1、第十章 螺紋連接與螺旋傳動引言 由于使用、結構、制造、裝配、運輸?shù)确矫娴脑颍瑱C器中很多零件需要彼此聯(lián)接。 機械零件之間的聯(lián)接分為：被聯(lián)接件之間相互完全固定。被聯(lián)接件之間能產生一定的相對運動。例如：運動副。靜聯(lián)接：動聯(lián)接：本課程介紹的聯(lián)接主要是靜聯(lián)接。聯(lián)接的類型：螺紋聯(lián)接鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接彈性環(huán)聯(lián)接等鉚接焊接粘接聯(lián)接可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接過盈聯(lián)接（介于兩者之間） 10.1 螺 紋n10.1.1 10.1.1 螺紋的分類螺紋的分類一、螺紋的形成、旋向及線數(shù)n按螺旋線的旋向：按螺旋線的旋向：左旋螺紋, 右旋螺紋；n按螺旋線的數(shù)目：按螺旋線的數(shù)目：單線螺紋、多線螺紋。 螺紋的旋向與線數(shù) 二、 螺紋

2、的分類1 1、按螺紋的牙齒形狀：、按螺紋的牙齒形狀：三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、 鋸齒形螺紋和管螺紋。2 2、按用途分、按用途分連接螺紋 傳動螺紋3 3、按母體形狀分、按母體形狀分圓柱螺紋 圓錐螺紋d-d-螺紋大徑螺紋大徑d d1 1-螺紋小徑螺紋小徑d d2 2 -螺紋中徑螺紋中徑n-n-線數(shù)線數(shù)p-p-螺距螺距s-s-導程導程-螺紋升角螺紋升角 ， -牙型角，牙側角牙型角，牙側角h-h-螺紋接觸高度螺紋接觸高度 10.1.2 螺紋的主要幾何參數(shù))arctan()arctan(22dnpds10.1.3 螺紋副的受力分析、效率和自鎖 螺紋副的受力螺紋副的受力 擰緊時：tantvFF21t

3、an2vdTF松脫時：tantvFF21tan2vdTFtantanv 螺紋副的效率螺紋副的效率 擰緊時：松脫時：tan()tanv自鎖條件：自鎖條件：varctan(/cos)vf其中：其中：螺紋副效率與升角的關系10.1.4 常用螺紋的特點和應用特點：特點：螺紋的牙型角 =2=2 =60=60 , ,螺紋牙根部的強度較高，當量摩擦角 大，自鎖性能好，用于聯(lián)接用于聯(lián)接。按螺距的大小分為粗牙螺紋和細牙螺紋。1、三角形螺紋(代號：M GB192-81) 細牙螺紋與粗牙螺紋的比較粗牙：粗牙：常用連接牙形。細牙：細牙：用于薄壁零件的連接、受動載荷零件的連接及微調裝置的調節(jié)螺紋。優(yōu)點：升角小，小徑大，

4、自鎖性能更好，強度高。缺點：牙小，相同載荷下磨損快，易脫扣。細牙細牙細牙細牙粗牙粗牙 特點：特點： 牙形角=0，其傳動效率高，多用于傳動。但對中性差，牙根強度低，螺紋牙磨損后間隙難以補償。使傳動精度降低，故已被梯形螺紋所代替。 2、矩形螺紋3、 梯形螺紋 (代號：Tr GB 192-81)特點： =2=30。比矩形螺紋效率略低，但工藝性好牙根強度高、對中性好。在螺旋傳動中有廣泛應用。4 、鋸齒形螺紋 (代號：S JB 923-66)特點：特點：工作邊牙側角 = 3，非工作邊牙側角 = 30它綜合了矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙根強度高的優(yōu)點,能承受較大的載荷,但只能用于單向傳動。(5) 圓柱管螺紋

5、 特點：用于管件連接的，三角螺紋,=55，擰緊后 無徑向間隙，密封好（6）圓錐螺紋特點：三角螺紋,密封好，擰緊后無間隙，用于高溫高壓密封管路連接。 =55，1：16錐管 普通螺栓連接普通螺栓連接 鉸制孔螺栓連接鉸制孔螺栓連接普通螺栓連接普通螺栓連接 螺栓和孔壁有間隙孔螺栓和孔壁有間隙孔的加工精度低。的加工精度低。鉸制孔螺栓連接鉸制孔螺栓連接螺桿與孔用過渡配合，螺桿與孔用過渡配合，承受軸向載荷孔需精承受軸向載荷孔需精制。制?？善鸲ㄎ蛔饔谩？善鸲ㄎ蛔饔?。1、 螺栓連接螺栓連接 10.2 螺紋聯(lián)接的基本類型和標準螺紋聯(lián)接件特點：特點：被連接件不宜做被連接件不宜做成通孔。成通孔。不宜經常拆卸。不宜經常

6、拆卸。擰入深度：擰入深度：銅或青銅：銅或青銅：H=d鑄鑄 鐵：鐵：H=1.251.5d鋁鋁 合合 金：金： H=1. 52.5d2、 螺釘連接螺釘連接擰入深度擰入深度鉆孔深度特點：特點：被連接件不宜被連接件不宜做成通孔又需要經常做成通孔又需要經常拆卸或用螺釘無法安拆卸或用螺釘無法安裝。裝。擰入深度：擰入深度：銅或青銅：銅或青銅：H=d鑄鑄 鐵：鐵：H=1.251.5d鋁鋁 合合 金：金： H=1. 52.5d3、雙頭螺柱連接、雙頭螺柱連接 4 、緊定螺釘連接、緊定螺釘連接旋入被連接件的螺旋入被連接件的螺紋孔中，頂住另一紋孔中，頂住另一被連接件的表面或被連接件的表面或凹坑。凹坑。固定兩個零件或傳

7、固定兩個零件或傳遞不大的力矩。遞不大的力矩。5、其它特殊結構的螺紋連接地腳螺栓吊環(huán)螺釘T型槽螺栓二二 、標準螺紋連接件、標準螺紋連接件各種螺栓各種螺栓雙頭螺柱雙頭螺柱各種螺釘各種螺釘各種螺釘各種螺釘緊定螺釘?shù)木o定螺釘?shù)念^部和末端頭部和末端各種螺母與墊片各種螺母與墊片10.3 螺紋連接的預緊和防松10.3.1 10.3.1 螺紋連接的預緊螺紋連接的預緊 預緊可使聯(lián)接在承受工作載荷之前就受到預緊力F的作用，以防止聯(lián)接受載后被聯(lián)接件之間出現(xiàn)間隙或橫向滑移。預緊也可以防松。預緊力過大預緊力過大會使整個聯(lián)接的結構尺寸增 大；也會使聯(lián)接螺栓在裝配時因過載而斷裂。預緊力不足預緊力不足則又可能導致聯(lián)接失效。

8、重要的螺栓聯(lián)接應控制預緊力 預緊的目的裝配時控制預緊力的方法裝配時控制預緊力的方法測力矩扳手測力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手 擰緊螺母時的力矩和預緊力n擰緊螺母時，要克服螺紋副的摩擦力矩T1和螺母與支持面間的摩擦力矩T2，因此擰緊力矩 T=T1+T2n式中f為螺母與被聯(lián)接件支承表面間的摩擦系數(shù)。2)tan(21dFT20213031231dDdDFfTdFKdFdDdDdfddTt32)tan(2120213031233102221012tan()23tDddfKdd Dd 擰緊力矩系數(shù)；對于M10-M68粗牙三角螺紋有：T0.2Fd 10.3.2 螺紋聯(lián)接的防松1 1、摩擦防松、摩擦防松1)

9、雙螺母防松2) 彈簧墊圈防松 3) 鎖緊螺母防松尼龍圈鎖緊螺母尼龍圈鎖緊螺母2、機械防松 1) 1) 開口銷與六角開槽螺母防松開口銷與六角開槽螺母防松 2) 止動墊圈防松圓螺母用帶翅墊片圓螺母用帶翅墊片3）圓螺母翅型墊片防松4) 串聯(lián)鋼絲防松3、破壞螺紋副關系防松10.4 螺栓連接的強度計算普通螺栓設計準則：保證螺栓的拉伸強度普通螺栓設計準則：保證螺栓的拉伸強度鉸制孔螺栓設計準則：保證螺栓的拉伸強度、鉸制孔螺栓設計準則：保證螺栓的拉伸強度、剪切強度和擠壓強度剪切強度和擠壓強度螺栓連接的強度計算，對于螺釘?shù)绕渌菁y螺栓連接的強度計算，對于螺釘?shù)绕渌菁y連接方式也同樣適用連接方式也同樣適用計算內容

10、 根據強度條件確定螺栓直徑， 選取合理的參數(shù)失效形式： 受拉螺栓，螺桿的疲勞斷裂、塑性變形，位置 受剪螺栓，螺桿被剪斷，螺桿和孔壁的貼合面被壓潰單個螺栓連接的強度計算65%20%15%10.4.1 10.4.1 普通螺栓連接的強度計算普通螺栓連接的強度計算 1 、松螺栓連接MPa 或mm 214dF Fd41式中：式中： d1螺紋小徑 mm F螺紋承受的軸向工作載荷 N 螺紋材料的許用應力 MPa松螺栓連接的設計計算2 、緊螺栓連接 a. 普通螺栓聯(lián)接1)1)只受預緊力只受預緊力 作用的緊螺栓連接作用的緊螺栓連接FRKmFzfszfmRkFs/式中：式中： f 接合面摩擦系數(shù) m 接合面數(shù) z

11、 螺栓數(shù)目 ks 可靠性系數(shù)靠摩擦力傳遞橫向載荷的緊螺栓連接00/22/zfDTkFTkDFzfss 靠摩擦力傳遞轉矩的緊螺栓連接 213 . 143 . 1dFe螺栓的危險截面處于拉伸和扭轉的復合應力狀態(tài)，而螺栓通常是塑性的，因此按第四強度理論，螺栓聯(lián)接的強度條件為：322e 對于M10M68的普通螺紋鋼制螺栓，可取5 . 0/3 . 141Fd或或式中：式中： 預緊力 N d1 螺紋小徑 mm 螺紋材料的許用應力 MPa F上式說明緊螺栓連接可按純拉伸強度計算，但需將拉伸應力增大30%，以考慮扭剪應力的影響。2 ）受預緊力 及受軸向工作設:缸內總壓力為Q，螺栓數(shù)為z，則每個螺栓所受的工作載

12、荷為：zQF F載荷F 作用的緊螺栓聯(lián)接在受軸向工作載荷的螺栓聯(lián)接中，螺栓實際承受的總拉伸載荷FFF0n圖a）聯(lián)接還沒有擰緊時的情況圖b) 聯(lián)接擰緊后螺栓受到預緊力 而伸長了 ，被聯(lián)接件受到預緊力 而縮短了n圖c) 在聯(lián)接承受軸向載荷F時，螺栓的伸長量增了 被連接件的變形量減少了FbFmbbm m根據變形協(xié)調條件：根據變形協(xié)調條件：bFFFFFF 00設：螺栓的剛度為Cb,被聯(lián)接件的剛度為Cm。因為所以FFFCFCFmbmmbb /()bbbmFF CCC0 /()bbmFFF CCC 式中 稱為相對剛度系數(shù)，它與螺栓和被聯(lián)接件的材料、結構、尺寸以及工作載荷作用位置、墊片等因素有關。)/(mb

13、bCCC 相對剛度系數(shù)查表得到。為保證被聯(lián)接件的接合面不出現(xiàn)縫隙， 的值查p181。0F F螺栓的相對剛度螺栓的相對剛度剩余預緊力剩余預緊力FF2 . 0 強度條件式：強度條件式： 或：或：/3 . 14210dFe/3 . 1401Fd 式中：式中：F0螺栓的總拉力 N d1螺栓的小徑 mm 螺栓材料的許用應力 MPa10.4.2 鉸制孔螺栓聯(lián)接的強度計算強度條件：強度條件：/4min2psspsshdFdF式中：式中： Fs單個螺栓所受的橫向載荷 N ds螺栓剪切面直徑 mm hmin螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度 mm 螺栓材料的許用剪切應力 MPa p螺栓和孔壁材料中弱者的許用擠壓應力

14、MPa10.4.3 10.4.3 螺栓連接件的材料和許用應力螺栓連接件的材料和許用應力 1 1、螺紋連接件的材料、螺紋連接件的材料 常用材料： 低碳鋼，中碳鋼，如：Q215、Q235、10、35和45號鋼 重要和特殊用途的螺紋聯(lián)接件可采用合金鋼，如15Cr、 40Cr、30CrMnSi。 2 2、 螺紋連接件的許用應力可由螺紋連接件的許用應力可由p182p182表中查得。表中查得。一、一、 改善螺紋牙間的載荷分布改善螺紋牙間的載荷分布10.4.4 10.4.4 提高螺栓聯(lián)接強度的措施提高螺栓聯(lián)接強度的措施 均載螺母實例二、降低螺栓所受的總拉力F0n當和一定時，越小，則螺栓所受到當和一定時，越小

15、，則螺栓所受到的總拉力就越小。的總拉力就越小。FF/()bbmCCC0F減小螺栓剛度的結構減小螺栓剛度的結構 用用O O形密封圈密封形密封圈密封降低螺栓剛度有利于減少螺栓所受的總拉力降低螺栓剛度有利于減少螺栓所受的總拉力三、避免或減小附加應力三、避免或減小附加應力 四、 減少應力集中10.5 10.5 螺栓組連接的結構設計螺栓組連接的結構設計10.5.1 10.5.1 連接接合面的設計連接接合面的設計 1 1、螺栓的布置應使各螺栓的受力合理、螺栓的布置應使各螺栓的受力合理 （1）對稱布置螺栓，使螺栓組的對稱中心和連接接合面的形心重合。 （2）對于鉸制孔螺栓連接的受剪螺栓，在平行于工作載荷方向上

16、成排布置的螺栓數(shù)目不應超過 8 個，以免載荷分布不均。 10.5.2 螺栓的數(shù)目及布置（3）對于受彎矩或轉矩的螺栓連接，應使螺栓盡量布置在靠近連接接合面的邊緣上，以減少螺栓的受力。2、螺栓的布置應有合理的間距和邊距，以保證連接的緊密性和裝配時扳手所需活動空間。3 、螺栓的數(shù)目及布置應便于螺栓孔的加工 分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應取成4,6,8等偶數(shù)，以便于在圓周上鉆孔時的分度和劃線。10.5.3 10.5.3 采用減載裝置，減少螺栓的受力采用減載裝置，減少螺栓的受力10.6 螺 旋 傳 動n10.6.1 10.6.1 概概 述述n螺旋傳動的特點：螺旋傳動的特點： 螺旋傳動主要是變回轉運動為直

17、線運動。分 類按其用途可分為三類 (1)(1)傳力螺旋：傳力螺旋： 以傳遞動力為主。如千斤頂、起重器、壓力機等。 螺旋千斤頂 以傳遞運動為主，要求有較高的運動精度。(2) 、傳導螺旋(3) (3) 調整螺旋調整螺旋用于調整固定零件間的相對位置。這種螺旋不經常轉動，一般在空載下調整。按螺紋副中摩擦性質的不同分類特點：特點： 摩擦阻力大、傳動效率低、磨損快、運動精度低。但結構簡單、制造方便、易于自鎖，應用廣。（1）滑動螺旋（2）滾動螺旋 特點：特點： 摩擦阻力小、傳動效率高、傳動平穩(wěn)、運動精度高，使用壽命長，但結構復雜、制造困難、成本較高。滾珠螺旋傳動滾珠螺旋傳動 特點：特點： 傳動效率最高、工作

18、平穩(wěn)、使用壽命長，但結構復雜，制造精度要求高，需附加一套供油系統(tǒng)。用于高精度、高效率的重要傳動。（3）靜壓螺旋 滑動螺旋傳動的結構和材料1 、滑動螺旋傳動的結構 螺桿：螺桿： 當螺桿短而粗且垂直分布時（如：起重的傳力螺旋），可以利用螺母本身作為支撐。而當螺桿細而長且水平布置時（如：機床的絲杠），應在螺桿的兩端或中間附加支撐。 螺母（整體式、剖分式、組合式） 剖分式螺母剖分式螺母組合式螺母組合式螺母n 滑動螺旋傳動多采用梯形或鋸齒形螺 紋，且常用右旋螺紋。n 傳力和調整螺紋要求自鎖時，應采用 單線螺紋。n 傳導螺旋可采用多線螺紋。 螺紋牙形與線數(shù)的選擇n 螺桿和螺母的材料除要求有足夠的強度、耐磨

19、性，螺桿和螺母的材料除要求有足夠的強度、耐磨性， 還要求兩者配合時摩擦系數(shù)小。還要求兩者配合時摩擦系數(shù)小。n 1、一般螺桿可選用Q275、45、50號鋼; (需經熱處理以達到高硬度的重要螺桿，則常用合金鋼，如 T12、40Cr、65Mn鋼等)n 2、常用螺母材料有鑄造錫青銅ZCuSn10Pb1和 ZCuSn5Pb5Zn5 (重載低速時可選用鑄造鋁青銅ZCuSn10Pb1和ZCuSn5Pb5Zn5)n 低速輕載，特別是不經常運轉時，可選用耐磨鑄鐵低速輕載，特別是不經常運轉時，可選用耐磨鑄鐵. .2、螺桿和螺母的材料螺旋傳動的主要失效形式：螺旋傳動的主要失效形式：螺紋牙磨損、螺紋牙塑性變形和斷裂、

20、螺桿的塑性變形和斷裂、螺桿失穩(wěn)等。主要設計：主要設計：螺桿的直徑和螺母的高度10.6.3 滑動螺旋傳動的設計計算螺旋傳動的設計準則n1、先根據耐磨性條件確定螺桿的直徑和螺母的高度，再校核其它條件；n2 、對傳力較大的傳力螺旋，應按螺桿和螺紋牙的強度設計，按耐磨性校核螺母的高度；n3、對有自鎖要求的，應校核其自鎖條件；n4、對長徑比比較大的受壓螺桿，校核其穩(wěn)定性。ssphHdQphzdQp22n 耐磨性計算主要是限制螺 紋接觸處的壓強psn 設軸向載荷Q均勻分布在螺母的z圈螺紋上，則耐磨條件式：一、 耐磨性計算2dH對于梯形螺紋，h=0.5p ,則：對于鋸齒形螺紋，h=0.75p, 則：設： 代

21、入上式得：sphQpd2spQd8 . 02spQd65. 02值由p185查表獲得。按d2和 查國標，選取相應的d和p。210dp二、 螺桿的強度較核 螺桿受軸向力Q和摩擦 力矩T1的聯(lián)合作用，在危險截面，按第四強度理論得強度條件為： 22221231134316eTQdd三、螺紋牙強度的校核防止沿螺母螺紋牙根部剪斷和彎斷的校核式為： 2/6bdzQlbzdQb 四、自鎖條件校核 其中：螺紋升角其中：螺紋升角 當量摩擦角：當量摩擦角：v22arctan( /)arctan(/)sdnpdarctanarctancosvVff 螺桿的臨界壓力Qc的值與螺桿的柔度有關il五、螺桿的穩(wěn)定性校核 式

22、中：式中：Q 螺桿受到的最大軸向力； Qc 螺桿的臨界壓力。穩(wěn)定性條件：穩(wěn)定性條件：/2.5 4cQQ -螺桿長度系數(shù)螺桿長度系數(shù) , ,與螺桿端部結構有關與螺桿端部結構有關一端固定、一端自由(如起重器)，取=2 一端固定、一端鉸支(如壓力機)，取=0.7 兩端鉸支(如傳導螺桿), 取=1 i-螺桿危險截面的慣性半徑，若 則： 221,4mmdAmmdAIi,41(1)當 100 時：式中式中: : E-螺桿材料的彈性模量； I-螺桿危險截面的軸慣性矩： -螺桿的最大工作長度, mm22)/( lEIQc441,64mmdIl(2)(2)、當、當100 100 時：時： 對于B380MPa的碳

23、素鋼?。?對于B480MPa的優(yōu)質碳素鋼(如35，40鋼)取：(3)(3)、對于、對于 4040的螺桿，不用穩(wěn)定性校核。的螺桿，不用穩(wěn)定性校核。412. 130421dQc457. 246121dQc習題1利用普通螺栓連接方式將鋼板利用普通螺栓連接方式將鋼板1和鋼板和鋼板2連接起來，并連接起來，并注意防松。注意防松。12122 2 有一普通螺紋聯(lián)接有一普通螺紋聯(lián)接,需控制預緊力需控制預緊力,每個螺栓所受軸向工每個螺栓所受軸向工作載荷為作載荷為3.8KN,螺栓材料為螺栓材料為45鋼鋼,其許用應力為其許用應力為,采用采用M16的螺栓的螺栓,螺栓小徑螺栓小徑d d1 1=13.835mm=13.83

24、5mm,F=1.6F,試校核此螺試校核此螺栓連接的強度栓連接的強度解：螺栓所受的總拉力解：螺栓所受的總拉力NFFFFFF988038006 . 26 . 26 . 10 MpaMPadFe12044.853 . 142103 3 用用M12的螺栓連接兩塊鋼板，其厚度的螺栓連接兩塊鋼板，其厚度分別為分別為20mm和和60mm，在厚度為，在厚度為20mm的板上鉆的孔，試設計此螺釘連接。的板上鉆的孔，試設計此螺釘連接。解解: : 作用在氣缸蓋上的總壓力為作用在氣缸蓋上的總壓力為: : NDpApQ93.3141542001422每個螺栓的軸向工作載荷為:NQF99.3926893.314158NFFFFFF57.1099599.39268 . 2