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1、第八章 F引言 F螺纹的种类及主要参数 F螺纹副的受力分析与自锁 F螺纹紧固件与螺纹联接的类型 F螺纹联接的预紧与防松 F螺栓联接的设计计算 F螺栓组联接的设计计算 F螺旋传动 第一节 F引言 F螺纹的种类及主要参数 F螺纹副的受力分析与自锁 F螺纹紧固件与螺纹联接的类 型 F螺纹联接的预紧与防松 F螺栓联接的设计计算 F螺栓组联接的设计计算 F螺旋传动 标准件 n尺寸、结构、材料、精度、公差配合以及 制图要求等具有统一标准的零部件，如螺 栓、螺钉、螺母、垫圈、铆钉、销、键等 连接件以及滚动轴承、联轴器等部件 n标准件是机械产品中使用数量大的零部件 n标准件由专业厂按照标准进行大批量生产 ，可
2、降低成本、保证质量和可靠性、提高 互换性 联接 与动力 源组合 零件构件机构机器 静联接动联接 (运动副 ) 静联接 动联接（运动副） 可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等 不可拆联接：铆接、焊接、胶接等 联接 联接件与被联接件的组合 第二节 F引言 F螺纹的种类及主要参 数 F螺纹副的受力分析与自锁 F螺纹紧固件与螺纹联接的类型 F螺纹联接的预紧与防松 F螺栓联接的设计计算 F螺栓组联接的设计计算 F螺旋传动 螺纹的形成 n 螺纹联接件表面形状为螺纹 n 倾斜线绕在圆柱体上形成螺旋线 n 平面图形沿螺旋线形成螺纹 螺旋线 平面图形 螺纹的类型(1) 用途 固定螺纹 联接螺纹 测量螺纹 传动螺
3、纹 螺纹的类型(2) 螺旋线方向（旋向） 右旋螺纹：常用 左旋螺纹：特殊要求 旋向判断 (1)轴线垂直时， 右边高右旋 左边高左旋 (2)右手旋，前进右旋 左手旋，前进左旋 螺纹的类型(2) 补充（左旋螺纹应用） 自行车的左侧脚踏船用螺旋桨 螺纹的类型(3) 螺旋线数目 单头螺纹：易自锁 多头螺纹：传动能力强 螺纹的类型(4) 轴向剖面形状（螺纹牙型） 三角形螺纹：常用于联接 矩形螺纹：用于传动 梯形螺纹：常用于传动 锯齿形螺纹：常用于传动，单向受载 螺纹的类型(5) 公（外）螺纹与母 （内）螺纹，组合 称为螺纹联接 螺纹的类型(5) 补充（加工方法） 碾制 车削 Header blankMo
4、ving die plate Fixed die plate 螺纹的类型(6) 圆柱螺纹与圆锥螺纹 母体形状 螺纹的主要参数 大径d、D：最大直径公称直径 小径d1：外螺纹的危险剖面直径 强度直径 中径d2、D2：假想直径，牙型沟 槽宽与牙的宽度相等 计算直径 螺距P：相邻两牙轴向距离 导程S：同一条螺纹线的相邻两牙 间的轴向距离，S = nP 升角y ：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角 牙型角a ：螺纹两侧边的夹角 M8 第三节 F引言 F螺纹的种类及主要参数 F螺纹副的受力分析与自锁 F螺纹紧固件与螺纹联接的类型 F螺纹联接的预紧与防松 F螺栓联接的设计计算 F螺栓组联接的设计计算 F螺旋
5、传动 螺纹副（螺旋副）的力学特性 n 螺纹副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面 n 螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动 n 当螺杆和螺母之间受到轴向力Q时，拧动螺杆或 螺母，螺旋面间将产生摩擦力 n 螺纹副的受力决定其效率和自锁条件 矩形螺纹副的受力、效率及自锁 螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动 滑块沿斜面运动 假设：1)载荷分布在中线上; 2)单面产生摩擦力 螺旋升角 F F d2 d d1 y s =z p v12 r R n n Ft F F y 拧紧力 拧紧力矩 防松力 防松力矩 自锁条件y r 效率 三角螺纹副的受力、效率及自锁 反力 摩擦力 当量摩擦角 F F Fn Fn 9
6、00- 900- 拧紧力 拧紧力矩 防松力 防松力矩 效 率 自锁条件 y re 1. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动？ 2. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种易自锁，宜用于联接？ 第四节 F引言 F螺纹的种类及主要参数 F螺纹副的受力分析与自锁 F螺纹紧固件与螺纹联接的类型 F螺纹联接的预紧与防松 F螺栓联接的设计计算 F螺栓组联接的设计计算 F螺旋传动 常用螺纹紧固件的类型 螺栓 双头螺柱 螺钉 螺母 垫圈 标准化 常用螺纹紧固件的材料和精度 性能等级与材料 按机械性能分10级（螺母等级低于螺栓） 常用低碳钢和中碳钢 变载、冲击用合金钢（特殊场合用有色金属） 螺纹公差和精度 公差：内螺
7、纹 G、H 外螺纹 e、f、g、h 精度：精密 中等 一般用途 粗糙 精度要求低 螺纹联接的基本类型（1）螺栓联接 普通螺栓（受拉螺栓） 工作原理：螺栓受拉承受外载荷 应用：被联接件不太厚的常拆卸处 受剪螺栓 工作原理：侧 壁受挤压、杆 横截面受剪承 受外载 应用：需精确 固定两被联接 件的相对位置 螺纹联接的基本类型（2）双头螺柱联接 工作原理：螺栓受拉承受外载 应用：被联接件较厚，且常拆卸处 螺纹联接的基本类型（3）螺钉联接 工作原理：螺钉受拉承受外载 应用：一被联接件较厚，但不常拆卸处 螺纹联接的基本类型（4）紧定螺钉联接 工作原理 螺钉依赖摩擦力 承受外载 应用 定位、传递力、 螺纹联
8、接的基本类型（5）其它螺纹联接 螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、装拆要求 等进行选择 地脚螺栓联接 吊环螺栓联接 T形槽螺栓联接 螺纹联接的画法 第五节 F引言 F螺纹的种类及主要参数 F螺纹副的受力分析与自锁 F螺纹紧固件与螺纹联接的类型 F螺纹联接的预紧与防松 F螺栓联接的设计计算 F螺栓组联接的设计计算 F螺旋传动 螺纹联接的预紧（拧紧） 拧紧力矩T T1：螺纹阻力矩 T2：摩擦力矩 0.2Fd12 螺栓轴向拉力 被联接件轴向压力 预紧力 目的：提高螺纹联接刚性、紧密性、紧固性；以及防松 原理：预紧力和拧紧力矩 拧紧力矩的控制 测力矩扳手： 手柄易变形，而 稳定作刻度。 手柄变形与T
9、成正比 定力矩扳手：给钢球足够的压紧力 螺纹联接的防松 问题：冲击、震动、 变化 副间 急剧下降 目的：防止螺旋副间的相对转动。 摩擦防松：简便，但不可靠 机械防松：增加元件，可靠 破坏螺纹副：可靠，一次性 弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺母 开口销带翅垫片止动垫片 温度变化，材料蠕变 联接松脱 措施： 其他防松 弹簧垫圈对顶螺母 尼龙圈锁紧螺母 开口销 带翅垫片 止动垫片 冲点法 粘合法 焊点法 螺纹联接的防松 第六节 F引言 F螺纹的种类及主要参数 F螺纹副的受力分析与自锁 F螺纹紧固件与螺纹联接的类型 F螺纹联接的预紧与防松 F螺栓联接的设计计算 F螺栓组联接的设计计算 F螺旋传动 螺纹联接
10、的主要失效形式和设计准则 松动：螺纹紧固件、被联接件 拉断：螺纹紧固件（螺栓、螺钉） 压溃：螺纹紧固件与被联接件的螺纹牙 剪断：螺纹紧固件 滑扣：螺纹紧固件与被联接件的螺纹牙磨损 在联接不松滑的条件下，通过强度计算 确定螺纹紧固件的直径，避免拉断 螺纹联接设计的内容 n 选择适当的螺纹联接形式 n 选择螺纹紧固件的材料和精度 n 确定螺纹紧固件的公称尺寸 n 确定防松和拧紧方法 松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力 紧螺栓联接：有预紧力，还有工作拉力 松螺栓联接的强度设计 校核 设计 受载荷形式轴向拉伸（工作拉力F） 失效形式螺栓拉断 (静、疲劳) 设计准则保证螺栓拉伸强度 强度条件： 无其它载
11、荷的紧螺栓联接的强度设计 受载荷形式轴向拉伸（预紧力F）、扭力 T 失效形式螺栓拉断 (拉、扭综合作用) 设计准则保证螺栓拉伸强度 强度条件： e 设计计算方法： 螺纹力矩T剪应力 预紧拉力F拉应力 校核式 : 设计式: T F F 受横向载荷的紧螺栓联接的强度设计 普通螺栓（受拉螺栓 ） 铰制孔螺栓（受剪螺栓 ） 普通螺栓与绞制孔螺栓的失效形式是否相同？ FR/2 FR/2 FR 受横向载荷的紧螺栓联接的强度设计 问题：预紧力F应满足的条件? 依据：被联接件不滑移界面摩擦力FR 受载荷形式轴向拉伸（预紧力F） 、 扭力T、横向载荷FR 失效形式螺栓拉断 (拉扭综合作用) 设计准则保证螺栓拉伸
12、强度 强度条件： e 设计计算方法： FR F FR F 普通螺栓 横向载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓。为何？ 受横向载荷的紧螺栓联接的强度设计 绞制螺栓 受载荷形式拧紧过程中:轴向拉伸F 、扭力T(预紧力小，计算时可忽略) 工作时：横向载荷FR 失效形式侧面压溃及螺栓剪切 设计准则保证挤压、剪切强度 强度条件： pp、 设计计算方法： 挤压强度： 剪切强度： FR FR 受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计 受载荷形式拧紧过程中: 轴向拉伸F 、 扭力T 工作时，再承受工作载荷F 螺栓所受的总拉力:F0 = F+F ? T F F F F F0 F0 须根据静力平衡方程和变形协调条件求解 受
13、轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计 变形协调条件 1= b F0F+F F0=F+F 1 b 1 b T F F F F F0 F0 F F F F 预紧F 受载F 螺栓被联接件 拉力F，伸长1压力F，压缩b 拉力F0, 伸长1+ 1压力F, 压缩b -b 未预紧 未受力、无变形未受力、无变形 F F 受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计 压缩弹簧c2 被联接件 拉伸弹簧c1 螺栓 F 压缩弹簧受力：F 拉伸弹簧受力：F 均等于预紧力 受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计 受力变形关系 形变 力F 1b F F F0 F 被联接件 螺栓 b 提高被联接件刚度 c1：螺栓刚度 c2：被联接件刚度 受轴向载荷
14、的紧螺栓联接的强度设计 静载荷 螺纹力矩T剪应力 总拉力F0拉应力 校核式 : 设计式: 受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计 变载荷 工作载荷在F1F2之间变化；螺栓受力在F01F02之间变化 力 时间 O F2 F1 工作载荷变化 变形 O 力 螺栓拉力变幅 螺栓应力幅 提高螺栓联接强度的措施 改善螺纹牙间受力分配 机理：螺栓受拉： 自上而下积累，p逐渐变大 螺母受压： 自上而下积累，p逐渐变小 措施 ： 采用受拉螺母：悬置螺母和环槽螺母 采用内斜螺母：最下面几圈易变形 采用均载装置：钢丝螺套 螺栓p螺母p 螺母采用有色金属等（E小，变形小） 除钢丝螺套，皆采用变形协调条件 内斜螺母环槽螺母悬
15、置螺母 提高螺栓联接强度的措施 减小附加应力 措施：改善被联件结构 提高螺栓联接强度的措施 减轻应力集中 主要在加工和结构处理时考虑 提高螺栓联接强度的措施 降低应力幅 措施：通过降低螺栓刚度，提高被联件刚度 第七节 F引言 F螺纹的种类及主要参数 F螺纹副的受力分析与自锁 F螺纹紧固件与螺纹联接的类型 F螺纹联接的预紧与防松 F螺栓联接的设计计算 F螺栓组联接的设计计 算 F螺旋传动 螺栓组及其设计 n螺栓通常成组使用， 构成螺栓组 n螺栓组采用相同材料 和尺寸的螺栓 n螺栓组的设计主要确 定联接形式、螺栓数 目及其分布 螺栓组联接的受力分析（1） 假设：（1）被联接件为刚体 （2）各螺栓拉伸或剪切刚度相同，F相 同 （3）螺栓应变没有超出弹性范围 四种典型情况： 受横向载荷的螺栓组联接 受旋转力矩的螺栓组联接 受轴向载荷的螺栓组联接 受翻转力矩的螺栓组联接 概述 目的：确定最大承载螺栓及其载荷 螺栓组联接的受力分析（2） 轴向力 条件：FQ通过螺栓组的对称中心，且平行于螺栓轴线 工作载荷 式中：z螺栓个数 FQ FF 螺栓组联接的受力分析（3） 横向力 条件：FR作用线通过螺栓组的对称中心，且垂直于螺栓轴线 (a) 受拉螺栓联接 (b) 受剪螺栓联接 螺杆受剪力侧壁受挤压 各螺栓受载均等 螺栓组联接的受力分析（4） (a) 受拉螺栓联
