机械设计-螺纹联接

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1、第六章第六章 螺纹联接设计螺纹联接设计螺纹类型和主要参数螺纹类型和主要参数螺纹连接和螺旋传动的主要类型螺纹连接和螺旋传动的主要类型螺纹连接的性能等级、材料和精度螺纹连接的性能等级、材料和精度螺纹连接拧紧和防松螺纹连接拧紧和防松栓联接强度计算栓联接强度计算螺栓组联接设计螺栓组联接设计提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施螺旋传动设计螺旋传动设计实例实例：螺纹类型和主要参数螺纹类型和主要参数螺纹的类型螺纹的类型右旋右旋左旋左旋螺纹位置：内螺纹螺纹位置：内螺纹螺母；外螺纹螺母；外螺纹螺钉。螺钉。旋向判定：旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，右边高则为右旋

2、。则为左旋，右边高则为右旋。螺纹旋向：左旋螺纹，右旋螺纹螺纹旋向：左旋螺纹，右旋螺纹（常用）（常用）。思考：思考：螺纹从尺寸单位上又分为米制和英制两种螺纹从尺寸单位上又分为米制和英制两种螺纹。我国在管螺纹上仍然采用英制，其螺纹。我国在管螺纹上仍然采用英制，其它螺纹均为米制螺纹。它螺纹均为米制螺纹。常用的螺纹类型主要有普通螺纹、米制锥常用的螺纹类型主要有普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。前三种主要用于联接功用，后齿形螺纹。前三种主要用于联接功用，后三种主要用于传动。除矩形螺纹外，都已三种主要用于传动。除矩形螺纹外，都已实现标准化。实

3、现标准化。 联接：效率低、自锁性好。联接：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。螺纹牙形：三角形、矩形、梯形、锯齿形等螺纹牙形：三角形、矩形、梯形、锯齿形等30303330306060三角形三角形梯形梯形锯齿形锯齿形矩形矩形单线，用于联接单线，用于联接双线或多线，常用于传动双线或多线，常用于传动粗牙：一般情况下使用粗牙：一般情况下使用。细牙：细牙：d d相同，相同，p p小，小， 小，牙浅，自锁性小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。好，但不耐磨，易滑扣。 用于变用于变载荷场合。载荷场合。 联接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。联接螺纹：一般为单线、粗牙、右

4、旋的三角螺纹。 直径直径(1)(1)大径大径d d：公称直径公称直径。20d=20mm20d=20mm(2)(2)小径小径d d1 1：螺纹的最小直径。：螺纹的最小直径。(3)(3)中径中径d d2 2：齿厚：齿厚= =齿槽宽处直径，几何计齿槽宽处直径，几何计 算用。算用。 一般取：一般取：d d2 2=(d+d=(d+d1 1)/2)/2(5)(5)螺距螺距P P：螺纹相邻两个牙型上对应点间轴向距离：螺纹相邻两个牙型上对应点间轴向距离(4)(4)线数线数( (头数头数)n)n：n=1n=1时用于联接时用于联接；n n1 1时用时用于传动；于传动；nn，但为便于制造，但为便于制造n4n4 螺纹

5、的主要参数螺纹的主要参数(7)(7)中径升角中径升角：螺旋线切线与垂：螺旋线切线与垂直于螺纹轴线的平面之间的夹角直于螺纹轴线的平面之间的夹角(6) (6) 导程导程s s ：螺纹上任意点沿同：螺纹上任意点沿同一条螺旋线转一周所移动得轴向一条螺旋线转一周所移动得轴向距离距离 s=nps=np(8)(8)牙形角牙形角：螺纹牙两侧面夹角。：螺纹牙两侧面夹角。(9) 接触高度接触高度h内外螺纹旋合后内外螺纹旋合后 的接触面的径向高度。的接触面的径向高度。 螺纹连接和螺旋传动的主要类型螺纹连接和螺旋传动的主要类型螺螺纹联接主要类型螺螺纹联接主要类型1 1、螺栓联接螺栓联接受拉受拉普通螺栓普通螺栓普通螺栓

6、：普通螺栓：无需在被联件上加无需在被联件上加工螺纹孔，装拆方便，用于工螺纹孔，装拆方便，用于两两被联件均不太厚被联件均不太厚的场合的场合。受剪受剪铰制孔螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓：铰制孔螺栓：除起联接作除起联接作用外，还起用外，还起定位定位作用。作用。2 2、双头螺柱联接、双头螺柱联接用于用于有一联接件较厚，并有一联接件较厚，并经常装拆经常装拆的场合，拆卸时的场合，拆卸时只需拧下螺母即可。只需拧下螺母即可。3 3、螺钉联接、螺钉联接 用于用于有一联接件较厚，有一联接件较厚，且不需经常装拆且不需经常装拆的场合。的场合。4 4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接 螺钉末端顶住另一零件的表面或相应凹坑，以固定

7、螺钉末端顶住另一零件的表面或相应凹坑，以固定两个零件的相互位置，并两个零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩可传递不大的力或力矩。6.2.2 6.2.2 螺纹传动的主要类型螺纹传动的主要类型 螺纹传动又称螺旋传动，主要用以变回转螺纹传动又称螺旋传动，主要用以变回转运动为直线运动，同时传递能量或力。运动为直线运动，同时传递能量或力。根据螺纹副的摩擦情况，可分为滑动螺旋、根据螺纹副的摩擦情况，可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。滚动螺旋和静压螺旋。 a）螺杆转动）螺杆转动 b）螺母转动）螺母转动 c）螺母固定）螺母固定 d）螺杆固）螺杆固定定螺母移动螺母移动 螺杆移动螺杆移动 杆转、移杆转、移 螺

8、母螺母转、移转、移图图6.5 螺旋传动的几种方式螺旋传动的几种方式6.3 6.3 螺纹紧固件的性能等级和材料螺纹紧固件的性能等级和材料螺纹联接的性能等级螺纹联接的性能等级1)1)螺栓、螺柱、螺钉的性能等级螺栓、螺柱、螺钉的性能等级-螺栓螺栓, ,螺柱螺柱, ,螺钉的性能等级分为十级（见螺钉的性能等级分为十级（见GB GB 3098.1823098.182） 点前数字为点前数字为BminBmin/100/100，点后数字为，点后数字为 10( 10(SminSmin / / BminBmin ) )。例：性能等级级例：性能等级级 BminBmin=800Mpa=800Mpa SminSmin=8

9、*800/10=640Mpa=8*800/10=640Mpa-螺母性能等级螺母性能等级按螺母高度不同有两类（见按螺母高度不同有两类（见GB 3098.282GB 3098.282、8686） 螺母高度螺母高度m m 0.8D-4 5 6 8 9 10 120.8D-4 5 6 8 9 10 12 0.5D 0.5D m0.8D 04 05m0F”0F0=FQ/zFQ受横向力受横向力F FR R的螺栓组联接的螺栓组联接受拉螺栓联接时受拉螺栓联接时 受剪受剪螺栓联接时螺栓联接时 （1 1）特点：）特点： 横向载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组对称中心。横向载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组

10、对称中心。（2 2）承载方式：）承载方式：受剪螺栓（靠杆的剪切与挤压承载）受剪螺栓（靠杆的剪切与挤压承载）受拉螺栓（由受拉螺栓（由FF在结合面产生的摩擦力承载）在结合面产生的摩擦力承载）（3 3）受力分析）受力分析a a 、受拉螺栓、受拉螺栓工作条件：工作条件：按仅受按仅受F F的紧联接计算。的紧联接计算。式中：式中：s s 结合面的摩擦系数；结合面的摩擦系数； z z 螺栓个数；螺栓个数； m m 结合面数目，图中结合面数目，图中m=2m=2； k kf f可靠系数（防滑系数），可靠系数（防滑系数）， k kf f；b b、受剪螺栓、受剪螺栓假定每个螺栓受载相同，则假定每个螺栓受载相同，则工

11、作条件：工作条件：剪切计算剪切计算挤压计算挤压计算6.6.4 6.6.4 受旋转力矩受旋转力矩T T的螺栓组联接的螺栓组联接特点：在转矩特点：在转矩T T作用下，底板作用下，底板有绕螺栓组形心轴线有绕螺栓组形心轴线O-OO-O旋旋转的趋势。转的趋势。横向力横向力受拉螺栓受拉螺栓受剪螺栓受剪螺栓#受旋转力矩受旋转力矩T的螺栓组联接的螺栓组联接-受拉螺栓联接时受拉螺栓联接时摩擦力承载，各螺栓处产生相等摩擦力承载，各螺栓处产生相等的摩擦力的摩擦力（1 1）受拉螺栓联接）受拉螺栓联接工作条件：工作条件：(2)(2)受剪螺栓联接时受剪螺栓联接时（2 2）受剪螺栓联接）受剪螺栓联接靠剪切和挤压承载，各螺栓

12、在靠剪切和挤压承载，各螺栓在T T作用作用下受横向力下受横向力F Fs s。问题：问题：F Fs1s1= F= Fs2s2= = F= = Fszsz ？工作条件：工作条件： F Fs1s1r r1 1+ F+ Fs2s2r r2 2+ + F+ + Fszszr rz z= T= T受剪螺栓联接的受力受剪螺栓联接的受力即即F Fsisi与与r ri i成正比：成正比：或或变形协调条件变形协调条件：底板视为刚体，：底板视为刚体，r ri i剪切变形量剪切变形量FFsisi代入工作条件中代入工作条件中：受翻转力矩受翻转力矩M M的螺栓组联接的螺栓组联接4 4、受翻转力矩、受翻转力矩M M（倾覆力

13、矩）（倾覆力矩） 的螺栓组联接的螺栓组联接特点特点：在：在M M作用下，底板有作用下，底板有 绕螺栓组形心轴绕螺栓组形心轴翻转的趋势。翻转的趋势。作用作用M M前：各螺栓受相同前：各螺栓受相同F F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) F工作条件：工作条件：变形协调条件：变形协调条件：讨论：设计时，如何布置螺栓更合理？讨论：设计时，如何布置螺栓更合理？远离对称中心远离对称中心R Ri iFFmaxmax实际应用可转化为上述四种状态的不同组合：实际应用可转化为上述四种状态的不同组合：分别计算分别计算 迭加迭加横向

14、载荷和旋转力矩横向载荷和旋转力矩轴向载荷和翻转力矩轴向载荷和翻转力矩强度计算强度计算6.7 6.7 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施-影响螺栓强度的因素：材料、结影响螺栓强度的因素：材料、结构、尺寸、制造、装配等方面，具体构、尺寸、制造、装配等方面，具体在牙受力分布、附加应力、应力集中、在牙受力分布、附加应力、应力集中、应力幅、材料、机械性能、制造工艺应力幅、材料、机械性能、制造工艺6.7.1 6.7.1 降低应力幅降低应力幅a amaxmax 一定时：一定时：a a疲劳强度疲劳强度当当F F、F”F”不变时：不变时： c c1 1 或或 c c2 2。措施：措施： 1 1）螺栓长

15、度螺栓长度 2 2）光杆直光杆直径径 3 3）采用柔性螺栓）采用柔性螺栓(1) (1) 降低螺栓刚度降低螺栓刚度c c1 1 1 16.7.2 均匀螺纹牙受力分配均匀螺纹牙受力分配（1 1）机理）机理 工作时工作时螺栓受拉，螺栓受拉，pp螺母受压，螺母受压，pp两者产生螺距差两者产生螺距差一、改善螺纹牙间受力分配一、改善螺纹牙间受力分配第一圈：第一圈：pp最大，受力最大最大，受力最大第第810810圈后几乎不受力圈后几乎不受力各圈受载不均各圈受载不均 采用加高螺母不能采用加高螺母不能 提高联接强度。提高联接强度。(2)(2)办法办法采用采用受拉螺母受拉螺母（变形一致）变形一致） 减小螺栓螺母螺

16、距变减小螺栓螺母螺距变化差化差a)悬置螺母悬置螺母 b)环槽螺母环槽螺母 c)内斜螺母内斜螺母6.7.3 减小附加应力和应力集中减小附加应力和应力集中螺纹牙根螺纹牙根弯曲应力弯曲应力断裂断裂螺纹孔不正、被联件表面不平、发生变形等。螺纹孔不正、被联件表面不平、发生变形等。引起附加弯曲应力因素：引起附加弯曲应力因素：措施：垫圈、措施：垫圈、凸台、沉孔凸台、沉孔等。等。思考思考：采用：采用凸台、沉孔凸台、沉孔的的目的？目的？ 减轻应力集中减轻应力集中收尾：退刀槽；收尾：退刀槽； 增大牙根处过渡圆角半径。增大牙根处过渡圆角半径。6.7.4 6.7.4 选择恰当的预紧力选择恰当的预紧力如果螺栓和被联接件

17、的刚度不变，螺栓受如果螺栓和被联接件的刚度不变，螺栓受载方式不变，只恰当地增大预紧力，能提载方式不变，只恰当地增大预紧力，能提高螺栓的疲劳强度。高螺栓的疲劳强度。6.7.5 6.7.5 改善制造工艺改善制造工艺1 1、加工方法：碾制较车制强度、加工方法：碾制较车制强度30%30%；2 2、表面处理：喷丸、氮化等。、表面处理：喷丸、氮化等。6.8 6.8 螺旋传动设计螺旋传动设计6.8.1.6.8.1.滑动螺旋传动设计滑动螺旋传动设计螺杆材料螺杆材料-足够的强度和良好的耐磨足够的强度和良好的耐磨性性螺母材料螺母材料-足够的强度足够的强度, ,较小的摩擦系较小的摩擦系数和好的耐磨性数和好的耐磨性齿

18、型齿型-梯形梯形 矩形矩形 锯齿形锯齿形失效形式失效形式-螺纹磨损螺纹磨损 牙折断牙折断 失稳等失稳等ddt11.1.螺纹副耐磨性计算螺纹副耐磨性计算 F/( F/( d d2 2hz)hz)=Fp/(=Fp/( d d2 2hH)hH) pp2.2.螺纹牙强度计算螺纹牙强度计算 =F/( =F/( dtdt1 1z)z) =3Fh/( =3Fh/( dtdt1 12 2z)z) b b 3.3.螺杆强度计算螺杆强度计算4.4.螺杆稳定性计算螺杆稳定性计算螺栓联接总结螺栓联接总结一、螺栓组计算一、螺栓组计算螺栓螺栓组受组受力分力分析析轴向力轴向力横向力横向力旋转力矩旋转力矩翻转力矩翻转力矩F=

19、FF=FQ Q/z/z受拉受拉受剪受剪受拉受拉受剪受剪受拉螺栓受拉螺栓受变载：受变载：紧联接紧联接受受FF和和F Fa a影响疲劳强度影响疲劳强度单个螺栓单个螺栓强度计算强度计算受剪螺栓：受剪螺栓：松联接：松联接：仅受仅受FF：受静载：受静载：F F0 0=F+F”=F+F”简答题：6-12选择题：6-9，6-10，6-14，6-15复习思考题复习思考题1 1、什么叫可拆及不可拆联接？常用联接有哪些种？、什么叫可拆及不可拆联接？常用联接有哪些种？2 2、螺纹联接的主要类型有哪些？、螺纹联接的主要类型有哪些？3 3、螺栓联接拧紧有何作用？如何对螺栓拧紧过程进、螺栓联接拧紧有何作用？如何对螺栓拧紧

20、过程进行力分析及计算？行力分析及计算？4 4、螺纹防松的方法有哪几种？其原理如何？、螺纹防松的方法有哪几种？其原理如何？5 5、静载荷及变载荷作用下螺栓的损坏形式如何？常、静载荷及变载荷作用下螺栓的损坏形式如何？常发生于什么部位？发生于什么部位？6 6、受拉松螺栓及紧螺栓联接的强度计算条件是什么、受拉松螺栓及紧螺栓联接的强度计算条件是什么？7 7、螺栓与被连接件间的变形协调关系如何绘制？何、螺栓与被连接件间的变形协调关系如何绘制？何谓相对刚度系数？它与那些因素有关？谓相对刚度系数？它与那些因素有关？8 8、受剪螺栓的强度条件是什么？、受剪螺栓的强度条件是什么？9 9、螺栓组联接受力分析的任务是

21、什么？通常作什、螺栓组联接受力分析的任务是什么？通常作什么假设？么假设？1010、受轴向力、横向力、翻转力矩、旋转力矩作用、受轴向力、横向力、翻转力矩、旋转力矩作用的螺栓组受力如何计算？的螺栓组受力如何计算？1111、如何螺纹牙受力分布？、如何螺纹牙受力分布？1212、附加弯曲应力对螺栓有何危害？如何改善？、附加弯曲应力对螺栓有何危害？如何改善？1313、螺纹应力集中一般发生于什么部位？如何改善、螺纹应力集中一般发生于什么部位？如何改善？1414、螺旋传动分为哪几种？、螺旋传动分为哪几种？SEMINAR TOPIC螺纹联接有何优缺点？为什么广泛使用且被作成标准件推广？试构想一种能够与螺纹联接相媲美的新的联接件。