机械设计---第8章螺纹

1、锯齿形螺纹锯齿形螺纹三角形螺纹三角形螺纹矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹第第8 8章章 螺纹联接与螺旋传动螺纹联接与螺旋传动 81 螺螺 纹纹 如用一个三角形如用一个三角形K沿螺旋线运沿螺旋线运动并使动并使K平面始终通过圆柱体轴线平面始终通过圆柱体轴线YY-这样就构成了三角形螺纹。同这样就构成了三角形螺纹。同样改变平面图形样改变平面图形K，可得到矩形、，可得到矩形、梯形、锯齿形、管螺纹梯形、锯齿形、管螺纹一、螺纹的形成一、螺纹的形成1 1、按牙型、按牙型: : 三角形螺纹、管螺纹三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹传动螺纹2 2、按位置：、

2、按位置： 内螺纹内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹3 3、三角形螺纹：、三角形螺纹： 粗牙螺纹粗牙螺纹用于紧固件用于紧固件 细牙螺纹细牙螺纹同样的公称直径下，螺距最小，同样的公称直径下，螺距最小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等4 4、根据螺旋线绕行方向：、根据螺旋线绕行方向： 左旋左旋如图如图 右旋右旋常用常用5 5、根据螺旋线头数：、根据螺旋线头数： 单头螺纹（单头螺纹（n=1n=1）用于联接用于联接 双头螺纹（双头螺纹（n=2n=2）如图如图 多线螺纹（多

3、线螺纹（n2n2）用于传动用于传动二、螺纹的类型二、螺纹的类型1）外径（大径）外径（大径）d（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，面直径，亦称公称直径亦称公称直径2）内径（小径）内径（小径）d1(D1) 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径面直径3）中径）中径d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱柱 面的直径，面的直径，d20.5(d+d1)三、螺纹的主要参数三、螺纹的主要参数4）螺）螺 距距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离的

4、轴向距离5）导程（）导程（S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线线 上的对应两点间的轴向距离上的对应两点间的轴向距离6）线）线 数数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：螺距、导程、线数之间关系：S=nP 7）螺旋升角）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角线轴线的平面的夹角8）牙型角）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9）牙型斜角）牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角螺纹牙的侧边与螺

5、纹轴线垂直平面的夹角22/dnParctgdarctgLrvarctgfftgcos1)(vtgtg2)(2)(22dQtgdFTQtgFvv螺旋副的自锁条件为：螺旋副的自锁条件为：螺旋副的传动效率为：螺旋副的传动效率为：克服轴向力克服轴向力Q匀速上升所需的圆周力：匀速上升所需的圆周力：四、常用螺纹的种类、特点与应用四、常用螺纹的种类、特点与应用具体见具体见表表8-182 螺纹联接的类型及螺纹联接件螺纹联接的类型及螺纹联接件 一、螺纹联接主要类型一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接、螺栓联接a) 普通螺栓联接普通螺栓联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺

6、杆穿过通孔与螺母配合使带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。，可多个装拆，应用较广。b) 精密螺栓联接精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接制配合铰制孔螺栓联接2 2、双头螺栓联接、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之

7、一较厚时。折适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。联接件中拧出。3 3、螺钉联接、螺钉联接适于被联接件之一较适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小不需螺母，适于受载较小情况情况特殊联接：地脚螺栓联特殊联接：地脚螺栓联接接 , 吊环螺钉联接吊环螺钉联接4 4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对

8、位置。可传递不大的轴向力或扭矩位置。可传递不大的轴向力或扭矩。二、螺纹联接件二、螺纹联接件 2 2）双头螺柱）双头螺柱两端带螺纹两端带螺纹 A A型型有退刀槽有退刀槽 B B型型无退刀槽无退刀槽1 1）螺栓）螺栓 普通螺栓普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角六角头，小六角头，标准六角头，大六角头头，大六角头, , 内六角内六角 铰制孔螺栓铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺纹部分直径较小4 4）紧定螺钉）紧定螺钉 锥锥 端端适于零件表面硬度较低不常拆卸场合适于零件表面硬度较低不常拆卸场合 平平 端端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸

9、的平面，适于经常拆卸 圆柱端圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板轻材料和金属薄板3 3）螺钉）螺钉 与螺栓区别与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗要求螺纹部分直径较粗; ;要求全螺纹要求全螺纹6 6）螺母）螺母 六角螺母：标准，扁，厚六角螺母：标准，扁，厚 5 5）自攻螺钉）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹由螺钉攻出螺纹圆螺母圆螺母+ +止退垫圈止退垫圈带有缺口，带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧内，螺母即被锁紧7 7）垫圈）垫圈8 螺纹联接的预紧和防松

10、螺纹联接的预紧和防松 p352一、预紧一、预紧如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气；接触面积要大；如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气；接触面积要大；靠摩擦力工作；增大刚性等。靠摩擦力工作；增大刚性等。预紧目的预紧目的增加联接刚度、紧密性和提高防松能力增加联接刚度、紧密性和提高防松能力螺纹联接：松联接螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只承受外载时才受在装配时不拧紧，只承受外载时才受到力的作用到力的作用 紧联接紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，已预在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，先受力，预紧力预紧力Q QP P预先轴向作用预先轴向作用力（拉力）力（拉力）拧紧力拧紧力QP过大过小的缺点过大过

11、小的缺点预紧过紧预紧过紧拧紧力拧紧力Q QP P过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松过松拧紧力拧紧力Q QP P过小，工作不可靠过小，工作不可靠 扳手拧紧力矩扳手拧紧力矩T=FHL, 拧紧时螺母：拧紧时螺母：T=T1+T2T拧紧力矩拧紧力矩 T1螺纹摩擦阻力矩螺纹摩擦阻力矩 T2螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩FH作用于手柄上的力作用于手柄上的力，L力臂力臂2)(21dtgQTvP)(31202130312dDdDQfTpc )(32)(21 20213031221dDdDftgdQTTTcvp)(32)(2120213

12、0212dDdDdftgddKcv令dKQTP 一般一般 K=0.10.3 拧紧力矩系数拧紧力矩系数由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接不宜小于重要的联接不宜小于M10M14，必须使用时应严格控制，必须使用时应严格控制拧拧紧力矩紧力矩Qp-预紧力；预紧力；fc-摩擦系数表摩擦系数表1111、d0-支承面的内外径支承面的内外径预紧力预紧力Q QP P的控制：的控制：测力矩板手测力矩板手测出预紧力矩，如左图测出预紧力矩，如左图定力矩板手定力矩板手达到固定的拧紧力矩达到固定的拧紧力矩T T时，弹簧时，弹簧受压将自动打滑，如右图

13、，受压将自动打滑，如右图，测量预紧前后螺栓伸长量测量预紧前后螺栓伸长量精度较高精度较高 1 1、防松目的、防松目的2 2、防松原理、防松原理1 1）摩擦防松）摩擦防松 双螺母、弹簧垫圈、尼双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等龙垫圈、自锁螺母等 二、螺纹防松二、螺纹防松 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防

14、松，否则会影响正常就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故工作，造成事故 。消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度动的难度。3 3、防松办法及措施、防松办法及措施 弹簧垫圈弹簧垫圈自锁螺母自锁螺母螺母一端做成非圆螺母一端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧旋合螺纹间压紧2 2）机械防松）机械防松靠附加零件的形状和结构阻止螺纹副的转动靠附加零件的形状和结构阻止螺纹副的转动 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动

15、垫圈，弹簧垫片，轴用开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等3 3）永久防松：端铆、冲点、点焊）永久防松：端铆、冲点、点焊4 4）化学防松）化学防松粘合粘合 开槽螺母开槽螺母与开口销与开口销圆螺母圆螺母与止动垫圈与止动垫圈串联钢丝串联钢丝不可拆卸防松不可拆卸防松8 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算 针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。1 1、失效形式和原因、失效形式和原因 受拉螺

16、栓受拉螺栓螺栓杆和螺纹可能发生螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂塑性变形或断裂受剪螺栓受剪螺栓螺栓杆和孔壁间可能发生螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断压溃或被剪断b b）失效原因：应力集中）失效原因：应力集中 a a）失效形式）失效形式 工程中螺栓联接多数为疲劳失效工程中螺栓联接多数为疲劳失效 受拉螺栓：受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度挤压强度和剪切强度 应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程2 2、设计计算准则与思路、设计计

17、算准则与思路、松螺栓联接、松螺栓联接如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无Q QP P，只有工作载荷只有工作载荷F F起拉伸作用起拉伸作用强度条件为：强度条件为：421dF41Fd 验算用验算用 设计用设计用 d d1 1螺杆危险截面直径（螺杆危险截面直径（mmmm）许用拉应力许用拉应力 N/mm2 (MPaN/mm2 (MPa) ) nS/ s材料屈服极限材料屈服极限MpaMpa n n 安全系数，一般可取安全系数，一般可取1.2-1.71.2-1.7求出求出d1后，按国际查出螺纹大径，并确定其他尺寸后，按国际查出螺纹大径，并确定其他尺寸二、紧螺栓联接二、紧螺栓联接工作前有

18、预紧力工作前有预紧力QP工作前拧紧，在拧紧力矩工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下：作用下：预紧力预紧力QP产生拉伸应力产生拉伸应力螺纹摩擦力矩螺纹摩擦力矩T1产生剪应力产生剪应力 复合应力状态复合应力状态:2141dQp)5 . 0(48. 0641642)(161)(22112312或钢制普通螺栓当MMdQddtgdtgdQWTPvvpT接第四强度理论：接第四强度理论：3 . 1322ca 强度条件为：强度条件为： 式中：式中：QP P 预紧力（预紧力（N）T1 1 螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.mm紧螺栓许用应力，见表紧螺栓许用应力，见表1

19、17 p374 1.3 1.3系数将外载荷提高系数将外载荷提高30%30%，以考虑螺纹力矩对螺栓，以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续，简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续，故又称简化计算法故又称简化计算法 1 1、横向载荷的紧螺栓联接计算、横向载荷的紧螺栓联接计算主要防止被联接件错动主要防止被联接件错动 特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力力( (QP) )产生摩擦力来传递外载荷，产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠保证联接可靠( (不产生相对滑移不产生相对滑

20、移) )的的条件为：条件为：（1 1）普通螺栓联接）普通螺栓联接p359p359RKQfiSPifRKQSPf 接缝面间的摩擦系数，表接缝面间的摩擦系数，表11-1 i接缝界面数目接缝界面数目 KS防滑系数（可靠性系数）按载荷是否平稳及工作要求定防滑系数（可靠性系数）按载荷是否平稳及工作要求定 KS=1.11.5R-每个螺栓受到的横向载荷每个螺栓受到的横向载荷 强度条件验算公式：强度条件验算公式： 设计公式：设计公式： 分析：由上式可知，当分析：由上式可知，当f=0.2,i=1,Kf=0.2,i=1,KS S=1=1则则Q QP P=5R=5R，说明这种，说明这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变

21、载下工作极不可靠联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠 为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力可采用如下减载装置：可采用如下减载装置： a)a)减载销减载销 b)b)减载套筒减载套筒 c)c)减载键减载键设计的实质：设计的实质：由横向载荷求预紧力，然后根据工作前有由横向载荷求预紧力，然后根据工作前有预紧力的螺栓设计方法计算预紧力的螺栓设计方法计算2 2、铰制孔螺栓联接、铰制孔螺栓联接防滑动防滑动特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，特点：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由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷传递外载荷

22、R R进行工作进行工作420dmR螺栓的剪切强度条件为：螺栓的剪切强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：挤压强度条件为： PPldRmin0 R 横向载荷（横向载荷（N） d0螺杆或孔的直径（螺杆或孔的直径（mm） Lmin 被联接件中受挤压孔壁的最小长度（被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm），如图所示），如图所示, ,建议建议l lminmin=1.25d=1.25d0 0螺栓许用剪应力，螺栓许用剪应力，MPaMPa，表，表11118 8m m螺栓的抗剪工作面数目螺栓的抗剪工作面数目p螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，

23、MPa铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工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，成本较高精度较高，成本较高2 2、轴向载荷紧螺栓联接强度计算、轴向载荷紧螺栓联接强度计算工作特点：工作前拧紧，有工作特点：工作前拧紧，有Q QP P；工作后加上工作载荷；工作后加上工作载荷F F 工作前、工作中载荷变化，受力比较复杂工作前、工作中载荷变化，受力比较复杂工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F解决问题：解决问题： a) 保证安全可靠的工作，保证安全可靠的工作，QP=？ b) 工作时螺栓总载荷，工作时螺栓总载荷， Q=？ 分析：分析： 图图1

24、 1，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态 比较常见的紧螺栓联接形式比较常见的紧螺栓联接形式分析方法：从分析螺栓的受力和变形分析方法：从分析螺栓的受力和变形关系入手，求螺栓总载荷（总拉力）关系入手，求螺栓总载荷（总拉力）的大小的大小 图，图，拧紧拧紧预紧状态预紧状态QP 作用下作用下 凸缘凸缘压压m ; 栓杆栓杆拉拉bFQQQppbb从 图图3 3，加载加载F F后后工作状态工作状态栓杆栓杆继续拉继续拉凸缘凸缘 放松放松 ppmmQQ从残余预紧力残余预紧力 总载荷总载荷 作图，为了更明确以简化计算（受力变形图）作图，为了更明确以简化计算（受力变形图）设：材料变形在弹性极限内，

25、力与变形成正比设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比 单个紧螺栓联接受力变形图单个紧螺栓联接受力变形图 左图左图拧紧螺母时拧紧螺母时, ,螺螺栓与被联接件的力与变形栓与被联接件的力与变形 右图右图将上两图合并，将上两图合并，并施加工作载荷并施加工作载荷F从图线可看出，从图线可看出，螺栓受工作螺栓受工作载荷载荷F F时，螺栓总载荷：时，螺栓总载荷： PPQFQFQ F 部分工作载荷部分工作载荷 变形协调条件：变形协调条件： 凸缘凸缘压力减量压力减量 PPQQ变形缩小变形缩小m m 栓杆栓杆拉力增量拉力增量 PQQ变形缩小变形缩小b b 变形协调条件变形协调条件 由图可知，螺栓刚度：由图可知，螺

26、栓刚度： FFCQtgQCbbbPbb被联接件刚度：被联接件刚度： FFFCQtgCmmmPmmmbbmbmbCCCFFCCFFFtantanFKFCCCFcmbbmbbcCCCK称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度 F 部分工作载荷部分工作载荷 ppQFFQQ Q:总拉力；总拉力；Qp:残余预紧力；残余预紧力；工作拉力，工作拉力， F部分部分工作载荷工作载荷 ,表示用mbbcCCCK称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度，表称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度，表11-5 如如螺栓刚度用螺栓刚度用Cb表示，表示，被联接件刚度用被联接件刚度用C

27、m表示表示FKQQFKQFQQCPPcp)1 ( p理论分析结果：FKFCCCFcmbb对残余预紧力的要求，为保证受载后接合对残余预紧力的要求，为保证受载后接合面联接的紧密性应使面联接的紧密性应使0PQQP的取法的取法: 可参考可参考p369 QP =（1.51.8）F有密封要求有密封要求 一般联接一般联接 QP =（0.20.6）F 载荷稳定载荷稳定 QP =（0.61.0）F 载荷不稳定载荷不稳定QP =（1.01.5）F 载荷有冲击载荷有冲击 QPF 地脚螺栓联接地脚螺栓联接讨论：讨论： ） 最不利的情况最不利的情况 ) 1(CPmbKFQQCC)0(CPmbKQQCC） 最理想的情况最

28、理想的情况 ）不允许的情况）不允许的情况有缝隙存在，漏气有缝隙存在，漏气 0pQ）降低螺栓受力的措施：）降低螺栓受力的措施： a) a) 必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈）必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈）b) b) 加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高刚度加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高刚度 ）为联接紧密、不漏气，要求）为联接紧密、不漏气，要求 cpPKFQQ1 0即Q总拉力；总拉力；Qp:预紧力；预紧力； Qp:残余预紧力；残余预紧力；工作拉力；工作拉力；Cb螺栓的刚度；螺栓的刚度；Cm被联接件的刚度被联接件的刚度mbbcCCCK称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度称螺栓相对于联接

29、的刚度，称螺栓的相对刚度 FKQQCPP)1 ( FQQFKQFQQPcPP6 6）计算时可根据已知条件选择其一进行计算）计算时可根据已知条件选择其一进行计算a a）轴向静力紧螺栓联接强度计算）轴向静力紧螺栓联接强度计算 静力静力F不变不变，Q为静力，但考虑螺栓在总拉力作用下需为静力，但考虑螺栓在总拉力作用下需补充拧紧补充拧紧,须计入扭转切应力的影响须计入扭转切应力的影响强度条件验算公式：强度条件验算公式： 43 . 121dQca43 . 11Qd设计公式：设计公式： b b）轴向变载荷紧螺栓联接强度计算）轴向变载荷紧螺栓联接强度计算 (工作载荷在工作载荷在F1和和F2之间变化之间变化)分析

30、：当工作载荷，由分析：当工作载荷，由F1F2 ,总拉力在总拉力在Q1和和2变化变化212max4dQ3 3、当验算不满足时、当验算不满足时措施：措施：add1b) b) 最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、制造、最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、制造、C Cm mCCb b，适当提高，适当提高Q QP P等综合措施等综合措施a) ambbadFFccc21122 711表a受变载荷螺栓大多为疲劳破坏，应力幅是影响疲劳的主要因素受变载荷螺栓大多为疲劳破坏，应力幅是影响疲劳的主要因素211min4dQ2/2/ )(24112minmaxdQQa三、螺栓材料与许用应力计算三、螺

31、栓材料与许用应力计算 1 1、材料、材料 螺母、螺栓强度级别：螺母、螺栓强度级别： 1 1）根据机械性能，国家标准规定了它们的力学性能等级，表）根据机械性能，国家标准规定了它们的力学性能等级，表11116 62 2）所依据机械性能为公称抗拉强度极限）所依据机械性能为公称抗拉强度极限B和和公称公称屈服极限屈服极限S 螺栓级别螺栓级别: : 带点数字表示如带点数字表示如9.8 ， 点前数字为点前数字为100/B公称点后数字为点后数字为Bs/10螺母级别螺母级别: :由与该螺母相配的最高性能等级的螺栓公称抗拉由与该螺母相配的最高性能等级的螺栓公称抗拉强度的表示强度的表示 如如100/B注意：选择对螺

32、母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HBS） 常用材料：常用材料：215215、235、35、45重要时：重要时：15Cr、20Cr、40Cr、15MnVB、30CrMnSi2 2、许用应力、许用应力 许用拉应力：许用拉应力： nS已知：不控制已知：不控制QP的紧螺栓联接，易过载。的紧螺栓联接，易过载。设计时应取较大的完全系数。控制预紧力时可取较小的设计时应取较大的完全系数。控制预紧力时可取较小的安全系数安全系数n。显然显然n，与与d 有关。有关。设计时，先假设设计

33、时，先假设d，进行试算，选取一安全系数进行计算，进行试算，选取一安全系数进行计算，计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直径所属范计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直径所属范围内即可，否则需重新进行估算。围内即可，否则需重新进行估算。试算法试算法许用应力及安全系数参照表许用应力及安全系数参照表11117 7和和11118 8 85 螺栓组联接的设计与受力分析螺栓组联接的设计与受力分析 工程中螺栓皆成组使用，单个使用极少。因此，必须研究栓组设计和工程中螺栓皆成组使用，单个使用极少。因此，必须研究栓组设计和受力分析。它是单个螺栓计算基础和前提条件。受力分析。它是单个螺栓计算基础和前提条件。螺栓

34、组联接设计的顺序螺栓组联接设计的顺序选布局、定数目、力分析、设计尺寸选布局、定数目、力分析、设计尺寸 一、结构设计原则一、结构设计原则p356 p356 1、布局要尽量对称分布，栓组中心与联接结合面形心重合（有利于分、布局要尽量对称分布，栓组中心与联接结合面形心重合（有利于分度、划线、钻孔），以受力均匀度、划线、钻孔），以受力均匀2、受剪螺栓组（铰制孔螺栓联接）时，不要在外载作用方向布置、受剪螺栓组（铰制孔螺栓联接）时，不要在外载作用方向布置8个以上，个以上，螺栓要使其受力均匀，以免受力大不均匀，但弯扭作用螺栓组，要适螺栓要使其受力均匀，以免受力大不均匀，但弯扭作用螺栓组，要适当靠接缝边缘布局

35、，尽量远离对称轴，以减少螺栓受力当靠接缝边缘布局，尽量远离对称轴，以减少螺栓受力3、避免偏心载荷作用、避免偏心载荷作用 a）被联接件支承面不平突起）被联接件支承面不平突起 b）表面与孔不垂直）表面与孔不垂直防偏载措施：防偏载措施：a）凸合；）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片）斜垫片 4、接合面的形状应力求简单，最好是矩形、圆或方形，同、接合面的形状应力求简单，最好是矩形、圆或方形，同一圆周上的螺栓数目应采用一圆周上的螺栓数目应采用4、6、8、12等（便于分度）等（便于分度）5、通常采用环状或条状接合面，以减少加工量和接合面、通常采用环状或条状接合面，以减少加工量和接合面不

36、平度的影响，还可以提高刚度。图不平度的影响，还可以提高刚度。图11-6二、螺栓组受力分析二、螺栓组受力分析 目的目的求受力最大载荷的螺栓求受力最大载荷的螺栓6、同一螺栓组紧固件的形状、尺寸、材料等应尽量一、同一螺栓组紧固件的形状、尺寸、材料等应尽量一致，以便于加工和装配致，以便于加工和装配7、合理间距，适当边距，以利用、合理间距，适当边距，以利用扳手装拆扳手装拆，压力容器等，压力容器等紧密性要求较高的重要联接，推荐如书紧密性要求较高的重要联接，推荐如书p358表表113前提（假设）：前提（假设）：被联接件为刚性不变形，只有地基变形。被联接件为刚性不变形，只有地基变形。各螺栓材料、尺寸、拧紧力均

37、相同各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同受力后材料变形在弹性范围内受力后材料变形在弹性范围内接合面形心与螺栓组形心接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面重合，受力后其接缝面仍保持平面1、受轴向载荷螺栓组联接、受轴向载荷螺栓组联接 单个螺栓工作载荷为：单个螺栓工作载荷为： F=P/Z P轴向外载轴向外载 Z螺栓个数螺栓个数 按轴向载荷紧螺栓联接强度计算按轴向载荷紧螺栓联接强度计算2、受横向载荷的螺栓组联接、受横向载荷的螺栓组联接特点：普通螺栓，铰制孔用螺栓皆可用，外载垂直于螺栓特点：普通螺栓，铰制孔用螺栓皆可用，外载垂直于螺栓轴线、防滑轴线、防滑普普 通通 螺螺 栓栓 受拉伸作用受拉伸作

38、用铰制孔螺栓铰制孔螺栓受横向载荷剪切、挤压作用。受横向载荷剪切、挤压作用。单个螺栓所承受的横向载荷相等单个螺栓所承受的横向载荷相等 R=RL/Z按横向载荷的紧螺栓联接计算按横向载荷的紧螺栓联接计算ifRKQSP普普 通通 螺螺 栓栓铰制铰制孔螺孔螺栓栓420dmRPPldRmin03、受横向扭矩螺栓组联接、受横向扭矩螺栓组联接 （1）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷 rZTR（2）矩形接合面）矩形接合面 a)普通螺栓联接普通螺栓联接 由静平衡条件由静平衡条件0TTrfQrfQfQrZPPP21ZiiSZSPrfTKrrrfKTQ121)(则各个螺栓所需的预紧力

39、为则各个螺栓所需的预紧力为联接件不产生相对滑动的条件为联接件不产生相对滑动的条件为：按横向载荷的紧螺栓联接计算按横向载荷的紧螺栓联接计算计入可靠性系数联接件不产生相对滑动的条件为计入可靠性系数联接件不产生相对滑动的条件为：TKrfQrfQfQrSZPPP21b)铰制孔螺栓组联接铰制孔螺栓组联接由变形协调条件可知，各个由变形协调条件可知，各个螺栓的变形量和受力大小与其中螺栓的变形量和受力大小与其中心到接合面形心的距离成正比心到接合面形心的距离成正比iiZZrRrRrRrRrRmaxmax2211由假设由假设板为刚体不变形，工作后仍保持平面板为刚体不变形，工作后仍保持平面iirrRRmaxmax由

40、静平衡条件由静平衡条件0TTrRrRrRZZ2211ZiirrTR12maxmax 工作剪力为按横向载荷的紧螺栓联接计算按横向载荷的紧螺栓联接计算(剪切和挤压）剪切和挤压）4、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接 特点：特点：M在铅直平面内，绕在铅直平面内，绕O-O回转，只能用普通螺回转，只能用普通螺栓，栓，取板为受力对象，由取板为受力对象，由静平衡条件静平衡条件 设单个螺栓工作载荷为设单个螺栓工作载荷为Fi MLFLFLFZZ2211)(1maxmaxmax11LLLFconstLFLFii这里tiiLMLFF12max1max)( 即由假设知由假设知按轴向载荷紧螺栓联

41、接强度计算按轴向载荷紧螺栓联接强度计算螺栓杆不拉断的条件螺栓杆不拉断的条件 43 . 121maxdQca43 . 1max1Qd设计公式设计公式 验算公式验算公式 右侧不压溃条件（被联接件）右侧不压溃条件（被联接件） QP作用下接合面的挤压应力作用下接合面的挤压应力 AZQPQPM作用下接合面的弯曲应力作用下接合面的弯曲应力 WMM maxPPMQPPWMAZQ许用挤压应力表许用挤压应力表114左侧不开缝的条件左侧不开缝的条件 0minWMAZQPMQPP实际使用中螺栓组联接所受的载荷是以上四种简单受力状实际使用中螺栓组联接所受的载荷是以上四种简单受力状态的不同组合：态的不同组合：、受轴向载

42、荷螺栓组联接、受轴向载荷螺栓组联接、受横向载荷的螺栓组联接、受横向载荷的螺栓组联接、受横向扭矩螺栓组联接、受横向扭矩螺栓组联接 、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接 计算时只要分别计算出螺栓组在这些简单受力状态下每个计算时只要分别计算出螺栓组在这些简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后按向量叠加起来，便得到每个螺栓的总螺栓的工作载荷，然后按向量叠加起来，便得到每个螺栓的总工作载荷，再对受力最大的螺栓进行强度计算即可工作载荷，再对受力最大的螺栓进行强度计算即可说明：说明：工程中受力情况很复杂，但均可转化为四种典型情况工程中受力情况很复杂，但均可转化为四种典型情况进行解决。

43、进行解决。 计算公式在对称分布情况下推导，但不对称也可以用计算公式在对称分布情况下推导，但不对称也可以用 取转轴不同，公式计算精度不同。取转轴不同，公式计算精度不同。 总设计思路：螺栓组结构设计（布局、数目）总设计思路：螺栓组结构设计（布局、数目）螺栓组受力螺栓组受力分析（载荷类型、状态、形式）分析（载荷类型、状态、形式）求单个螺栓的最求单个螺栓的最大工作载荷（判断哪个最大）大工作载荷（判断哪个最大）按最大载荷的单个按最大载荷的单个螺栓设计（求螺栓设计（求d1标准）标准）全组采用同样尺寸螺栓全组采用同样尺寸螺栓（互换的目的）（互换的目的） 86 提高螺栓联接强度的措施（自学）提高螺栓联接强度的

44、措施（自学）影响联接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、影响联接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、螺纹牙间、载荷分布、应力幅度、机械性能，而螺栓联接的强螺纹牙间、载荷分布、应力幅度、机械性能，而螺栓联接的强度又主要取决于螺栓的强度。度又主要取决于螺栓的强度。 一、改善螺纹牙间载荷分布不均状况一、改善螺纹牙间载荷分布不均状况 工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应力最大，处第一圈为最大，应变最大，应力最大，其余各圈依次递减，旋合螺纹间的载荷分其余各圈依次递减

45、，旋合螺纹间的载荷分布如图所示。所以采用圈数过多的布如图所示。所以采用圈数过多的加厚螺加厚螺母母，并不能提高联接的强度。，并不能提高联接的强度。 办法：改进螺母的结构，增加协调性，以缓和矛盾办法：改进螺母的结构，增加协调性，以缓和矛盾 a) 悬置螺母悬置螺母 b) 环槽螺母环槽螺母 c)c)内斜螺母内斜螺母 d d)环槽内斜环槽内斜三、降低螺栓应力幅三、降低螺栓应力幅 1、降低螺栓刚性、降低螺栓刚性 abbFC,则12bb1212,aaFF抗疲劳强度得到提高，可抗疲劳强度得到提高，可用增大螺栓长度、空心杆、细长杆、用增大螺栓长度、空心杆、细长杆、柔性螺栓联接柔性螺栓联接 2、增大凸缘刚性、增大

46、凸缘刚性 ammFC,则12mm1212,aaFF提高了螺栓联接疲劳强度，提高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度垫片或直接拧在铸铁采用高硬度垫片或直接拧在铸铁 3、同时使用、同时使用Cb,Cm同时适当增加同时适当增加QP1212,mmbb12FF12aa提高被联接件刚性提高被联接件刚性Cm降低螺栓刚性降低螺栓刚性Cb , 同时同时QP2QP2 理想方法理想方法 三、减小应力集中的影响三、减小应力集中的影响1）加大过渡处圆角）加大过渡处圆角(图图1) 2）改用退刀槽）改用退刀槽3）卸载槽，）卸载槽，(图图2) 4）卸载过渡结构。（图）卸载过渡结构。（图3） 四、采用合理的制造工艺四、采用合理的制造工

47、艺 1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高3040% 2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等可提高疲劳强度可提高疲劳强度3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度提高）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度提高70100 %，此法具有优质、高产、低消耗功能，此法具有优质、高产、低消耗功能4）控制单个螺距误差和螺距累积误差）控制单个螺距误差和螺距累积误差87 螺旋传动螺旋传动p265一、螺旋传动的类型、特点与应用一、螺旋传动的类型、特点与应用 1、应用、应用 螺旋传动是利用螺杆和螺

48、母组成的螺旋副来实现传动要求螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将的。它主要用于将回转运动回转运动变为变为直线运动直线运动将直线运动变为回将直线运动变为回转运动，同时传递运动或动力。转运动，同时传递运动或动力。 2、传动形式：、传动形式： a)螺杆转螺母移螺杆转螺母移 b)螺杆又转又移（螺母固定）螺杆又转又移（螺母固定）用得多用得多 c) 螺母转螺杆移螺母转螺杆移 d) 螺母又转又移（螺杆固定）螺母又转又移（螺杆固定）用得少用得少 按用途分三类：按用途分三类： 1）传力螺旋）传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋 特点：低速、间歇工作，传递轴向力大

49、、自锁。设计时应保证有足特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁。设计时应保证有足够的刚度，如为受压丝杆应考虑其失稳问题。够的刚度，如为受压丝杆应考虑其失稳问题。 2）传导螺旋）传导螺旋机床进给丝杠机床进给丝杠传递传递运动运动和动力和动力 特点：速度高、连续工作、精度高特点：速度高、连续工作、精度高 3）调整螺旋）调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。 特点：是受力较小且不经常转动特点：是受力较小且不经常转动 ，用于精确测量、定量微调中，必，用于精确测量、定量微调中，必要时应采用消隙机构。要时应采用消隙机构。3、螺旋传动类型、螺旋传动类型螺旋传动按摩擦副的

50、性质分：螺旋传动按摩擦副的性质分： 1、滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平、滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁稳、工作可靠、易于自锁缺缺 点点 ：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗大，：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗大，传动效率低（传动效率低（3040%）传动精度低）传动精度低实际应用实际应用 ：螺旋千斤顶、夹紧机构、机床上的进给装置：螺旋千斤顶、夹紧机构、机床上的进给装置2、滚动螺旋传动、滚动螺旋传动摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的

51、螺杆和螺母之间连续装填在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环两种内循环、外循环两种 优点：传动效率高（可达优点：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵），起动力矩小，传动灵活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆运动效率相同，可实现逆传动。运动效率相同，可实现逆传动。 缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性

52、差，结构复杂，制造工艺要求高，成本较高。制造工艺要求高，成本较高。 3、静压螺旋、静压螺旋液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开 特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现象，定位特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现象，定位精度高，磨损小，寿命长。但螺母结构复杂（需密精度高，磨损小，寿命长。但螺母结构复杂（需密封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精

53、密机床中进给和分度机构床中进给和分度机构 二、滑动螺旋的设计计算二、滑动螺旋的设计计算 1、结构与材料、结构与材料 千斤顶典型结构千斤顶典型结构 螺杆：高强度，良好加工性螺杆：高强度，良好加工性材料材料螺母：足够强度，低摩擦系数并螺母：足够强度，低摩擦系数并有较高的耐摩性材料有较高的耐摩性材料螺杆：螺杆：钢制造钢制造 螺母：螺母：青铜等耐摩性材料青铜等耐摩性材料选择螺旋传动的材料参考书选择螺旋传动的材料参考书p272表表842、耐磨性计算、耐磨性计算 滑动螺旋中滑动螺旋中磨损磨损是最主要的一种失效形式，是最主要的一种失效形式，它会引起传动精度下降，空间大，并使强度它会引起传动精度下降，空间大，并使强度下降。下降。 磨损的影响因素：磨损的影响因素：工作面的比压，螺纹表工作面的比压，螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态面质量，滑动速度和润滑状态 所以耐磨性计算主要限制螺纹工作面上比所以耐磨性计算主要限制螺纹工作面上比压压P要求小于材料的许用比压要求小于材料的许用比压设轴向载荷为设轴向载荷为F，螺纹高度，螺纹高度h,则每圈螺纹的承压面则每圈螺纹的承压面积为积为3.14d2h,如螺母的高度为如螺母的高度为H ，螺距为，螺距为P，对于，