决定决定;重要联接处重要联接处:小批量生产时用小批量生产时用测力矩扳手测力矩扳手和和定力矩扳手定力矩扳手、大量生产时用、大量生产时用风扳机风扳机控制。控制。测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳机定力矩扳机第15页/共51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、振动和变载作用下，联接须防松。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。螺纹联接防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动。螺纹联接防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动。防松方法防
18、松方法很多，常用方法如下。很多，常用方法如下。串联钢丝防松弹簧垫圈防松第16页/共51页95螺纹联接的强度计算螺栓的主要螺栓的主要失效形式失效形式有：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)螺纹的压溃和螺纹的压溃和剪断剪断(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)。螺栓设计遵循螺栓设计遵循等强度原则等强度原则,其强度计算是其强度计算是:确定螺纹小径确定螺纹小径d d 11,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、松螺栓联接强度计算一、松螺栓联接强度计算松螺
19、栓联接松螺栓联接时螺母不拧紧，在承受工作载荷前不受力。当承受工作载荷时螺母不拧紧，在承受工作载荷前不受力。当承受工作载荷F F 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第17页/共51页二、紧螺栓联接强度计算二、紧螺栓联接强度计算1.1.仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接紧螺栓联接紧螺栓联接时时,螺栓除受预紧力螺栓除受预紧力F F00 外外,还要承受螺纹副相对转动的阻力矩还要承受螺纹副相对转动的阻力矩T T11，因此其应力为，因此其应力为:故故紧螺栓紧螺栓联接的联接的强度
20、强度条件为：条件为：对于对于MM1010MM6868的螺纹，取的螺纹，取 f f=0.15,=0.15,d d11、d d22和和取平均值取平均值(d d22/d d11=1.041.08)=1.041.08)，得：，得：0.5 0.5由于螺栓是塑性材料，故按第四强度理论由于螺栓是塑性材料，故按第四强度理论(最大形变能理论最大形变能理论),),当量应力为当量应力为 caca为：为：d d11第18页/共51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由于螺栓和被联接件的变形螺栓和被联接件的变形,F F22 F F00+F F ,应从分析螺栓联接的受力和变形入手
21、应从分析螺栓联接的受力和变形入手,找出螺栓总拉力的大小。找出螺栓总拉力的大小。螺栓拧紧螺栓拧紧但不受工作载荷时但不受工作载荷时,螺栓受拉力螺栓受拉力F F0 0 ,伸长伸长 b b被联接件受压力被联接件受压力F F0 0 ,缩短缩短 mm当当承受轴向载荷承受轴向载荷F F时时,螺栓伸长螺栓伸长量为量为 b b+,受拉力受拉力F F2 2。根据变形协调条件。根据变形协调条件(被联接件压缩变形减小量等于螺栓拉伸变形增加量被联接件压缩变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 mm-,而被联接件的压缩量由而被联接件的压缩量由F F0 0减至减至F F1 1。F F1
22、 1称为残余预紧力称为残余预紧力。螺栓总拉力：螺栓总拉力：F F22=F F+F F11F 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 F0 0F F0 0F F0 0F F0 0 mb第19页/共51页用线图表示螺栓和被联接件的用线图表示螺栓和被联接件的受力变形关系受力变形关系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F F 在在00F F 间变化时，则间变化时，则F F22在在F F00
23、F F22间变化。间变化。第20页/共51页设计步骤设计步骤先求先求F F，再根据联接情况选择，再根据联接情况选择F F11，最后求，最后求F F22 ,计算螺栓强度；当计算螺栓强度；当F F和和F F00已知时，则先求已知时，则先求F F22，再检验，再检验F F11是否合乎要求。是否合乎要求。F F1 1的确定的确定当当F F 不变不变时，可取时，可取 F F11=(0.20.6)=(0.20.6)F F 当当F F 变化变化时，可取时，可取 F F11=(0.61.0)=(0.61.0)F F 对有对有密封密封性要求的联接，性要求的联接，F F11=(1.51.8)=(1.51.8)F
24、F螺栓联接的螺栓联接的强度条件强度条件为：为：第21页/共51页3.3.受横向载荷的螺栓联接受横向载荷的螺栓联接螺栓受横向工作载荷螺栓受横向工作载荷F F 时，若接合面的摩擦力足够大，则联接件间不会发生相对滑动。因此螺栓所需的轴向力时，若接合面的摩擦力足够大，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 f=0.15,=0.15,K KSS=1.2=1.2，mm=1=1时，时，F F00 88F F。故靠摩擦力来承担横向载荷时，其尺寸较大。故靠摩擦力来承担横向载荷时，其尺寸较大。F F0 0：预紧力：预紧力 K
25、 KS S:可靠性系数可靠性系数,通常通常K KS S1.11.31.11.3 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,对钢铁对钢铁f f=0.10.15=0.10.15第22页/共51页 附附:为避免上述缺点、可用：为避免上述缺点、可用：键键、套筒套筒或或销销承担横向工作载荷，螺栓来联接。承担横向工作载荷，螺栓来联接。铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓(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、销和铰制孔用螺栓可按受剪切和受挤压进行强度核算。这些减载装置中的键、套筒、销和铰制孔用螺栓可按受剪切和受挤压进行强度核算
26、。第23页/共51页附附:螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力国标规定了螺纹联接件的国标规定了螺纹联接件的性能等级性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为性能等级分为1010级，螺母的性能等级分为级，螺母的性能等级分为7 7级，常用级，常用4.84.8级左右级左右的螺栓，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，如压力容器中常用用8.88.8级螺栓。级螺栓。一、螺纹联接件材料一、螺纹联接件材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。高等碳素钢。高强度时
27、可采用合金钢，如强度时可采用合金钢，如15Cr15Cr、40Cr40Cr等。等。选材时选材时，应使，应使螺母材螺母材料料的强度级别的强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、硬度稍低于螺栓，以减少磨损及避免咬死，并便于免咬死，并便于换螺母换螺母。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9-6螺栓组的结构设计目
28、的目的：求出：求出螺栓组螺栓组中各螺栓受力的大小，特别中各螺栓受力的大小，特别是其中受力是其中受力最大最大的螺栓及其载荷。的螺栓及其载荷。一、受横向载荷一、受横向载荷F F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:fFfF00mz=Kmz=KSSF F f f:接合面摩擦系数接合面摩擦系数 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页二、受转矩二、受转矩T T的螺
29、栓组联接的螺栓组联接1.1.普通螺栓普通螺栓(受拉受拉)根据螺栓变形根据螺栓变形协调条件，作用在协调条件，作用在各螺栓上的剪力及各螺栓上的剪力及其剪切变形量与其其剪切变形量与其中心到底板旋转中中心到底板旋转中心的距离成正比。心的距离成正比。离底板旋转中心的离底板旋转中心的距离最远距离最远的螺栓受力的螺栓受力最大最大。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页三、受轴向载荷三、受轴向载荷F F的螺栓组联接的螺栓组
30、联接若作用在螺栓组上轴向总载荷若作用在螺栓组上轴向总载荷F F作用线与螺栓轴线平行，并通过作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：通常，各个螺栓还承受预紧力通常，各个螺栓还承受预紧力F F00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F F11时，每个螺栓所承受的总载荷时，每个螺栓所承受的总载荷F F22为为:F F2 2=F F1 1+F F F F:轴向力轴向力;z z:螺栓数目螺栓数目第27页/共51页四、受翻转力矩四、受翻转力矩MM的螺栓
31、组联接的螺栓组联接 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，各螺栓拉变形协调条件，各螺栓拉伸变形量与其中心至翻转伸变形量与其中心至翻转中心轴线的距离成正比中心轴线的距离成正比倾覆力矩倾覆力矩 M M 作用作用在联接接合面的一个对称面内在联接接合面的一个对称面内,底板在承受倾覆力矩之前底板在承受倾覆力矩之前,螺栓已拧紧并承受预紧力螺栓已拧紧并承受预紧力F F00。作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩作用在底板两侧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 为防止结合面受压最大处被压碎或受压
32、最小处出现间隙，要求：为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：螺栓的总拉力：螺栓的总拉力：左端边缘处最小挤压应左端边缘处最小挤压应力大于等于零力大于等于零限制右端边缘处的最大挤压应限制右端边缘处的最大挤压应力力,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97提高螺栓联接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：螺杆疲劳断裂螺杆疲劳断裂，常发生在常发生在螺栓头、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螺栓头、尾部和螺纹支承平面处。影
33、响螺栓强度的因素和提高强度的措施措施有：有：改善螺纹牙上载荷改善螺纹牙上载荷分布不均的现象分布不均的现象降低影响螺栓降低影响螺栓疲劳强度的应疲劳强度的应力幅力幅减小应力集减小应力集中的影响中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页一、减小应力幅一、减小应力幅若若F F ：00F F，则，则F F22：F F00F F00+F F CCbb /(/(CCbb+CCmm)减小减小F F22变化范围变化范围,对防止螺栓的疲劳损坏十分有利。故可对防止螺栓的疲劳损坏十分有利。故可减小减小CCbb或增大或增大CCmm。具体措施具体措施：减小螺栓光杆部分直径或采用空心螺杆、增加螺栓长度、
34、：减小螺栓光杆部分直径或采用空心螺杆、增加螺栓长度、采用软垫片采用软垫片等方法减小等方法减小CCbb。第31页/共51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采用普通螺母时，轴向载荷随旋合螺纹圈数增多递减多递减(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。故采用圈后，螺纹几乎不受载。故采用厚螺母不能厚螺母不能提高联接强度。提高联接强度。具体措施具体措施：用：用悬置悬置(受拉受拉)螺母螺母，环槽螺母环槽螺母等。等。第32页/共51页三、减小应力集中三、减小应力集中具体措施具体措施：增大过渡圆角、切制
35、卸荷槽使螺：增大过渡圆角、切制卸荷槽使螺栓截面变化均匀、减小应力集中。栓截面变化均匀、减小应力集中。第33页/共51页四、采用合理的制造工艺方法四、采用合理的制造工艺方法设计、制造或安装时的疏忽可能使螺栓受到附设计、制造或安装时的疏忽可能使螺栓受到附加弯曲应力。加弯曲应力。具体措施具体措施：用用凸台凸台或或沉头座沉头座等结构并切削。等结构并切削。除上述方法外，还有除上述方法外，还有冷墩头部冷墩头部或或辗压螺纹辗压螺纹；氰；氰化、氮化等化、氮化等表面硬化处理表面硬化处理。第34页/共51页螺旋传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转变为直线运动，并传递动力。利用螺杆和
36、螺母组成的螺旋副实现传动。主要用于将回转运动转变为直线运动，并传递动力。一、螺旋传动的种类一、螺旋传动的种类按用途按用途分为分为: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：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中有着广泛的应用。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中有着广泛的应用。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
37、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页作业P162：题9-7习题讲解P162：题9-5、9-6第36页/共51页复习与练习一、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。按其螺旋的旋向，可分为等等。按其螺旋的旋
38、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
39、，故，不易自锁，故性能好，常用作性能好，常用作螺螺 纹；普通三角螺纹常用纹；普通三角螺纹常用旋，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
40、。圆锥管螺纹的优点是的优点是 比圆柱管螺纹高。与粗牙螺纹相比，比圆柱管螺纹高。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7 7、在螺栓联接中，在装配时一般都需在拧紧时加上、在螺栓联接中，在装配时一般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
41、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 。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9
42、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 来承受外加横向载荷。来承受外加横向载荷。1010、螺杆传动的功率损耗主要有：、螺杆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
43、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，板受、两块平板用两只铰制孔用螺栓联接，板受P P力作用力作用,已知已知
44、P P=2000N=2000N，a a=100mm=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d d00(螺栓许用剪切应力螺栓许用剪切应力 =40=40NN/mmmm22)6 6第42页/共51页22、图示液压缸的内径、图示液压缸的内径DD=200=200mmmm，缸盖与缸体之间用，缸盖与缸体之间用1010个个MM2020的螺栓（内径的螺栓（内径d d11=17.294=17.294mmmm）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F F11=1.6=1.6F F（F F为工作载荷），相对刚性
45、系数为工作载荷），相对刚性系数CCbb/(/(CCbb+CCmm)=0.2,)=0.2,螺栓许用拉应力螺栓许用拉应力 =110=110NN/mmmm22，试计算油缸所能承受的最大油压，试计算油缸所能承受的最大油压p p和单个螺栓所需要的预紧力和单个螺栓所需要的预紧力F F0 0。(F F22=F F00+F F CCbb/(/(CCbb+C+Cmm)7 7第43页/共51页33、如图示方形盖板用四个螺钉与箱体联接，盖板中心、如图示方形盖板用四个螺钉与箱体联接，盖板中心OO点的吊环受拉力点的吊环受拉力QeQe=20000=20000NN，(1)(1)如螺钉的残余预紧力如螺钉的残余预紧力QrQr为
46、螺钉所受轴向工作载荷的为螺钉所受轴向工作载荷的0.60.6倍时，求螺钉所受的总拉力倍时，求螺钉所受的总拉力QQ；(2)(2)如因制造误差如因制造误差,吊环由吊环由OO点移到点移到OO 点点,OOOO=5=5mmmm，此时哪个螺钉受力最大？其总拉力等于多少？，此时哪个螺钉受力最大？其总拉力等于多少？8 8第44页/共51页44、已知紧螺栓联接的预紧力、已知紧螺栓联接的预紧力F F00和轴向工作载荷和轴向工作载荷F F都为都为15001500，试计算螺栓刚度，试计算螺栓刚度CCbb与被联接件刚度与被联接件刚度CCmm相等，和相等，和CCbb=CCmm/2/2两种情况下，螺栓总拉伸载荷两种情况下，螺
47、栓总拉伸载荷F F22，以及当，以及当F F为为0 015001500NN间变化时间变化时F F22的变化幅度的变化幅度FF22，并在图上标出其符号，并在图上标出其符号(FF22=（F F22-F F00)/2)/2，)。9 9第45页/共51页55、应用紧螺栓联接中力、应用紧螺栓联接中力变形图，分析在预紧力变形图，分析在预紧力F F00和轴向工作载荷和轴向工作载荷F F以及被联接件刚度以及被联接件刚度CCmm不变的条件下，为了改善螺栓的受力情况，减小螺栓的刚度不变的条件下，为了改善螺栓的受力情况，减小螺栓的刚度CCbb后，螺栓所受载荷后，螺栓所受载荷F F22、残余预紧力、残余预紧力F F1
48、1的变化情况。在力的变化情况。在力变形图上表示变化前后变形图上表示变化前后F F22、F F11的情况，并说明的情况，并说明F F11的变化对联接的影响。的变化对联接的影响。(或：两只结构与受力条件完全相同的化工容器。甲用橡胶垫片或：两只结构与受力条件完全相同的化工容器。甲用橡胶垫片(CCmm较小较小)，乙用金属垫片，这两只容器上的端盖螺栓受力哪一个较大，为什么？试作力，乙用金属垫片，这两只容器上的端盖螺栓受力哪一个较大，为什么？试作力变形图分析。）变形图分析。）1010第46页/共51页66、试应用紧螺栓联接中力、试应用紧螺栓联接中力变形图，分析联接的接合面上加软垫片前后，在预紧力变形图，分
49、析联接的接合面上加软垫片前后，在预紧力F F00和外载荷和外载荷F F不变的条件下，螺栓总拉伸载荷不变的条件下，螺栓总拉伸载荷F F22及剩余预紧力及剩余预紧力F F11的变化情况，在图中标出加软垫片前后的的变化情况，在图中标出加软垫片前后的F F22和和F F11，并说明加软垫片对螺栓联接特性的影响。，并说明加软垫片对螺栓联接特性的影响。1111第47页/共51页77、设螺栓联接其受力变形图如下，已知预紧力、设螺栓联接其受力变形图如下，已知预紧力QQ00=1000N=1000N，问：（，问：（1 1）工作载荷为零时，螺栓的总拉力；（）工作载荷为零时，螺栓的总拉力；（2 2）残余预紧力）残余预
50、紧力QQrr为零时螺栓的总拉力，在图上标出；（为零时螺栓的总拉力，在图上标出；（3 3）残余预紧力为零后，工作载荷继续增加，螺栓的总拉力是否变化？此时联接将发生什么变化？）残余预紧力为零后，工作载荷继续增加，螺栓的总拉力是否变化？此时联接将发生什么变化？1212第48页/共51页1111、图为普通紧螺栓组联接，单接合面，摩擦系数为、图为普通紧螺栓组联接，单接合面，摩擦系数为f f，可靠性系数为，可靠性系数为CC，试在图上标出在横向外载荷，试在图上标出在横向外载荷QQ作用下各螺栓的受力分析，并写出受载最大的螺栓所受轴向载荷的表达式。作用下各螺栓的受力分析，并写出受载最大的螺栓所受轴向载荷的表达式