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1、第五章 螺纹连接和螺旋传动,5-1 螺纹,5-2 螺纹连接的类型和标准连接件,5-3 螺纹连接的预紧,5-5 螺栓组连接的设计,5-6 螺纹连接的强度计算,5-8 提高螺纹连接强度的措施,5-7 螺纹连接件的材料及许用应力,5-9 螺旋传动（简介）,5-4 螺纹连接的防松,连接螺纹的当量摩擦角较大，自锁性好，连接可靠；,传动螺纹的当量摩擦角较小，传动效率高。,螺 纹,为什么？,内螺纹和外螺纹,一、螺纹的类型和应用,三角形 矩形 梯形 锯齿形,主要用于连接,多用于传动,单线螺纹和多线螺纹,左旋螺纹和右旋螺纹,单线主要用于连接多线主要用于传动,常用右旋,组成螺纹连接或螺旋副,螺纹的各种牙型,连接螺
2、纹副,二、螺纹的主要参数,大径 d 即螺纹的公称直径。,螺 纹,来源：“机械原理”摩擦一章,小径 d1 常用于连接的强度计算。,中径 d2 常用于连接的几何计算。,螺距 P 螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,牙型角a 、牙侧角 、接触高度 h,升角 在中径圆柱上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 Ph 螺纹上任一点沿同一条螺旋线转 一周所移动的轴向距离， Ph = nP。,连接类型与标准件1,螺纹连接的类型和标准连接件,一、螺纹连接的基本类型,除上述连接的基本类型外，在机器中，还有一些特殊结构的螺纹连接。如：T型槽螺栓连接、吊环螺钉连
3、接和地脚螺栓连接等。,连接类型与标准件2,螺纹连接的类型和标准连接件,二、标准螺纹连接件,螺纹连接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹连接件的结构形式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。,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，对于重要的螺栓连接，也可以采用测定螺栓伸长的方法来控制预 紧力。,纹连接的预紧,螺纹连接的预紧,大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。,增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。另外，较大的预紧力有利于提高连接件的疲劳强度。,注意
4、：对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小(M12)的螺栓。,拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。,预紧力：,预紧的目的：,预紧力的限制：,预紧力的控制：,预紧力和预紧力矩之间的关系：,详细推导,螺纹连接的防松,螺纹连接的防松,螺纹连接一般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，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致连接失效。,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。,防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。按工作原理的不同，防松 方法分为摩擦防松、机械防松等。,螺纹连接组的
5、设计1,螺栓组连接的设计,在设计螺栓组连接时，根据被连接件的结构和连接的用途，首先确定螺栓数目和分布形式，然后用强度计算法或者类比法确定螺栓尺寸。,为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常联 接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。,螺栓布置应使各螺栓的受力合理。,螺栓的排列应有合理的间距、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。同一螺栓组应该用相同的螺栓。,避免螺栓承受附加的弯曲载荷。,说明,说明,说明,一、螺栓组连接的结构设计,设计原则：各螺栓与连接面受力均匀，加工制造方便。为此，一般考虑以下几个方面：,
6、大多数机器的螺栓都是成组使用的。,螺纹连接组的设计2,螺栓组连接的设计,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：根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓 及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。,受力分析的类型：,二、螺栓组连接的受力分析,螺栓组连接的受载情况可能是以上4种简单受力状态的组合，只要分别计算出在每种简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后以向量叠加 得到每个螺栓的总工作载荷。确定受力最大的螺栓及其载荷后，就可进行单个螺栓连接的强度计算。,螺纹联接组的设计3,（1）对于铰制孔用螺栓连接（图b）， 每个螺栓所受工作剪力为：,（2）对于普通螺栓连接（图a
7、） ，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦 力必须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4个螺栓组成的受横向载荷 的螺栓组连接。,受横向载荷的螺栓组连接,则得预紧力,Ks为防滑系数，设计中可取Ks =1.11.3。,采用铰制孔用螺栓 或者普通螺栓 ，连接的工作原理不同！,螺纹连接组的设计4,同上述，采用普通螺栓和铰制孔用螺栓时，连接的受力情况是不同的。,受转矩的螺栓组连接,当采用普通螺栓 时，是靠连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 时，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T 。,典型应用例：凸缘联轴器,螺纹连接组的设计4,受转矩的
8、螺栓组连接,采用普通螺栓 时， 连接的平衡条件为：,采用铰制孔用螺栓 时， 连接的平衡条件为：,则得每个螺栓的预紧力：,则得每个螺栓的工作剪力：,螺纹联接组的设计5,受轴向载荷的螺栓组连接,若作用在螺栓组上轴向总载荷F作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受的轴向工作载荷 为：,另外，各个螺栓还承受预紧力F0 的作用。每个螺栓所承受的总拉力待下节研究。,螺纹联接组的设计6,受倾覆力矩的螺栓组连接（简介）,倾覆力矩 M 作用在连接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已拧紧并承受预紧力F0。,连接安全工作的条件：,1. 螺栓抗拉强度足够；,2.
9、右侧底板不压溃，即,3. 左侧底板不分离，即,螺纹连接的强度计算1,螺纹连接的强度计算,强度计算方法：首先根据工作情况求螺栓的受力，然后判断失效形式，依此建立计算准则，就可以由强度条件 求出螺栓的直径，或者校核连接的强度。,一、松螺栓连接强度计算,二、紧螺栓连接强度计算,1仅受预紧力的紧螺栓连接,2承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接,3承受工作剪力的紧螺栓连接,经过上节螺栓组连接的受力分析，确定了受力最大的螺栓及其载荷，就可对单个螺栓进行强度计算。,综上所述，单个螺栓连接所受的外载荷不外乎是轴向力和横向力两种，而螺栓本身的受力形式不外乎是受拉和受剪两种。,对于受拉螺栓（普通螺栓），其主要失效形式
10、是螺纹部分发生断裂，因而其设计准则是保证拉伸强度；对于受剪螺栓（铰制孔用螺栓），其主要失效形式是螺栓杆和孔壁的贴合面压溃或螺栓杆被剪断，其设计准则是保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度。,螺纹连接的强度计算2,1仅受预紧力的紧螺栓连接,受横向载荷的普通螺栓连接（螺栓拉力始终为预紧力F0）,预紧力引起的拉应力：,螺牙间的摩擦力矩引 起的扭转剪应力：,强度条件：,当连接承受较大的横向载荷F时，由于要求F0Ff，设 f = 0.2，则 F05F ，因而需要大幅度地增加螺栓直径。,根据第四强度理论， 螺栓在预紧状态下的 计算应力:,为避免螺栓直径过大，可采用减载措施。,螺纹连接的强度计算3,螺栓受预紧力
11、F0后，在工作拉力F 的作用下，螺栓的总拉力F2 = ?,这时螺栓的总拉力为：,为使工作载荷作用后，连接结合面间有残余预紧力F1存在，要求螺栓 连接的预紧力F0为：,静强度条件：,式中F1为残余预紧力 ，为保证连接的紧密性， 应使 F1 0，一般根据连接的性质确定F1的大小（课本：P83）。,详细分析,螺栓总拉力的另一种表达式,Cb：螺栓刚度 Cm：被连接件刚度,补充例题,2承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接,（疲劳强度计算：P8485，略。）,螺纹连接的强度计算4,3承受工作剪力的紧螺栓连接,这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压；在连接结合面处，
12、螺栓杆则受剪切。,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：,几点注意事项：,1在设计或校核时，两个强度条件都要计算，不能遗漏。,3. 在设计时，求出螺栓杆直径 d0 后，还要查标准确定螺纹公称直径 d 。 当 d30 mm时，dd01。,2许用剪应力、许用挤压应力和安全系数见课本 P87 ，注意连接件的材料。,国家标准规定了螺纹连接件的性能等级。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。在一般用途的设计中，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连接件，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。,螺纹连接件的材料与许
13、用应力,螺纹连接件的材料与许用应力,一、螺纹连接件的材料,螺纹连接件是标准件。常用的螺纹连接件材料为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。,性能等级,二、螺纹连接件的许用应力,1螺纹连接件的许用拉应力,2螺纹连接件的许用剪应力和许用挤压应力,3螺纹连接件的安全系数,（被连接件为钢）,（被连接件为铸铁）,补充例题,提高螺纹连接强度的措施,提高螺纹连接强度的措施,以螺栓连接为例，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高 螺栓的强度，将大大提高连接系统的可靠性。,影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓 强度。,采
14、用合理的制造工艺方法,螺旋传动1,螺旋传动（简介）,一、螺旋传动的类型和应用,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：,说明,滑动螺旋 滚动螺旋 静压螺旋,说明,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，同时传递动力。,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、测量仪器、工具、 夹具、玩具及其他工业装备中有着广泛的应用。,螺旋传动常见的运动形式有：螺杆转动，螺母移动或螺母固定，螺杆 转动并移动。,外螺纹,内螺纹,单线螺纹和多线螺纹,作 业,56。 提示： 1. 不用计算
15、螺栓直径，分别在a、b图上画出所有螺栓的受力图，确定受力最大的螺栓及其所受的力。深入思考：螺栓所受的工作载荷只是一个竖直向下的载荷吗？ 2. 先做56题，再做55题。 55。 改问题为：分别按普通螺栓和铰制孔用螺栓（设Lmin20mm）设计此螺栓连接。,作 业,57、8、9、10。 提示： 5-7. 拉杆螺纹不是标准件，不能查表5-8。 5-8. 删去“螺栓预紧力控制在其屈服极限的70%”这句话。 5-10. 螺栓个数要试算，满足表5-4。“上、下凸缘厚”是为了设计螺栓长度，可不做。,作 业,56、7、8。 提示： 5-6. 求受力最大的螺栓所受的力。 5-7. 拉杆螺纹不是标准件，不能查表5-8。 5-8. 删去“螺栓预紧力控制在其屈服极限的70%”这 句话。 要求：统一用A4纸写作业。,
