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1、第五章 螺纹联接与螺旋传动,5-1 螺纹,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,5-3 螺纹联接的预紧,5-6 螺纹联接的强度计算,5-5 螺栓组联接的设计,5-8 提高螺纹联接强度的措施,5-7 螺纹联接件的材料与许用应力,5-9 螺旋传动,5-4 螺纹联接的防松,螺纹的类型与特点1,螺旋副：外螺纹、内螺纹,螺 纹,联接用螺纹：当量摩擦角较大，有利于实现可靠联接；,传动用螺纹：当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。,按工作性质分为：联接用螺纹、传动用螺纹,一、螺纹的类型,螺纹的类型与特点2,二、普通螺纹的主要参数,大径d即螺纹的公称直径。 小径d1螺纹危险截面的计算直径。 中径d2常用于联接的
2、几何计算。 螺距P螺纹相邻两个牙型上对应点间的 轴向距离。 牙型角a螺纹轴向截面内，螺纹牙型两 侧边的夹角。 升角y螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线 的平面间的夹角。 线数n螺纹的螺旋线数目。 导程S螺纹上任一点沿同一条螺旋线转 一周所移动的轴向距离，S=nP。,升角y的计算式为：,螺 纹,联接类型与标准件1,螺纹联接的类型与标准联接件,一、螺纹联接的基本类型,联接类型与标准件1,螺纹联接的类型与标准联接件,特殊结构的螺纹联接：T型槽螺栓联接、吊环螺钉联接、 地脚螺栓联接等。,联接类型与标准件2,螺纹联接的类型与标准联接件,二、标准螺纹联接件,螺纹联接件的结构型式和尺寸都已经标准化，根据有关标准选
3、用。,注：螺纹联接件的精度分为 A、B、C 三级，常用的是 C 级。,纹联接的预紧,螺纹联接的预紧,在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个力称为预紧力。,增强联接的可靠性和紧密性，防止受载后被联接件间出现缝隙 或发生相对移动。,联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。,预紧力：,预紧的目的：,预紧力的确定原则：,利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。,纹联接的预紧,螺纹联接的预紧,预紧力的控制：,测力矩扳手,定力矩扳手,测定螺栓伸长,纹联接的预紧,螺纹联接的预紧,注意：对于重要的联接，不宜采用直径过小(M12)的螺栓。,预紧力矩：,拧紧力矩,其中：,对于常用的螺栓可取：,
4、螺纹联接的防松,螺纹联接的防松,螺母松脱的原因：在冲击、振动或变载荷作用下；在高温或温度变化较大 的情况下，螺纹联接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或 瞬时消失。,防松的根本问题：防止螺旋副相对转动。,特殊的防松方法：铆冲防松、在旋合螺纹间涂粘合剂防松等。,防松方法分为：摩擦防松、机械防松等。,螺纹联接的强度计算1,螺纹联接的强度计算,注：按联接的装配情况分为松螺栓联接和紧螺栓联接。,强度计算的目的：根据强度条件确定螺栓直径。,一、松螺栓联接强度计算,二、紧螺栓联接强度计算,1仅受预紧力的紧螺栓联接,2受轴向载荷的紧螺栓联接,3受工作剪力的紧螺栓联接,失效形式： 受拉螺栓：螺纹部分的塑性变形、 螺
5、栓杆的疲劳断裂。,（推导过程）,受剪螺栓：螺栓杆被剪断、螺栓杆 和孔壁的贴合面被压溃。,螺纹联接的强度计算1,螺纹联接的强度计算,松螺栓联接强度计算推导过程,螺纹联接的强度计算2,螺纹联接的强度计算,1仅受预紧力的紧螺栓联接,预紧力引起的拉应力：,螺纹牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力：,强度条件：,注：当联接承受较大的横向载荷F 时，由于要求F0Ff（f=0.2），即 F05F ，因而需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径，可采用 减载措施。,根据第四强度理论， 螺栓的计算应力:,螺纹联接的强度计算2,螺纹联接的强度计算,减载措施：,螺纹联接的强度计算3,螺纹联接的强度计算,2受轴向载荷的紧螺
6、栓联接,（推导过程）,螺栓的总拉力为：,预紧力F0为：,强度条件式：,式中F1为残余预紧力，为保证联接的 紧密性，应使 F1 0，推荐值见73页。,（疲劳强度校核）,设计公式：,还可以表示为：,螺纹联接的强度计算3,螺纹联接的强度计算,受轴向载荷的紧螺栓联接强度计算推导：,当螺栓的预紧力为F0，工作拉力为F 时，螺栓的总拉力F2 为：,螺纹联接的强度计算3,螺纹联接的强度计算,受轴向变载荷螺栓的疲劳 强度精确校核：,计算安全系数为：,式中： 材料的对称循环拉压疲劳极限，表57 。,S 安全系数，表510。,材料常数，碳素钢取0.10.2 ；合金钢取0.20.3 。,拉压疲劳强度综合影响系数，
7、，见第三章。,螺纹联接的强度计算4,螺纹联接的强度计算,3承受工作剪力的紧螺栓联接,按挤压和剪切强度条件进行计算。,挤压强度条件为：,剪切强度条件为：,式中：F螺栓所受的工作剪力，单位为N； d0螺栓剪切面的直径，单位为mm； Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计时 应使Lmin1.25d0,螺纹联接组的设计1,螺栓组联接的设计,目的：确定接合面的形状、螺栓数目和分布形式。,联接接合面应设计成轴对称的简单几何形状。,螺栓布置应使各螺栓的受力合理。,螺栓的排列应有合理的边距、间距。,同一圆周上的螺栓数目应取4、6、8等偶数。,一、螺栓组联接的结构设计,注：大多数机械中螺栓都是成
8、组使用的。,螺纹联接组的设计1,螺栓组联接的设计,避免螺栓承受附加的弯曲载荷。,螺纹联接组的设计2,螺栓组联接的设计,1受横向载荷,2受转矩,3受轴向载荷,4受倾覆力矩,目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓 所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。,假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；,受载后联接接合面仍保持为平面。,承载的类型：,二、螺栓组联接的受力分析,螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；,螺纹联接组的设计3,（1）铰制孔用螺栓联接（图b）,（2）普通螺栓联接（图a）,式中：z为螺栓数目。,1受横向载荷的螺栓组联接,或,螺栓组联接的设计,式中: Ks 为防滑系数
9、，设计中可取Ks =1.11.3； f 为接合面的摩擦系数，见表55。,每个螺栓所受工作剪力为：,预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷：,螺纹联接组的设计4,2受转矩的螺栓组联接,（1）普通螺栓联接，靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。,（2）铰制孔用螺栓联接，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。,螺栓组联接的设计,螺纹联接组的设计5,螺栓组联接的设计,3受轴向载荷的螺栓组联接,各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：,当残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷F2为：,F2 = F1 + F,螺纹联接组的设计6,螺栓组联接的设计,4受倾覆
10、力矩的螺栓组联接,作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡。,由此可以求出最大工作载荷：,螺纹联接组的设计7,螺栓组联接的设计,螺栓的总拉力：,为防止结合面受压最大处被压碎或 受压最小处出现间隙，要求：,式中：,得：,提高螺纹联接强度的措施,提高螺纹联接强度的措施,影响螺栓强度 的因素主要有以下 几个方面：,降低应力幅,当外载荷为0F时， 螺栓拉力为F0F2,提高螺纹联接强度的措施,提高螺纹联接强度的措施,降低应力幅的措施：,减小螺栓刚度,增大被联接件刚度,提高螺纹联接强度的措施,提高螺纹联接强度的措施,改善螺纹牙上载荷分布不均的现象,减小应力集中的影响,采用合理的制造工艺,螺栓材料的性能等级分
11、为10级,螺纹联接件的材料与许用应力,螺纹联接件的材料与许用应力,一、螺纹联接件材料,螺母材料的性能等级分为 7级,螺纹联接件的材料与许用应力,螺纹联接件的材料与许用应力,常用的材料为：碳素钢Q215、Q235、35、45等 合金钢，如15Cr、40Cr等。,二、螺纹联接件的许用应力,1许用拉应力,螺纹联接件的材料与许用应力,螺纹联接件的材料与许用应力,2许用剪应力和许用挤压应力,3螺纹联接件的安全系数,（被联接件为钢）,（被联接件为铸铁）,螺旋传动1,螺旋传动,一、螺旋传动的类型和应用,传力螺旋 传导螺旋 调整螺旋,按摩擦性质分为：,滑动螺旋 滚动螺旋 静压螺旋,用途：（1）将回转运动转变为
12、直线运动 （2）传递运动和动力,类型：,运动形式：（1）螺杆转动，螺母移动 （2）螺母固定，螺杆转动并移动。,按用途分为:,螺旋传动1,螺旋传动,滚动螺旋,螺旋传动1,螺旋传动,静压螺旋,螺旋传动2,螺旋传动,二、滑动螺旋的结构和材料,1滑动螺旋的结构,整体螺母,组合螺母,剖分螺母,螺母结构:,2滑动螺旋的材料,材料及材料性能见表511、512、513 。,螺旋传动3,螺旋传动,三、滑动螺旋传动的设计计算,主要失效形式： 螺纹牙的磨损,设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距；,设计方法和步骤：,1耐磨性计算,限制螺纹工作面上的压力，其强度条件为：,设计公式：,则得：,值越大，螺母越厚，螺纹工作圈
13、数越多。,令,校核螺杆螺母强度、刚度、自锁性、 稳定性、振动等。,螺旋传动4,螺旋传动,依据计算出的螺纹中径，按螺纹标准选择合适的直径和螺距。,验算：,若不满足要求，则增大螺距。,自锁条件：,2螺杆的强度计算,根据第四强度理论求出危险截面的计算应力，强度条件为：,式中，F为螺杆所受的轴向压力（或拉力），T为螺杆所受的扭矩，,螺旋传动5,螺旋传动,3螺母螺纹牙的强度计算,4螺杆的稳定性计算,计算螺杆的柔度s,剪切强度条件和弯曲强度条件分别为：,注：矩形螺纹 b=0.5 p 梯形螺纹 b=0.65 p 锯齿形螺纹 b=0.75 p,式中：i为螺杆危险截面的惯性半径。,注：当螺杆的柔度s40时，可以不进行稳定性校核。,螺旋传动5,螺旋传动,螺杆的稳定性计算：,（详细说明）,要求螺杆的工作压力F 要小于临界载荷Fcr,螺旋传动5,螺旋传动,螺母外径与凸缘的强度计算,螺旋传动5,螺旋传动,临界载荷Fcr 的计算：,