2011春第五章螺纹连接和螺旋传动.ppt

第5章 螺纹连接 Screw joints,5-1 螺纹连接的基本知识 5-2 螺纹联接的预紧与防松 5-3 单个螺栓联接的强度计算 5-4 螺栓组联接的强度计算 5-5 螺纹连接件的材料和许用应力 5-6 提高螺纹连接强度的措施 5-7 螺旋传动,内容提要,教学目标与教学重点,1） 螺纹连接的基本类型及之间的区别； 2） 防松的必要性、基本原理和具体措施。 3） 既受预紧力又受工作载荷的受拉紧螺栓连接强度计算。 4） 螺栓组连接的设计。,1）熟悉螺纹连接的基本类型及其之间的区别； 2）了解螺纹连接拧紧的目的拧紧力矩的计算方法； 3）掌握螺纹连接防松的必要性以及防松的基本原理和措施； 4） 掌握受剪螺栓连接强度计算方法； 5） 掌握受拉螺栓连接强度计算方法。 6） 掌握螺栓组受力分析的方法； 7） 掌握提高螺栓连接强度的几项措施。,教学目标,教学重点,5-1 螺纹连接的基本知识,连接类型 螺纹的类型和主要参数 螺纹连接的类型和应用,联接分类,一、连接类型 Types of the joints,Joints,Separable joints,Permanent joints,Screw joints,Key, spline and pin joints,Shaped joints,Interference fit joints,Riveted joints,Welded joints,Adhesive joints,Elastic ring joints,Shafthub joints,一、螺纹形成,螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。,螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。,1 螺纹连接的基本知识,牙型角,三角形,梯形,锯齿形,加工方法：车制内外螺纹； 直径小用碾压法；内螺纹先用钻头钻出光孔，然后丝锥攻螺纹,螺纹,螺纹分类,螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。,螺纹按工作性质分为联接用螺纹和传动用螺纹。,螺纹的分类,1 按照螺纹的旋向 按螺旋线的旋向：左旋螺纹、右旋螺纹； 常用右旋螺纹。,右旋,左旋,右旋,轴线垂直放置，螺旋线向左上升左旋 螺旋线向右上升右旋,2 按螺旋线的数目： （1）单线螺纹、 （2）等距排列的多线螺纹。 单线螺纹自锁性能好；多线螺纹传递效率高。,螺纹的分类,单线 双线 三线,3 按螺纹的牙齿形状,三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、 锯齿形螺纹和管螺纹,螺纹的分类,螺纹 加工,东华大学专用 作者： 孙志宏,潘存云教授研制,潘存云教授研制,螺纹的牙型,常用螺纹的 特点和应用,特点：螺纹的牙型角 =2=60,螺纹牙根部的强度较高，当量摩擦角 大，自锁性能好，用于联接。 按螺距的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹。,1、三角形螺纹(代号：M GB 192-81),细牙螺纹与粗牙螺纹的比较,粗牙：常用连接牙形 细牙：用于薄壁零件的连接、受动载荷零件的连接及微调装置的调节螺纹 优点：升角小，小径大，自锁性能更好，强度高 缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。,细牙,细牙,粗牙,特点： =0，其传动效率高， 多用于传动。但对中性差， 牙根强度低，螺纹牙磨损 后间隙难以补偿。使传动 精度降低，故已被梯形螺 纹所代替。,2、矩形螺纹,3 梯形螺纹(代号：T GB 192-81),特点： =2=30。比矩形螺纹效率略低，但工艺性好、牙根强度高、对中性好。在螺旋传动中有广泛应用,4 、锯齿形螺纹(代号：S JB 923-66),特点：工作边牙侧角 = 3，非工作边牙侧角 = 30 它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。,联接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,连接螺纹 传动螺纹,螺旋传动,螺纹联接基本参数,(1)大径d （外径）：与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。,螺纹的最大直径，标准中定为公称直径。,(2)小径d1（内径）： 与外螺纹牙底(或内螺纹牙项)相重合的假想圆柱体的直径。,螺纹的最小直径，在强度计算中作为螺栓危险剖面的计算直径。,(3)中径d2：假想圆，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,确定螺纹几何参数和配合性质的直径。几何计算用。 一般取：d2=(d+d1)/2,（4）线数n ：螺纹的螺旋线数目。n=1时用于联接；n1时用于传动；n，但为便于制造n4 （5）螺距p ：相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 （6）导程s ：同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 s = np,（7）螺纹升角 ：中圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。,（8）牙型角 ：轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。,双线螺纹的螺距和导程,螺纹的精度等级:,A级,B级,C级,公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合,受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接,用于一般连接，最常用,螺纹紧固件按机械性能分为十级： 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9,点前数字为 ，点后数字为,例如3.6 表示抗拉强度 屈服极限,根据螺栓、螺柱和螺钉的材料： 3.6低碳钢 4.66.8低碳钢或中碳钢 8.8、9.8中碳钢或低碳合金钢 10.9中碳钢、低碳或中碳合金钢 12.9合金钢,螺母 性能等级： m0.8D 4 5 6 8 9 10 12,螺纹联接的材料和精度,螺纹联接的基本类型和标准螺纹联接件,螺纹链接的类型,1螺栓联接 （1）普通螺栓联接（受拉） （2）铰制孔螺栓联接（受剪） 2 双头螺柱联接 3螺钉联接 4紧定螺钉联接,螺栓联接：用于被联接件不太厚、装拆方便的场合。,普通螺栓联接 （受拉螺栓联接） 螺栓和孔壁有间隙孔的加工精度低 铰制孔螺栓联接（受剪螺栓联接） 螺杆与孔用过渡配合，承受轴向载荷孔需精制。螺栓受剪切、挤压；用于横向载荷大的连接 可起定位作用,1、螺栓联接,铰制孔用螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,普通螺栓联接,双头螺柱联接： 螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于被联接件之一较厚、不便加工通孔，但需经常拆卸的场合或用螺钉无法安装。 折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。,2、双头螺柱联接,拧入深度： 铜或青铜：H=d 铸 铁：H=1.251.5d 铝 合 金： H=1. 52.5d,螺钉联接：多用于受力不太大，被联接件不宜做成通孔，又不需要经常拆装的场合。,3、螺钉联接,拧入深度： 铜或青铜：H=d 铸 铁：H=1.251.5d 铝 合 金： H=1. 52.5d,紧定螺钉联接 旋入被联接件的螺纹孔中，顶住另一被联接件的表面或凹坑。 固定两个零件或传递不大的力矩。,4 、紧定螺钉联接,潘存云教授研制,紧定螺钉连接,其它：地脚螺栓 吊环螺栓 T形槽螺栓,双头螺柱联接,螺栓联接 比例画法,螺钉画法,画法改错,螺钉错误画法,标准螺纹联接件,标准螺纹联接件-双头螺柱,A型-有退刀槽 B型-没有退刀槽 两端螺纹可相同或不同，螺柱可带退刀槽或制成腰杆，也可制成全螺纹。,双头螺柱,标准螺纹联接件-螺钉,螺钉,头部形状有圆头、扁圆头、六角头、圆柱头和沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽和内六角孔等形式。,标准螺纹联接件-紧定螺钉,紧定螺钉,锥端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬度较大的平面或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于坚定空心轴上的零件位置。,标准螺纹联接件,自攻螺钉,头部形状有圆头、平头、半沉头及沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽等形式。末端形状有锥端和平端两种。,标准螺纹联接件,六角螺母,根据厚度分为标准螺母和薄型螺母两种。制造精度分为A、B、C三级，分别与相同级别的螺柱配合使用。,标准螺纹联接件,圆螺母与止动垫圈,圆螺母常与止动垫圈配用，装配时将垫圈内舌插入轴上的槽内，而将垫圈的外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧。,二、标准螺纹联接件,垫圈,斜垫圈只用于倾斜的支承面上。,螺纹联接的 预紧和防松,三、螺纹联接的预紧和防松 螺栓连接按装配时是否预先拧紧（预紧），可分为松螺栓联接和紧螺栓联接。松螺栓联接装配时不拧紧，螺栓只有在承受工作载荷时才受到力的作用； 绝大多数螺纹连接在安装时都必须拧紧，称为预紧。其目的是为了增强连接的刚性，增加紧密性和提高防松能力。对于受轴向拉力的螺栓连接，还可以提高螺栓的疲劳强度；对于受横向载荷的普通螺栓连接，有利于增大连接中接合面间的摩擦力。 紧螺栓联接在承受工作载荷之前就受到了拧紧力的作用，称其为预紧力。,三、螺纹联接的预紧和防松,1螺纹联接的预紧 拧紧的目的,1.提高联接的紧密性 2.防止联接松动 3.提高联接件强度,预紧力的控制：,测力矩扳手,定力矩扳手,测力矩扳手,螺纹联接的预紧,定力矩扳手,螺旋副的拧紧力矩,注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(M12)的螺栓。,预紧力和预紧力矩之间的关系：,螺纹联接的防松,防止螺旋副相对转动,摩擦防松,机械防松,粘合 冲点,弹簧垫圈 对顶螺母,开口销 止动垫圈,破坏螺纹副的运动关系防松,螺纹联接件一般采用：,单线粗牙的普通螺纹： 螺纹升角=14232 螺旋副的当量摩擦角=6.510.5,问：能否自锁？,显然能,但为什么还要防松？,能保证自锁的条件是：静载荷和工作温度变化不大的场合。 在冲击、振动或变载荷作用下，螺纹副间的摩擦力可能在瞬间减小或消失。 这种现象多次重复后，会使联接松脱。,一 、利用摩擦防松 （保证螺纹副间有足够的轴向压力和摩擦力矩）,1 、对顶螺母,在螺母和螺栓之间形成内力，保证摩擦力。 结构简单、使用方便 可靠性不高 用于平稳、低速、重载,2 、弹簧垫圈,弹力保持一定压力 切口尖端逆向,3 、锁紧螺母,镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中 椭圆口螺母,2、机械防松,开口销与开槽六角螺母,止动垫圈,串联钢丝,（在联接中加入其它机械元件) 开口销、止动垫圈，串联铁丝等。 适用于冲击振动载荷，重要场合使用，成本高。,机械防松,止动垫片防松,机械防松,止动垫片防松,机械防松,串联钢丝防松,机械防松,焊接 铆冲,不可拆卸防松,3、永久防松,粘、铆、焊等。,东华大学专用 作者： 孙志宏,永久防松,涂粘合剂,四、螺纹副的受力分析、效率和自锁,四、螺纹副的受力分析、效率和自锁,拧紧螺母时，可看作推动重物沿螺纹表面运动。将螺纹沿中径处展开，滑块代表螺母，螺母和螺杆间的运动可视为滑块在斜面上运动。,根据力的平衡条件可得： 旋紧螺母时作用在螺纹中径上的水平推力(圆周力)：,转动螺纹需要的转矩为：,若 ，说明此时无论轴向载荷有多大，滑块（即螺母）都不能沿斜面运动，这种现象称为自锁,滑块沿斜面等速下降时，摩擦力向上,螺旋副的效率,若为三角螺纹，则F=(f/cos)Q,为当量摩擦角， 为实际摩擦系数， 为螺旋副所受的轴向力。,1.当f相同,三角形螺纹升角 小、当量摩擦系数 大，自锁性 好，主要用于联接；螺纹牙型角度多为60，55度三角形 2.要提高传动效率，应适当提高 降低,拧紧螺母时的受力分析,当螺母旋转一周时，输入功为：,升举重物所作的输出功（有效功）为：,摩擦角反映了接触表面的摩擦系数，与载荷无关。,螺旋副的效率(Efficiency),由上式可知：当摩擦角一定时，效率只是升角的函数。,螺旋副的效率图,旋松螺母时的受力分析,螺旋副的自锁(Self-locking),当y=r时，F=0 即去掉支持力F ，滑块仍能保持平衡。 当yr时，F0 即要使滑块沿斜面等速下滑，必须加一反方向的水平推力F。否则，无论Q有多大，滑块也不会自行下滑。 这种现象称为螺旋副的自锁。 螺旋副的自锁条件为： yr,2）非矩形螺旋副的受力分析,由于非矩形螺纹的牙型斜角b不等于零，所以在同样的轴向载荷Q作用下：,在相同的压力作用下，非平面摩擦力大于平面摩擦力。,有关公式,力的关系：,驱动力矩：,效率：,自锁条件：,结论,五、常用螺纹,Coarse Thread,Fine Thread,普通螺纹是一种三角形螺纹，a=60，有粗牙、细牙之分 管螺纹， a=55 矩形螺纹， a=0 梯形螺纹， a=30 锯齿形螺纹,单个螺栓联接的受力分析和强度计算,4 单个螺栓联接的受力分析和强度计算,受拉螺栓,受剪螺栓,仅受预紧力F,同时受预紧力F和工作载荷F,对单个螺栓连接而言，其受力的形式为受轴向载荷（外载荷沿螺栓轴线方向）和横向载荷（外载荷垂直于螺栓轴线方向）两种。普通螺栓在轴向静拉力（包括预紧力）的作用下，其主要实效形式是螺栓杆或螺纹部分的塑性变形和过载断裂；而在变载荷作用下，其实效形式多为螺栓杆部的疲劳断裂，常发生在螺纹根部及有应力集中的部位。 因此，普通螺栓连接的设计准则是保证螺栓有足够的拉伸强度。 铰制孔用螺栓主要承受横向剪切力，其可能的实效形式是螺栓杆被剪断、螺栓杆或被连接件孔壁被压溃。其设计准则是保证连接有足够的挤压强度和螺栓的剪切强度。,5 单个螺栓联接的强度计算,强度计算的目的：,确定或验算螺栓危险截面的尺寸（直径） 危险截面面积由计算直径dc确定： dc=d1-H/6，H0.866p； 其中：d1、p分别为螺纹小径和螺距。,其它部分的尺寸以及螺母、垫圈的尺寸,是根据等强度条件确定的，通常不需进行强度计算。,受拉螺栓,受剪螺栓,一、 受剪螺栓联接的强度计算,特点: 孔和杆之间无间隙，多用配合尺寸，能精确定位，但加工精度要求高。 加横向载荷F后，靠挤压和剪切承担载荷。 主要失效形式为：压溃、剪断。,强度计算： 挤压强度条件： 剪切强度条件：,承受工作剪力的紧螺栓联接,特点：利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷F，螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷F进行工作,螺栓的剪切强度条件为：,螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：,铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工精度较高，成本较高。,第三节 单个螺栓联接的强度计算,工作时，螺栓受纯拉伸，工作载荷为 F（N）。, 校核式, 设计计算式,1、松螺栓联接的强度计算,特点：,装配时，螺母不拧紧；,强度计算：,二、 受拉螺栓联接的强度计算,5-8a,（1）仅承受预紧力的紧螺栓联接 普通螺栓联接（受拉螺栓联接）,2、紧螺栓联接的强度计算,特点：装配时，螺母需拧紧,螺栓受预紧力（预加锁紧力）F和螺纹阻力矩M1的作用。,特点：所加载荷为横向工作载荷F（载荷方向螺栓轴线），加载后，螺栓受力不发生变化，而靠预紧力产生的接合面摩擦力传递外力。,强度计算：要考虑到螺栓杆同时受拉应力和扭转剪应力的作用。,螺栓是塑性材料,应按第四强度理论求拉扭合成当量应力：,系数 1.3的含义是 对于普通螺栓联接的标准螺栓来说，虽然同时受拉应力和扭转剪应力作用，但计算时可作为纯拉伸的情况处理，即只需将拉伸载荷加大30%以考虑扭转剪应力的影响。, 校核式, 设计式,简化处理如下：对于M10M64的钢制普通螺栓 、 d2 /d1取统计平均值、 =arctan0.17, 0.5 ,因此，当量应力为：,其中：,设计公式,当f = 0.2 , i=1, 则F05F，说明这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠,F0 F / f,改进措施： (1)采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用,(2)采用无间隙的铰制孔用螺栓。,承受横向载荷的普通螺栓联接，其结构尺寸将大大增加，为避免这种缺陷，可采取如下措施：,典型实例：压力容器缸盖上的螺栓联接,（2）承受预紧力和轴向静载荷的紧螺栓联接,特点：装配时，螺母需拧紧，螺栓受F和M1作用; 加载后， 螺栓总拉力：,F0 = F+F,？,工作拉力F：,F0F+F,受力变形分析：,螺栓,被联接件,无力无变形,无力无变形,受力F变形b,受力F变形m,变形b 受力F+F”,变形m 受力 F”,因此，工作状态下螺栓所受总拉力为：,m,b,受力变形关系图 （图5-12）,若Cb 和Cm 分别表示螺栓与被联接件的刚度，则由图可得：,F0 = F + F,F0 =F F,F0 = F+KcF F = F+(1- Kc)F F= F -(1-Kc)F,其中： Kc 螺栓与被联接件的相对刚度，与联接的材料、结构等有关。当螺栓与被联接件均为钢制时，一般仅决定于垫片的材料：金属垫片Kc =0.20.3；皮革垫片Kc =0.7；铜皮垫片Kc =0.8；橡胶垫片Kc =0.9。,强度条件：,注意：对于普通螺栓联接，无论联接是受横向工作载荷还是轴向工作载荷，螺栓本身总是受轴向拉力作用。,剩余预紧力应满足下列要求：,1）无特殊要求时 F =（0.20.6) F,2）变载作用时 F =（0.61.0) F,3）有紧密性要求时 F =（1.51.8) F,为了保证联接的紧密性，防止联接受载后接合面产生间隙，应使 。,讨论：,） 最不利的情况,） 最理想的情况,3） 降低螺栓受力的措施： a) 必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈） b) 加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高强度,单个螺栓联接的强度计算,静强度条件,重要场合的螺栓连接，还应进行疲劳强度校核。,设计公式,当工作拉力在0F之间变化时，螺栓所受总拉力在F0 F2之间变化,若不考虑摩擦力矩的影响，有,因为min =const , 应力工作点M落在ODG I区域内， 依据疲劳强度理论有,其中 -1tc 螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限。, 材料特性系数 碳素钢 =0.10.2 合金钢 =0.30.3,K 综合影响系数,S 安全系数 见下页,设计要点：,对于重要的场合、不控制预紧力时，要求使用 M16螺栓。 设计时通常先估计d 查许用应力 设计计算求出 d1取d判断是否与假设接近，否则须重新设d查许用应力再进行计算，直至符合所设的d。 螺栓成组使用受力最大的螺栓单个螺栓计算采用同一尺寸,6 螺纹组联接的设计,1螺栓组受力分析的目的,2 受力分析中的几个假设条件,3 . 螺栓组受力分析,2)承受横向载荷F,3)承受转矩T,1)承受轴向载荷FZ,4)承受倾翻力距M,）螺栓组中各螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； ）螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合； ）假定底板为刚体，受载后联接接合面仍旧保持为平面。,主要是要找出螺栓组中受力最大的螺栓及其所受力的大小，为螺栓联接的强度计算提供依据。,一、承受轴向载荷FZ,假设载荷在每个螺栓上均匀分配，则工作拉力F：,需注意： 螺栓个数参考螺栓间距t0确定。 分布在同一圆周上的螺栓的数目，应取成4、6、8等偶数，以便于在圆周上钻孔时分度和画线。,二、承受横向载荷Fs,普通螺栓联接,假设螺栓组中的每个螺栓的预紧力F 都相同，并且由此而引起的摩擦力均集中在螺栓的中心。则,z,Fs,m,K,铰制孔用螺栓联接,于是，有,假设载荷在每个螺栓上都是均匀分配，则,K可靠性系数，K=1.11.3,（1）对于铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受工作剪力为:,（2）对于普通螺栓连接 ，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有,式中 z为螺栓数目。,Ks为防滑系数，设计中可取Ks =1.11.3。,普通螺栓,或,三、承受转矩T,普通螺栓联接,仍旧假设每个螺栓的预紧力均相同，于是有,T,K,由此可得,(5-23),三、承受转矩T,铰制孔用螺栓联接,解此静不定方程要点： 假定底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面，即变形全由螺栓承担。 螺栓组受后，刚性底座协调了各螺栓的变形量si，即,由力的平衡：,于是有：,即：,假定各螺栓的材料、直径、长度均相同， 它们的剪切刚度也相同，剪切刚度,三、承受转矩T,铰制孔用螺栓联接,螺栓的受力大小Fsi与其到回转中心的距离ri成正比，即,由力的平衡：,于是得,即：,(5-24),四、承受倾翻力距M,四、承受倾翻力距M,由力的平衡条件可得：,解此静不定方程要点： 假定底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面，即变形由螺栓和基座承担。 螺栓组受M 后，刚性底座协调了各螺栓的变形量，即每个螺栓的变形量是与其到对称轴的距离称正比。同理可知：变形愈大，受力也愈大。,螺栓先拧紧，拧紧后螺栓受预紧力（产生拉伸变形），基座被压缩（产生压缩变形）,在M 作用下，o-o轴线左侧的螺栓承受工作拉力（螺栓被进一步拉伸）， o-o轴线右侧的基座承受工作压力（螺栓被放松，预紧力减小）,四、承受倾翻力距M,于是: 受力最大的螺栓所承受的载荷为：,螺栓的受力大小Fi与其到对称轴线的距离ri成正比，即,(5-25),几点分析结论, 实际应用中，螺栓组所受的工作载荷常常是以上四种简单受力状态的不同组合，都可利用静力分析方法将复杂的受力状态简化为上述四种简单受力状态；, 一般情况下，对于普通螺栓可按轴向载荷与弯矩确定螺栓的工作拉力；按横向载荷与扭矩确定螺栓的预紧力；尔后确定螺栓的总拉力。, 铰制孔用螺栓应根据横向载荷和转矩确定螺栓的工作剪力。, 不管螺栓组的载荷状态如何复杂，就螺栓组中单个螺栓而言，其受力只有两种情况：轴向力；横向力。,8 提高螺栓联接强度的措施,1、改善螺纹牙上载荷分布不均现象,载荷分配不均现象及其产生的原因,改善措施,悬挂螺母；环槽螺母；内斜螺母；组合螺母（环槽与内斜组合等）。,、悬置螺母 螺杆与悬置螺母同时受拉力，使两者变形协调，可使旋合螺纹牙的载荷均匀分配。,提高螺栓连接强度的措施,、环槽螺母 环槽螺母和螺栓在支承面处的变形性质相同（均受拉），从而改善了旋合圈螺纹的受载状况。,、内斜螺母,将螺母旋入端制成1015的内锥，使螺栓受力较大的螺纹圈之受力点外移，螺栓疲劳强度可提高约20%。,提高螺栓联接强度的措施 2、 降低应力幅,降低螺栓的刚度,具体措施：使用空心螺栓；减小螺栓直径； 在螺母下面装弹性元件可达相同效果,起到柔性螺栓的效果,提高螺栓联接强度的措施 2、 降低应力幅,提高被联接件的刚度,具体措施：合理设计联接的结构；避免在被联接件接合面上使用刚性小的垫片；在被联接件接合面间加装刚性大的垫片,提高螺栓联接强度的措施 3、减少附加弯曲应力,凸台,鱼眼坑,要从结构、制造与装配精度采取措施。,提高螺栓联接强度的措施 3、减少附加弯曲应力,3 减小附加弯曲应力,提高螺栓连接强度的措施,球面垫圈,带环腰的螺栓,提高螺栓联接强度的措施 4、减小应力集中,1.增大过渡圆角,2.切制卸载槽,3.卸载过渡结构,提高螺栓联接强度的措施 5采用合理的制造工艺方法,螺栓的制造工艺对疲劳强度有重要的影响。例如，采用冷镦螺栓头部和辗压螺纹的工艺方法，可以显著提高螺栓的疲劳强度。这是因为除可降低应力集中外，冷镦和辗压工艺使材料纤维未被切断，金属流线走向合理（如图），而且有加工硬化的效果，并使表层留有残余应力。因而较切削螺纹疲劳强度提高约30% 。同时，这种无切削工艺本身还可以节省材料和提高生产率等。 此外，在工艺上采用氰化、氮化、喷丸等处理，都可提高螺纹连接件疲劳强度。,螺栓组的结构设计, 力求对称布置，以使接合面受力均匀,分布在同一圆周上的螺栓数应为、等易于分度的数目，以利划线钻孔,尽量使螺栓受力合理、均匀，并尽量减小螺栓的受力,F,F,(4) 对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；,螺栓排列应有合理的边距、间距，以保证装拆时的扳手空间,同一螺栓组中的所有螺栓均应采用相同材料、直径和长度,螺栓材料和许用应力,螺栓的常用材料为Q215、Q235、10、35和45钢，重要和特殊用途的螺纹连接件可采用15Cr、40Cr、30CrMnSi等力学性能较高的合金钢。国家标准规定螺纹连接件按其力学性能进行分级。下表列出了螺纹连接件常用材料的抗拉伸力学性能。螺纹连接的许用应力及安全系数见下表。,螺旋传动的类型与特点,一、螺旋传动的组成与功用,组成：螺旋传动是由螺杆与螺母构成的,功用：将回转运动转变为直线运动,运动形式,9 螺旋传动,二、螺旋传动的类型与特点,按照螺纹副的摩擦性质分类,滑动螺旋传动,滚动螺旋传动,静压螺旋传动,按照螺旋传动的用途分类,传力螺旋,传导螺旋,调整螺旋,优点：结构简单、制造方便、传动平稳、噪声小，可获得很大的减速比，从而能够承受较大的轴向载荷，并可实现自锁。 缺点：磨损大、效率低。,优点：摩擦损失比滑动螺旋小，故而效率高； 缺点：滚动体需要返回通道，体积大，制造成本高。,优点：传动摩擦损失和磨损都很小，效率很高； 缺点：需要有一套油路装置，结构复杂。,主要用来传递动力的螺旋传动.,主要用来传递运动的螺旋传动.,主要用于调整、固定零件位置的螺旋传动.,螺旋面间注入静压油，为液体摩擦状态。,螺旋面间装有滚动体的螺旋传动，为滚动摩擦状态.,螺杆与螺母直接接触，彼此间为滑动摩擦状态.,返回通道,三、滑动螺旋传动常用螺纹种类及其特点,滑动螺旋传动常用螺纹种类,梯形螺纹,牙形为矩形，无通用标准。其特点为：当量摩擦系数小，效率高，但加工较难，牙根强度较弱，磨损后间隙不能调整。,牙形为梯形，已经标准化。特点是当量摩擦系数较矩形螺纹高，效率低。但加工容易、牙根强度高、对中性好、间隙可以调整。,牙形为非等腰梯形，效率与矩形螺纹相近，有梯形螺纹的牙根强度高、对中性好；但只适用于单向载荷。,复习思考题,1在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是( )。 A .三角形螺纹 B. 梯形螺纹 C .锯齿形螺纹 D .矩形螺纹 2当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常拆卸时，往往采用( )。 A 螺栓联接 B 螺钉联接 C 双头螺柱联接 D 紧定螺钉联接,C.螺钉联接,4常用联接的螺纹是( )。 A 三角形螺纹 B 梯形螺纹 C 锯齿形螺纹 D 矩形螺纹 5承受横向载荷的紧螺栓联接，联接中的螺栓受( )作用。 A 剪切 B 拉伸 C 剪切和拉伸 6当两个被联接件不厚,通孔，且需要经常拆卸时，往往采用( )。 A 螺钉联接 B 螺栓联接 C 双头螺柱联接 D 紧定螺钉联接,9.在螺栓联接的结构设计中，被联接件与螺母和螺栓头接触表面处需要加工，这是为了 。 A.不致损伤螺栓头和螺母 B.增大接触面积，不易松脱 C.防止产生附加偏心载荷 D.便于装配。,7采用凸台或沉头座作为螺栓头或螺母的支撑面是为了( )。 A .减少预紧力 B .减少挤压力 C. 避免螺栓受弯曲应力 D 便于放置垫圈,11.设计螺栓组时常把螺栓布置成轴对称的均匀的几何形状，这主要是为了 （ ）。 A.美观 B.受力最小 C.联接方便 D.接合面受力较均匀 12.在确定紧螺栓联接的计算载荷时，预紧力F0比一般值提高30%，这是考虑了（ ）。 A.螺纹上的应力集中 B.螺栓杆横截面上的扭转应力 C.载荷沿螺纹圈分布的不均匀性 D.螺纹毛刺的部分挤压,13.螺纹连接的基本形式有哪几种？各适用于何种场合？有何特点？ 14.为什么螺纹连接通常要采用防松设施？常用的防松方法和装置有哪些？ 15.常见的螺栓失效形式有哪几种？失效发生的部位通常在何处？,17.判断下列说法的对错： 1）对于受轴向工作载荷的紧螺栓连接有：F=F+F0。 2）紧螺栓连接的强度是按拉应力建立的，因此没有考虑剪切应力的影响。 3）受拉螺栓连接只能承受轴向载荷。 18.螺栓连接的结构设计要求螺栓组对称布置于连接接合面的形心，理由是什么？ 19.受横向载荷的普通螺栓联接有何缺点？ 20.为什么大多数螺纹联接都要预紧？预紧力QP过小后果是什么？预紧力QP过大有什么结果？ 21.简述提高螺纹联接强度的四种措施。,22.如下图所示，a、b、c三种螺纹联接，依次为_联接。 （1）螺栓、螺柱、螺钉 （2）螺钉、螺柱、螺栓 （3）螺柱、螺钉、螺栓 （4）螺栓、螺钉、螺柱 （5）螺钉、螺柱、螺栓 （6）螺柱、螺栓、螺钉,27.试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图,3-4 为什么大多数螺纹连接都要拧紧？拧紧力矩要克服哪些力矩？ 答：为提高联接刚性、紧密性和防松能力以及提高螺栓在变载荷下的疲劳强度，因此大多数螺纹联接都要拧紧。 拧紧力矩要克服螺纹副力矩和螺母底面的摩擦阻力矩。,3-5 提高螺栓联接强度的措施有哪些？,答：提高螺栓联接强度的措施有： 1 降低影响螺栓疲劳强度的应力幅； 2 改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象； 3 减小应力集中的影响； 4 避免附加弯曲应力； 5 采用合理的制造工艺方法。,例 题,试找出图中螺纹联接结构中的错误，说明原因，并改正。已知被联接件材料均为Q235，联接件均为标准件。1）普通螺栓联接；2）螺钉联接；3）双头螺柱联接；4）紧定螺钉联接。,普通螺栓联接,主要错误 A、 螺栓安装方向不对，装不进去，应掉过头来安装； B、 普通螺栓联接的被联接件孔要大于螺栓大径，而下部被联接件孔与螺栓杆间无间隙； C、 被联接件表面没加工，应做出沉头座孔并刮平，以保证螺栓头及螺母支承面平整且垂直于螺栓轴线，避免拧紧螺母时螺栓产生附加弯曲应力； D、 一般联接，不应采用扁螺母； E、 弹簧垫圈尺寸不对，缺口方向也不对； F、 螺栓长度不标准，应取标准长度L=60mm； G、螺栓中螺纹部分长度短了，应取长30mm。,普通螺栓联接,螺钉联接,主要错误 A、 采用螺钉联接时，被联接件之一应有大于螺栓大径的光孔，而另一被联接件上应有与螺钉相旋合的螺纹孔。而图中上边被联接件没有做成大于螺栓大径的光孔，下边被联接件的螺纹孔又过大，与螺钉尺寸不符，且螺纹孔画法不对，小径不应为细实线； B、 若上边被联接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没加工。,双头螺柱联接,主要错误 A、 双头螺栓的光杆部分不能拧紧被联接件的螺纹内，M12不能标注在光杆部分； B、 锥孔角度应为120，而且应从螺纹孔的小径（粗实线处）画锥孔角的两边； C、 若上边被联接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没加工； D、弹簧垫圈厚度尺寸不对。,双头螺柱联接,紧定螺钉联接,主要错误 A、 轮毂上没有做出M6的螺纹孔； B、轴上未加工螺纹孔，螺钉拧不进去，即使有螺纹孔，螺钉能拧入，也需作局部剖视才能表达清楚。,紧定螺钉联接,1、当铰制孔用螺栓组联接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓 。,A、必受剪切力作用,B、必受拉力作用,C、同时受到剪切与拉伸,D、即可能受剪切，也可能受挤压作用,2、计算紧螺栓联接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的 倍。,A、1.1,B、1.3,C、1.25,D、0.3,3、在螺栓联接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是 。,A、提高强度,B、提高刚度,C、防松,D、减小每圈螺纹牙上的受力,4、在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了 。,A、受力均匀,B、便于装配,C、外形美观,D、降低成本,5、螺栓的材料性能等级标成6.8级，其数字代表 。,A、对螺栓材料的强度要求,B、对螺栓的制造精度要求,C、对螺栓材料的刚度要求,D、对螺栓材料的耐腐蚀性要求,6、螺栓强度等级为6.8级，则该螺栓材料的最小屈服极限近似为 。,A、480MPa,B、6MPa,C、8MPa,D、0.8MPa,7、不控制预紧力时，螺栓的安全系数选择与其直径有关，是因为 。,A、直径小，易过载,B、直径小，不易控制预紧力,C、直径大，材料缺陷多,D、直径大，安全,8、在受轴向变载荷作用的紧螺栓联接中，为提高螺栓的疲劳强度，可采取的措施是 。,A、增大螺栓刚度C1，减小被联接件刚度C2,B、减小C1，增大C2,C、增大C1和C2,D、减小C1和C2,9、在螺栓联接设计中，若被联接件为铸件，则有时在螺栓孔处制做沉头座或凸台，其目的是 。,A、避免螺栓受附加弯曲应力作用,B、便于安装,C、为安置防松装置,D、为避免螺栓受拉力过大,10、若要提高受轴向变载荷作用的紧螺栓的疲劳强度，则可 。,A、在被联接件间加橡胶垫片,B、增大螺栓长度,C、采用精制螺栓,D、加防松装置,11、在螺栓、螺钉和双头螺柱联接中，被联接件的光孔直径为什么比螺纹外径大？,可以降低孔的加工精度要求；安装方便；可避免在装拆时碰坏螺栓的螺纹。,12、铰制孔螺栓的螺纹外径为什么比无螺纹部分的直径小？,为了确保无螺纹部分承受横向载荷，且可避免损坏螺栓螺纹和铰制孔。,例一 设计一轴承座螺栓组联接，轴承座及底板材料皆为铸铁。载荷P作用在通过接合面纵向对称轴线，并垂直于接合面的平面内，采用普通螺栓联接，