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1、名师精编优秀教案河海大学机电学院教案与讲稿课程：机械设计20112012 学年上学期主讲教师：苏洲教 学 课 题螺纹联接教学目的与要求掌握螺纹联接类型及防松方法，松、紧螺栓联接强度计算掌握螺栓组设计方法，了解提高螺纹联接强度的常用措施和螺旋传动的设计教学重点螺纹联接的特点、预紧与防松的方法和螺纹设计的要点难点螺纹防松的原理与设计要点；螺纹联接类型及防松原理，紧螺栓联接的强度计算螺栓组联接的设计与受力分析教具实物与挂图讲稿（教学要点与板书） 51 螺纹为使机器制造、安装、调整、维修和运输、减重、省科、降成、提高效率、等等必须采用各种方式联接成整体，才能实现上述要求。因此一个出色的设计者应了解联接
2、的种类、特点和应用，熟悉联接设计的准则。掌握好设计的方法。联接近代机械设计（机器设计）中最感兴趣的课题之一，也是近一些年来，发明创造最多的。在通用机械中，联接件占总零件数的2050% 。如 Boeng s 747 中有 250 万个紧固联接件联接：静联接被联接件间不充许产生相对运动不可折联接：铆、焊、介于可折不可折之间，胶（粘）接等可折联接：螺纹、键、花键、销、成型而联接等动联接被联接零件间可产生相对运动各种运动副联接一、螺纹的形成如图 4-1 所示：把一锐角为的直角三角形绕到一直径为d 的圆柱体上，绕时底边与圆柱底边重合，则斜边就在圆柱体上形成一条空间螺旋线。如用一个平面图形K（如三角形）沿
3、螺旋线运动并使K 平面始终通过圆柱体轴线YY- 这样就构成了三角形螺精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 34 页名师精编优秀教案纹。同样改变平面图形K，同样可得到矩形、梯形、锯齿形、圆弧形（管螺纹）二、螺纹的类型螺纹三角形（普通螺纹） 、管螺纹联接螺纹（精密传动）按牙型矩形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹传动螺纹按位置内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹螺纹外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹三角形粗牙螺纹用于紧固件螺纹细牙螺纹同样的公称直径d 下， P 小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等情况根据螺旋线左旋图4-2b 绕行方向螺纹
4、右旋常用单头螺纹（ n=1 ）用于联接根据螺旋双头螺纹（ n=2 ）线头数多线螺纹（ n 2）用于传动三、螺纹的主要参数（图4-3）1）外径 d（大径）（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径亦称公称直径2）内径（小径） d1(D1)与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径，在强度计算中作危险剖面的计算直径3）中径d2在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，近似等于螺纹的平均直径d20.5(d+d1) 4）螺距 P相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离5）导程（ S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两点间的轴向距离6）线数 n螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n 4 螺
5、距、导程、线数之间关系：L=nP 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 34 页名师精编优秀教案7）螺旋升角在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。22/dnParctgdarctgL8）牙型角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9）牙型斜角螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角。对称牙型2各种螺纹（除矩形螺纹）的主要几何尺寸可查阅有关标准公称尺寸为螺纹外径对管螺纹近似等于管子的内径。螺旋副的自锁条件为：rvarctgfftgcos1（见机械原理）螺旋副的传动效率为：)(vtgtg克服轴向力Q 匀速上升所需的
6、圆周力2)(2)(22dQtgdFTQtgFvv四、常用螺纹的种类、特点与应用，比较具体见表4-1，为加深印象，特列表如下（管螺纹除外）。英制细牙螺纹，55，内外螺纹旋合后无径向间隙，以保证配合紧密，公称直径为管子内径，适于MPP6.1以下的水、煤、气、油等管路。常用螺纹的比较（管螺纹除外类似于三角形）名称三角梯形锯齿矩形剖面形状结构特点牙型角正三角形 =60 等腰梯形 =30 不等腰梯形 =30 正方形 =0精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 34 页名师精编优秀教案牙型倾角 =30 =15 =3 =0当量摩擦系数-fv
7、当量摩擦角 -v 传动效率自锁性牙根强度工艺性能一般应用Fv=f/cos =1.155f fv=1.035f fv=1.001f fv=f 5361fvtgv555cos1ftgv745v错误！链接无效。)(vtgtg（在螺纹升角相同的条件下）条件v当（ p、d、tv材料相同的条件下）t0旋合长度即可车又可铣只能车不能铣联接传动传动传动特点（优缺点及结构性能）由 P 分：粗牙Md用于紧固件细牙Mdxp d 同而 d小，因而 P，自锁性，适于薄壁细小零件、冲击、变载等场合联接可靠、防震性好，适于重要的动力传动，要求精密强度高等，适于双向传动，如车库丝扭、双面工作。用部分螺母可调间隙，应用广泛。性
8、能介于梯形与矩形之间，适于单向传动，单面工作（3）应用千斤顶等特适于高效、轻载传动如高低机、 方向机等，但强度低、精度差、 磨损后有间隙，加工艺性差，为便于铣磨 ， 现 已 改 用 =10 , =5 自行设计：p=1/4d,d=5/4d1h=1/8d1 52 螺纹联接的类型及螺纹联接件一、螺纹联接主要类型精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 34 页名师精编优秀教案口述：四种基本类型，两个变种（地脚与吊环）。根据设计应用情况，今后工作需要，抽讲两点最重要的内容，其余以自学为主。注意：结构特点、作用与应用场合1、螺栓联接普通螺栓
9、联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装折方便，可多个装拆，应用较广。精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接（H7/m6,H7/n6 ）2、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。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联接件中拧出。3、螺钉联接螺钉联接适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况（手册无六角头螺钉，L0=L 即可）4、 紧定螺钉联
10、接拧入后，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位置。可传递不大的轴向力或扭矩。特殊联接：地脚螺栓联（图4-6a,b ）吊环螺钉联接（图4-8 ）二、螺纹联接件螺栓联接（图4-9）用于工艺联接普通螺栓六角头：小六角头，标准六角头，大六角头1）螺栓圆柱头（内六角）铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺栓粗制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 34 页名师精编优秀教案精制机械制造中常用2）双头螺栓两端带螺纹A 型有退刀槽施入端长度也各有不同。B 型无退刀槽3）螺钉种类繁多半圆头一字槽平圆头十字槽共有按头部形状六角
11、头头部起子槽内六角孔圆柱头一字加十字槽沉头要求全螺纹与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗4）紧定螺钉锥端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合末端平端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置适于较轻材料和金属薄板5）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹6）螺母六角螺母：标准，扁，厚圆螺母（与带翅垫圈）+止退垫圈带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧。螺母粗制精制粗制平垫精制A 型精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 34 页名师精编优秀教案7）垫圈
12、普通垫圈斜垫B 型带倒角防松垫圈（弹簧垫圈）起防松作用带翅垫圈等 5-3 螺纹联接的预紧与防松一、预紧螺纹联接松联接在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用轻少用紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力QP预紧目的：保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大性，靠摩擦力工作时，增大刚性等。必拧紧增大刚性增加联接刚度、紧密性和提高防松能力预紧力 QP预力轴向作用力（拉力）但：预紧过紧拧紧力过大QP螺杆静载荷增大、降低本身强度过松拧紧力QP过小工作不可靠一般：碳钢：1)7.06.0(AQSP221141mmdA螺栓最小剖面积合金钢：1)6.05.0(AQSPS屈
13、服极限MPa 板手拧紧力矩T=FH L （4-4）FH作用于手柄上的力，L力臂。拧紧时螺母： T=T1+T2T拧紧， T1螺纹， T2端面摩擦力矩螺栓： T1=T3+T4T1螺纹， T3钉头， T4夹持精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 34 页名师精编优秀教案其中：螺纹阻力矩：2)(21dtgQTvP（4-5）端面摩擦力矩：)(31202130312dDdDQfTpc（4-6）其中： fc螺母与支承面间的摩擦系数，取fc =0.15D1,d0支承面的内、外直径。见图4-8 其余参数同前。)(32)(212021303122
14、1dDdDftgdQTTTcvp（4-7）)(32)(21202130212dDdDdftgddKcvdQdDdDdftgddTPcv)(32)(202130212则dKQTP（4-8）一般 K=0.10.3 对 M10M68螺母，将其标准参数代入，经简化后得K 0.2 即： T=0.2QPd (4-9) 而 T=FHL=FHdQP=75FH说明 d 过小螺栓易过载！(一般 L=15d) 注：由于d M10易过载dM68应力分布不均最好取 d=M16M30预紧力 QP的控制测力矩板手测出预紧力矩图4-9，图 4-12 定力矩板手达到固定的拧紧力矩T 时，弹簧受压将自动打滑。图 4-10 ，图
15、4-13 测量预紧前后螺栓伸长量S精度较高。二、防松：理论上，螺纹联接升角23241为什么还要防松：目的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 34 页名师精编优秀教案v满足自锁根据什么防松：原理三角形螺纹当量摩擦角745v防松方法措施1、防松目的（口述）实际工作中，外载荷有振动、有变化、材料高温需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，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。2、防松原理概括成一句话，即消除（或限制）螺纹副之间的相对运动
16、，或增大相对运动的难度。3、防松办法及措施表4-3 1）摩擦防松双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等尼母垫圈除防松外还可起密封作用螺母一端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧。2）机械防松：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。3）永久防松：端铆、冲点（破坏螺纹）、点焊4）化学防松粘合思考题：双头螺栓联接，旋入端如何防松？出过题利用螺尾旋紧产生横向扩张；利用过盈配合达到横向扩张；利用杆端预紧，产生轴向预紧作用。 54 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方法，则失效形式是
17、设计计算依据和出发点。1、失效形式和原因a）形式工程中螺栓联接多数为抗拉疲劳失效，静态失效较少，但严重过载拉断，螺牙剪断，螺纹压溃等可出现。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 34 页名师精编优秀教案统计表明： 90% 以上螺栓失效皆与应力集中有关，集中分布在三处：螺母支承面第一、二牙圈处占65% 杆螺尾退刀槽处占20% 钉头支承面处：占15% b）失效原因：应力集中应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程改善工艺、改进结构、正确安装、注意使用方法皆可提高抗疲劳强度2、设计计算准则与思路受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度
18、和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度根据联接特点、材料性质、受力状态、失效形式、确定螺杆危险剖面处的尺寸，实质将螺栓看成最小直径的光杆。其它尺寸和附件由等强度条件或使用经验确定。系统思路单栓计算一、松栓不预紧、无QP、仅工作载F 对杆拉伸、防断求d1二、紧栓必预紧、有QP 1）横向外载（防滑）1）普栓仅QP对杆拉伸求 d12）精栓横载对杆同时剪挤求d02）轴向外载（防断）普栓求总载Q a）静轴外载按Q 对杆拉伸求 d1b) 变轴外载按静设计，再接疲劳强度计算三、材料与许用应力一、松螺栓联接图4-11 如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无QP，只有工作载荷F 起拉伸作用，防断。精选学
19、习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 34 页名师精编优秀教案强度条件为：421dFMPa 验算用（ 4-11 ）或41Fd（mm）（设计用）定公称直径d （4-12 ）式中： d1螺杆危险截面直径（mm） 许用拉应力N/mm2 (MPa) nS/S材料屈服极限Mpa 表 4-8 n安全系数，表4-9 二、紧螺栓联接工作前有预紧力QP工作前拧紧，在拧紧力矩T 作用下：预紧力 QP产生拉伸应力复合应力状态ca螺纹摩擦力矩T1产生剪应力a) 2141dQpb) )5.0(48.0448.061042)(161)(221212312或当
20、dQMMdQddtgdtgdQWPPPvvpT接第四强度理论：3 .1322ca强度条件为：43.121dQPca（4-13 ）式中： QP预紧力（ N）T1螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.mm 1.3系数将外载荷提高30% ，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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 34 页名师精编优秀教案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。QP、 （T1与 QP有关）的确定？与联接方式和载荷类型有关。1、横向载荷的紧螺栓联接计算主要防止被联接件错动
21、（1）普通螺栓联接防滑图4-12 P79 特点：杆孔间有间隙，靠拧紧后正压力由（QP）产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠（不产生相对滑移）的条件为：设所须的预紧力为QPRKifQSP（4-14 ）fiRKQSP工作前后不变，起拉作用式中： f接缝面间的摩擦系数，表4-4 i拉缝界面数目（图 4-12a ，i=2）KS防滑系数（可靠性系数）KS=1.11.3 强度条件验算公式：为式（4-13 ）4/13.121dQPca设计公式为：43.11PQd（4-15 ）分析：由式（ 4-14 ）可知，当f=0.2,i=1,KS=1 则 QP=5R ，说明这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可
22、靠，为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力，须采用如下减载装置：图 4-16 a) 减载销； b) 减载套筒； c) 减载键； d) 减载牙齿； e) 精螺栓联接2、铰制孔螺栓联接防滑动，图4-12b 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传递外载荷R 进行工作螺栓的剪切强度条件为：420dRMPa (4-16) 螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：PPldRmin0（4-17 ）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 34 页名师精编优秀教案R横向载荷（ N） ；d0螺杆或孔的直径（mm）lmi
23、n 被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm） ，如图 4-12b 中lmin 所示为一般要求：lmin 1.25d0 螺栓许用剪应力，MPa ， （钢nS/，n安全系数，表4-9）P螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，MPa 铜：PSPn/BS见表 4-8 铸铁：PBPn/np安全系数表4-9 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。2、轴向载荷紧螺栓联接强度计算特点：加载前有预紧力QP、轴向工作载荷F 只适于普通螺栓，不能用精螺栓防断，受QP与 F 联合作用，如汽缸盖螺栓如图4-19 (a) 螺母未拧紧(b) 螺母已拧紧(c) 承受工作载荷图 4-17 单个紧螺
24、栓联接受力变形图工作特点：工作前拧紧，有QP；工作后加上工作载荷F 工作前、工作中载荷变化，求工作时总载荷Q=？工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F 解决问题： a) 保证安全可靠的工作，QP= ？实质是如何计算b) 工作时螺栓总载荷，Q=？分析：图a，未拧紧栓母松驰状态图 b，拧紧预紧状态凸缘压m QP 静平衡（作用与反作用力）栓杆拉b QP 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 34 页名师精编优秀教案图 c，加载 F 后工作状态栓杆继拉FQQQppbbbb从总载凸缘放松ppmmmmQQ从残余预紧力 作图，为了更明确以简化
25、计算（受力变形图）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从图线可看出，螺栓受工作载荷F 时，螺栓总载荷：PPQFQFQ，一般已知，PQ，F，如何求 Q？1）已知：PQ、F，求 Q 2）要求PQ和 F，求PQFQQP静平衡条件变形协调条件：凸缘压力减量为PPQQ变形缩小m由变形协调条件杆缘拉力增量PQQ变形增加bmb（在一个整体中两者必须相等，否则不能成为一个整体结构）由图可知：螺栓刚度：FFCQtgQCbbbPbb由（a）被联接件刚度：FFFCQtgCmmmPmm由（b）FKFCCCFaCCCFFcmBbmbb)(c) 由式（ a）和（ b）得mbCCFFF1FFCC
26、bm1mbbCCCFF式中：mbbcCCCK称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度F部分工作载荷精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 34 页名师精编优秀教案表 4-5 与螺栓，被联接件材料，垫片等有关又FFFQFFQFQQPPPP)1 ()(（d）由（ c）代入（ d）得：FKQFCCCQQcPmbbPP)1()1 (FKQQCPP)1(（4-20 ）FCCCQFKQFQQbmbPCPP（4-21 ）对残余预紧力PQ的要求，为保证受载后接合面联接的紧密性应使PQ0 PQ的取法=（1.51.8 ）F有密封要求PQ=（0.2
27、0.6 ）F 载荷稳定PQ=（0.61.0 ）F 载荷不稳定一般联接地脚螺栓联接PQF 结论：FQFQQFQPPP讨论： 1）当)1(CPmbKFQQCC最不利的情况2）当)0(CPmbKQQCC最理想情况3）当PQ0 即PQ0，即PQF d) 6）计算时：FQQFQQPP两者均可根据已知条件行事a）轴向静大紧螺栓联接强度计算静大 F 不变， Q 为静大，但考虑补充拧紧防断强度条件：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 34 页名师精编优秀教案验算公式：43 . 121dQca（MPa）(4-22) 设计公式：43. 11d
28、（mm）(公称直径 ) （4-23 ）b）轴向变载荷紧螺栓联接强度计算图 4-20 分析：当工作载荷，上0 F。Q21max4dQ螺栓总载，由PQQPQ则PQ21m in4dQP部分载荷，由0F 0 2F21212412/dFKdFCaA当只进行验算时，其强度条件按Cmin公式进行按式（2-26 ）进行疲劳强度计算变载荷螺栓大多为疲劳破坏，而应力幅是变载荷下螺栓疲劳强度的主要因素，对变载荷的紧螺栓联接，不仅应按最大应力进行强度计算，还要验算螺纹部分的循环应力幅，即强度条件：最大拉应力：43.121maxdQcaMpa (4-24) 循环应力幅：221dFKCaMpa (4-25) 1螺栓的最大
29、许用拉应力，钢螺栓nS/1，S见表4 8，n安全系数，表4 9 n=1.252.5 a螺栓的许用应力幅Mpa 钢螺栓aanc /1tc1对称循环拉压疲劳极限（表4-8 ）an应力幅安全系数表4-9 k有效应力集中系数表4-10 尺寸系数表4-9 再按式（ 4-25 ）校核。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 34 页名师精编优秀教案3、当验算不满足时措施：a)add1b)最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、制造、mc，bc，适当提高PQ等综合措施。三、螺栓材料与许用应力计算1、材料P289 表 4-6， 4-7
30、对照自学螺母、螺栓强度级别：保谓强度级别；如何分级；标记方法1）据据成的机械性能，把栓母分级，并以数字表示，此乃强度级别如5-6 ，8-8 2）所依据机械性能为抗拉强度极限minB和屈服极限minS；螺栓级别用带点数字表示点前数字为100/minB点后数字为minmin/Bs螺母级别用100/minB表示注意：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 2040HB ）2、许用应力许用拉应力：nSS表 4-8 n表 4-9 P85已知：不控制PQ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安全系数n。显然n，与d有关。设计时，先假
31、设d，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围内即可，否则需重新进行估算。试算法：设计时先假设 d n 和d1(d) 与假设比较：符合完成；不符合重算许用剪切应力 与许用挤压应力P：tSn/（Mpa ）S、B表 4-8 铸铁钢/PBPSPnn(Mpa) nt，nP安全系数，表4-12 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 34 页名师精编优秀教案试算法：设计时先估d，如 d=1630mm ，在表 4-9 中选 n 算求 d1再根据 d1查 d 在此范围，则合格如 d30 或 dQP
32、2理想方法。四、减小应力集中的影响，图4-29 螺纹牙根、收尾、螺栓头部与螺栓杆的过渡处等均可能产生应力集中。1）加大过渡处圆角，(图 4-29a) 2）改用退刀槽 2040% （螺纹收尾处）3）卸载槽， (图 4-32b) 4）卸载过渡结构。 （图 3-32c ）五、 （工艺方法）采用合理的制造工艺1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度3040% 2）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3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度70100% ，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。例 4-1 自学龙门起重机导轨托架螺栓组联接习题：
33、 4-20 （两板各用4 个螺栓与主轴相联） 。托架承受的最大载荷为F=20KN ，载荷有较大变动试问： 1）用普通螺栓与铰制孔螺栓，那个为宜？2）如用铰制孔螺栓，其直径为多大？注意：当图上划出T、P、 Ri时，则 F 不划，否则矛盾。解 一、 阻止板下滑用铰制孔螺栓为宜，便于装配、调整、定位。二、 设计铰制孔用精螺栓尺寸1、每半边板受力2、力向回转中心简化在P 作用下各螺栓剪力，在T 作用下各螺栓剪力，Vi、Ri力方向如图3、求各螺栓总剪力R中最大者 Rmax 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 34 页名师精编优秀教案
34、4、材料、许用应力5、螺栓光杆直径6、螺栓标准化)(1000102/202/NKNFP).(1033001010.63mmNLFT划出力学模型P、Vi、Ri与 T )(25004100004321NZPVVVVNrTrRRRRZii322222612max4321101.7)5. 75.7(45.75.7103mmrrrrrZ6 .105. 75.7224321TrRrRrRrR44332211由变形卡加调条件知NRRRR34321101 .7)(101 .710410343664321NrTRRRR)106(6.105 .75.722max4321mmrrrrr4321,RRRR中最大者为2
35、，3 两个螺栓)(905045cos101.7105.22)101.7()105.2()45180cos(101.75.22)101.7()105.2(45cos26323236232322222232maxNRVRVRRR选螺栓材料（ 6.6 级 45#B=Mpa, S=360Mpa ）由表 4-12 知MpanS904/360/45#由表 6-1 知，MpaS360载荷变动时（=0.4S） ，下降 30% 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 34 页名师精编优秀教案取S41)(904360Mpa)(31.1190905
36、044max0mmRd420maxdR附表 7-3 （P349）查手册 P92 表 5-9 ，取mmd130表上为 d1，d=12(mm) 取 M12 40 铰铰孔螺栓取螺栓M12 L（40）GB7-76 （光杆直径） d0=13mm 螺母M12 GB6170-86 手册 P98 表 5-18 垫片12 GB97.1-85 P101 表 5-21 注意：本来要验算挤压应力 57 螺旋传动一、 螺旋传动的类型、特点与应用1、应用回转直线传递运动、动力不自锁时2、传动形式： a) 螺杆转螺母移b) 螺杆又转又移（螺平固定）用得多c) 螺母转螺杆移d) 螺母又转又移（螺杆固定）用得少3、螺旋传动类型
37、按用途分三类：1）传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋。特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁2）传导螺旋机床进给汇杠传递运动和动力，特点：速度高、连续工作、精度高3）调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。其特点是受力较小且不经常转动螺旋传动按摩擦副的性质分：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 34 页名师精编优秀教案重点介绍1、滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁。缺点：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（3040% ）传动精度低。滑动螺旋的这些
38、致命缺点，使之不能适应现代工业发展的需要。2、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母之间连续装填若干滚动体（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：内循环、外循环，滚动螺旋两种。如图 4-36 （a）和（ b） ，为保证循环装有反向器。特点：传动效率高（可达90% ） ，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，正逆运动效率相同，可实现逆传动。预紧后刚度好，定位精度高（重复定位精度高）缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺要求高，成本较高。3、静压螺旋液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油
39、，压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，如图4-37 特点： f小，效率高可达99% ，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（需密封） ，需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机床中进给和分度机构二、 滑动螺旋的设计计算1、结构与材料结构：图 4-37 ，千斤顶典型结构支承结构：a)螺杆长径比小时，直接用螺母支承千斤顶b)螺杆长径比大时，且水平布置，在两端与中间附加支承，以提高螺杆刚工，如机床丝杠。螺母结构整体式结构简单，但磨损后精度较差，图4-38 部分式磨损后可补偿间隙、精度较高，图4-40 精选学习资料 - - - -
40、 - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 34 页名师精编优秀教案组合式适合于双向传动，可提高传动精度，消除空回误差齿形矩形梯形锯凿形常用材料：表 415 注意：要求强度耐磨性，配对后f小，加工性好螺杆硬度高于螺母2、耐磨性计算（设计）滑动螺旋中磨损是最主要的一种失效形式，它会引起传动精度下降，空间大，并使强度磨损的影响因素：工作面的比压（主要因素），螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态等耐磨性计算主要限制螺纹工作面上比压P 要求小于材料的许用比压。为什么？当 V 相同时， P 大，磨损量大润滑油不被挤出的条件，形成油膜润滑耐磨性条件：/22PhHdQPhdu
41、QAuQP（Mpa ）(4-36) 垂直于 Q 方面的接触投影面积（单圈螺纹）式中： h工作高梯形，矩形 h=0.5P 锯齿形h=0.75P P 螺距u螺纹工作圈数，u=H/P, H螺母厚度一般 u 10, 以免载荷不均令 H= d2代入（ 4-36 ）得设计公式：2PhQPdmm 取标准 d （4-37 ）式中螺母厚度系数整体螺母 =1.22.5 剖分式螺母 =2.53.5 高精度螺母 =4 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 34 页名师精编优秀教案P材料许用比压，表4-16 ，注意小时 P值可适当提高（此时载荷分布均
42、匀）3、自锁性验算对有自锁性要求的螺旋副如起重螺旋，火炮高低机等。自锁条件为：vdnparctgdLarctg22（4-41 ）螺旋升角，L导程vvftgftg11cos当量摩擦角螺纹牙型斜角f螺旋副的滑动摩擦系数4、螺杆的强度计算螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）Q 与扭矩 T 的作用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用，按弯扭（压扭，拉扭）复合强度条件计算第四强度理论)()(32222TcaWTAQMpa (4-42) 式中，21ddAmm2螺杆危险截面积d1螺纹小径（ mm）31312 .0161ddWT（mm3）抗扭截面模量2)(2dQtgTv（Nmm ）螺纹扭矩螺杆材料许用应用Mp
43、a 表 4-18 5、螺母螺纹牙强度一般螺母材料强度低于螺杆。螺纹牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处展开（将前面图中Dd换成1）如图 4-42 ，即可视为一悬壁梁，每圈螺纹承受的平均压力Q/u 作用在中径 d2的圆周上，则螺纹牙根部危险剖面的变曲强度条件为：bbuDbQhDbdDuQWM361/ )(21222（4-43 ）式中： D螺母大径（ mm）L弯曲力臂（ mm）22dDL，)(2222dDuQdDuQtuQM精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 34 页名师精编优秀教案2/22hdDLh螺纹牙高度6
44、2DbW抗弯模量b牙根厚b=0.65P 梯形b=0.5P 矩形P螺距（ mm）b=0.75P 锯齿形剪切强度条件为：DbuQMpa (4-44) b,许用弯曲应力和剪应力表 4-18 如螺母材料与螺杆相同，则应验算螺杆（d14 CQ临界压力（ N）CQ的计算，根据柔度iulS的轴计算当100/iulS时：22)(ulEIQC（4-46 ）当100/iulS时214)12.1304(diulQC，380480BMpa ，普通钢，如A3、A5 钢（ 4-46 ）214)57.2461(diulQC，480BMpa ，优质钢， 3545 等（ 4-47 ）当40/ iulS时，可不必进行稳定性验算精
45、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 34 页名师精编优秀教案式中：41dAIi螺杆危险截面惯性半径I螺杆危险截面惯性矩。64/41dIE螺杆材料的拉压弹性模量，对于钢51006.2EMpa S螺杆的柔度l螺杆的工作长度（mm）u螺杆的长度系数，表4-9，与螺杆端部支承方式有关。7、传动效率计算)(22vtgtgdnpdLtg正正行程（上升）tgtgv)(反反行程（下降）讨论：当 P、d2定时tgn).(pnitgp)245(0)(2maxvtgf260为最好，（考虑加工工艺性）8、精度主要是螺杆高精度级 5.6如座标镗床，螺纹磨床精密级7 如滚齿机一般级8 如车床，铣床低精度级 9 如手动螺旋机构，次要的。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 34 页名师精编优秀教案精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页，共 34 页名师精编优秀教案精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 34 页，共 34 页
