第5章螺纹联接.ppt

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1、第五章 螺纹联接及螺旋传动福建农林大学机电工程学院福建农林大学机电工程学院机械工程系机械工程系 张翔张翔第五章第五章 螺纹联接及螺旋传动螺纹联接及螺旋传动联接概论 5.1 螺纹概述螺纹概述5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件螺纹联接的基本类型、标准联结件5.3 螺栓联接的预紧螺栓联接的预紧P68705.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松 P70725.5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算5.6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计 5.7 螺纹联结件的材料及许用应力螺纹联结件的材料及许用应力5.8 螺旋传动螺旋传动1、联接的功能、联接的功能 实现零件或称构件的相对运动锁合实现零件或称构件的相对

2、运动锁合 动联结动联结2、广义联接 静联接（全部锁合）-简称联接（部分锁合）（部分锁合）-运动副运动副联接概论联接概论n3、联接的类型联接的类型：螺纹联接螺纹联接键联接、花键联接、销联接键联接、花键联接、销联接弹性环联接等弹性环联接等联接联接可拆联接可拆联接不可拆联接不可拆联接粘接粘接铆接铆接焊接焊接过盈联接过盈联接联接概论联接概论引言4、按功能原理分材料锁合形状锁合力锁合焊接粘接5.1.1 5.1.1 螺纹的类型与应用螺纹的类型与应用螺纹的结构要素螺纹的结构要素 常用方式常用方式 牙形牙形 矩形 梯形、锯齿形、三角形（联结用）5.1 螺纹概述矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺

3、纹15303三角形螺纹三角形螺纹30螺纹的牙型5.1.1 5.1.1 螺纹的类型与应用螺纹的类型与应用螺纹的结构要素螺纹的结构要素 常用方式常用方式 牙形牙形 矩形 梯形、锯齿形、三角形（联结用）旋向旋向 左旋 右旋（优先使用）5.1 螺纹概述右旋右旋螺纹螺纹左旋左旋螺纹螺纹按螺纹的旋向分5.1.1 5.1.1 螺纹的类型与应用螺纹的类型与应用螺纹的结构要素螺纹的结构要素 常用方式常用方式 牙形牙形 矩形 梯形、锯齿形、三角形（联结用）旋向旋向 左旋 右旋（优先使用）线数线数 单线线 多线线（传动用）5.1 螺纹概述单线单线螺纹螺纹按螺纹的线数分多线多线螺纹螺纹5.1.1 5.1.1 螺纹的类

4、型与应用螺纹的类型与应用螺纹的结构要素螺纹的结构要素 常用方式常用方式 牙形牙形 矩形 梯形、锯齿形、三角形（联结用）旋向旋向 左旋 右旋（优先使用）线数线数 单线线 多线线（传动用）母体形状母体形状 圆柱体 圆锥体（紧密性好）5.1 螺纹概述圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹管螺纹管螺纹按母体形状分5.1.1 5.1.1 螺纹的类型与应用螺纹的类型与应用螺纹的结构要素螺纹的结构要素 常用方式常用方式 牙形牙形 矩形 梯形、锯齿形、三角形（联结用）旋向旋向 左旋 右旋（优先使用）线数线数 单头 多头（传动用）母体形状母体形状 圆柱体 圆锥体（紧密性好）例标准联接件例标准联接件：圆柱体、单线、右旋

5、、三角螺纹 -形态分析综合法形态分析综合法5.1 螺纹概述（1）直径：大径 d 公称直径。小径 d1强度计算。中径 d2几何计算。5.1.2 螺纹的主要参数（1）直径：大径 d 公称直径。小径 d1强度计算。中径 d2几何计算。（2）线数 n、螺距P、导程 S 关系：S=nP P SS：沿螺旋线转一周所移动的轴向距离5.1.2 螺纹的主要参数Sd2 PP（1 1）直径：）直径：大径 d 公称直径。小径 d1强度计算。中径 d2几何计算。（2）线数 n、螺距P、导程 S（4）牙型角 关系：S=nP（3）螺纹升角tg =S/d2d2S5.1.2 螺纹的主要参数(1)(1)自锁条件自锁条件varc

6、tan f/cos（=/2）(2)(2)效率：效率：tan/tg(+v)一般使用场合：一般使用场合：20 则：5.1.3 螺纹的自锁与效率5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件螺纹联接的基本类型、标准联结件n5.2.15.2.1基本类型基本类型1）螺栓联接普通螺栓联接5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件螺纹联接的基本类型、标准联结件n5.2.15.2.1基本类型基本类型1）螺栓联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件螺纹联接的基本类型、标准联结件n5.2.15.2.1基本类型基本类型1）螺栓联接2）螺钉联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接5.2 螺纹联接的基本类型、

7、标准联结件螺纹联接的基本类型、标准联结件n5.2.15.2.1基本类型基本类型1）螺栓联接3）双头螺柱联接2）螺钉联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件螺纹联接的基本类型、标准联结件5.2.15.2.1基本类型基本类型1）螺栓联接3）双头螺柱联接2）螺钉联接4）紧定螺钉联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接5.2.2 标准联接件（表标准联接件（表5-2）5.3 螺栓联接的预紧螺栓联接的预紧P6870（1）目的：）目的：提供正压力摩擦力、确保紧密性概念一：预紧预紧（工作前需拧紧）概念二：螺栓受到预紧力作用（2）与预紧力与预紧力F0对应的拧紧力矩对应的拧紧力矩T的计算的计

8、算（式（式5-7）5.3 螺栓联接的预紧螺栓联接的预紧P6870（3）T的控制方法的控制方法 常用方法常用方法：测力矩扳手测力矩扳手 定力矩扳手指针5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松P7072（1）松脱的原因）松脱的原因振动 轴向 F0减小或消失 周向 转动趋势（或）温度变化 变形差 F0下降 周向振动 螺母（杆）转（松）动5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松P7072（1）松脱的原因）松脱的原因（2）防松方式）防松方式 摩擦防松摩擦防松 对顶（双）螺母防松原理：增加摩擦力5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松P7072（1）松脱的原因）松脱的原因（2）防松方式）防松方式 摩擦防松摩擦防松 弹

9、簧垫圈防松原理：增加摩擦力尖端顶住螺母5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松P7072（1）松脱的原因）松脱的原因（2）防松方式）防松方式 摩擦防松摩擦防松 自锁螺母防松原理：增加摩擦力收口5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松P7072（1）松脱的原因（2）防松方式 摩擦防松 机械防松（形锁合）开口销与开槽六角螺母防松开口销螺母开槽5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松P7072（1）松脱的原因）松脱的原因（2）防松方式）防松方式 摩擦防松摩擦防松 机械防松机械防松（形锁合）（形锁合）止动垫圈防松上折上折下折下折5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松P7072（1）松脱的原因（2）防松方式 摩擦防松

10、 机械防松（形锁合）止动垫圈防松上折上折5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松P7072（1）松脱的原因（2）防松方式 摩擦防松 机械防松（形锁合）串连钢丝防松松脱拧紧5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松P7072（1）松脱的原因（2）防松方式 摩擦防松 机械防松（形锁合）破坏可拆5.5 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算 n5.5.1 工作类型与承载分析工作类型与承载分析 松螺栓联接松螺栓联接 预紧力预紧力 无 外载方向外载方向 轴向书图例 图5-21螺杆承载 受拉5.5 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算 n5.5.1 工作类型与承载分析工作类型与承载分析 松螺栓联接 预紧力 无 外载方

11、向 书图例 螺杆承载 轴向横向图5-21、图5-27受拉剪、挤非必需精密配合面铰制孔用螺栓联接5.5 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算 n5.5.1 工作类型与承载分析工作类型与承载分析 松螺栓联接松螺栓联接 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接 预紧力预紧力 无 不需 外载方向外载方向 书图例书图例 螺杆承载螺杆承载 结论：结论：轴向轴向横向横向轴向轴向图5-21、图5-27图5-18、受拉剪、挤受拉紧螺栓联接 有5.5 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算 n5.5.1 工作类型与承载分析工作类型与承载分析 松螺栓联接松螺栓联接 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接 紧螺栓联接紧螺栓联接 预紧

12、力预紧力 无 不需 有 外载方向外载方向 书图例书图例 螺杆承载螺杆承载 结论：结论：轴向轴向 横向横向横向横向轴向轴向图5-21、图5-27图5-18图5-22受拉剪、挤受拉5.5 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算 n5.5.1 工作类型与承载分析工作类型与承载分析 松螺栓联接 铰制孔用螺栓联接 紧螺栓联接 预紧力 无 不需 有 外载方向 书图例 螺杆承载 结论：紧联接螺杆受拉 其余螺杆承载与外载对应 轴向轴向、横向、横向横向横向轴向轴向图5-21、图5-27图5-18、图5-22受拉剪受拉5.5.2计算准则计算准则（1）受剪螺栓）受剪螺栓（2）受拉螺栓）受拉螺栓失效形式螺牙：挤、剪、变

13、形失效形式螺牙：挤、剪、变形 螺杆：断裂螺杆：断裂 螺栓标准件螺栓标准件“等强度等强度”计算准则：危险截面处计算准则：危险截面处 ca 松螺栓联接（普通拉杆）松螺栓联接（普通拉杆）紧螺栓联接？紧螺栓联接？5.5.3 紧螺栓联接的强度计算紧螺栓联接的强度计算（1）螺杆的应力状态）螺杆的应力状态 螺纹摩擦力矩螺纹摩擦力矩预紧力、轴向外载预紧力、轴向外载拉应力（拉应力（）扭剪应力（扭剪应力（）（2）强度计算理论）强度计算理论“第第4理论理论”M10M68 0.5（3）强度计算式）强度计算式设F2螺栓承受的轴向总载荷5.5.3 紧螺栓联接的强度计算紧螺栓联接的强度计算（4）轴向总载荷轴向总载荷F2的计

14、算的计算 横向外载螺栓仅受预紧力F0 0 F2 2F0 0（4）轴向总载荷F2的计算 横向外载：横向外载：F2F0 轴向外载（轴向外载（F）工作前螺栓承受预紧力工作是又作用有轴向工作载荷螺栓总载荷:F2=F0+F?（4）轴向总载荷F2的计算 横向外载：横向外载：F2F0 轴向外载（轴向外载（F）状态 被联接件 螺栓 压缩量 压力 伸长量 拉力未拧紧 0 0 0 0 （4）轴向总载荷F2的计算 状态 被联接件 螺栓 压缩量 压力 伸长量 拉力未拧紧 0 0 0 0 （4）轴向总载荷F2的计算 状态 被联接件 螺栓 拧 紧 m bF0F0压缩量伸长量压力拉力（4）轴向总载荷F2的计算 状态 被联接

15、件 螺栓 加轴载 m=m-b+F0 F1F1+F伸长量压缩量压力拉力（4）轴向总载荷F2的计算 横向外载：横向外载：F2F0 轴向外载（轴向外载（F）状态 被联接件 螺栓 压缩量 压力 伸长量 拉力未拧紧 0 0 0 0 拧 紧 mF0 bF0加轴载加轴载 m=m-F0 F1 b+F1+FF2=F1+F 残余预紧力（取值残余预紧力（取值P83）（4）轴向总载荷F2的计算 横向外载：横向外载：F2F0 轴向外载（轴向外载（F）：）：F2=F1+F 残余预紧力（取值P83）5.6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计 5.6.1 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计布置、数量、形状要求：1）满足紧

16、密性、联结固定的结构要求 2）使螺栓具有最佳的尺寸 3）加工装配工艺性好设计要点：1）合理的间距、边距紧密性扳手空间扳手空间5.6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计 5.6.1 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计布置、数量、形状要求：1）满足紧密性、联结固定的结构要求 2）使螺栓具有最佳的尺寸 3）加工装配工艺性好设计要点：1）合理的间距、边距（紧密性、扳手空间）（紧密性、扳手空间）2)合理承载（掌握好螺栓组受力分析）（掌握好螺栓组受力分析）5.6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计 5.6.1 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计布置、数量、形状要求：1）满足紧密性、联结固定的结构要

17、求 2）使螺栓具有最佳的尺寸 3）加工装配工艺性好设计要点：1）合理的间距、边距（紧密性、扳手空间）（紧密性、扳手空间）2)合理承载（掌握好螺栓组受力分析）（掌握好螺栓组受力分析）3）对称：结合面和布置形状、偶数、螺栓尺寸一致（加工、受（加工、受力、布置力、布置*）5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析目 的：求出受力最大的螺栓及其作用力基本假设：被联接件为刚体、预紧力相同、联接件刚度相同、弹性变形一致分析方法：4种典型载荷下的受力分析，叠加合成法.一般载荷分析原因：组中各螺栓受力常常是不均匀原因：组中各螺栓受力常常是不均匀5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析螺栓

18、组承受的4种典型载荷作用：2受横向载荷FF4受倾覆力矩OM3受转矩riOT1受轴向载荷FF5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析1).受横向载荷F(F过形心)：两种承载方式 普通螺栓 铰制孔用螺栓（摩擦力承载）（摩擦力承载）-求预紧力求预紧力（螺栓受剪）（螺栓受剪）-求剪力求剪力 形心5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析1).受横向载荷F(F过形心)：(1）受拉螺栓预紧力F0f F0zi KS F Ks防滑系数 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析1).受横向载荷F(F过形心)：(2)受剪螺栓剪力受剪螺栓剪力F变形协调：FF/z 5.6.2 螺栓组

19、联接的受力分析螺栓组联接的受力分析1).受横向载荷F(F过形心)：(1)受拉螺栓预紧力受拉螺栓预紧力F0f F0zi KS F Ks防滑系数(2)受剪螺栓剪力受剪螺栓剪力F变形协调：FF/z 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T被联接件的旋转中心螺栓组形心5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T被联接件的旋转中心螺栓组形心两种承载方式 普通螺栓 铰制孔用螺栓（摩擦力承载）（摩擦力承载）-求预紧力求预紧力（螺栓受剪）（螺栓受剪）-求剪力求剪力 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受

20、旋转力矩T(1)受拉螺栓预紧力(预紧力相等、底座摩擦力矩等于T)fF0r1+fF0r2+fF0rz KST5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(1)受拉螺栓预紧力(预紧力相等、底座摩擦力矩等于T)fF0r1+fF0r2+fF0rz KST 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(2)受剪螺栓的剪力（底板静力平衡）（底板静力平衡）F1r1+F2r2+F2rz T5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(2)受剪螺栓的剪力（底板静力平衡）（底板静力平衡）变形协调 形心螺栓1

21、中心螺栓2中心5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(2)受剪螺栓的剪力（底板静力平衡）（底板静力平衡）变形协调（剪切变形量与旋转半径成比例）（剪切变形量与旋转半径成比例）剪力与力臂（转动半径）成比例 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(2)受剪螺栓的剪力（底板静力平衡）（底板静力平衡）变形协调 剪力与力臂（转动半径）成比例 i/ri=j/rjFi/ri=Fj/rj5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(2)受剪螺栓的剪力（底板静力平衡）（底板静力平衡）变形协调 剪

22、力与力臂（转动半径）成比例 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(2)受剪螺栓的剪力（底板静力平衡）（底板静力平衡）变形协调 剪力与力臂（转动半径）成比例 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析3)受轴向载荷受轴向载荷F（F 过形心过形心）单个螺栓的工作载荷5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析4)受倾覆力矩受倾覆力矩M 在 M 作用下，底板有绕通过螺栓组形心的轴线 O 转动的趋势。底板上翻，机座放松，螺栓进一步拉紧底板下压，螺栓放松根据底板静力平衡变形协调可推得：5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析5)一

23、般载荷作用下的受力分析一般载荷作用下的受力分析例：分析图示扳手中的普通螺栓组联接的螺栓受力 5)一般载荷作用下的受力分析例：分析图示扳手中的普通螺栓组联接的螺栓受力解：1）受力分析 （1）取加长杆为研究对象，将载荷平移至螺栓组的形心得外力：F、T5)一般载荷作用下的受力分析例：分析图示扳手中的普通螺栓组联接的螺栓受力解：1）受力分析 （1）取加长杆为研究对象，将载荷平移至螺栓组的形心得外力：F、TF=PT=9aP（2）分析螺栓对螺栓孔的反力F 对于F分别有反力：F FF1F1 、F FF2F2 FF1FF2T对于T分别有反力：F FT1T1 、F FT2T2 FT1T1FT2T25)一般载荷作

24、用下的受力分析例：分析图示扳手中的普通螺栓组联接的螺栓受力解：1）受力分析 2)分别计算典型载荷F、T作用下对应的各反力 3）对FF1、FT1；FF2、FT2进行力合成 得各圆孔的总反力：F1、F2 4）对于铰制孔用螺栓，F1、F2 就是螺栓的剪力（取大者）F FF1FF2TFT1T1FT2T25）对于普通螺栓，则是要求在圆孔周围产生与F F1 1、F F2 2 相平衡的摩擦力，取大者计算预紧力F0 05.7 螺纹联结件的材料及许用应力螺纹联结件的材料及许用应力5.7.1 5.7.1 材料的级别材料的级别 1）按材料性能划分10个级别（3.612.9级）例级6.8 6.B/100=6 B=60

25、0 Mpa .8 （10S/B）=8 S=8B/10=8600/10=480 MPa 5.7.2 5.7.2 许用应力许用应力=S/S 表5-10 *不控制预紧力时S与直径有关5.8 螺旋传动螺旋传动5.8.1 特点特点（1）运动特性）运动特性 输入：回转直线运动（输出）（2）应用特点）应用特点 传动比大、精度较高、易自锁、效率低5.8 螺旋传动螺旋传动5.8.2 类型类型 应用类型应用类型 传力（如：螺旋千斤顶）传导（如：车床进给机构）调节按摩擦方式分类按摩擦方式分类 滑动螺旋 滚动螺旋（图5-45）阻力小、结构复杂 静压螺旋 承载强、阻力小、结构复杂 5.8 螺旋传动螺旋传动5.8.3 主要计算项目主要计算项目 耐磨性 螺牙强度 螺杆强度 自锁性 螺杆稳定性作业作业习题：习题：5-1、5-5