清华大学-机械设计Ch05ppt课件

1、第五章 螺纹联接与螺旋传动5-1 螺纹5-2 螺纹联接的类型与规范联接件5-3 螺纹联接的预紧5-6 螺纹联接组的设计5-5 螺纹联接的强度计算5-8 提高螺纹联接强度的措施5-7 螺纹联接件的资料与许用应力5-9 螺旋传动5-4 螺纹联接的防松螺纹的类型与特点1螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。螺纹联接用螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠联接；传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。螺纹按任务性质分为联接用螺纹和传动用螺纹。一、螺纹的分类 螺纹的类型与特点2二、普通螺纹的主要参数大径d即螺纹的公称直径。小径d1常用于联接的强度计算。中径d2常用于联接的几何计算。螺距P

2、螺纹相邻两个牙型上对应点间的 轴向间隔。牙型角a螺纹轴向截面内，螺纹牙型两 侧边的夹角。升角y螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线 的平面间的夹角。线数n螺纹的螺旋线数目。导程S螺纹上任一点沿同一条螺旋线转 一周所挪动的轴向间隔，S=nP。升角y的计算式为：22arctanarctandnPdS 螺纹联接类型与规范件1螺纹联接的类型与规范联接件一、螺纹联接的根本类型 除上述联接的根本类型外，在机器中，还有一些特殊构造的螺纹联接。如：T型槽螺栓联接、吊环螺钉联接和地脚螺栓联接等。阐明 联接类型与规范件2螺纹联接的类型与规范联接件二、规范螺纹联接件 螺纹联接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹联接件的构外型

3、式和尺寸都曾经规范化，设计时可以根据有关规范选用。 虚拟现实中的螺纹联接件 利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可采用测力矩扳手或定力矩扳手，对于重要的螺栓联接，也可以采用测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。纹联接的预紧螺纹联接的预紧 大多数螺纹联接在装配时都需求拧紧，使之在接受任务载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。 加强联接的可靠性和严密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对挪动。 留意：对于重要的联接，应尽能够不采用直径过小(M12)的螺栓。预紧力限制 拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超越其资料的屈服极限ss的80%。 预紧力： 预紧的目的： 预紧力确实定原那

4、么： 预紧力的控制： 预紧力和预紧力矩之间的关系：dFT02 . 0详细推导 螺纹联接的防松螺纹联接的防松 螺纹联接普通都能满足自锁条件不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹联接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或能够瞬时消逝，导致联接失效。防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。按任务原理的不同，防松方法分为摩擦防松、机械防松等。此外还有一些特殊的防松方法，例如铆冲防松、在旋合螺纹间涂胶防松等。 螺纹联接的强度计算1螺纹联接的强度计算 螺栓联接的强度计算主要与联接的装配情况预紧或不预紧、外载荷的性质和资料性能等有关。 螺栓联接强度计算的目的是根据强度条件确定

5、螺栓直径，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按规范选定。一、松螺栓联接强度计算二、紧螺栓联接强度计算1仅受预紧力的紧螺栓联接 2受轴向载荷的紧螺栓联接3接受任务剪力的紧螺栓联接 联接的失效方式：主要是指螺纹联接件的失效。对于受拉螺栓，其失效方式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓，其失效方式能够是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。详细推导65%20%15% 4/21dF 螺纹联接的强度计算2 螺纹联接的强度计算1仅受预紧力的紧螺栓联接2104dF预紧力引起的拉应力：5 . 0162)tan(312v0ddF螺牙间的摩擦力矩引起的改动剪应力： 210ca43 . 1

6、dF强度条件：当联接接受较大的横向载荷F时，由于要求F0Fff=0.2，即F05F ，因此需求大幅度地添加螺栓直径。为减小螺栓直径的添加，可采用减载措施。阐明3 . 1322ca根据第四强度实际，螺栓在预紧形状下的计算应力:F0F0FF 螺纹联接的强度计算3螺纹联接的强度计算2受轴向载荷的紧螺栓联接FDDp 螺栓预紧力F0后，在任务拉力F 的作用下，螺栓的总拉力F2 = ?FFF12 4/3 . 1212cadFFCCCFFmbb02这时螺栓的总拉力为： 为使任务载荷作用后，联接结合面间有剩余预紧力F1存在，要求螺栓联接的预紧力F0为：FCCCFFmbm10静强度条件：式中F1为剩余预紧力，为

7、保证联接的严密性，应使 F1 0，普通根据联接的性质确定F1的大小。式中：mbbCCC为螺栓的相对刚度，其取值范围为 01。详细分析疲劳强度校核 螺纹联接的强度计算4螺纹联接的强度计算3接受任务剪力的紧螺栓联接 这种联接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来接受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触外表受挤压。在联接结合面处，螺栓杆那么受剪切。螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：式中：F螺栓所受的任务剪力，单位为N；d0螺栓剪切面的直径可取螺栓孔直径，单位为mm；Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计时应使Lmin1.25d0Pmin0PLdF 204dFFFd0Lmin

8、螺纹联接组的设计1螺栓组联接的设计 在设计螺栓组联接时，关键是联接的构造设计。它是根据被联接件的构造和联接的用途，确定螺栓数目和分布方式。为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何外形都设计成轴对称的简单几何外形。螺栓布置应使各螺栓的受力合理。螺栓的陈列应有合理的间距、边距。 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。防止螺栓接受附加的弯曲载荷。阐明阐明阐明一、螺栓组联接的构造设计 各螺栓之间的间隔大小既要保证联接的可靠性又要思索装拆方便，还应留有足够的扳手空间。大多数机械中螺栓都是成组运用的。 螺纹联接组的设计2

9、螺栓组联接的设计1受横向载荷2受转矩3受轴向载荷4受倾覆力矩 受力分析的目的：根据联接的构造和受载情况，求出受力最大的螺栓 及其所受的力，以便进展螺栓联接的强度计算。 受力分析时所作假设：一切螺栓的资料、直径、长度和预紧力均一样； 受载后联接接合面仍坚持为平面。 受力分析的类型：二、螺栓组联接的受力分析螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合； FFriOOMTfF0fF0FF螺纹联接组的设计3 1对于铰制孔用螺栓联接图b，每个螺栓所受任务剪力为： 2对于普通螺栓联接图a ，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必需大于或等于横向载荷的要求，有： 式中：z为螺栓数目。 图示为由四个螺栓组成的受横向载

10、荷的螺栓组联接。1受横向载荷的螺栓组联接zFFFKzifFS0fziFKFS0或螺栓组联接的设计 Ks为防滑系数，设计中可取Ks =1.11.3。FFFFb)a)螺纹联接组的设计4 采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。2受转矩的螺栓组联接TKfrFfrFfrFsz02010 TrFziii1 采用普通螺栓，是靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。 采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmaxziirfTKF1S0螺栓组联接的设计 螺纹联接组的设计5螺栓组联接的设计3受轴向载荷

11、的螺栓组联接 假设作用在螺栓组上轴向总载荷F作用线与螺栓轴线平行，并经过螺栓组的对称中心，那么各个螺栓受载一样，每个螺栓所受轴向任务载荷为： 通常，各个螺栓还接受预紧力F0的作用，当联接要有保证的剩余预紧力为F1时，每个螺栓所接受的总载荷F2为。zFFF2 = F1 + F 螺纹联接组的设计6螺栓组联接的设计4受倾覆力矩的螺栓组联接 倾覆力矩 M 作用在联接接合面的一个对称面内，底板在接受倾覆力矩之前，螺栓已拧紧并接受预紧力F0。 作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即： 由此可以求出最大任务载荷：ziLFM1iiZiLMLF12imaxmax 螺纹联接组的设计7螺栓组联接的设计0maxP

12、PWMAzF00minPWMAzF螺栓的总拉力：maxmbb02FCCCFF 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： 底板受倾覆力矩后，在轴线 O-O 左侧，螺栓与地基的任务点分别移至B1 和C1 ，两者作用在底板上的合力为F。 受倾覆力矩的底板螺栓组联接的受力过程可用右图表示。 在轴线O-O 右侧，螺栓与地基的任务点分别移至B2 和C2 ，两者作用在底板上的合力为 Fm 。在倾覆力矩作用前，螺栓和地基的任务点都处于A点。 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。影响螺栓

13、强度的要素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓强度。改善螺纹牙上载荷分布不均的景象降低影响螺栓疲劳强度的应力幅减小应力集中的影响采用合理的制造工艺 分析分析分析国家规范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10级，螺母的性能等级分为 7级。在普通用途的设计中，通常选用4.8级左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹联接件，要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。螺纹联接件的资料与许用应力螺纹联接件的资料与许用应力一、螺纹联接件资料常用的螺纹联接件资料为Q215、Q235、35、45等碳素钢。当强度要求高时，还可采用合金钢，如15Cr、40Cr等。

14、性能等级二、螺纹联接件的许用应力1螺纹联接件的许用拉应力2螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力3螺纹联接件的平安系数阐明SsSsPsPS被联接件为钢PBPS被联接件为铸铁 螺旋传动1螺旋传动一、螺旋传动的类型和运用传力螺旋传导螺旋 调整螺旋螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为：阐明滑动螺旋 滚动螺旋 静压螺旋阐明 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传送动力。螺旋传动按其用途不同，可分为以下三种类型: 螺旋机构在机床的进给机构、起重设备、锻压机械、丈量仪器、工具、夹具、玩具及其他工业配备中有着广泛的运用。 螺旋传动常见的运动方式有：螺

15、杆转动，螺母挪动或螺母固定，螺杆转动并挪动。 螺旋传动2螺旋传动二、滑动螺旋的构造和资料1滑动螺旋的构造整体螺母组合螺母剖分螺母螺母构造: 滑动螺旋的构造主要是指螺杆、螺母的固定和支承的构造方式。螺旋传动的任务刚度与精度等和支承构造有直接关系。固定螺钉调整螺钉调整楔快 螺杆的资料要有足够的强度和耐磨性。螺母的资料除了要有足够的强度外，还要求在与螺杆资料相配合时摩擦系数小和耐磨。2滑动螺旋的资料阐明 螺旋传动3螺旋传动三、滑动螺旋传动的设计计算主要失效方式: 螺牙的磨损 设计准那么：按抗磨损确定直径，选择螺距； 校核螺杆、螺母强度等。设计方法和步骤：1耐磨性计算 滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，其强度条件：22phHdFPhudFp设计公式：令2dH那么得：2phFPd5 . 32 . 1普通值越大，螺母越厚，螺纹任务圈数越多。式中:Ph5 . 030锯齿形螺纹Ph75.0矩形和梯形螺纹螺纹任务高度 螺旋传动4螺旋传动2122122)4343dTFdca（ca 根据计算出的螺纹中径，按螺纹规范选择适宜的直径和螺距。验算：10PHu假设不满足要求，那么增大螺距。对有自锁性要求的螺旋传动，应校核自锁条件：v2螺杆的强度计算 对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度实际求出危险截面的计算应力：螺杆的强度条件：vvffarctancosarctan式中，F为螺杆所