1、第五章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) 螺紋：一類型和應(yīng)用： 1分類： 1）按螺紋位置分： 外螺紋螺紋位于圓柱或圓 錐體的外側(cè) 內(nèi)螺紋螺紋位于圓柱或圓 錐體的內(nèi)側(cè) 2）按所起作用分： 聯(lián)接螺紋用于起聯(lián)接作用 傳動(dòng)螺紋用于起傳動(dòng)作用 3）按制式分：米制、英制 2類型： 1）普通螺紋： 牙型： 等邊三角形。 牙型角：60 如圖a） 2）米制錐螺紋： 牙型： 等腰三角形。 牙型角：60 3）管螺紋： 牙型： 等腰三角形。 牙型角：55 4）梯形螺紋： 牙型： 梯 形。 牙型角：30 如圖b） 5）矩形螺紋： 牙型： 矩 形。 牙型角：0 6）鋸齒形螺紋： 牙型： 鋸齒形。 如圖c）3應(yīng)用： 1）起緊固，聯(lián)接作用

2、 聯(lián)接螺紋。 2）起傳動(dòng)作用 傳動(dòng)螺紋。注： 常用螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用，見： P.62.表5-1 螺紋已標(biāo)準(zhǔn)化，其基本尺寸可查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。二螺紋的主要參數(shù)： 以圖5-1的外螺紋為例. 1大徑d： 螺紋的最大直徑（外螺紋牙頂所在的圓柱面直徑）。 叫公稱直徑。 2小徑d1： 螺紋的最小直徑（外螺紋牙底所在的圓柱面直徑）。 3中徑d2： 螺紋軸剖面內(nèi)牙溝與牙體等寬處的圓柱面直徑。d2(d+d1)/2. 4線數(shù)n： 螺紋的螺旋線數(shù)目。 單線螺紋： 沿一根螺旋線形成的螺紋。 多線螺紋： 沿多根螺旋線形成的螺紋。 5螺距P： 相鄰兩螺牙對應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離。 6導(dǎo)程S： 沿同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周移動(dòng)的軸向距離。

3、 S=n*P 7螺紋升角： 中徑螺旋線的切線與螺紋橫截面間的夾角。 = arctg(S/d2) 8牙型角： 螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。 牙側(cè)角： 螺紋牙型側(cè)邊與螺紋橫截面的夾角。 9接觸高度h： 螺紋旋合后，內(nèi)、外螺紋接觸面的徑向高度。 注：內(nèi)螺紋參數(shù)用大寫字母表示。 如：D，D1，D2 管螺紋的公稱直徑為管子的內(nèi)徑。 螺紋聯(lián)接的類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件：一螺紋聯(lián)接的基本類型： 1螺紋聯(lián)接： 1）普通螺栓聯(lián)接： 被聯(lián)接件上的通孔與栓桿間有間隙。P.65.圖5-2a. 優(yōu)：通孔加工要求低，裝拆方便，應(yīng)用很廣。 2）鉸制孔螺栓聯(lián)接： 孔與栓桿間為基孔制過渡配合。P.65.圖5-2b. 優(yōu)：被聯(lián)接件的相對位置精

4、確，能承受橫向載荷。 缺：孔的加工要求較高。 2雙頭螺柱聯(lián)接： P.65.圖5-3a 適用：被聯(lián)接件之一太厚、較軟，且需經(jīng)常裝拆處。 3螺釘聯(lián)接： P.65.圖5-3b 適用：被聯(lián)接件之一太厚、較軟，且不經(jīng)常裝拆處。 4緊定螺釘聯(lián)接： 用擰入零件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件，達(dá)到固定兩零 件相對位置，可傳遞不大的力。 P.66. 圖5-4. 5地腳螺栓聯(lián)接： 用于將機(jī)座固定在地基上。 P.66. 圖5-5.二標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件： 1聯(lián)接件： 有螺栓、雙頭螺栓、螺釘、螺母、墊片等。 P.66. 表5-2. 2聯(lián)接件精度： 按GB/T 3103.1-1982分A、B、C三級(jí)。 A級(jí)： 精度最高，用于

5、要求配合精確、防振等重要聯(lián)接。 B級(jí)： 用于受載大，受變載，經(jīng)常裝拆處。 C級(jí)： 用于一般聯(lián)接，常用的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件為C級(jí)。 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊：一預(yù)緊： 1預(yù)緊： 在裝配時(shí)將螺紋聯(lián)接擰緊。 2目的： 增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性。 3預(yù)緊力Fo： 預(yù)緊時(shí)預(yù)加在聯(lián)接上的作用力。推薦值為： 碳素鋼螺栓： Fo(0.60.7)S A1 合金鋼螺栓： Fo(0.50.6)S A1 A1 螺栓危險(xiǎn)截面面積，A1d12/4. d1 一般為螺紋小徑。 S 螺栓材料的屈服限。 4Fo的控制： 常用測力矩扳手（P.69.圖5-8）或定力矩扳手（P.69.圖5-9）. 通過控制擰緊力矩來控制Fo.二擰緊力矩T： 要用T來控

6、制Fo，首先應(yīng) 定出T與Fo的關(guān)系如下：1 螺旋副中的摩擦力矩T1： 2螺母與支承面間的摩擦力矩T2： 3擰緊力矩T： 對M10M64的常用粗牙普通螺紋，式中諸量為： ，d2 螺紋的升角和中徑。=14232，d20.9d do，Do 栓孔直徑，螺母環(huán)面外徑。do1.1d ，Do1.5d v 螺紋副當(dāng)量摩擦角。(f0.10.2) fc 支承面摩擦系數(shù)。 fc0.15 于是，得： T = T1+ T20.2 Fod （5-7） 注： 1） 用T控制Fo，易于操作，但不準(zhǔn)確。 2） 控制Fo的精確方法是測量螺栓的伸長量。 3） Fo過大可導(dǎo)致： 螺桿拉斷 螺紋滑牙。 螺紋聯(lián)接的防松 1螺紋聯(lián)接的自鎖

7、與松脫： 1）自鎖： =14232 v = 6.510.5 一般普通螺紋聯(lián)接都自鎖。 2）松脫： 聯(lián)接在沖擊、振動(dòng)及變載下會(huì)逐漸松脫。 2防松： 防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動(dòng)。 3常用防松方法： 三種： 1）摩擦防松： 雙螺母，彈簧墊圈，自鎖螺母。 P.71. 表5-3.2）機(jī)械防松： 開口鎖，止動(dòng)墊圈，串聯(lián)鋼絲。 P.71. 表5-3. 3）鉚沖防松： 將栓端鉚死，或在栓桿與螺母旋合縫處打沖。5 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)一螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 任務(wù)： 合理確定接合面的幾何形螺栓的布置形式； 目的： 螺栓及接合面受力均勻，加工、裝配方便。 使螺栓組對稱中心應(yīng)與接合面形心重合 1接合面應(yīng)為簡幾何圖形。 如： 圓

8、形，矩形，三角形等。 2螺栓的布置應(yīng)使各螺栓受力合理。 3螺栓的排列應(yīng)有合理的間距和邊距。 1）邊距： 應(yīng)有足夠的扳手空間具體尺寸可查手冊。 2）間距： 緊密性要求較高的聯(lián)接，間距to的推薦值： P.73. 表5-4. 4分布在同一圓周上的螺栓數(shù)應(yīng)取偶數(shù) 以便于鉆孔時(shí)分度和劃線。 5避免螺栓受偏心載荷 1）粗糙支承面應(yīng)制凸臺(tái)或锪沉孔、 P.74.圖5-13 2）傾斜支承面應(yīng)加斜面墊圈、P.74.圖5-14圖5-13凸臺(tái)與锪沉孔 圖5-14 斜面墊片二螺栓組的受力分析： 任務(wù)： 按聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載，定出受力最大的螺栓及其所受的力。 假設(shè)： 1）所有螺栓的材料，直徑，長度及預(yù)緊力都相同。 2）螺栓

9、組對稱中心與接合面形心重合。 3）受載后接合面仍為平面。 1受橫向載荷的螺栓組： 橫向載荷F的作用線垂直螺 栓軸線且通過螺栓組對稱中心。 1）鉸制孔螺栓聯(lián)接： 各螺栓所受的橫向工作剪力為： F = F/z （5-8） z螺栓數(shù)目 2）普通螺栓聯(lián)接： 為避免相對滑動(dòng)，必須使預(yù)緊后接合面間的最大摩擦力F，即： f 接合面間的摩擦系數(shù)。 P.76. 表5-5. i 接合面數(shù)（上圖 i = 2）。 KS 防滑系數(shù)。 KS = 1.11.3 2受轉(zhuǎn)矩的螺栓組： 1）普通螺栓聯(lián)接： 各螺栓的Fo產(chǎn)生的摩擦力 fFo對形心O的矩之和應(yīng)大 于T， 即： fFori = fFori KST 圖5-17 受轉(zhuǎn)矩的

10、螺栓組聯(lián)接 或： FoKST/fri （5-10） f 接合面的摩擦系數(shù) ri 第I個(gè)螺栓的軸線到螺栓組對稱中心O的距離 z 螺栓數(shù)目 Ks 防滑系數(shù)，Ks=1.11.32）鉸制孔螺栓聯(lián)接： 剛性底板相對轉(zhuǎn)動(dòng)量，即螺栓的剪切變形量正比于到O點(diǎn)的距離。 Fmax/rmax= Fi/ri 或 Fi= Fmaxri/rmax （5-11）3受軸向載荷的螺栓組： 軸向載荷F的作用線螺栓軸線并通過其對稱中心 各螺栓均載， F = F/Z （5-29） 4受傾覆力矩的螺栓組：圖5-19 受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接 a傾覆力矩M作用于通過x-x軸且垂直接合面的平面中，圖a） b. 已受Fo，但未受傾覆力矩M作用

11、，圖b) 螺栓： 均勻受拉，拉力為Fo 地基： 均勻受壓，壓強(qiáng)P 底板： 其上Fo的合力與P的合力相等，底板所受的總作用力為零。 c. 已受M作用，底板繞O-O軸向右傾側(cè)，圖c) 在O-O軸左側(cè)：螺栓：拉力由Fo增大到F2 地基：擠壓應(yīng)力由P下降為P1，右側(cè)壓緊PP2 底板：螺栓的合力地基的合力，總合力為F，方向向下 在O-O軸右側(cè)：螺栓：拉力由Fo減小到F2m 地基：擠壓應(yīng)力由P增大到P2 底板：螺栓的合力地基的合力，總合力Fm方向向上 設(shè)：底板為剛體，繞O-O傾轉(zhuǎn)時(shí)仍為平面，則： Fmax/Lmax= Fi/Li 或： Fi = FmaxLi/Lmax 1）接合面壓應(yīng)力校核： 以避免地基壓

12、碎或接合面出現(xiàn)縫隙， Pmax=P +Pmax zFO/A + M/W P （5-17） Pmin=P -Pmax ZFO/A M/W 0 （5-18） A 接合面的有效面積和有效抗彎截面系數(shù) W 接合面的有效抗彎截面系數(shù) z 螺栓數(shù) P 拉合面材料的許用擠壓應(yīng)力。 P.79. 表5-6. 總述： 對實(shí)際中的復(fù)雜受力狀態(tài)，可先簡化成上述四種受力的組合；再求出各種受 力下的螺栓的工作載荷；最后將各工作載荷向量加，求出受載最大的螺栓及其所受的力。6 螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算： 主要破壞形式： 螺栓的受載情況不同，其破壞形式也不同。 1受拉螺栓： 1）破壞形式： 栓桿螺紋部分被拉斷。 2）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 保證

13、螺栓的靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度。 2受剪螺栓： 1）破壞： 栓桿或孔壁的壓潰。 栓桿被剪斷。 2）準(zhǔn)則： 保證聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度及螺栓的剪切強(qiáng)度。一松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算： P.70. 圖5-12. 1松螺栓聯(lián)接： 裝配時(shí)不擰緊的螺栓聯(lián)接。（受工作載荷前，螺栓不受力） 2強(qiáng)度計(jì)算： 設(shè)聯(lián)接受載時(shí)，螺栓承受工作拉力F 1）校核： 2）設(shè)計(jì)： d1螺栓危險(xiǎn)截面直徑(mm) 螺栓材料的許用拉應(yīng)力(MPa)二緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算： 緊螺栓聯(lián)接： 裝配時(shí)擰緊的螺栓聯(lián)接。 1僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接： 1）預(yù)緊力Fo產(chǎn)生的拉應(yīng)力： 2）螺紋摩擦力矩T1產(chǎn)生的剪應(yīng)力： 對M10M64螺紋：d2/d11.041.08，tgv0

14、.17，tg0.05 3）計(jì)算應(yīng)力ca： 按四強(qiáng)，預(yù)緊狀態(tài)下的ca為： 扭轉(zhuǎn)的影響可用將增加30%來考慮。 4）受橫向載荷F作用： 工作時(shí)，靠Fo在接合面間產(chǎn)生的摩擦力抵抗F，且Fo不受橫向載荷F的影響。圖5-22 承受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接 圖5-23a)減載銷 圖5-23b)減載套筒 強(qiáng)度條件： Fo的要求： Fo F/f f 接合面摩擦系數(shù)，若f=0.2，則Fo5F很大。 減載零件： 可在接合面上加銷、套筒或鍵。 P.81. 圖5-23. 此時(shí)，F(xiàn)由減載件承受，螺栓僅需保證聯(lián)接，d可明顯減小。 2受工作拉力F的緊螺栓聯(lián)接： 1）受力與變形：圖5-24 單個(gè)緊螺栓聯(lián)接的受力變形圖 a）螺母

15、剛與被聯(lián)接件接觸，尚未擰緊。不受力，無變形。 b）螺母已擰緊： 螺栓： 受Fo作用，拉伸了b 被聯(lián)接件： 受壓，壓縮了m c）受工作拉力F： 螺栓： 拉力Fo增大到F2，進(jìn)一步伸長。 被聯(lián)接件： 壓力Fo減小到F1，壓縮量m減小為（m-）。 由上可見，受F作用后，被聯(lián)接件中的壓緊力由Fo減小為F1，所以螺栓中的拉力不等于Fo+F，而為F2：2）螺栓的總拉力F2： Fo = F1+ F 3）殘余預(yù)緊力F1： 受工作拉力作用后被聯(lián)接件間的相互壓緊力。 推薦： 有緊密性要求的聯(lián)接： F1=(1.51.8)F 一般聯(lián)接： 載荷穩(wěn)定： F1=(0.20.6)F 變 載： F1=(0.61.0)F 地腳螺

16、栓聯(lián)接： F1F 4）Fo、F2、F1和F的關(guān)系： 設(shè)聯(lián)接在彈性范圍內(nèi)，則受力與變形成線性關(guān)系，可用以下線圖表示。 圖5-25 單個(gè)緊螺栓聯(lián)接的受力變形線圖 令： Cb = tgb = Fo/b 螺栓的剛度。 Cm = tgm = FO/m 被聯(lián)接件的剛度。 則由圖： 于是： 注： 叫螺栓的相對剛度，取決于螺栓及被子聯(lián)接件的尺寸，材料 及墊片等，值在01中，可通過計(jì)算或?qū)嶒?yàn)確定。 工作載荷在0F中變動(dòng)時(shí)，螺栓總拉力在FoF2中變化，其波動(dòng)范圍與螺 栓的相對剛度有關(guān)： a. 大，總拉力的波動(dòng)大，螺栓受力差。 b. 小，總拉力的波動(dòng)小，螺栓受力好。 5）強(qiáng)度計(jì)算： 設(shè)計(jì)時(shí)，先按受載情況求出F，再按

17、工作要求選定F1，然后求出F2。 校核： （可能需補(bǔ)充擰緊） 設(shè)計(jì)： 6）疲勞強(qiáng)度校核： 對重要聯(lián)接（e.g.汽缸蓋螺栓），除靜強(qiáng)度計(jì)算外，尚需疲勞強(qiáng)度校核。 如圖5-17所示，工作載荷在0F中變化時(shí)，螺栓總拉力在FoF2中變化。圖5-26 承受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接于是： （恒定） 這是min= C的循環(huán)變應(yīng)力，可用3-2中（3-24）式校核。 -1tc 螺栓材料的對稱循拉壓疲勞極限，MPa P.85. 表5-7. 試件材料特性。 碳 鋼： = 0.10.2， 合金鋼： = 0.20.3 K 拉壓疲強(qiáng)綜合影響系數(shù)。 見第三章附錄。 S 安全系數(shù)。 P.87. 表5-10. 3承受工作剪力的緊螺

18、栓聯(lián)接 采用鉸制孔螺栓聯(lián)接時(shí)，剪力F 由栓桿受剪來承受，此時(shí)應(yīng)： 1）螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度： 2）螺栓桿剪切強(qiáng)度： F 螺栓受到的工作剪力、N。 圖5-27 承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接 do 螺栓受剪面直徑、mm。 Lmin 螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，mm。 P 螺栓桿或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力、MPa。 螺栓材料的許用剪應(yīng)力、MPa。 螺紋聯(lián)接件的材料及許用應(yīng)力一螺紋聯(lián)接件的材料： 1常用材料： 碳素鋼： 低碳鋼： Q215，10，15 中碳鋼： Q235，35，45。 合金鋼： 15Cr，40Cr，30CrMnSi等 2材料的性能等級(jí)： P.83. 表5-8. 表5-9. 1）等級(jí)： 按

19、GB/T 3098.1-2000 和GB/T 3098.2-2000，共分以下十級(jí)： 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9 2）等級(jí)的含義： A小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示B/100（B材料的抗拉強(qiáng)度） B小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字表示10S/B（S材料的屈服極限） 例：性能等級(jí)為6.8級(jí)的螺紋聯(lián)接件的B和S分別為： B/100=6 B=6100=600MPa 10S/B=8 S=8B/10=480MPa 3）注意： 只有重要或有特殊要求的聯(lián)接件，才允許用高性能等級(jí)的材料。二許用應(yīng)力： 與載荷性質(zhì)、裝配情況、聯(lián)接件的材料和結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān)，可確定如下： 許用拉應(yīng)力： =S

20、/S 許用剪應(yīng)力： =S/S 許用擠壓應(yīng)力P： 對鋼： P=S/SP 對鑄鐵： P=B/SP S，B 聯(lián)接件材料的屈服限和強(qiáng)度限。 p.86. 表5-8. S，S，SP 安全系數(shù)。 P.87. 表5-10. 提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施 自學(xué)。一、降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅 1、分析： 由前述，受拉力F作用的螺栓中的總拉力F2為： 工作載荷在0F中變化時(shí)，螺栓總拉力在FoF2中變化，其變化幅值為： 由此可見：F不變，降低 Cb/(Cb+Cm)，就可降低F2的變化幅值，提高螺栓疲強(qiáng) 2、措施：圖5-29腰狀或空心螺栓 圖5-30彈性元件 圖5-31氣缸密封元件 1）降低Cb： 采用腰狀螺桿、空心螺桿，圖5-29 安裝彈性元件或加大螺桿長度，圖5-30 2）增大Cm： 用剛度較大的墊片或密封環(huán)，圖5-31二改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象 1、分析：研究表明：1）螺紋聯(lián)接受載時(shí)，外螺紋受拉，螺距增大；內(nèi)螺紋受壓，螺距減小 2）第一圈螺紋受力最大，約占總載荷的1/3，其后迅速減小，第八圈后幾乎不受載各圈螺紋受載非常不均 2、措施：圖5-34 均載螺母結(jié)構(gòu)1）懸置螺母： 圖5-34a)，螺母的旋