《螺纹连接与传动》ppt课件

1、衔接衔接静衔接静衔接动衔接动衔接可拆衔接可拆衔接不可拆衔接不可拆衔接螺纹衔接螺纹衔接键、花键和销衔接键、花键和销衔接型面衔接型面衔接过盈衔接过盈衔接铆接铆接焊接焊接胶接胶接第二篇第二篇 衔接衔接5-1 螺纹螺纹5-2 螺纹衔接的类型与规范联接件螺纹衔接的类型与规范联接件5-3 螺纹衔接的预紧螺纹衔接的预紧5-5 螺纹衔接组的设计重点螺纹衔接组的设计重点5-6 螺纹衔接的强度计算重点螺纹衔接的强度计算重点5-8 提高螺纹衔接强度的措施提高螺纹衔接强度的措施5-7 螺纹衔接件的资料与许用应力螺纹衔接件的资料与许用应力5-9 螺旋传动螺旋传动5-4 螺纹衔接的防松螺纹衔接的防松第一节第一节 螺螺 纹

2、纹一、螺纹的类型和运用一、螺纹的类型和运用工程运用工程运用1、 螺纹的构成螺纹的构成一个三角形绕着圆柱体的轴线沿螺旋线运动就构成了三角形螺纹。同样可得到梯形、锯齿形、矩一个三角形绕着圆柱体的轴线沿螺旋线运动就构成了三角形螺纹。同样可得到梯形、锯齿形、矩形螺纹。形螺纹。d2d2衔接：效率低、自锁性好。衔接：效率低、自锁性好。传动：效率高、自锁性差。传动：效率高、自锁性差。2 2按螺纹牙形分：三角形、矩形、梯形、锯齿形等按螺纹牙形分：三角形、矩形、梯形、锯齿形等30303 330306060三角形三角形梯形梯形锯齿形锯齿形矩形矩形单线，用于衔接单线，用于衔接双线或多线，常用于传动双线或多线，常用于

3、传动粗牙：普通情况下运用。粗牙：普通情况下运用。细牙：细牙：d d一样，一样，p p小，小， 小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。 用于变载用于变载荷场所。荷场所。 衔接螺纹：普通为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。衔接螺纹：普通为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。2 2、螺纹分类、螺纹分类1 1按螺纹线数分：单线衔接；多线传动。按螺纹线数分：单线衔接；多线传动。管螺纹的公称直径管螺纹的公称直径管子的公称内径通径管子的公称内径通径圆柱管螺纹圆柱管螺纹=55=55用于水、煤气、光滑管路用于水、煤气、光滑管路圆锥管螺纹圆锥管螺纹=55=55,60,60用于密封要求高的管

4、路用于密封要求高的管路d d3 3按螺纹用途按螺纹用途衔接螺纹：三角形螺纹、管螺纹、自攻螺钉衔接螺纹：三角形螺纹、管螺纹、自攻螺钉1 1矩形螺纹矩形螺纹(0): 0): 但强度但强度定心性定心性传动螺纹传动螺纹要求：效率较高要求：效率较高2 2梯形螺纹梯形螺纹(3030):):较高较高, ,易切削易切削, ,强度强度定心性定心性 具有梯形螺纹强度高特点，又具有矩形螺纹具有梯形螺纹强度高特点，又具有矩形螺纹效率高特点。效率高特点。 锯齿形螺纹只能进展单向传动。锯齿形螺纹只能进展单向传动。3. 3. 锯齿形螺纹锯齿形螺纹非任务面：非任务面：3030任务面：任务面：3 34按螺旋线绕行方向分：按螺旋

5、线绕行方向分： 左旋左旋 右旋右旋常用常用旋向断定：旋向断定：顺着轴线方向看，可见侧左边高那么为左旋，右边顺着轴线方向看，可见侧左边高那么为左旋，右边高那么为右旋。高那么为右旋。5按螺旋线位置分：按螺旋线位置分： 内螺纹内螺纹在圆柱孔的内外表构成的螺纹在圆柱孔的内外表构成的螺纹 外螺纹外螺纹在圆柱孔的外外表构成的螺纹在圆柱孔的外外表构成的螺纹思索：思索：螺纹类型螺纹类型性能性能牙根强度牙根强度工艺性工艺性适用场所适用场所三角形螺纹三角形螺纹自锁性好自锁性好最大最大好好联接联接矩形矩形效率最高效率最高小小差差传动传动梯形梯形效率较高效率较高较大较大好好传动传动( (规范化规范化) )锯齿形锯齿形

6、效率较高效率较高较大较大好好传动单向传动单向各种螺纹的特点各种螺纹的特点: :二、螺纹主要参数二、螺纹主要参数)(21212ddd 1、直径大径大径d d：公称直径。：公称直径。M20d=20mmM20d=20mm小径小径d1d1：螺纹的最小直径：螺纹的最小直径, ,常用于衔接的强度计算。常用于衔接的强度计算。中径中径d2d2：齿厚：齿厚= =齿槽宽处直径，常用于衔接的动力、运动、几何计算。齿槽宽处直径，常用于衔接的动力、运动、几何计算。几何计算用。几何计算用。 普通取：普通取：3 3、螺距、螺距P P螺纹相邻两个牙型上对应螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向间隔。点间的轴向间隔。4 4、导程、导

7、程S S：2 2、线数、线数n n：螺纹的螺旋线数目。：螺纹的螺旋线数目。nn效率效率自锁性自锁性常用衔接的螺纹要求自锁性，普通为单线。为便于制造常用衔接的螺纹要求自锁性，普通为单线。为便于制造n4 n4 。 螺旋线上任一点沿同一条螺线旋螺旋线上任一点沿同一条螺线旋转一周所挪动的轴向间隔。转一周所挪动的轴向间隔。 S= nP5 5、升角、升角：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。22tandnPds 可见，可见，SS效率效率自锁性自锁性。 6 6、牙形角、牙形角：螺纹牙两侧边的夹角，对称牙形，螺纹牙两侧边的夹角，对称牙形，=2=2。7、任务

8、高度、任务高度h：内外螺：内外螺 纹旋合的接触高度。纹旋合的接触高度。8、效率、效率：)tan(tanV 放松螺母时放松螺母时)tan(0 FF22dFT )tan(220 dF程度推力程度推力:9 9、自锁条件：、自锁条件： )tan(0 FF自锁自锁farctan 螺旋副的自锁条件为：螺旋副的自锁条件为：0 当当时时0 FR例例1 1：一梯螺纹的螺杆，：一梯螺纹的螺杆，d=20mm,d=20mm,，d1=15.5mmd1=15.5mm，d2=18mmd2=18mm，P=4mmP=4mm，n=2n=2，f=0.2f=0.2，问：该螺纹能，问：该螺纹能否满足自锁条件？否满足自锁条件？解：解：

9、1414.018422 dnPtg 05. 8 15cos2coscosffftg 69.11 那么：那么：那么：那么：因因，故该机构自锁。，故该机构自锁。第二节第二节 螺纹衔接的类型及规范衔接件螺纹衔接的类型及规范衔接件一、螺纹衔接件的类型一、螺纹衔接件的类型螺纹衔接的类型螺纹衔接的类型螺栓衔接螺栓衔接普通螺栓衔接普通螺栓衔接铰制孔螺栓衔接铰制孔螺栓衔接双头螺柱连联接双头螺柱连联接螺钉衔接螺钉衔接紧定螺钉衔接紧定螺钉衔接地脚螺栓地脚螺栓二、规范螺纹衔接件二、规范螺纹衔接件 参见参见66页表页表5-2常用规范螺纹衔接件常用规范螺纹衔接件 2双头螺柱双头螺柱两端带螺纹两端带螺纹 1 1螺栓螺栓

10、A A型型有退刀槽有退刀槽 B B型型无退刀槽无退刀槽4 4紧定螺钉紧定螺钉 锥锥 端端适于零件外表硬度较低不常装配场所。适于零件外表硬度较低不常装配场所。 平平 端端接触面积大、不伤零件外表，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常装配场所。接触面积大、不伤零件外表，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常装配场所。 圆柱端圆柱端压入轴上凹坑中，适于紧定空心轴上零件的位置压入轴上凹坑中，适于紧定空心轴上零件的位置3 3螺钉螺钉 6 6螺母螺母5 5自攻螺钉自攻螺钉由螺钉攻出螺纹由螺钉攻出螺纹7 7垫圈垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btH

11、D1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈第三节第三节 螺纹衔接的预紧螺纹衔接的预紧一、预紧力一、预紧力 预紧的目的：在于加强衔接的可靠性和严密性，以防止受载后被衔接件间出现缝隙或发生相对滑动。预紧的目的：在于加强衔接的可靠性和严密性，以防止受载后被衔接件间出现缝隙或发生相对滑动。 1010)6 . 05 . 0()7 . 06 . 0(AFAFSS ：合金钢螺栓碳素钢螺栓 拧紧后螺纹衔接件的预紧应力不得超越其资料屈服极限的拧紧后螺纹衔接件的预紧应力不得超越其资料屈服极限的80%80%。v 预紧力确实定原那么：预紧力确实定原那么：绝大多数螺纹衔接受载之前绝大多数螺纹衔

12、接受载之前拧紧拧紧遭到的这个预加作用力称为预紧力遭到的这个预加作用力称为预紧力F0控制预紧力的方法控制预紧力的方法普通情况凭阅历，拧紧即可普通情况凭阅历，拧紧即可定力矩扳手定力矩扳手丈量螺栓伸长量丈量螺栓伸长量测力矩扳手测力矩扳手 N N fNF FF0F0)tan(222021 dFdFTfarctan 螺纹副摩擦力矩：螺纹副摩擦力矩： 螺母向上作匀速运动时螺母向上作匀速运动时:)tan(0 FF二、预紧力和预紧力矩之间的关系二、预紧力和预紧力矩之间的关系 T2 T2 螺母与支承面间的摩螺母与支承面间的摩 擦阻力矩擦阻力矩以螺母分析：以螺母分析：T =T1+T2T =T1+T2T1 T1 螺

13、纹副间的摩擦力矩螺纹副间的摩擦力矩1 1、螺纹副间的摩擦力矩、螺纹副间的摩擦力矩T1 T1 R2、螺母与接触面的摩擦力矩、螺母与接触面的摩擦力矩 202030300231dDdDFfTc 33200120022001tan()23vcDddTFLTTFf FDd 对于对于M10M64的螺纹，普通取的螺纹，普通取 15. 0 155. 1arctan5 . 1 2 . 01 . 01 . 1 9 . 0002 cvffdDfdddd 例：取例：取F=200N，L=15d，代入上，代入上 式，那么得式，那么得 F0=15000N 留意：对于重要的衔接，应尽能够不采用直径过小留意：对于重要的衔接，应

14、尽能够不采用直径过小( (M12)M12)的螺栓。的螺栓。小于小于M12，那么易拉断。，那么易拉断。第四节第四节 螺纹衔接的防松螺纹衔接的防松3 3、防松的根本问题：在于防止螺旋副相对转动。、防松的根本问题：在于防止螺旋副相对转动。4 4、防松方法、防松方法摩擦防松摩擦防松机械防松机械防松其它防松其它防松1 1、螺纹衔接按自锁条件设计：、螺纹衔接按自锁条件设计：v v 静载下不会自行松脱。静载下不会自行松脱。2 2、松动缘由、松动缘由冲击、振动、变载荷下冲击、振动、变载荷下温度变化较大时温度变化较大时螺旋副摩擦力螺旋副摩擦力FfFf减小或瞬时消逝减小或瞬时消逝松动松动第五节第五节 螺栓组衔接的

15、设计螺栓组衔接的设计 大多数机器的螺纹衔接件都是成组运用的，其中以螺栓组衔接最具有典型性，故以螺栓大多数机器的螺纹衔接件都是成组运用的，其中以螺栓组衔接最具有典型性，故以螺栓组衔接为例，讨论它的设计和计算问题，其结论对双头螺柱组、螺钉组衔接也同样适用。组衔接为例，讨论它的设计和计算问题，其结论对双头螺柱组、螺钉组衔接也同样适用。 螺栓设计步骤：螺栓设计步骤： 1、构造设计：螺栓数目、布置方式。、构造设计：螺栓数目、布置方式。 2、受力分析：找出受力最大的螺栓。、受力分析：找出受力最大的螺栓。 3、强度计算：确定螺栓的直径。、强度计算：确定螺栓的直径。 一、螺栓组衔接的构造设计一、螺栓组衔接的构

16、造设计 目的：确定螺栓数目及布置方式。目的：确定螺栓数目及布置方式。 要求：要求： 1、衔接接合面的几何外形通常都设计成轴对称的简单几何外形，如圆形、环形、矩形、框形、衔接接合面的几何外形通常都设计成轴对称的简单几何外形，如圆形、环形、矩形、框形、三角形等。且螺栓组的对称中心与结合面形心重合，从而保证结合面受力均匀。三角形等。且螺栓组的对称中心与结合面形心重合，从而保证结合面受力均匀。 2、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。 1对于铰制孔螺栓联接，不要在平行于任务载荷的方向上成排对于铰制孔螺栓联接，不要在平行于任务载荷的方向上成排地布置地布置8个以上的螺栓，以免

17、载荷分布过于不均。个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。 2当螺栓衔接接受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当接近衔接接合面的边缘，以减小螺栓当螺栓衔接接受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当接近衔接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。的受力。3当采用普通螺栓衔接时，假设螺栓同时接受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销、套当采用普通螺栓衔接时，假设螺栓同时接受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销、套简、键等抗剪零件来接受横向载荷简、键等抗剪零件来接受横向载荷 ，以减小螺栓的预紧力及其构造尺寸。，以减小螺栓的预紧力及其构造尺寸。3、螺栓的陈列应有合理的间距、边距。、螺栓的陈列应有合理的间距、边距。 各螺栓轴线

18、间以及螺栓轴线和机体壁间的最小间隔，应根据扳手所需活动空间的大小来决各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小间隔，应根据扳手所需活动空间的大小来决议。议。 4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。、分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。 5、为了便于装配，同一螺栓组中一切螺栓的资料、直径和长度均应一样。、为了便于装配，同一螺栓组中一切螺栓的资料、直径和长度均应一样。 6、防止螺栓接受附加的弯曲载荷、防止螺栓接受附加的弯曲载荷 ：凸台、沉孔、斜垫圈等。：凸台、沉孔、斜垫圈等。 二、螺栓组衔接的受力分析二、螺栓组衔接的受力分析

19、根据联接的构造方式、外载荷类型根据联接的构造方式、外载荷类型螺栓受力螺栓受力找出受载最大螺栓找出受载最大螺栓按单个螺栓联接的计算方法计算按单个螺栓联接的计算方法计算假设：假设： 、一切螺栓的资料、直径、长度、刚、一切螺栓的资料、直径、长度、刚度一样；度一样； 2 2、预紧力均一样；、预紧力均一样； 3 3、变形在弹性范围内；、变形在弹性范围内； 4 4、被联件为刚体。、被联件为刚体。 1、受横向载荷的螺栓组衔接可采用普通螺栓或铰制孔螺栓、受横向载荷的螺栓组衔接可采用普通螺栓或铰制孔螺栓保证接合面不产生滑移保证接合面不产生滑移四种典型受载情况时的受力分析四种典型受载情况时的受力分析1 1采用普通

20、螺栓衔接采用普通螺栓衔接 特点：载荷作用线与螺栓轴线垂直，并经过螺栓组对称中心。特点：载荷作用线与螺栓轴线垂直，并经过螺栓组对称中心。 FKizfFS0izfFKFS 02 2采用铰制孔用螺栓衔接受剪螺栓采用铰制孔用螺栓衔接受剪螺栓FRFRb)用受剪螺栓联接Fs/2Fs/2Fs/2FsFs/2FsFR/2FR/2假定每个螺栓受载一样，那么任务条件：aFFz zFFa/ 剪切计算挤压计算2、受改动力矩的螺栓组衔接可采用普通螺栓或铰制孔螺栓、受改动力矩的螺栓组衔接可采用普通螺栓或铰制孔螺栓 TKfrFfrFfrFfz 02010特点：在转矩特点：在转矩T T作用下，底板有绕螺栓组形心轴线旋转的趋势

21、。作用下，底板有绕螺栓组形心轴线旋转的趋势。1采用普通螺栓衔接采用普通螺栓衔接 摩擦力承载，各螺栓处产生相等的摩擦力摩擦力承载，各螺栓处产生相等的摩擦力TKrfFSzii 10 ziiSrfTKF102采用铰制孔用螺栓衔接采用铰制孔用螺栓衔接 靠剪切和挤压承载，各螺栓在靠剪切和挤压承载，各螺栓在T T作用下受横向力作用下受横向力FiFi。任务条件：任务条件： F1r1+ F2r2+ + Fzrz T F1r1+ F2r2+ + Fzrz T即即FsiFsi与与ri ri成正比：成正比：变形协调条件：底板视为刚体，变形协调条件：底板视为刚体，riri剪切变形量剪切变形量FsiiirFrF max

22、maxzzrFrFrF 2211iirrFFmaxmax ziizrTrrrrTrF12max22221maxmaxTrrrrrFz )(2232221maxmax例题例题1 1、图示凸缘联轴器，用六个普通螺栓将两半联轴器相连，被联轴的转速、图示凸缘联轴器，用六个普通螺栓将两半联轴器相连，被联轴的转速n=960r/minn=960r/min，传送，传送的功率的功率P=1.5kWP=1.5kW，联轴器接合面间摩擦系数，联轴器接合面间摩擦系数f=0.2f=0.2，防滑系数，防滑系数Ks=1.2Ks=1.2，试计算需加在每个螺栓上，试计算需加在每个螺栓上的预紧力大小。的预紧力大小。解：解：1 1联轴

23、器所传送转矩联轴器所传送转矩mmNnPT.105 . 1960151055. 91055. 9466 2 2螺栓所接受的预紧力螺栓所接受的预紧力F0 F0 NFNzfrTKFS150 1501002 . 06105 . 12 . 1040 ：取取TKfzrFs 0 3 3受轴向载荷的螺栓组衔接只可用普通螺栓联接受轴向载荷的螺栓组衔接只可用普通螺栓联接FDDp 除外载荷除外载荷FF，螺栓还接受预紧力，螺栓还接受预紧力F0F0的作的作用，在任务拉力用，在任务拉力F F 的作用下，螺栓的总拉力的作用下，螺栓的总拉力 F2 F + F0F2 F + F0特点：外载荷特点：外载荷FF与螺栓轴线平行，与螺

24、栓轴线平行， 并经过螺栓组对称中心。并经过螺栓组对称中心。各螺栓组平均受载：各螺栓组平均受载：F =F/zF =F/zF0F0bm变形F0b力力ObOm变形mF0螺栓被衔接件OmmmbF2F1F 1 1受力分析受力分析 变形受力过程：变形受力过程：无变形无变形F0F0bbmm+F+Fm-2m-2b+1b+1变形协调条件：变形协调条件：1= 2 =1= 2 =FFFFF 012变形F0b力mmF2F1FFFbm2受力变形图 )(mbCCFFFmbCCF 故故设螺栓所接受的任务力F：令bbC FtanmmCF tan mmCtanbbCtanFFF 02bF tan0 螺栓所接受的总的载荷螺栓所接

25、受的总的载荷bCF 0螺栓总的拉力：FFF 02 bCF0FCmCCFbb 0FF 1剩余预紧力为：FFF 21FCCCFmbm 0FFCCCFmbb 0式中：mbbCCC 为螺栓的相对刚度，其取值范围为 01。变形F0b力mmF2F1FFFbm结论：结论：1 1、上述分析可见：螺栓接受的总拉力、上述分析可见：螺栓接受的总拉力F2 F0 + F F2 F0 + F 2 2、当、当F0 F0 及及F F 一定时，一定时，F2 F2 取决于取决于 Cb /( Cb+ Cm) Cb /( Cb+ Cm) Cb CbCmCm螺栓受力螺栓受力F2 F2 ，取应采用刚度较小的螺栓，刚度较大的被衔接件。，取

26、应采用刚度较小的螺栓，刚度较大的被衔接件。 3 3、为防止出现缝隙，剩余预紧力应大于、为防止出现缝隙，剩余预紧力应大于0 ,0 ,普通：普通：F1 =(0.2F1 =(0.21)F; 1)F; 有密封要求的有密封要求的F0 =(1.5F0 =(1.51.8)F1.8)F。各力定义各力定义预紧力预紧力F0 F0 任务载荷任务载荷F F对螺栓衔接施加的外载荷对螺栓衔接施加的外载荷FFFCCCFF 1mbb02FCCCFFFmbm011 残余预紧力残余预紧力螺栓所接受的总的载荷螺栓所接受的总的载荷例题例题2 2、一紧螺栓衔接，知，、一紧螺栓衔接，知， 加任务加任务载荷载荷F F后，螺栓又伸长后，螺栓

27、又伸长1mm1mm，此时螺栓遭到轴向总载荷，此时螺栓遭到轴向总载荷F2=5000kNF2=5000kN，求螺栓的预紧力，求螺栓的预紧力F0F0、任务载荷、任务载荷F F、剩余预紧力剩余预紧力F1F1大小？大小？ mmKNCb/1000 mmKNCm/2000 解：受轴向任务载荷的紧螺栓衔接预紧时的受力解：受轴向任务载荷的紧螺栓衔接预紧时的受力- -变形图。变形图。 KNCCFFFmbmb30001)20001000()(tantan KNCFFFFFFFCmCCFFbbb4000110005000220002 KNFFF20003000500021 F4受倾覆力矩的螺栓组衔接只可用普通螺栓联接

28、受倾覆力矩的螺栓组衔接只可用普通螺栓联接 假定底板为刚体，在假定底板为刚体，在M作用下接合面仍坚持平面；地基和螺栓为弹性体；底板受翻转力作用下接合面仍坚持平面；地基和螺栓为弹性体；底板受翻转力矩矩M作用后，将绕对称轴作用后，将绕对称轴OO翻转。翻转。特点：在特点：在M M作用下，底板有绕螺栓组形心轴翻转的趋势。作用下，底板有绕螺栓组形心轴翻转的趋势。作用作用M M前：各螺栓受力一样前：各螺栓受力一样作用作用M M后：左侧：后：左侧：F F拉拉( (不均匀不均匀) )， 右侧：右侧：F F压压( (不均匀不均匀) F) FMLFLFLFzz 2211任务条件：任务条件： 根据变形协调条件：根据变

29、形协调条件： maxmax2211LFLFLFLFzz ziizLLMLLLLMF12max22221maxmax受力最大的螺栓所受力最大的螺栓所 接受的总的接受的总的载荷载荷maxmbb02FCCCFF AzFp/0式中：WMCCCMWmbm)(1max 附加校核其它条件：右侧边缘不压溃左侧不出现缝隙 ppppmaxmax0maxminppp 故： 00min0maxWMAzFWMAzFppp 实践中，螺栓组所受的外载荷经常是复合形状，但都可以简化成上述四种简单受力形状，按力的叠加原理求出螺栓受力。求得受力最大的螺栓所受的载荷后，即可进展单个螺栓衔接的强度计算。 1受横向载荷普通螺栓或铰制孔

30、螺栓受横向载荷普通螺栓或铰制孔螺栓小结：螺栓的受力形状分析小结：螺栓的受力形状分析2受改动力矩普通螺栓或铰制孔螺栓受改动力矩普通螺栓或铰制孔螺栓 3 3受轴向载荷普通螺栓联接受轴向载荷普通螺栓联接4受倾覆力矩普通螺栓联接受倾覆力矩普通螺栓联接第六节第六节 螺栓衔接的强度计算螺栓衔接的强度计算 1、受拉螺栓、受拉螺栓 2、受剪螺栓、受剪螺栓 失效方式：螺栓杆和孔壁的贴合面上出压溃或螺栓杆被剪断。失效方式：螺栓杆和孔壁的贴合面上出压溃或螺栓杆被剪断。 设计准那么：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。设计准那么：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。65%20%15%螺栓的失效方式螺栓的失效方式设计准那么：保证螺

31、栓的静力或疲劳拉伸强度。设计准那么：保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。失效方式：螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。失效方式：螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。一松螺栓衔接的强度计算一松螺栓衔接的强度计算 仅受轴向任务拉力仅受轴向任务拉力FF失效：拉断失效：拉断强度条件：41Fd mm mm 设计设计查手册，选螺栓 SdFAFs211 41 校核校核 二紧螺栓联接的强度计算二紧螺栓联接的强度计算 1、仅接受预紧力的紧螺栓衔接、仅接受预紧力的紧螺栓衔接 紧螺栓在装配时，在拧紧力矩紧螺栓在装配时，在拧紧力矩T1T1的作用下，除了受预紧力的作用下，除了受预紧力F0F0产生的拉应力外，还接受由产生的拉应

32、力外，还接受由于拧紧螺母产生的改动剪应力的作用。于拧紧螺母产生的改动剪应力的作用。2104dF 预紧力引起的拉应力：预紧力引起的拉应力：312v0162)tan(ddF 螺牙间的摩擦力矩引起的改动剪应力：螺牙间的摩擦力矩引起的改动剪应力：F0F0FF对于对于M12M12M64M64螺栓：螺栓： 05. 0tan08. 104. 1 17. 0tan12，ddv 5 . 0 根据第四强度实际根据第四强度实际 3 . 1)5 . 0(332222ca 危险剖面的强度条件式：危险剖面的强度条件式： 1.31.3意义：紧衔接时，将拉应力增大意义：紧衔接时，将拉应力增大30%30%以思索拧紧力矩的影响。

33、以思索拧紧力矩的影响。 210413 . 1dFca校核式校核式3 . 1401 Fd mm mm 设计式设计式2 2、接受预紧力和任务拉力的紧螺栓衔接、接受预紧力和任务拉力的紧螺栓衔接1 1任务载荷为静载荷任务载荷为静载荷 在设计时首先计算螺栓的任务载荷在设计时首先计算螺栓的任务载荷F F，再根据衔接的要求选取，再根据衔接的要求选取F0F0值，计算螺栓的总拉力值，计算螺栓的总拉力F2 F2 ，再思索扭切应力的影响。截面的拉伸强度条件是：再思索扭切应力的影响。截面的拉伸强度条件是： 212123 . 1441/3 . 1FddFca ，或：，或： 螺栓的最大拉应力为：螺栓的最大拉应力为： 21

34、2max41dF 螺栓的最小拉应力为：螺栓的最小拉应力为：210min41dF 应力幅为：应力幅为：21minmax22dFCCCmbba 计算平安系数计算平安系数)2)()(2minmin1maxmaxlimSKKSaamameaeca 由前面知识可知这种应力形状为最小应力等于常数由前面知识可知这种应力形状为最小应力等于常数 min=C2 2任务载荷为变载荷任务载荷为变载荷( (螺栓的疲劳强度进展准确校核螺栓的疲劳强度进展准确校核) )任务载荷在任务载荷在0 0F F变化时螺栓总拉力在变化时螺栓总拉力在F0F0FCmCCFFbb 02之间变化。之间变化。三接受任务剪力的紧螺栓衔接三接受任务剪

35、力的紧螺栓衔接失效方式：螺杆被剪断及螺杆或孔壁被压溃。失效方式：螺杆被剪断及螺杆或孔壁被压溃。FFd0Lmin螺栓杆的剪切强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：4dF20 挤压强度条件为：挤压强度条件为： F0minppdL p取弱者计算Lmin =min1，2一、资料一、资料1、螺栓在普通设计中，通常选用在普通设计中，通常选用4.8级左右的螺栓，在重要的或有特殊级左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹衔接件如在压力容器中常采用要求设计中的螺纹衔接件如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。级的螺栓。第七节第七节 螺纹衔接件的资料及许用应力螺纹衔接件的资料及许用应力 螺栓的常用资料为低碳钢、中碳

36、钢、合金钢螺栓的常用资料为低碳钢、中碳钢、合金钢螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级 (见表见表5-8) 3.6 4.6 4.8 5.6 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9小数点前的数字小数点前的数字100100为为Bmin -Bmin -代表强度极限大小代表强度极限大小小数点及后面的数字小数点及后面的数字Bmin Bmin 为为Smin-Smin-代表屈服极限的大小代表屈服极限的大小4.64.6级级: Bmin=400 MPa s= 400: Bmin=400 MPa s= 4000.6=240 MPa0.6=240 MPa例如例如6.86.8级：级：

37、Bmin=600MPaBmin=600MPasmin=0.8smin=0.8600=480MPa600=480MPa螺母的性能等级分为七级：螺母的性能等级分为七级： 4 5 6 8 9 10 12表表5-9数字100代表螺母能接受的最小应力min 2、螺母二、螺纹衔接的许用应力及平安系数二、螺纹衔接的许用应力及平安系数1 1螺纹联接件的许用拉应力螺纹联接件的许用拉应力2 2螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力3 3螺纹联接件的平安系数表螺纹联接件的平安系数表5-105-10Ss Ss PsPS 被联接件为钢被联接件为钢PbPS 被联接件为铸铁被联接件为铸铁

38、从公式从公式 可以看出，在预紧力及任务载荷不变的情况下，减小应力幅实践就是减可以看出，在预紧力及任务载荷不变的情况下，减小应力幅实践就是减少螺栓的总拉力。少螺栓的总拉力。 FCCCFFmbb 02第八节第八节 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施 1、降低影响螺栓联接的应力幅、降低影响螺栓联接的应力幅max max 一定时：一定时：aa疲劳强度疲劳强度当当F F、F F不变时：不变时： Cb Cb 或或 Cm Cm。措施：措施：1 1螺栓长度螺栓长度 2 2光杆直径光杆直径 3 3采用柔性螺栓：采用柔性螺栓： 腰状螺栓腰状螺栓 空心螺栓空心螺栓4 4采用弹性元件采用弹性元件 2 2添加

39、被衔接件的刚度添加被衔接件的刚度 采用刚度较大的金属气缸垫片或采用采用刚度较大的金属气缸垫片或采用密封环。密封环。 3 3适当添加预紧力及减小衔接件的刚度和增大被衔接件的刚度适当添加预紧力及减小衔接件的刚度和增大被衔接件的刚度1 1减小联接件的刚度减小联接件的刚度2、改善螺纹牙上载荷分布不均的景象、改善螺纹牙上载荷分布不均的景象 任务时，螺栓受拉，p螺母受压，p两者产生螺距差第一圈：p最大，受力最大第810圈：后几乎不受力各圈受载不均 采用加高螺母不能 提高联接强度。改善螺纹牙载荷分布方法。改善螺纹牙载荷分布方法。改善螺纹牙间载荷分布的措施 悬置螺母 环槽螺母 内斜螺母 环槽螺母与内斜螺母3减

40、小应力集中的影响减小应力集中的影响 收尾：退刀槽；增大牙根处过渡圆角半径或采用卸载构造。螺纹牙根弯曲应力 断裂螺纹孔不正、被联件外表不平、发生变形等。4、防止或减小附加载荷、防止或减小附加载荷措施：垫圈、凸台、沉孔等。5、合理的制造工艺、合理的制造工艺 1) 加工方法：碾制螺纹牙较车制强度30%；2) 外表处置：喷丸、氮化等。螺栓组受力分析横向力旋转力矩轴向力翻转力矩F=FA/zziirrMF12maxmaxzmfFkFRf0受拉zFFR/受剪ziifrfTkF10受拉ziirTrF12maxmax受剪受拉螺栓受变载：4/3 . 1210dFca紧联接受F0和F4/20dmFmin0pphdF

41、4/21dFa影响疲劳强度4/3 . 1212dFca单个螺栓强度计算受剪螺栓：松联接：仅受F0：受静载：F2=F+F1例题例题3 3、图示塔接板，用、图示塔接板，用4 4个普通螺栓衔接，每个螺栓危险剖面面积为个普通螺栓衔接，每个螺栓危险剖面面积为225mm2225mm2，作用在联连板上的，作用在联连板上的横向外力横向外力F=18000NF=18000N，接合面间的摩擦系数，接合面间的摩擦系数F=0.15F=0.15，防滑系数，防滑系数KS=1.2KS=1.2，求螺栓接受的最小任务应力。，求螺栓接受的最小任务应力。解：解：1 1求每个螺栓施加的预紧力。求每个螺栓施加的预紧力。 NfziFKFZ

42、FKfziFSS180004215. 0180002 . 1400 2 2求螺栓任务应力求螺栓任务应力 a0MP 104225180003 . 13 . 1 AFca NF18000min0 例例4 4 如下图用两个如下图用两个M10M10小径小径d1=8.376mmd1=8.376mm，中径，中径d2=9.026mmd2=9.026mm螺钉固定一牵引钩。假设螺钉资螺钉固定一牵引钩。假设螺钉资料为料为Q235Q235钢，屈服极限钢，屈服极限s=240MPas=240MPa，平安系数取，平安系数取S=1.6,S=1.6,思索摩擦传力的可靠性系数防滑系数思索摩擦传力的可靠性系数防滑系数KS=1.2

43、KS=1.2，接合面摩擦系数，接合面摩擦系数f=0.2f=0.2，求其允许的牵引力，求其允许的牵引力FRFR。RFmfzFS0K 解：许用拉应力解：许用拉应力 MPa 0156 . 1/240S S 螺钉数螺钉数z z2 2，接合面数，接合面数m=1m=1，根椐不发生滑移条件，根椐不发生滑移条件RRR03212 . 02 . 1FFfmzFKFS 强度条件为强度条件为 21043 .1dFca N 182133 . 14150376. 833 . 14221R dF 例题例题5 5、图示凸缘联轴器，用六个普通螺栓将两半联轴器相连，被联轴的转速、图示凸缘联轴器，用六个普通螺栓将两半联轴器相连，被

44、联轴的转速n=960r/minn=960r/min，传送，传送的功率的功率P=1.5kWP=1.5kW，联轴器接合面间摩擦系数，联轴器接合面间摩擦系数f=0.2f=0.2，防滑系数，防滑系数Ks=1.2Ks=1.2，螺栓资料屈服极限，螺栓资料屈服极限s=320Mpas=320Mpa，平安系数，平安系数S=1.5S=1.5，计算螺栓直径。，计算螺栓直径。解：解：1 1联轴器所传送转矩联轴器所传送转矩mmNnPT.105 . 19605 . 11055. 91055. 9466 2 2螺栓所接受的预紧力螺栓所接受的预紧力F0 F0 NFNzfrTKFS150 1501002 . 06105 . 1

45、2 . 1040 ：取取TKfzrFs 03 3求许用应力求许用应力 asMPs3 .2135 . 1/320/ 4 4求螺栓直径求螺栓直径 mmdmmFddFca41. 341. 33 .21315003 . 143 . 14413 . 1101210 ：取取 例题例题6 6、气缸盖衔接构造如下图，气缸内径、气缸盖衔接构造如下图，气缸内径D=250mmD=250mm，为保证气密性要求采用，为保证气密性要求采用1212个个M18M18的螺栓，螺纹的螺栓，螺纹内径内径15.294mm15.294mm、中径、中径16.376mm16.376mm，许用拉应力，许用拉应力 =120MPa =120MP

46、a，取剩余预紧力为任务拉力的，取剩余预紧力为任务拉力的1.51.5倍，求气倍，求气缸所能接受的最大压强。缸所能接受的最大压强。 解：解：1.1.单个螺栓所能接受的总的拉力单个螺栓所能接受的总的拉力NdFdFca2 .169493 . 1120294.1525. 03 . 141413 . 12212212 2.2.单个螺栓所接受的任务力单个螺栓所接受的任务力NFFFFFFFF68.67795 . 2/5 . 25 . 1212 F F 3. 3. 气缸盖所接受的总的拉力气缸盖所接受的总的拉力NzFF16.8135668.677912 4.4.气缸所能接受的最大压强。气缸所能接受的最大压强。 a

47、MPDFAFp658. 1)2250(16.81356)2(22max 例题例题7 7、板、板A A用用4 4个普通螺钉固定在机座个普通螺钉固定在机座B B上，知板与机座间摩擦系数上，知板与机座间摩擦系数=0.14=0.14，螺钉许用拉应力，螺钉许用拉应力=120MPa=120MPa，FQ=2.5kNFQ=2.5kN，要求能产生的摩擦力比任务负载大，要求能产生的摩擦力比任务负载大25%25%，试螺钉小径。，试螺钉小径。解：解：kN.mm 2085 . 28aaaFTQ 7a7aA AB B2a2a2a2aFQFQFQFQT TFQ/4FQ/4FQ/4FQ/4FQ/4FQ/4FQ/4FQ/4kN

48、aaF53. 322524201 aFT241 kNFFQ625.04/2 F1F1kNFFFFF4135cos2212221 kNFF71.3525. 10 T TFQ/4FQ/4FQ/4FQ/4FQ/4FQ/4FQ/4FQ/4F1F1F1F1F1F1F1F1F FFmZF%)251( 0 413 .1210 dF根据不发生滑移条件：根据不发生滑移条件：Z=1，m =1d1 = 22.2mmd1 = 22.2mm作业作业 5-5 5-5补充条件：补充条件：=100MPa=100MPa，=150MPa=150MPa 5-8 5-8 5-9 5-9实验：螺栓组合实验实验：螺栓组合实验59螺旋传动

49、螺旋传动螺旋千斤顶螺旋千斤顶一、螺旋传动的类型、特点与运用一、螺旋传动的类型、特点与运用 1、运用、运用 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。它主要用于将回转运动变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。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传送运动或动力。为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传送运动或动力。 2、传动方式：、传动方式： 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

50、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、间歇任务，传送轴向力大、自锁特点：低速、间歇任务，传送轴向力大、自锁 2传导螺旋传导螺旋机床进给汇杠机床进给汇杠传送运动和动力传送运动和动力 特点：速度高、延续任务、精度高特点：速度高、延续任务、精度高 3调整螺旋调整螺旋机床、仪器及测试安装中的微调螺旋。机床、仪器及测试安装中的微调螺旋。 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 3、螺旋传动类型、螺旋传动类型螺旋传动按摩擦副的性质分：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，承载才干高，易于自锁、滑动螺旋：构造简单、传动

51、比大，承载才干高，易于自锁缺缺 点点 ：磨损快、寿命短，摩擦损耗大，传动效率低：磨损快、寿命短，摩擦损耗大，传动效率低2、滚动螺旋传动、滚动螺旋传动摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺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螺杆和螺母之间延续装填假设干滚动体母之间延续装填假设干滚动体特点：传动效率高可达特点：传动效率高可达90%90%，起动力矩小，传动平稳，起动力矩小，传动平稳 缺陷：不自锁，抗振性差，构造复杂，制造工艺要求高。缺陷：不自锁，抗振性差，构造复杂，制造工艺要求高。 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

52、液压系统提高压力油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间产生压力油膜。力油进入螺杆与螺母螺纹间产生压力油膜。 特点：摩擦系数小，效率高，但构造复杂，本钱较高。特点：摩擦系数小，效率高，但构造复杂，本钱较高。 某些零件的主要尺寸是经过实际某些零件的主要尺寸是经过实际计算确定的，其它尺寸那么是根据阅计算确定的，其它尺寸那么是根据阅历公式或制造工艺决议的，必要时方历公式或制造工艺决议的，必要时方进展强度验算。进展强度验算。螺旋千斤顶作业义务书螺旋千斤顶作业义务书 一、标题：螺旋千斤顶设计一、标题：螺旋千斤顶设计项项 目目 设设 计计 方方 案案12345678910最大起重量最大起重量F（kN）2025303

53、5404550556065最大起升高度最大起升高度H(mm)150160170180190200210220230240原始数据：原始数据：二、任务量二、任务量 1总装配图一张总装配图一张 2计算阐明书一份计算阐明书一份三、作业目的：三、作业目的： 1、熟习螺旋千斤顶的任务原理、设计与计算方法；、熟习螺旋千斤顶的任务原理、设计与计算方法；2 2、运用所学的知识处理设计中所遇到的详细实践问题，培育学生独立任务才干；、运用所学的知识处理设计中所遇到的详细实践问题，培育学生独立任务才干；3 3、熟习有关设计资料，学会查阅手册和运用国家规范，、熟习有关设计资料，学会查阅手册和运用国家规范，四、步骤：四

54、、步骤：1 1、选材、选材2 2、耐磨性计算，确定螺纹直径、耐磨性计算，确定螺纹直径3 3、自锁验算、自锁验算4 4、螺杆强度验算、螺杆强度验算5 5、螺母螺纹牙强度验算、螺母螺纹牙强度验算6 6、螺母外径及凸缘强度验算、螺母外径及凸缘强度验算7 7、螺杆稳定性计算、螺杆稳定性计算8 8、手柄计算、手柄计算9 9、其他尺寸计算、其他尺寸计算 五、螺旋千斤顶的设计计算五、螺旋千斤顶的设计计算 1. 1. 螺杆的设计与计算螺杆的设计与计算 1 1螺杆螺纹类型的选择螺杆螺纹类型的选择 螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。 它的根本牙形按它的根本牙形

55、按GB5796.186GB5796.186的规定。的规定。 2 2选取螺杆资料选取螺杆资料 螺杆资料常用螺杆资料常用Q235Q235、Q275Q275、4040、4545、5555等。等。 3 3确定螺杆直径确定螺杆直径 按耐磨性条件确定螺杆中径按耐磨性条件确定螺杆中径d2d2。求出。求出d2d2后，后，按规范选取相应公称直径按规范选取相应公称直径d d、螺距、螺距P P 及其它尺寸。及其它尺寸。 耐磨性计算耐磨性计算 滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹任务面上的压力，滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹任务面上的压力，其强度条件：其强度条件：22phHdFPhudFp 4自锁验算自锁验算

56、自锁条件是自锁条件是v 式中：式中： 为螺纹中径处升角；为螺纹中径处升角； 22tandnPds v为摩擦角为摩擦角v=tg-1fv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比摩擦角小，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比摩擦角小1。即。即vl5螺杆强度计算螺杆强度计算对受力较大的螺杆应根据第四强度实际校核螺杆的强度。对受力较大的螺杆应根据第四强度实际校核螺杆的强度。2122122)4343dTFdca（ ca螺杆的强度条件：式中，式中，F F为螺杆所受的轴向压力或拉力，为螺杆所受的轴向压力或拉力，T T为螺杆所受的扭矩为螺杆所受的扭矩2tan(2dFTv） 6稳定性计算稳定性计算 细长的螺杆任务时遭到

57、较大的轴向压力能够失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定细长的螺杆任务时遭到较大的轴向压力能够失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性，计算时应留意正确确定螺杆长度系数性，计算时应留意正确确定螺杆长度系数。 压杆的稳定性要求螺杆的任务压力压杆的稳定性要求螺杆的任务压力F F 要小于临界载荷要小于临界载荷FcrFcrscrscSFFS sS445 . 255 . 3 传力螺旋传导螺旋精细螺杆或程度安装当螺杆的柔度当螺杆的柔度s40时，可以不用进展稳定性校核。时，可以不用进展稳定性校核。crF-临界载荷，临界载荷，FcrFcr按照螺杆的柔度按照螺杆的柔度s s 选取选取22s)(40lEIFilc

58、r 时：时：当当、l、i、E、I的含义及数值见教科书的含义及数值见教科书P99页。页。， DbuF6b2b uDbFl1 1螺母螺牙的强度计算螺母螺牙的强度计算螺牙上的平均压力为：螺牙上的平均压力为：F/uF/u2 2螺母外径与凸缘的强度计算螺母外径与凸缘的强度计算 对于支撑螺母，需求校核螺母本体的强度。对于支撑螺母，需求校核螺母本体的强度。其危险截面其危险截面 a a a a 的剪切强度条件和弯的剪切强度条件和弯曲强度条件分别为：曲强度条件分别为：F/u D D2aa2 2螺母的设计计算螺母的设计计算3 3托杯、手柄及底座的设计计算托杯、手柄及底座的设计计算见设计指点书见设计指点书六、其它要

59、求六、其它要求装配图装配图 作图要求投影关系正确，位置安排适当、留出标题作图要求投影关系正确，位置安排适当、留出标题栏和明细表位置。线型粗细、尺寸规范和字体，都应栏和明细表位置。线型粗细、尺寸规范和字体，都应符合制图规定。符合制图规定。 装配图应注的尺寸包括：总体尺寸长、宽、高、装配图应注的尺寸包括：总体尺寸长、宽、高、安装尺寸、任务性能尺寸及配合尺寸，配合尺寸应标出安装尺寸、任务性能尺寸及配合尺寸，配合尺寸应标出配合公差。配合公差。 零件明细表的内容包括：件号、称号包括主要规格零件明细表的内容包括：件号、称号包括主要规格尺寸、数量、资料注出牌号和备注对于规范件尺寸、数量、资料注出牌号和备注对于规范件应注明该规范的代号。应注明