螺纹联接及螺旋传动新

1、1 螺纹2 螺纹联接3 螺纹联接的预紧6 螺纹联接组的设计5 螺纹联接的强度计算8 提高螺纹联接强度的措施7 螺纹联接件的材料与许用应力9 螺旋传动4 螺纹联接的防松 螺纹的形成螺纹的形成展开为三角形展开为三角形s d2P 螺纹的主要参数螺纹的主要参数1212dddo大径大径d（ D ）（）o小径小径d1 （D1）（）o中径中径d2（D2）o螺距螺距Po线数线数no导程导程s（s=nP）o螺纹升角螺纹升角o牙型角牙型角22tandnPdsp螺纹的类型螺纹的类型 三角形螺纹三角形螺纹 （用于联接）（用于联接） 矩形螺纹矩形螺纹 梯形螺纹梯形螺纹 （用于传动）（用于传动） 锯齿形螺纹锯齿形螺纹普通

2、螺纹普通螺纹 管螺纹管螺纹 粗牙粗牙 细牙细牙 圆柱管螺纹圆柱管螺纹 圆锥管螺纹圆锥管螺纹，螺旋线向左上升，螺旋线向左上升左旋左旋 螺旋线向右上升螺旋线向右上升右旋右旋左旋左旋右旋右旋按线数分按线数分单线单线双（多）线双（多）线按牙形分按牙形分按旋向分按旋向分问题：常用螺栓的螺纹是问题：常用螺栓的螺纹是？单线、粗牙、右旋的普通螺纹单线、粗牙、右旋的普通螺纹右旋右旋左旋左旋右旋右旋机械制造中常用螺纹种类及标准机械制造中常用螺纹种类及标准普通螺栓联普通螺栓联接（受拉螺接（受拉螺栓联接）栓联接）铰制孔用铰制孔用螺栓联接螺栓联接（受剪螺（受剪螺栓联接栓联接）双头螺双头螺柱联接柱联接螺钉联接螺钉联接紧定

3、螺钉联接紧定螺钉联接螺栓联接螺栓联接D0T0FsFTL拧紧力矩：拧紧力矩：21MMLFMT式中：式中：M1螺纹副摩擦阻力矩螺纹副摩擦阻力矩; M2螺母与支承面间的摩螺母与支承面间的摩擦力矩擦力矩;对于重要的螺纹联接必须控制其预紧力，为什么？对于重要的螺纹联接必须控制其预紧力，为什么？对于对于M10M64的钢制粗牙普通螺纹，将的钢制粗牙普通螺纹，将其有关参数的统计平均值代入公式其有关参数的统计平均值代入公式dFKMt而一般标准扳手的长度为而一般标准扳手的长度为 L15d ，Kt=0.2;则：则：TTFddFdMF752 . 0152 . 0若：若：FT=200N，则：，则：F=15000N拧紧的

4、目的？拧紧的目的？增强联接的可靠性、紧密性和防松能力。增强联接的可靠性、紧密性和防松能力。Ftan221dFM（5-2）2021303123dDdDFMe（5-3）预紧力的控制预紧力的控制推荐：推荐：47 . 05 . 021dFs螺栓材料的屈服极限螺栓材料的屈服极限控制预紧力的方法控制预紧力的方法力矩法力矩法螺母转角法螺母转角法测定螺栓伸长量法测定螺栓伸长量法测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手测量螺栓伸长量法测量螺栓伸长量法摩擦防松摩擦防松机械防松机械防松粘合粘合冲点冲点弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母开口销开口销止动垫圈止动垫圈破坏螺纹破坏螺纹副的运动副的运动关系防松关系防松1、为什

5、么要防松？、为什么要防松？2、防松的根本原理？、防松的根本原理？3、防松的方法有哪些？、防松的方法有哪些？螺纹联接件一般采用：螺纹联接件一般采用：单线粗牙的普通螺纹单线粗牙的普通螺纹：螺纹升角螺纹升角=14232螺旋副的当量摩擦角螺旋副的当量摩擦角=6.510.5问：能否自锁？问：能否自锁？ 显然能显然能但为什么还要防松？但为什么还要防松？能保证自锁的条件是：静载荷和能保证自锁的条件是：静载荷和工作温度变化不大的场合。工作温度变化不大的场合。在冲击、振动或变载荷作用下，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螺纹副间的摩擦力可能在瞬间减小或消失。减小或消失。这种现象多次重复后，会

6、使联接这种现象多次重复后，会使联接松脱。松脱。摩擦防松摩擦防松摩擦防松摩擦防松机械防松机械防松机械防松机械防松破坏螺纹副的运动关系防松破坏螺纹副的运动关系防松一、查出下列一、查出下列螺栓的螺距、螺栓的螺距、大径、中径及大径、中径及小径：小径：M10、M101、M12、M121.5、0.20.3dM24二、图中，两块板的厚度均为二、图中，两块板的厚度均为25mm，求所需螺栓长度（注：，求所需螺栓长度（注：加弹簧垫圈）。加弹簧垫圈）。 普通（受拉）螺栓联接普通（受拉）螺栓联接拉断拉断铰制孔用（受剪）螺栓联接铰制孔用（受剪）螺栓联接压溃、剪断压溃、剪断确定或验算螺栓危险截面的尺寸（直径）确定或验算螺

7、栓危险截面的尺寸（直径）是根据等强度条件确定的，通常不需进行强度计算。是根据等强度条件确定的，通常不需进行强度计算。受拉螺栓受拉螺栓受剪螺栓受剪螺栓孔和杆之间无间隙，多用孔和杆之间无间隙，多用配合尺寸，能精确定位，但配合尺寸，能精确定位，但加工精度要求高。加工精度要求高。加横向载荷加横向载荷F后，靠挤压后，靠挤压和剪切承担载荷。和剪切承担载荷。为：压溃、为：压溃、剪断。剪断。强度计算：强度计算：挤压强度条件：挤压强度条件：剪切强度条件：剪切强度条件：psssphdFAF mdFAFsss42hminssssdsds工作时，螺栓受纯拉伸，工作工作时，螺栓受纯拉伸，工作载荷为载荷为 F（N）。）。

8、 校核式校核式 设计计算式设计计算式特点：特点：装配时，螺母不拧紧；装配时，螺母不拧紧； 214dFAF强度计算强度计算： Fd415-8a普通螺栓联接（受拉螺栓联接）普通螺栓联接（受拉螺栓联接）装配时，螺母需拧紧装配时，螺母需拧紧,螺栓受螺栓受预紧力（预加锁紧力）预紧力（预加锁紧力）F和螺纹阻力和螺纹阻力矩矩M1的作用。的作用。F特点：特点：所加载荷为横向工作载荷所加载荷为横向工作载荷F（载荷方向（载荷方向螺栓轴线），加载后，螺栓轴线），加载后，螺栓受力不发生变化，而靠预紧力产螺栓受力不发生变化，而靠预紧力产生的摩擦力抵抗外载荷。生的摩擦力抵抗外载荷。F：要考虑到螺栓杆同时受拉应力和扭转剪应

9、力的作用。：要考虑到螺栓杆同时受拉应力和扭转剪应力的作用。223e螺栓是塑性材料螺栓是塑性材料应按第四强度理论求拉扭合成当量应力：应按第四强度理论求拉扭合成当量应力： 对于普通螺栓联接的标准螺栓来说，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的情况处理，即只需将拉伸载荷加大30%30%。 校核式校核式 （5-9） 设计式设计式 （5-10）：对于：对于M10M64的钢制普通螺栓的钢制普通螺栓 、 d2 /d1取取统计平均值、统计平均值、 =arctan0.17 0.

10、5 43 . 121dFe Fd3 . 141因此，当量应力为：因此，当量应力为：3 . 15 . 0322e214dF2112312142tan162tandFddddFWMT其中：其中：典型实例：压力容器缸盖上的螺栓联接典型实例：压力容器缸盖上的螺栓联接（ 装配时，螺母需装配时，螺母需拧紧，螺栓受拧紧，螺栓受F和和M1作用作用;加载后，加载后， 螺栓总拉力：螺栓总拉力：zpDzFF)4(2FFpDF F0 0 = = FF+ +F F？工作拉力工作拉力F：F F0 0FF+ +F F螺栓螺栓被联接件被联接件无力无变形无力无变形无力无变形无力无变形受力受力F变形变形b受力受力F变形变形m变形

11、变形b 受力受力F+F” 变形变形m 受力受力 F” 因此，工作状态下螺栓所受总拉力为：因此，工作状态下螺栓所受总拉力为：FFF 0承受工作载荷后承受工作载荷后预紧后预紧后FFmbFF剩余预剩余预紧力紧力F+FF+FFF预紧前预紧前FFmb（图（图5-12） F F b mF bF mF b mF b m F FFF F F FFCCCFmbb若若Cb 和和Cm 分别表示螺分别表示螺栓与被联接件的刚度，栓与被联接件的刚度，则由图可得：则由图可得：mbmbCCFFFtantanFFCbbbtanFFFCmmmtanF F0 0 = = F F + + FFF F0 0 = =F FmbbcCCC

12、K F0 = F+KcFF = F+(1- Kc)FF= F -(1-Kc)F其中：其中： 与联接的材料、结构等有与联接的材料、结构等有关。当螺栓与被联接件均为钢制时，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：金属垫一般仅决定于垫片的材料：金属垫片片Kc =0.2=0.20.30.3；皮革垫片；皮革垫片Kc =0.7=0.7；铜皮垫片；铜皮垫片Kc =0.8 =0.8；橡胶垫；橡胶垫片片Kc =0.9 =0.9。有紧密性要求的联接，取有紧密性要求的联接，取 F” =( 1.51.8 ) F对不太重要的联接对不太重要的联接:若外载荷稳定，取若外载荷稳定，取F”=（0.20.6）F

13、若外载荷有变动，取若外载荷有变动，取F”=（0.61.0）F 对地脚螺栓，取对地脚螺栓，取 F” F 43 . 1210dF 013 . 14Fd联接不出现缝隙，应满足联接不出现缝隙，应满足 F” 0螺栓的强度条件：螺栓的强度条件：（5-15）（5-16）（2220FKFFFc螺栓的载荷幅：螺栓的载荷幅：螺栓的疲劳强度：螺栓的疲劳强度：acadFK212一般：一般：Q235、Q275、35钢、钢、45钢钢特殊用途：特殊用途：15Cr、40Cr螺栓的材料：螺栓的材料：0.2试样在拉伸过程中，标距试样在拉伸过程中，标距部分残余伸长达到原标距长度的部分残余伸长达到原标距长度的0.2%时的负荷除以原横

14、截面积所时的负荷除以原横截面积所得的应力。得的应力。螺栓的许用拉应力螺栓的许用拉应力1、受静载荷时：、受静载荷时： Ss松螺栓联接：松螺栓联接：S=1.21.7；紧螺栓联接：紧螺栓联接：S查表查表5-7。2、受轴向变载荷时：、受轴向变载荷时：对于重要的场合、不控制预紧力时，要求使用对于重要的场合、不控制预紧力时，要求使用 M16螺栓。螺栓。设计时通常先估计设计时通常先估计d 查许用应力查许用应力 设计计算求出设计计算求出 d1取取d判断是否与假设接近，否则须重新设判断是否与假设接近，否则须重新设d查许用应力查许用应力再再进行计算，直至符合所设的进行计算，直至符合所设的d。螺栓成组使用螺栓成组使

15、用受力最大的螺栓受力最大的螺栓单个螺栓计算单个螺栓计算采用同采用同一尺寸一尺寸1螺栓组受力分析的目的螺栓组受力分析的目的2 受力分析中的几个假设条件受力分析中的几个假设条件3 . 螺螺栓栓组组受受力力分分析析2)2)承受横向载荷承受横向载荷3)3)承受转矩承受转矩1)1)承受轴向载荷承受轴向载荷4)4)承受倾翻力距承受倾翻力距）螺栓组中各螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；）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；）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。）假定底板为刚体，受载后联接接合面仍旧

16、保持为平面。主要是要找出螺栓组中受力最大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。栓联接的强度计算提供依据。 假设载荷在每个螺栓上均匀分假设载荷在每个螺栓上均匀分配，则配，则工作拉力工作拉力F：zpDzFF)4(2螺栓个数参考螺栓间距螺栓个数参考螺栓间距 确定。确定。分布在同一圆周上的螺栓的数目，应取成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。等偶数，以便于在圆周上钻孔时分度和画线。pDt0sF假设螺栓组中的每个螺假设螺栓组中的每个螺栓的预紧力栓的预紧力F 都相同，并且都相同，并且由

17、此而引起的摩擦力均集中由此而引起的摩擦力均集中在螺栓的中心。则在螺栓的中心。则zmKFsFs于是，有于是，有mzKFFss 假设载荷在每个螺假设载荷在每个螺栓上都是均匀分配，则栓上都是均匀分配，则zFFssK可靠性系可靠性系数，数，K=1.11.3r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8sF sF sF sF sF sF sF sF sF sF 仍旧假设每个螺栓的预紧力均相同，于是有仍旧假设每个螺栓的预紧力均相同，于是有sF r1+ sF r2+ sF r3+ sF rzTK由此可得由此可得 ziisrTKF1(5-23)Fs4Fs10Fs1Fs2Fs3Fs5Fs6Fs7Fs8Fs9解此静不

18、定方程要点：解此静不定方程要点：假定底板为刚体，受载后接假定底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面，即变形全合面仍保持为平面，即变形全由螺栓承担。由螺栓承担。 螺栓组受后，刚性底座协调螺栓组受后，刚性底座协调了各螺栓的变形量了各螺栓的变形量si，即，即由力的平衡：由力的平衡：TrFrFrFzszss2211于是有：于是有：r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8ziisiTrF1即：即：isir假定各螺栓的材料、直径、长度均相同，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，剪切刚度它们的剪切刚度也相同，剪切刚度sisisiFcisisisisirFcF即Fs4Fs10Fs1Fs

19、2Fs3Fs5Fs6Fs7Fs8Fs9 螺栓的受力大小螺栓的受力大小F Fs si i与其到回转中心的距与其到回转中心的距离离r ri i成正比，即成正比，即crFrFrFrFsisissmaxmax2211由力的平衡：由力的平衡：TrFrFrFzszss2211ississssrrFFrrFFrrFFmaxmax2maxmax21maxmax1于是得于是得ziisrTrF12maxmaxziisiTrF1r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8即：即：(5-24)MoorirmaxFiFmax由力的平衡条件可得：由力的平衡条件可得：MrFizii1FiFmax解此静不定方程要点：解此静不定

20、方程要点：假定底板为刚体，受载后接合面仍假定底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面，即变形由螺栓和基座承保持为平面，即变形由螺栓和基座承担。担。 螺栓组受螺栓组受后，刚性底座协调了各后，刚性底座协调了各螺栓的变形量，即每个螺栓的变形量螺栓的变形量，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。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（产生拉伸变形），基座被压缩（产生压缩变形）生压缩变形） 在在作用下，作用下，o-o轴线左侧的螺栓承轴线左侧的螺栓承受工作拉

21、力（螺栓被进一步拉伸），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（螺轴线右侧的基座承受工作压力（螺栓被放松，预紧力减小）栓被放松，预紧力减小）Moorirmaxmaxmax2211rFrFrFrFiiFiFmax于是于是:受力最大的螺栓所承受的载荷为：受力最大的螺栓所承受的载荷为：maxmaxrrFFiiziirMrF12maxmax接合面受压一侧不被压溃的条件接合面受压一侧不被压溃的条件 ppWMAFzmax接合面受拉一侧不出缝隙的条件接合面受拉一侧不出缝隙的条件0minWMAFzpFiFmax 螺栓的受力大小螺栓的受力大小F Fi i与其到与其到对称轴线的距离对称

22、轴线的距离r ri i成正比，即成正比，即(5-25)(5-26)(5-27)实际应用中，螺栓实际应用中，螺栓组所受的工作载荷常常组所受的工作载荷常常是以上四种简单受力状是以上四种简单受力状态的不同组合，都可利态的不同组合，都可利用静力分析方法将复杂用静力分析方法将复杂的受力状态简化为上述的受力状态简化为上述四种简单受力状态；四种简单受力状态；一般情况下，一般情况下，对于普通螺栓可按对于普通螺栓可按轴向载荷与弯矩确轴向载荷与弯矩确定螺栓的工作拉力；定螺栓的工作拉力；按横向载荷与扭矩按横向载荷与扭矩确定螺栓的预紧力；确定螺栓的预紧力；尔后确定螺栓的总尔后确定螺栓的总拉力。拉力。铰制铰制孔用螺栓孔

23、用螺栓应根据横应根据横向载荷和向载荷和转矩确定转矩确定螺栓的工螺栓的工作剪力。作剪力。不管螺栓组不管螺栓组的载荷状态如何的载荷状态如何复杂，就螺栓组复杂，就螺栓组中单个螺栓而言，中单个螺栓而言，其受力只有两种其受力只有两种情况：轴向力；情况：轴向力；横向力。横向力。一、改善螺纹牙上载荷分布不均现象一、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载荷分配不均现象及其产生的原因改善措施改善措施悬挂螺母；环槽螺母；内斜螺母；组合螺母（环槽与内斜组合等）。悬挂螺母；环槽螺母；内斜螺母；组合螺母（环槽与内斜组合等）。二、降低应力幅二、降低应力幅FCCCFmbb具体措施：使用空心螺栓；减小螺

24、栓直径；在螺母下面假装弹性元件可达相同效果具体措施：使用空心螺栓；减小螺栓直径；在螺母下面假装弹性元件可达相同效果具体措施：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片；在被联接件接合面间加装刚性大的垫片F0F0F0F01121031088432dededFdeFF由偏心产生的弯曲应力为：FF三、减少附加弯曲应力三、减少附加弯曲应力凸台凸台鱼眼坑鱼眼坑11213188432dededFdeFW例题：例题：（二）螺栓组的结构设计（二）螺栓组的结构设计力求对称布置，以力求对称布置，

25、以使接合面受力均匀使接合面受力均匀分布在同一圆周上的螺分布在同一圆周上的螺栓数应为、栓数应为、等易于分度的数目，以利等易于分度的数目，以利划线钻孔划线钻孔尽量使螺栓受力合理、均匀，并尽量使螺栓受力合理、均匀，并尽量减小螺栓的受力尽量减小螺栓的受力螺栓排列应有合理螺栓排列应有合理的边距、间距，以保的边距、间距，以保证装拆时的扳手空间证装拆时的扳手空间同一螺栓组中的所同一螺栓组中的所有螺栓均应采用相同有螺栓均应采用相同材料、直径和长度材料、直径和长度螺旋传动的类型与特点螺旋传动的类型与特点一、螺旋传动的组成与功用一、螺旋传动的组成与功用组成：组成：螺旋传动是由螺杆与螺母构成的螺旋传动是由螺杆与螺母

26、构成的功用：功用：将回转运动转变为直线运动将回转运动转变为直线运动运运动动形形式式螺杆螺杆螺母螺母螺杆螺杆螺母（旋转）螺母（旋转）螺杆（转动螺杆（转动并移动）并移动）螺母螺母螺杆螺杆螺母螺母（转动（转动并移动）并移动）螺杆转动螺杆转动螺母移动螺母移动螺杆固螺杆固定螺母转定螺母转动和移动动和移动螺母固螺母固定螺杆转定螺杆转动和移动动和移动螺母转动螺母转动螺杆移动螺杆移动二、螺旋传动的类型与特点二、螺旋传动的类型与特点按照螺纹按照螺纹副的摩擦副的摩擦性质分类性质分类滑动螺旋滑动螺旋传动传动滚动螺滚动螺旋旋传动传动静压螺静压螺旋传动旋传动按照螺旋按照螺旋传动的用传动的用途分类途分类传力传力螺旋螺旋传导传导螺旋螺旋调整调整螺旋螺旋优点：结构优点：结构简单、制造方便、简单、制造方便、传动平稳、噪声传动平稳、噪声小，可获得很大小，可获得很大的减速比，从而的减速比