哈尔滨工程大学机械设计课件3螺纹联接与螺旋传动.ppt

1、第三章第三章 螺纹联接与螺旋传动螺纹联接与螺旋传动2 3-1概述概述3-2螺纹螺纹3-3螺纹联接类型和标准联接件螺纹联接类型和标准联接件一、螺纹基础知识一、螺纹基础知识二、常用螺纹的类型、特点和应用二、常用螺纹的类型、特点和应用三、螺纹副的受力、效率和自锁三、螺纹副的受力、效率和自锁 一、联接的作用一、联接的作用二、联接的分类二、联接的分类一、螺纹联接的类型一、螺纹联接的类型 二、标准联接件二、标准联接件 3-4螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松目录目录3 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算一、设计步骤一、设计步骤二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算三、螺栓组联接的结构设

2、计三、螺栓组联接的结构设计四、螺栓联接件的材料与许用应力四、螺栓联接件的材料与许用应力五、提高螺栓联接强度的措施五、提高螺栓联接强度的措施目录目录3-6螺旋传动螺旋传动4 一、联接的作用一、联接的作用零件零件构件构件部件部件机器机器联接联接联接联接联接联接二、联接的分类二、联接的分类1、动联接：被联接零件可相对运动、动联接：被联接零件可相对运动运动副运动副2、静联接：被联接零件无相对运动、静联接：被联接零件无相对运动构件构件（1）可拆联接：螺纹、键、销、成型联接）可拆联接：螺纹、键、销、成型联接（2）不可拆联接：铆接、焊接、胶结）不可拆联接：铆接、焊接、胶结（3）过盈配合：温差法装入）过盈配合

3、：温差法装入可拆可拆 压如法装入压如法装入不可拆不可拆3-1概述概述5 3-2螺纹螺纹一、螺纹联接的基础知识一、螺纹联接的基础知识1 1、螺旋线与螺纹、螺旋线与螺纹（1）定义：动点绕定轴匀速圆周运动，）定义：动点绕定轴匀速圆周运动，并沿轴线方向匀速并沿轴线方向匀速 上升，动点轨迹为螺旋线。上升，动点轨迹为螺旋线。一、螺纹联接的基础知识一、螺纹联接的基础知识（2）直观：直角三角形斜边与圆柱体表面的交线）直观：直角三角形斜边与圆柱体表面的交线2、螺纹分类、螺纹分类（1 1）螺纹位置：内、外螺纹）螺纹位置：内、外螺纹（2 2）母体形状：圆柱、圆锥螺纹）母体形状：圆柱、圆锥螺纹（3 3）牙型：三角形、

4、矩形、梯形、矩齿形）牙型：三角形、矩形、梯形、矩齿形（4 4）旋向：左、右）旋向：左、右6 3-2螺纹联接螺纹联接3 3、普通螺纹的主要参数、普通螺纹的主要参数一、螺纹联接的基础知识一、螺纹联接的基础知识大径大径d d公称直径（查标准）公称直径（查标准）小径小径d d1 1计算直径（强度计算）计算直径（强度计算）中径中径d d2 2几何直径（几何计算）几何直径（几何计算）螺距螺距P P相邻螺牙对应点间轴向距离相邻螺牙对应点间轴向距离线数线数n n螺纹螺旋线的数目螺纹螺旋线的数目导程导程S S同一螺线相邻螺牙对应同一螺线相邻螺牙对应点间的轴向距离点间的轴向距离 S=nPS=nP2 arctand

5、S 升角升角螺旋线的切线与垂直于螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角螺纹轴线的平面间的夹角牙型角牙型角螺纹轴截面内，牙型两侧边的夹角螺纹轴截面内，牙型两侧边的夹角牙侧角牙侧角螺纹轴截面内，牙型侧边与横截面的夹角螺纹轴截面内，牙型侧边与横截面的夹角工作高度工作高度h h内外螺纹旋合后的接触面的径向高度内外螺纹旋合后的接触面的径向高度7 3-2螺纹联接螺纹联接二、常用螺纹的种类、特点和应用二、常用螺纹的种类、特点和应用二、常用螺纹的种类、特点和应用二、常用螺纹的种类、特点和应用1、联接螺纹：要求自锁、联接螺纹：要求自锁三角形螺纹三角形螺纹（1）普通螺纹（）普通螺纹（=60）粗牙：常用的联接螺

6、纹粗牙：常用的联接螺纹 细牙：用于薄壁件或密封处细牙：用于薄壁件或密封处普通螺纹普通螺纹管螺纹管螺纹（2）管螺纹）管螺纹（=55）（英制）（英制）一般管路联接一般管路联接 圆柱圆柱：螺纹中线与管轴线平行：螺纹中线与管轴线平行 牙顶圆角，旋合后无隙，密封性好牙顶圆角，旋合后无隙，密封性好 圆锥：螺纹中线与管子轴线不平行，自密封性好圆锥：螺纹中线与管子轴线不平行，自密封性好8 3-2螺纹联接螺纹联接二、常用螺纹的种类、特点和应用二、常用螺纹的种类、特点和应用2、传动螺纹：要求效率高、传动螺纹：要求效率高（1）矩形螺纹（）矩形螺纹（=0）效率高，牙根强度差，磨损难补偿效率高，牙根强度差，磨损难补偿（

7、2）梯形螺纹（）梯形螺纹（=30）效率较高，牙根强度高，对中好，效率较高，牙根强度高，对中好，磨损后用剖分螺母补偿间隙磨损后用剖分螺母补偿间隙常用常用（3）锯齿形螺纹（）锯齿形螺纹（工工=3、非工非工=30）兼备矩形、梯形螺纹的优点，兼备矩形、梯形螺纹的优点，非工作面牙根圆角大，强度高非工作面牙根圆角大，强度高矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹三角形三角形矩形矩形梯形梯形矩齿形矩齿形9 三、三、矩形螺纹矩形螺纹（牙型角（牙型角=00）螺纹副的受力、效率与自锁）螺纹副的受力、效率与自锁使滑块等速运动所需要的水平力 等速上升：F=Fatan(+)等速上升所需力矩：T=Fd2/2=

8、Fatan(+)d2/23-2螺纹联接螺纹联接三、螺纹副的受力、效率与自锁三、螺纹副的受力、效率与自锁螺纹副中，螺母所受到的轴向载荷Fa是沿螺纹各圈分布的，为便于分析，用集中载荷Fa代替，并设Fa作用于中径d2圆周的一点上。这样，当螺母相对于螺杆等速旋转时，可看作为一滑块(螺母)沿着以螺纹中径d2展开，斜度为螺纹升角的斜面上等速滑动。1 1、受力分析、受力分析匀速拧紧螺母时，相当于以水平力推力F推动滑块沿斜面等速向上滑动。设法向反力为Fn，则摩擦力为fFn，f为摩擦系数，为摩擦角，=arctan f。由于滑块沿斜面上升时，摩擦力向下，故总反力FR与Fa的的夹角为+。由力的平衡条件可知，FR、F

9、和Fa三力组成力封闭三角形，由图可得：等速下降：F=Fatan()等速下降所需力矩：T=Fd2/2=Fatan()d2/210 2 2、螺纹的自锁、螺纹的自锁螺母等速松退时的受力分析：此时相当于滑块沿斜面等速下滑，由力的封闭三角形，得：若，则F0，这时必须加一反向作用力F才会使滑块下滑，若不加外力，则不论Fa有多大，滑块也不会下滑，这种现象叫自锁。自锁条件：tantan22tantan22212dFdFTSFWWaaa3-2螺纹联接螺纹联接三、螺纹副的受力、效率与自锁三、螺纹副的受力、效率与自锁3 3、螺旋副的效率、螺旋副的效率螺旋副效率为有效功W2与输入功W1之比。螺母在力矩T作用下转动一周

10、时，输入功W1=2T，此时升举重物所作的有效功W2=Fa S；故螺旋副的效率为：11 令f=f/cos称当量摩擦系数。与当量摩擦系数对应的摩擦角称为当量摩擦角，用/表示。拧紧螺母时所需的水平推力及转矩：由于矩形螺纹与非矩形螺纹的运动关系相同，将/代替后可得：3-2螺纹联接螺纹联接三、螺纹副的受力、效率与自锁三、螺纹副的受力、效率与自锁4 4、非矩形螺纹非矩形螺纹螺纹的牙型角0时的螺纹为非矩形螺纹，如教材图35b所示。非矩形螺纹的螺杆和螺母相对转动时，可看成楔形滑块沿楔形斜面移动；平面时法向反力FN=Fa;平面时摩擦力Ff =fFN=fFa;楔形面时法向反力FN=Fa/cos；楔形面摩擦力Ff=

11、fFN=fFa/cos;12 使滑块等速运动所需要的水平力 等速上升：F=Fatan(+/)等速上升所需力矩：T=Fd2/2=Fatan(+/)d2/2等速下降：F=Fatan(-/)等速下降所需力矩：T=Fd2/2=Fatan(-/)d2/2自锁条件：/效率为：由于三角形螺纹的=/2=300；梯形螺纹=/2=150；锯齿形螺纹=30；矩形螺纹=00，所以各种螺纹的当量摩擦系数之间有如下关系：f/三角f/梯形f/锯齿f/矩形可见，三角形螺纹的f/大，自锁性能好，且牙根强度高，故常用于联接。梯形、锯齿形及矩形螺纹，多用于传动。/tantan3-2螺纹联接螺纹联接三、螺纹副的受力、效率与自锁三、螺

12、纹副的受力、效率与自锁13 3-2螺纹联接螺纹联接三、螺纹副的受力、效率与自锁三、螺纹副的受力、效率与自锁14 3-3螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件一、螺纹联接类型一、螺纹联接类型1 1、螺栓联接、螺栓联接被联件较薄、易做成通孔处，可经常拆卸。被联件较薄、易做成通孔处，可经常拆卸。（1 1）普通螺栓：被联件孔与螺栓杆有间隙，可承受横向、轴向外载、应用）普通螺栓：被联件孔与螺栓杆有间隙，可承受横向、轴向外载、应用最广最广（2 2）铰制孔用螺栓：被联件孔与螺栓杆基孔制过渡配合，承受横向外载）铰制孔用螺栓：被联件孔与螺栓杆基孔制过渡配合，承受横向外载普通螺栓普通螺栓铰制孔用螺栓

13、铰制孔用螺栓杆孔间隙杆孔间隙过渡配合面过渡配合面15 螺栓联接螺栓联接16 螺栓联接螺栓联接螺栓联接：两被联接零件较薄，可做成通孔场合螺栓联接：两被联接零件较薄，可做成通孔场合17 3-3螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件2 2、双头螺柱联接、双头螺柱联接被联件之一较厚、不易做成通孔，需经常拆卸处被联件之一较厚、不易做成通孔，需经常拆卸处18 3-3螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件3 3、螺钉联接、螺钉联接被联件之一较厚、不易做成通孔，不需经常拆卸处被联件之一较厚、不易做成通孔，不需经常拆卸处19 3-3螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件

14、4 4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接：固定两零件相对位置，可传不大转矩：固定两零件相对位置，可传不大转矩平端紧定螺钉平端紧定螺钉锥端紧定螺钉锥端紧定螺钉20 3-3螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件特殊联接：地脚螺栓联特殊联接：地脚螺栓联接接,吊环螺钉联接吊环螺钉联接21 3-3螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件二、标准联接件二、标准联接件1 1、螺纹联接件均为标准件，设计中根据需要按工程尺寸选用、螺纹联接件均为标准件，设计中根据需要按工程尺寸选用2 2、螺纹联接件等级、螺纹联接件等级GB3103.1-82GB3103.1-82规定：螺纹联接件分规定：螺纹联接

15、件分A A、B B、C C三级三级A A级：精密配合，防振场合级：精密配合，防振场合B B级：受载较大，常拆卸调整、变载场合级：受载较大，常拆卸调整、变载场合C C级：一般联接级：一般联接22 3-4螺纹联接的预紧与防松螺纹联接的预紧与防松一、预紧一、预紧工作前拧紧工作前拧紧1 1、目的：增加螺纹联接刚度、紧密性和防松能力、目的：增加螺纹联接刚度、紧密性和防松能力2 2、要求：装配时控制预紧力在规定范围内、要求：装配时控制预紧力在规定范围内s 8.0 预紧预紧（3 3）测螺栓伸长量）测螺栓伸长量3 3、预紧力控制方法、预紧力控制方法（1 1）定力矩扳手）定力矩扳手（2 2）测力矩扳手）测力矩扳

16、手一、预紧一、预紧23 3-4螺纹联接的预紧与防松螺纹联接的预紧与防松一、预紧一、预紧扳手拧紧力矩扳手拧紧力矩T=FL,拧紧时螺母：拧紧时螺母：T=T1+T2T拧紧力矩拧紧力矩 T1螺纹摩擦阻力矩螺纹摩擦阻力矩 T2螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩F作用于手柄上的力作用于手柄上的力，L力臂力臂 由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接不宜小于重要的联接不宜小于M122)(21dtgFT/0 -)(31202030302dDdDFfT0c-)(32)(2120203030221dDdDftg

17、dFTTTc/0-d0.2FT0 1515Ld 75FF0 24 3-4螺纹联接的预紧与防松螺纹联接的预紧与防松二、防松二、防松1 1、目的：防止螺杆与螺母相对转动、目的：防止螺杆与螺母相对转动3 3、防松方法、防松方法2 2、原因：设计条件下、原因：设计条件下/，静载、恒温条件不会松脱，静载、恒温条件不会松脱 变载、振动、温差大引起螺牙间摩擦力瞬时消失变载、振动、温差大引起螺牙间摩擦力瞬时消失松脱松脱（1 1）摩擦防松）摩擦防松利用辅助元件（结构）防止螺纹副间摩擦力消失利用辅助元件（结构）防止螺纹副间摩擦力消失a a、弹簧垫圈、弹簧垫圈b b、双螺母防松、双螺母防松c c、椭圆口自锁螺母、椭

18、圆口自锁螺母 d d、横向切口螺母、横向切口螺母二、防松二、防松25 3-4螺纹联接的预紧与防松螺纹联接的预紧与防松（2 2）机械防松）机械防松利用防松元件约束螺纹副相对运动利用防松元件约束螺纹副相对运动-冲击、变载场合冲击、变载场合止动垫片止动垫片开口销与开槽螺母开口销与开槽螺母二、防松二、防松26 3-4螺纹联接的预紧与防松螺纹联接的预紧与防松（2 2）机械防松）机械防松利用防松元件约束螺纹副相对运动利用防松元件约束螺纹副相对运动-冲击、变载场合冲击、变载场合圆螺母止动垫片圆螺母止动垫片二、防松二、防松27 3-4螺纹联接的预紧与防松螺纹联接的预紧与防松（3 3）破坏螺纹副防松）破坏螺纹副

19、防松防松可靠，冲击振动大、重要联接防松可靠，冲击振动大、重要联接冲点法：冲坏螺纹副冲点法：冲坏螺纹副二、防松二、防松端焊法：端部焊死端焊法：端部焊死粘结法：拧紧时涂胶粘结法：拧紧时涂胶28 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算一、设计计算内容与步骤一、设计计算内容与步骤1 1、结构设计：确定螺栓布置形式、数量、结构设计：确定螺栓布置形式、数量2 2、受力分析：确定螺栓组中受力最大螺栓和所受最大力、受力分析：确定螺栓组中受力最大螺栓和所受最大力3 3、强度计算：按受力最大螺栓确定整组螺栓直径、强度计算：按受力最大螺栓确定整组螺栓直径一、设计计算步骤一、设计计算步骤二、受力分析与强度计算二、

20、受力分析与强度计算（一）普通螺栓联接传递轴向外力（一）普通螺栓联接传递轴向外力1 1、只受工作载荷作用的螺栓联接（工作前不预紧，例：起重吊钩）、只受工作载荷作用的螺栓联接（工作前不预紧，例：起重吊钩）FaFa2或拉断）失效形式：螺栓塑变（1aF）受力分析：（;MPaaNF工作载荷螺栓许用应力-4 321adF）设计准则：（29 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算2 2、只受预紧力的螺栓联接（、只受预紧力的螺栓联接（工作前预紧，工作中受力不变，例：普通设备盖板工作前预紧，工作中受力不变，例：普通设备盖板）二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算（1 1）受力分析）受力分析5.0TFF

21、16 114 003121ddT摩擦力矩：预紧力：3.1)5.0(332222e合成应力：合成应力：单个螺栓预紧力）设计准则：（-0210eF 4 F3.13d（2 2）失效形式：螺栓塑变或拉断）失效形式：螺栓塑变或拉断注：受拉、剪应力复合作用的螺栓，可按受纯拉伸处理注：受拉、剪应力复合作用的螺栓，可按受纯拉伸处理,将拉应力将拉应力加大加大30%30%计入剪应力的影响。计入剪应力的影响。30 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算3 3、受预紧力、受预紧力F F0 0和工作载荷和工作载荷F FE E作用的螺栓联接（作用的螺栓联接（例：气缸螺栓例：气缸螺栓）（2 2）受力分析）受力分析ZFF

22、E1：）单个螺栓受工作载荷（工作载荷工作载荷F FE E螺栓受载螺栓受载被联接件受载被联接件受载预紧状态预紧状态F FE E作用前作用前预紧拉力预紧拉力F F0 0预紧压力预紧压力F F0 0工作状态工作状态F FE E作用后作用后(拉力增加拉力增加)总载荷总载荷 F Fa a(压力下降压力下降)残余预紧力残余预紧力F FR R二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算F Fa ab0b0c0c0F F0 0F F0 0F F0 0F Fa aF FR RF FE E31 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算a.a.总载荷总载荷F Fa a=?;=?;残余预紧力残余预紧力F FR R=

23、？载荷载荷螺栓变形螺栓变形被联接件变形被联接件变形变形关系变形关系预紧状态预紧状态F F0 0作用下作用下伸长伸长b0b0压缩压缩c0c0b0b0 c0c0工作状态工作状态F F0 0 、F FE E共同作用共同作用伸长伸长b0b0+压缩压缩c0c0-=由图得总载荷由图得总载荷:bEFFF0RaFF二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算变形变形力力b0FbFcFaFRFEF0C032 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算b.b.F Fb b=？由图知由图知:cbEbbkFFkF-00bbkF EcbbbFkkkF)53(-表螺栓相对刚度式中：cbbkkk 00cckF 螺栓刚度螺栓

24、刚度:被联接件刚度：被联接件刚度：E00FkkkFFFFcbbba总载荷：二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算变形变形力力b0FbFcFaFRFEF0C033 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算结论：为减小螺栓总载荷，被联接件刚度不宜太小；结论：为减小螺栓总载荷，被联接件刚度不宜太小；（3）失效形式：）失效形式：a:被联件结合面出缝隙；被联件结合面出缝隙；b:螺栓塑变或被拉断螺栓塑变或被拉断二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算cbEabbcFFFkkkkk0 0；时，当讨论：讨论：kcbbEakkFFF0 ；、kEREcbbbaFFFkkFFFF00总载荷：34 3-5

25、螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算（4）设计准则：）设计准则：EREEREERFFFFFFFF）（平稳：）（波动：一般联接）（有紧密性要求：6.02.00.16.08.15.10RFa:保证被联件结合面不出缝隙保证被联件结合面不出缝隙EcbbRRFkkkFFFF)1(00,-：应加的预紧力保证要求残余预紧力二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算35 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算b:保证螺栓不拉断或塑变保证螺栓不拉断或塑变I:FE为静载荷（考虑工作时需要补充拧紧，应计入螺纹力矩的影响）为静载荷（考虑工作时需要补充拧紧，应计入螺纹力矩的影响）4 3.121 dFaeII:FE

26、为变载荷为变载荷（按应力幅校核螺杆疲劳强度）（按应力幅校核螺杆疲劳强度）aaEFFF 螺栓应力幅：螺栓拉力：工作载荷：0 0二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算21Ecbb021minmaxF2kkk)(2)(21dFFdaa-36 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算（二）普通螺栓传递横向外力（二）普通螺栓传递横向外力（1）工作原理：结合面摩擦力平衡横向外力）工作原理：结合面摩擦力平衡横向外力 4d 3.1210 Fe二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算（2）受力分析：螺栓受预紧拉力：）受力分析：螺栓受预紧拉力：F0 被联件受预紧压力：被联件受预紧压力：F0（3）失效形

27、式：）失效形式：（1）螺栓塑变、拉断螺栓塑变、拉断 （2）被联件相对滑移）被联件相对滑移（4）设计准则：）设计准则：（1）螺栓不塑变、不拉断（只受预紧力）螺栓不塑变、不拉断（只受预紧力）（2）被联接件不相对滑移被联接件不相对滑移CFzmfF 0螺栓组所受总横向力可靠性系数接合面数螺栓数结合面摩擦系数预紧力式中：-F C 0mzfF注：普螺联接传横向力，螺栓受拉装拆放便，注：普螺联接传横向力，螺栓受拉装拆放便，但所需螺栓直径大，冲击、振动时摩擦传力不可靠。但所需螺栓直径大，冲击、振动时摩擦传力不可靠。37 讨论讨论:若若 f=0.2,z=1,m=1,Cf=0.2,z=1,m=1,C =1.2,=

28、1.2,则则 F F0 0=C=C F/zmF/zm f=6 Ff=6 F 1 1）普通螺栓靠摩擦力抵抗横向工作载荷，要求保持比较大的预紧力，会使螺）普通螺栓靠摩擦力抵抗横向工作载荷，要求保持比较大的预紧力，会使螺栓结构尺寸增加。栓结构尺寸增加。2 2）若要采用普通螺栓，靠利用减载键、销或减载套筒。）若要采用普通螺栓，靠利用减载键、销或减载套筒。3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算38 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算（三）普通螺栓传递扭矩（三）普通螺栓传递扭矩1、工作原理：摩擦传扭矩、工作原理：摩擦传扭矩4d 3.1210 Fe二、

29、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算2、受力分析：螺栓受预紧拉力：、受力分析：螺栓受预紧拉力：F 0 被联件受预紧压力：被联件受预紧压力：F03、失效形式：（、失效形式：（1）螺栓塑变、拉断螺栓塑变、拉断 （2）被联件相对滑移（转动）被联件相对滑移（转动）4、设计准则：、设计准则：（1）螺栓不塑变、不拉断（只受预紧力）螺栓不塑变、不拉断（只受预紧力）普螺传递力矩普螺传递力矩 fFfF0 039 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算ziCTrfF1i0（2）被联接件不相对滑动（转动被联接件不相对滑动（转动）ziirfCTF10 保证不滑动，单

30、个螺栓所需预紧力保证不滑动，单个螺栓所需预紧力的距离螺栓中心到螺栓组中心结合面摩擦系数螺栓组中螺栓数螺栓组承受的总力矩可靠性系数螺栓预紧力式中：-ifTCCFrz3.11.10普螺传递力矩普螺传递力矩 fFfF0 040 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算（四）铰制孔螺栓传递横向外力（四）铰制孔螺栓传递横向外力1、工作原理：杆孔挤压、螺杆受剪传递横向力、工作原理：杆孔挤压、螺杆受剪传递横向力二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算2、失效形式：（、失效形式：（1）杆孔结合面压溃杆孔结合面压溃 （2）螺杆剪断）螺杆剪断3、设计准则：、设计准则：（1）杆孔不压溃）杆孔不压溃10ppzd

31、F（2）螺杆不剪断）螺杆不剪断420 zdF螺杆受挤压最小接触高度螺杆受挤压最小接触高度螺栓个数螺栓个数螺杆直径螺杆直径螺栓组成受的总横向外力螺栓组成受的总横向外力式中：式中：10-zdFp许用挤压应力许用挤压应力-许用剪应力许用剪应力-铰制孔螺拴传递横向力铰制孔螺拴传递横向力 1 1d d0 041 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算（五）铰制孔螺栓传递扭矩（五）铰制孔螺栓传递扭矩1、工作原理：杆孔挤压、螺杆受剪传递扭矩、工作原理：杆孔挤压、螺杆受剪传递扭矩二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算2、失效形式：（、失效形式：（1）杆孔结合面压溃杆孔结合面压溃 （2）螺杆剪断）螺杆

32、剪断3、受力分析、受力分析：（1）距回转中心最远螺栓受力最大）距回转中心最远螺栓受力最大（2）螺栓所受最大力）螺栓所受最大力?maxFziiiTrF1 力矩平衡条件：maxmax rFrFii变形协调条件：maxmax rrFFiiziirTrF12maxmax 铰制孔螺拴传递扭矩铰制孔螺拴传递扭矩 42 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算4、设计准则：、设计准则：二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算（1）杆孔不压溃）杆孔不压溃（2）螺杆不剪断）螺杆不剪断许用挤压应力许用剪应力螺栓个数螺杆直径高度螺杆与被联件最小挤压螺栓组成受的扭矩螺栓所受剪力，最大值式中：-01maxpizd

33、TFFz10maxppdF4 20max Z Z dF43 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算(六六)普通螺栓组承受倾覆力矩普通螺栓组承受倾覆力矩二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算1、基本假定基本假定（1）螺栓、地基为弹性体；）螺栓、地基为弹性体；（2）M作用在作用在z-z平面内，平面内，机座在机座在M作用下绕作用下绕O-O转动转动（3）机座刚性较大，变形后与）机座刚性较大，变形后与 地基的接触面仍为平面地基的接触面仍为平面2、受力分析受力分析0FaFcF2minp maxp 螺栓螺栓地基地基左侧左侧螺栓螺栓右右侧侧螺栓螺栓左侧左侧右侧右侧预紧预紧状态状态拉拉拉拉压压压压工作

34、工作状态状态0F0F0F地基地基受力受力F FR R引起引起F F1c1c引起引起螺栓螺栓受力受力44 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算2、受力分析受力分析二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算F Fa aF FE EF FR RF F0 0F F1c1cF Fc cF F2c2cO Ob bO Oc cB B2 2B B1 1C C1 1C C2 2A A45 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算2、受力分析受力分析二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算ziiELLF12maxmaxM最大工作载荷：MFLLEziimax1max2(2)(2)代入代入(1)(1)力

35、平衡条件力平衡条件变形协调条件变形协调条件(2)maxmaxmaxmaxEiEiEiEiFLLFLFLF(1)1MLFziiEi倾覆力矩倾覆力矩个螺栓至翻转中心之距个螺栓至翻转中心之距第第心之距心之距受力最大螺栓至翻转中受力最大螺栓至翻转中式中：式中：-MiLLi max46 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算左侧螺栓所受最大力：左侧螺栓所受最大力：二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算max0EcbbaFkkkFFmax02EcbccFkkkFF-右侧螺栓所受最小力：右侧螺栓所受最小力：3 3、失效形式、失效形式（1 1）螺栓被拉断螺栓被拉断（2 2）机座与地基的接合面被压溃或

36、出缝隙机座与地基的接合面被压溃或出缝隙F Fa aF FE EF FR RF F0 0F F1c1cF Fc cF F2c2cO Ob bO Oc cB B2 2B B1 1C C1 1C C2 2A A47 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算4 4、设计准则、设计准则二、受力分析与强度计算二、受力分析与强度计算 2143.1dFaemax0EcbbaFkkkFF式中：0.0maxmin-WMkkkAzFcbcppp（1 1）保证螺栓不塑变、不被拉断保证螺栓不塑变、不被拉断（2 2）左侧不出缝隙左侧不出缝隙（3 3）右侧不被压溃右侧不被压溃pcbcpppWMkkkAzF.0maxmax

37、WMAzFWMAzFkkkppcbc-0max0min 1 时，说明：当地基刚度较大48 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算三、螺栓组联接的结构设计三、螺栓组联接的结构设计螺栓组联接结构设计的主要目的：合理地确定联接接合面的几何形状螺栓组联接结构设计的主要目的：合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。和装配。（1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形、环形、矩形、框形、三角形等。不但利于加工制造，更便于对称布置螺栓，使栓组的对称中心与联接结合面的

38、几何形心重合，保证联接接合面受力均匀。49 （2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免在和分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面边缘，以减小螺栓的受力。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷，应采用销、套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算三、螺栓组联接的结构设计三、螺栓组联接的结构设计50 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算三、螺栓组联接的结构设计三、螺栓组联接的结构设计（3）螺栓的排列应有合理的间距、边距

39、。布置螺栓时，各螺栓轴线以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。51 （4）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2，3，4、6、8等偶数。3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算三、螺栓组联接的结构设计三、螺栓组联接的结构设计（5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈。52 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算四、螺纹联接件的材料性能

40、与许用应力四、螺纹联接件的材料性能与许用应力四、螺纹联接件的材料性能与许用应力四、螺纹联接件的材料性能与许用应力1 1、螺纹联接件的材料与性能等级、螺纹联接件的材料与性能等级（1 1）常用材料：）常用材料：碳碳 钢：钢：Q215-AQ215-A、Q235-AQ235-A、3535、4545一般联接一般联接 合金钢：合金钢：15Cr15Cr、20Cr20Cr、30CrMnSi30CrMnSi等等重要联接重要联接（2 2）螺栓、螺母材料性能等级（表）螺栓、螺母材料性能等级（表3-93-9、3-103-10）a a、螺栓材料性能等级：、螺栓材料性能等级：3.63.6、4.64.6、4.84.8、5.

41、65.6、5.85.8、6.86.8、8.88.8、9.89.8、10.910.9、12.9 12.9 b、螺母的性能等级：、螺母的性能等级：4，5，6，8，9，10，12 螺母性能等级表示可与该螺母相配最高性能等级螺栓抗拉强度的螺母性能等级表示可与该螺母相配最高性能等级螺栓抗拉强度的1/100 10.100.bsbba 螺栓性能等级含义：MpabaMpaasb18010631030010031006.3 例：螺栓材料性能等级Mpaab40010041004 度为，相配螺栓最高抗拉强例：螺母材料性能等级53 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算2 2、螺纹联接件的许用应力、螺纹联接件的许

42、用应力四、螺纹联接件的材料性能与许用应力四、螺纹联接件的材料性能与许用应力（1 1）许用应力影响因素：）许用应力影响因素：载荷性质：静、变载荷载荷性质：静、变载荷 材料质量：性能等级材料质量：性能等级 结构尺寸：尺寸系数结构尺寸：尺寸系数 装配质量：载荷控制准确性装配质量：载荷控制准确性（2 2）许用应力安全系数）许用应力安全系数普通螺栓联接许用应力与安全系数普通螺栓联接许用应力与安全系数螺栓受载情况螺栓受载情况静载静载变载变载许用应力许用应力按最大应力按最大应力参看式（参看式（1-22）控制预紧力时控制预紧力时的安全系数的安全系数s1.21.51.21.5S=2.54ss/Ss/54 3-5

43、螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算（2）许用应力与安全系数许用应力与安全系数四、螺纹联接件的材料性能与许用应力四、螺纹联接件的材料性能与许用应力铰制孔螺栓联接许用应力与安全系数铰制孔螺栓联接许用应力与安全系数载荷载荷性质性质材料材料螺杆剪切螺杆剪切杆孔挤压杆孔挤压许用应力许用应力安全系数安全系数S许用应力许用应力安全系数安全系数Sp静载静载钢钢2.51.25铸铁铸铁22.5变载变载钢钢3.55 1.5铸铁铸铁ss/SPsp/bPsp/SPsp/2.532.53ss/Psp/b b 55 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算五、提高螺栓联接强度的措施五、提高螺栓联接强度的措施五、提高螺栓

44、联接强度的措施五、提高螺栓联接强度的措施1 1、改善螺纹牙间的载荷分配、改善螺纹牙间的载荷分配螺牙间变形不协调，导致牙间载荷分配不均螺牙间变形不协调，导致牙间载荷分配不均普通螺栓损坏情况统计如图普通螺栓损坏情况统计如图 F Fa a56 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算（1 1）均载螺母）均载螺母五、提高螺栓联接强度的措施五、提高螺栓联接强度的措施悬置螺母悬置螺母螺母体、螺母体、螺栓均受拉螺栓均受拉内斜螺母内斜螺母环槽螺母环槽螺母57 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算（2 2）钢丝螺套）钢丝螺套五、提高螺栓联接强度的措施五、提高螺栓联接强度的措施2 2、减小螺栓中应力幅、减

45、小螺栓中应力幅EF0工作载荷波动：EcbbaFkkkFF00F 螺栓中载荷波动：221aEcbbaFkkkd 螺栓中应力幅：acbakkF 可减小、提高不变，降低结论：保证58 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算降低螺栓刚度降低螺栓刚度k kb b措施：措施：五、提高螺栓联接强度的措施五、提高螺栓联接强度的措施采用柔性螺栓：采用柔性螺栓：增加螺栓长度、增加螺栓长度、减小螺栓光杆部分的直径减小螺栓光杆部分的直径、采用空心螺栓杆采用空心螺栓杆在螺母下安装弹性元件在螺母下安装弹性元件59 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算提高被联接件刚度提高被联接件刚度k kc c措施：措施：五、提

46、高螺栓联接强度的措施五、提高螺栓联接强度的措施 采用刚度大的垫片采用刚度大的垫片 用密封环代替密封软垫片用密封环代替密封软垫片60 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算3 3、减小螺栓本身应力集中图、减小螺栓本身应力集中图五、提高螺栓联接强度的措施五、提高螺栓联接强度的措施a 加大圆角加大圆角b 卸荷槽卸荷槽b 卸载过渡结构卸载过渡结构61 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算4 4、避免或减少附加应力、避免或减少附加应力五、提高螺栓联接强度的措施五、提高螺栓联接强度的措施(保证螺母支撑面平整、螺栓孔正保证螺母支撑面平整、螺栓孔正)螺栓的附加应力螺栓的附加应力避免附加弯应力的措施避

47、免附加弯应力的措施62 3-5螺纹联接的设计计算螺纹联接的设计计算5 5、采用合理制造工艺、采用合理制造工艺五、提高螺栓联接强度的措施五、提高螺栓联接强度的措施冷墩头部、滚压螺纹有利于提高螺栓疲劳强度冷墩头部、滚压螺纹有利于提高螺栓疲劳强度1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高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，强度提高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63 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

48、，同时传递运动或动力。传动形式：a)螺杆转螺母移 b)螺杆又转又移（螺母固定）用得多 c)螺母转螺杆移 d)螺母又转又移（螺杆固定）用得少 3-6螺旋传动螺旋传动64 一、螺旋传动的类型和特点螺旋传动按其用途，受力情况不同，可分为以下三种类型:1）传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋 用途：传递动力，以小转矩产生大轴向力，要求自锁 特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁 2）传导螺旋机床进给丝杠 用途：传递运动，要求有较高精度 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。（机床卡盘，压力机，车床尾座的调整螺旋）用途：调整和固定零件间的相互位置 特点：是受力较小且

49、不经常转动 这些螺旋传动一般采用梯形螺纹，单向受力也可采用锯齿形螺纹。特点：结构简单，运转平稳无噪音，便于制造，易于自锁，但传动效率低，摩擦和磨损大。65 66 螺纹：矩形，梯形，锯齿形螺杆上螺旋副数目：单螺旋传动；双螺旋传动一、滑动螺旋传动机构1、单螺旋传动机构1）、螺杆又转又移（螺母固定）(传力螺旋)螺旋千斤顶，螺旋式压力机。要求强度和自锁性能螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为：滑动螺旋、滚动螺旋、静压螺旋一、螺旋传动的类型和特点67 2）、螺杆转螺母移(传导螺旋)传递运动，要求精度和效率（多线螺纹）2、双螺旋传动机构（调整螺旋）螺杆上有不同螺距的螺纹，分别与两个螺母组成两个螺旋副

50、 螺杆又转又移，螺母一个固定另一移动 1）、差动螺旋传动机构（微调机构）两个螺旋副旋向相同2）、复式螺旋传动机构（快速调整或移动）两个螺旋副旋向相反滑动螺旋特点：缺 点：磨损快、寿命短，摩擦损耗大，传动效率低（3040%）传动精度低一、螺旋传动的类型和特点优点：构造简单、传动比大，工做连续，传动平稳、加工方便、工作可靠、承载能力高、传动精度高、易于自锁68 二、滚动螺旋传动机构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 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