建筑工程类第5章螺纹联接和螺旋传动1(课堂讲义)

1、5-1 概述概述5-2 螺纹联接的类型螺纹联接的类型5-3 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动第二篇第二篇 联接联接5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析5-5 单个螺栓强度计算单个螺栓强度计算5-6 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施5-7 螺旋传动螺旋传动5-1 概述5-1 概述概述5-1 5-1 概述概述 一一. .螺纹的主要参数螺纹的主要参数dd大径大径d d1 1小径小径d d2 2中径中径（公称直径）（公称直径）PP螺距螺距nn线数线数SS导程，导程， S=nPS=nP升角，升角，2dStan牙型角

2、牙型角旋向旋向5-1 螺纹副的受力、效率和自锁F5-1 概述概述 二二. .螺纹副的受力、效率和自锁螺纹副的受力、效率和自锁效率效率 拧紧力拧紧力F F轴向载荷轴向载荷QQN N拧紧时：拧紧时：松开时：松开时：)tan(QFv)tan(QFvcosfftanvv拧紧时：拧紧时：松开时：松开时：vtantantan)tan(v自锁条件：自锁条件：vv5-1 螺纹的牙型和特点（三角、管螺纹）5-1 概述概述 三三. .螺纹的类型和特点螺纹的类型和特点1.1.三角螺纹（普通螺纹）三角螺纹（普通螺纹）2.2.管螺纹管螺纹主要用于联接。主要用于联接。自锁性好，效率低，强度高自锁性好，效率低，强度高粗牙粗

3、牙细牙细牙 用于水、煤气、润滑管道用于水、煤气、润滑管道等的联接。等的联接。5-1 螺纹的牙型和特点（矩形、梯形、锯齿形）5-1 概述概述 3.3.矩形螺纹矩形螺纹4.4.梯形螺纹梯形螺纹5.5.锯齿形螺纹锯齿形螺纹 矩形螺纹尚未标准化，其它螺矩形螺纹尚未标准化，其它螺纹已标准化。纹已标准化。 用于传动，效率最高，强度低，用于传动，效率最高，强度低，间隙不能调整。间隙不能调整。 用于传动，效率略低于矩形螺用于传动，效率略低于矩形螺纹，强度高，间隙可调，常用。纹，强度高，间隙可调，常用。 用于单向传动。用于单向传动。5-2 螺纹联接的类型（螺栓联接）5-2 螺纹联接的类型螺纹联接的类型5-2 5

4、-2 螺纹联接的类型螺纹联接的类型 一一. .螺栓联接螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接两被联接件都较薄且都是通孔。两被联接件都较薄且都是通孔。MdMdd d0 0=d+1=d+1d dMdMd5-2 螺纹联接的类型（双头螺栓联接）5-2 螺纹联接的类型螺纹联接的类型 二二. .双头螺栓联接双头螺栓联接两被联接件两被联接件一个较薄一个较薄光光孔孔一个较厚一个较厚螺纹螺纹孔孔用于常拆时用于常拆时5-2 螺纹联接的类型（螺钉联接）5-2 螺纹联接的类型螺纹联接的类型 三三. .螺钉联接螺钉联接两被联接件两被联接件一个较薄一个较薄光光孔孔一个较厚一个较厚螺纹螺纹孔孔用于

5、不常拆时用于不常拆时5-2 螺纹联接的类型（紧定螺钉联接）5-2 螺纹联接的类型螺纹联接的类型 四四. .紧定螺钉联接紧定螺钉联接5-3 螺纹联接的预紧5-3 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松5-3 5-3 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 一一. .预紧力预紧力F F0 0和拧紧力矩和拧紧力矩T T 拧紧拧紧后后被联接件受压被联接件受压螺栓受拉螺栓受拉 拧紧的目的拧紧的目的 拧紧力矩：拧紧力矩：T=TT=T1 1+T+T2 20.2F0.2F0 0dd式中：式中：T T1 1螺纹副中摩擦力矩螺纹副中摩擦力矩T T2 2螺母与支承面间的摩擦力矩螺母与支承面间的摩擦力矩2dtan

6、FT2v01202030300c2dDdDFf31T5-3 防松5-3 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 控制控制T T的方法的方法力矩法力矩法测螺栓变形量测螺栓变形量 若采用若采用不控制不控制拧紧力矩，则螺栓直径不宜小于拧紧力矩，则螺栓直径不宜小于M12M12。二二. 防松防松 松动的原因松动的原因在冲击、振动或温度变化大时，螺纹在冲击、振动或温度变化大时，螺纹副中摩擦力可能瞬时消失。副中摩擦力可能瞬时消失。 防防松的根本问题松的根本问题防止螺母与螺栓相对转动。防止螺母与螺栓相对转动。5-3 防松装置5-3 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 常见的常见的防松装置防松装置1.摩

7、擦防松摩擦防松使螺纹副中始终存在不随外载变化的正压力。使螺纹副中始终存在不随外载变化的正压力。弹簧垫圈弹簧垫圈优点：优点：简单，方便。简单，方便。缺点：缺点：偏载，在冲击振偏载，在冲击振动下不可靠。动下不可靠。5-3 双螺母5-3 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 双螺母双螺母优点：优点：结构简单，防松可靠。结构简单，防松可靠。缺点：缺点：尺寸大，不美观。尺寸大，不美观。横向锁紧螺母横向锁紧螺母5-3 开口销5-3 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 2.2.机械防松机械防松利用机械装置将螺母与螺栓联成一体。利用机械装置将螺母与螺栓联成一体。开口销与槽形螺母开口销与槽形螺母工作可

8、靠，装拆方便，用于有振动的机械上，但销易断。工作可靠，装拆方便，用于有振动的机械上，但销易断。5-3 圆螺母5-3 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 圆螺母圆螺母与与带翅垫片带翅垫片 工作可靠，常用于滚动轴承的轴向定位。工作可靠，常用于滚动轴承的轴向定位。止动垫圈止动垫圈结构简单结构简单, ,使用方便使用方便, ,防松可靠。防松可靠。5-3 串联钢丝5-3 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 串联钢丝串联钢丝3.3.永久防松永久防松5-4 螺栓组结构设计与受力分析5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析 5-4 5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力

9、分析一一. .结构设计结构设计二二. .受力分析受力分析 目的目的求出受力最大的螺栓，以进行单个螺栓强求出受力最大的螺栓，以进行单个螺栓强 度计算。度计算。 假设：假设：各螺栓直径、长度、材料和预紧力各螺栓直径、长度、材料和预紧力F F0 0相同；相同；受载后结合面仍为平面；受载后结合面仍为平面；螺栓的变形在弹性范围内。螺栓的变形在弹性范围内。5-4 螺栓组受横向载荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析 1.1.螺栓组受横向载荷螺栓组受横向载荷F FR R采用普通螺栓采用普通螺栓F FR RF FR RF FR RF FR R 靠结合面的摩擦平衡外载荷靠结合面的摩擦平衡外载

10、荷F FR R，而螺栓仅受预紧力和，而螺栓仅受预紧力和力矩作用。力矩作用。Rs0FKizFf2i 1i izfFKFRs05-4 螺栓组受横向载荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析 靠剪切和挤压平衡外载荷靠剪切和挤压平衡外载荷F FR R铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓zFFRS单个螺栓工作载荷：单个螺栓工作载荷：F FR RF FR R512O634TTr r1 1r r2 2r r3 35-4 螺栓组受扭矩5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析 2.2.螺栓组受转矩螺栓组受转矩T T底板底板绕绕中心中心OO转动。转动。采用普通螺栓采用普通螺栓 靠结合面的摩擦

11、力矩平衡外载荷靠结合面的摩擦力矩平衡外载荷T T，而螺栓仅受预紧力和，而螺栓仅受预紧力和力矩作用。力矩作用。TKrFfrFfrFfsz02010 is0rfTKF0Ff 0Ff 0Ff 5-4 螺栓组受扭矩5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析 采用铰制孔用螺栓采用铰制孔用螺栓 靠剪切、挤压力矩平衡外载荷靠剪切、挤压力矩平衡外载荷T T。TrFrFrFzTZ22T11T ZTZ22T11TrFrFrF imaxmaxTTirrFF 2imaxmaxTrrTFOT21512O63T4r r1 1r r2 2r r3 3F FT3T3F FT2T2F FT1T1变形协调条件：变形

12、协调条件：最大工作载荷：最大工作载荷：5-4 螺栓组受轴向载荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析 3.3.螺栓组受轴向载荷螺栓组受轴向载荷F FQQpFQZFFQ总载荷总载荷F FQ Q：单个螺栓单个螺栓工作载荷工作载荷：注意：只能用普通螺栓，不能用铰制孔用螺栓。注意：只能用普通螺栓，不能用铰制孔用螺栓。p p螺栓受预紧力螺栓受预紧力F F0 05-4 螺栓组受倾覆力矩5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析 4.4.螺栓组受倾覆力矩螺栓组受倾覆力矩MMMLFLFLFzZ2211 ZZ2211LFLFLF imaxmaxiLLFF 2imaxmaxLLMF

13、1 1 2 23 3 4 48 8 7 76 6 5 5底板绕底板绕O-OO-O轴线轴线转动转动拧紧后，工作前：拧紧后，工作前：受受MM后后左侧螺栓被拉紧左侧螺栓被拉紧, ,轴向力轴向力右侧螺栓被放松右侧螺栓被放松, ,轴向力轴向力变形协调条件：变形协调条件：最大工作拉力：最大工作拉力：注意：只能用普通螺栓，不能用铰制孔用螺栓。注意：只能用普通螺栓，不能用铰制孔用螺栓。5-4 受力分析小结5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析小结：小结：外载横向力FR扭矩T轴向力FQ倾覆力矩M普通螺栓铰制孔用螺栓iZfFKFRS0ZFFRSiS0rfTKF2imaxmaxrrTFZFFQ2i

14、maxmaxLLMF受拉受拉受剪受剪5-4 螺栓组受复合载荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析 ZFFRScosFF2FFF2TS22T2Smax 5.5.螺栓组受复合载荷作用螺栓组受复合载荷作用1 1）铰制孔用螺栓受）铰制孔用螺栓受F FR R+T+TF FR R1 12 23 34 4F FR RF FR RT T2imaxmaxTrrTFF FS SF FT TT T关键：受力图一定要画对。关键：受力图一定要画对。5-4 螺栓组受复合载荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析 2 2）普通螺栓）普通螺栓ifFKFmaxS0受受F FR R+T+TZ

15、FFRScosFF2FFF2TS22T2Smax F FR RF FR RT T2imaxmaxTrrTF1 12 23 34 4F FR RT TF FT T螺栓螺栓2 2、3 3处横向力最大：处横向力最大：F FS SF FQ QF FQ QMM5-4 螺栓组受复合载荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析 受受F FQ Q+M+MZFFQ2imaxQmaxLLMZFF F FQ QMM2imaxmaxLLMFF FQQ工作拉力工作拉力5-4 螺栓组受复合载荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析受受F FR R（或（或T T）+F+FQQZFFQFFF

16、FF012 F FQ QF FQ QF FQ QF FR RiZfFKFRS1F FR R残余预紧力残余预紧力单个螺栓受的总拉单个螺栓受的总拉力力FFF02工作拉力工作拉力5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析 受受F FR R（或（或T T）+M+M2imaxmaxLLMFFFF02 MMiZfFKFRS0F FR R预紧力预紧力受力最大螺栓的总拉力受力最大螺栓的总拉力max02FFF工作拉力工作拉力F FR RMMF FR RMMF FR RF FQ Q5-4 螺栓组受复合载荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析 受受F FR R（或（或T T）+F+FQQ+M+M2imaxQmaxLLMZFFFFFFF0max12 F FQQ+M+MF FR R受力最大螺栓的总拉力受力最大螺栓的总拉力max02FFF工作拉力工作拉力iZfFKFRS1残余预紧力残余预紧力5-4 螺栓组受力分析步骤5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组结构设计与受力分析螺栓组受力分析步骤：螺栓组受力分