机械设计第5章.ppt

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1、1,第二篇 连 接,由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼此连接。如果相连接的零件其相对位置在工作时按一定的规律进行变化，此种连接称动连接。如果相连接的零件在工作时其相对位置固定不变，则称静连接。本课程介绍的连接主要是静连接，连接的类型包括：,其中，键连接、花键连接、销连接 和过盈连接又称轴毂连接,2,第五章 螺纹联接和螺旋传动,51 螺纹,52 螺纹联接的类型及标准联接件,53 螺纹联接的预紧,55 螺纹联接的强度计算,57 螺栓的材料和许用应力,58 提高螺栓联接强度的措施,59 螺旋传动,54 螺纹联接的防松,56 螺栓组联接的设计,内容提要,3,一、螺纹的形

2、成及类型,51 螺 纹,螺旋线-一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线 等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。,螺纹-一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。,螺纹,4,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,5,螺纹的牙型,6,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,右旋螺纹,左旋螺纹,7,左旋,右旋,8,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体

3、的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,一般: n 4,双线螺纹,单线螺纹,S = 2P,S =P,n线螺纹: S = n P,9,按螺旋线的根数,10,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,11,12,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺

4、纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,连接螺纹（普通螺纹，管螺纹） 传动螺纹,螺旋传动,13,联接螺纹,传动螺纹,14,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,联接螺纹 传动螺纹,圆柱螺纹 圆锥螺纹,15,圆柱螺纹,圆锥螺纹,管螺纹,16,1）普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。,粗牙螺纹应用最广,2）细牙螺纹

5、的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高,缺点：不耐磨易滑扣。,应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。,螺纹的分类：,17,3）梯形螺纹：,锯齿形螺纹:,= 15,= 3,返回,18,用螺纹密封的管螺纹,普通细牙螺纹,管螺纹,非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁 = 55）,用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁 = 55）,60圆锥管螺纹,公称直径-管子的公称通径。强调与普通螺纹不同,非螺纹密封的管螺纹,返回,19,螺纹的精度等级:,A级,B级,C级,公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；,受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的联接；,用于一般联接，最常用。,说明：,20,(3)中径d2 也是一个假想

6、圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,(1)大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。,(2) 小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。,(5) 螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,二、螺纹的主要几何参数,(4)线数n,21,(6) 导程S,(7) 螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角,(8)牙型角 ,牙侧角 ,S = nP,同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间 的轴向距P,(9)接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。,22,52 螺纹联接的类型及标准联接件,一、 螺纹联接

7、的基本类型,螺栓联接,基本类型,可承受横向载荷。,螺纹余留长度l1,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,静载荷l1=(0.30.5)d;,变载荷l1=0.75d;,冲击载荷或弯曲载荷l1 d;,铰制孔用螺栓l1 0;,螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到边缘的距离 e=d+(36) mm,用于经常拆装之处。,1.螺栓联接,点击观看动画,25,一、 螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。,结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。,52 螺纹联接的类型及标准联接件,紧定螺钉联接,2.双头螺柱联接,点击观看动画,4.紧定螺钉联

8、接,点击观看动画,29,紧定螺钉联接,30,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,31,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,双头螺柱,螺栓,32,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,33,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,地脚螺栓,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹联接件,T 型螺栓,34,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有六十余种不同结构的螺母,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹联接,35,垫圈,平垫圈,薄平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,斜

9、垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。,专用螺纹联接,36,53 螺纹联接的预紧,1 预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。用F0表示。,2 预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。,3 预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。,一、概述,碳素钢螺栓：,F0 (0.60.7) s A1,合金钢螺栓：,F0 (0.50.6) s A1,A1 -危险截面积， A1 d21/4,37,测力

10、矩扳手,预紧力控制方法:,定力矩扳手,1)凭手感经验；,2)测力矩扳手；,3)定力矩扳手；,4)测定伸长量。,38,二、 拧紧力矩,T1克服螺纹副相对转动的摩擦阻力矩；,T2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；,设轴向预紧力为F0 或预紧力（不受轴向载荷）,fc摩擦系数。 无润滑时取： fc =0.15,rf支撑面摩擦半径。 rf =(dw+d0)/4,简化公式：,T 0.2 F0 d,总力矩：,注意：对于重要的联接，应尽可能采用M12的螺栓。,39,二、防松的方法,1. 摩擦防松,弹簧垫圈,对顶螺母,54 螺纹联接的防松,一、防松-防止螺旋副在受载时发生相对转动。,弹簧垫圈,对顶螺母,尼龙圈锁紧螺

11、母,43,开口销与六 角开槽螺母,串联钢丝,2. 机械防松,圆螺母用止动垫圈,止动垫圈,开口销与六 角开槽螺母,止动垫圈,47,48,3. 破坏螺旋副运动关系防松,涂粘合剂,焊点法,50,螺栓联接强度计算的目的是：确定防止失效所需的螺栓直径。,联接的强度计算内容，根据其可能的失效形式而定。,螺纹联接的受载形式基本分为：,采用受拉螺栓,可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。,55 螺纹联接的强度计算,51,螺栓联接的主要失效形式：,滑扣 因经常拆装,受拉螺栓,塑性变形 螺纹部分,疲劳断裂,受剪螺栓,剪断,压溃 螺杆和孔壁的贴合面,经常拆卸,断裂,-轴向变载荷,52,计算准则,对于受拉螺栓联接，保证螺栓的

12、静力或疲劳拉伸强度； 对于受剪螺栓联接，保证螺栓的剪切强度或联接挤压强度。,53,一、松螺栓联接强度计算,1 强度条件：,式中: d1-螺纹小径 mm ， 许用应力,2 设计公式：,3. 例题：习题5-7,54,5-8a,（1）仅承受预紧力的紧螺栓联接 普通螺栓联接（受拉螺栓联接）,二、紧螺栓联接的强度计算,特点：装配时，螺母需拧紧,螺栓受预紧力（预加锁紧力）F和螺纹阻力矩M1的作用。,特点：所加载荷为横向工作载荷F（载荷方向螺栓轴线），加载后，螺栓受力不发生变化，而靠预紧力产生的摩擦力抵抗外载荷。,强度计算：要考虑到螺栓杆同时受拉伸和扭转的作用。,螺栓是塑性材料,应按第四强度理论求拉扭合成计

13、算应力：,55,系数 1.3的含义是 对于普通螺栓联接的标准螺栓来说，虽然同时受拉应力和扭转切应力作用，但计算时可作为纯拉伸的情况处理，即只需将拉伸载荷加大30%以考虑扭转切应力的影响。, 校核式 （5-9）, 设计式 （5-10）,简化处理如下：对于M10M64的钢制普通螺栓 、 d2 /d1取统计平均值、v =arctan0.17, 0.5 ,因此，当量应力为：,其中：,56,此种工况的应用 当承受横向工作载荷时， 预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。,Ks-防滑系数，常取 Ks =1.11.3,预紧力F0 ：,f-摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.10.15,i-结合

14、面数 上图i=1,下图i=2,若取 f =0.15， Ks =1.2, i=1, 则：,F0 8F,结构尺寸大,57,2. 受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接,改进措施： a. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起联接作用,b. 采用无间隙的铰制孔螺栓。,设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：,1) 工作载荷为静载荷,58,特别注意，螺栓的轴向载荷：,F2 F0+F,加预紧力后螺栓受拉伸长b,被联接件受压缩短m,加载 F 后:,螺栓总伸长量增加到:,总拉力为：,被联接件压缩量减少到：,残余预紧力减少到： F1,很显然: F1F0 被联接件放松了,+b,m - ,59,

15、60,F= F +Fm,=(Cb +Cm ) ,F1= F0- Fm,= F0 - Cm ,F2= F0 + F,= F0 +Cb ,代入得：,61,令,，称为螺栓的相对刚度,为保证联接的紧密性，应使 F1 0 。,a) 静强度计算（ F 不变化时）,强度条件为：,注：式中“ 1.3 ” 考虑的是工作中可能的补充拧紧引起的切应力的影响。,设计式为：,62,(b)受变载荷：,63,3承受工作剪力的紧螺栓联接,螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：,螺栓杆的剪切强度条件为：,F螺栓所受的工作剪力，单位为N；,铰制孔螺栓,设计时应使: Lmin1.25d0,d0螺栓剪切面的直径（可取螺栓 孔直径），单位为m

16、m；,Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小 高度， 单位为mm；,64,56 螺栓组联接的设计,1、为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接接合面受力均匀，通常联接接合面的几何形状都设计成:,一、螺栓组联接的结构设计,基本原则：,大多数机械中螺栓都是成组使用的。,轴对称的简单几何形状。,65,2、螺栓布置应使各螺栓的受力合理,a) 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个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；,合理,不合理!,b) 当螺栓联接受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。,66,3、螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间,c)

17、当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗 剪零件来承受横向载荷。,扳手空间的尺寸见有关标准。,67,对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。,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:,4、6、8等偶数。,同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。,68,5、避免螺栓承受附加的弯曲载荷。,69,二、螺栓组联接的受力分析,受力分析的目的： 根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓 及其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。, 受力分析时所作假设： a)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；,c)受载后联接接合面仍保

18、持为平面。,受力分析的类型：,b)螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；,受转矩,受横向载荷,受轴向载荷,70,（1）对于铰制孔用螺栓联接，每个螺栓所受工作剪力为：,（2）对于普通螺栓联接 ，按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的要求，有：,式中：z为螺栓数目。,图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。,1受横向载荷的螺栓组联接,或,Ks为防滑系数，设计中可取Ks =1.11.3。,普通螺栓,例题：习题5-8,71,例题：如图所示螺栓联接中,采用两个M20的普通螺栓，其许用拉应力l60Nmm2，联接件接合面间摩擦系数f0.20，防滑系数Ks1.2，计算该联接件允许传

19、递的静载荷F?(M20的螺栓d117.294mm),72,解：则由平衡条件,可得,螺栓危险截面的强度条件为,于是得,73,采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。,2受转矩的螺栓组联接,（1） 采用普通螺栓，是靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。（假设摩擦力集中作用在螺栓对称中心处）,利用下式进行计算强度和设计计算：,74,（2）采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。F垂直于力臂r。,假设底板为刚体，受载仍为平面，则螺栓的剪切变形量与距离成正比,强度计算：,75,例题：习题5-6,已知一个托架的边板用个螺栓与相邻的机架相联接

20、。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为、大小为的载荷作用。现有如图所示的两种螺栓布置型式，设采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种布置型式所用的螺栓直径较小？为什么？,76,解：将60KN载荷向形心简化可得横向载荷P 和转矩T,60kN,T,77,3受轴向载荷的螺栓组联接（习题5-10）,若作用在螺栓组上轴向总载荷F作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：,通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当联接要有保证的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷F2为。,F2 = F1 + F,78,79,80,81,4受倾覆力矩的螺栓组联接,

21、单个螺栓拉力产生的力矩为：,Mi=Fi Li,假设底板受载仍为平面，则螺栓受力与螺栓中心到螺栓组排列中心的距离成正比。,螺栓承受的载荷与距离成正比：,82,单个螺栓的受力分析：,作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：,未加倾覆力矩时，工作点在A。Mi=0,施加倾覆力矩M时:,左边的螺栓与地基，工作点移至：B1 和C1,右边的螺栓与地基，工作点移至：B2 和C2,左边螺栓总拉力增加， 右边螺栓总拉力减小。,求得最大工作载荷,83,螺栓的总拉力：,为防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：,直接引用前面的结论,螺栓的强度计算：,84,由力的平衡条件可得：,解此静不定方程要点：

22、假定底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面，即变形由螺栓和基座承担。 螺栓组受M 后，刚性底座协调了各螺栓的变形量，即每个螺栓的变形量是与其到对称轴的距离称正比。同理可知：变形愈大，受力也愈大。,螺栓先拧紧，拧紧后螺栓受预紧力（产生拉伸变形），基座被压缩（产生压缩变形）,在M 作用下，o-o轴线左侧的螺栓承受工作拉力（螺栓被进一步拉伸）， o-o轴线右侧的基座承受工作压力（螺栓被放松，预紧力减小）,85,于是: 受力最大的螺栓所承受的载荷为：,接合面受压一侧不被压溃的条件,接合面受拉一侧不出缝隙的条件,螺栓的受力大小Fi与其到对称轴线的距离ri成正比，即,(5-25),(5-26),(5-27)

23、,86,几点分析结论, 实际应用中，螺栓组所受的工作载荷常常是以上四种简单受力状态的不同组合，都可利用静力分析方法将复杂的受力状态简化为上述四种简单受力状态；, 一般情况下，对于普通螺栓可按轴向载荷与倾覆力矩确定螺栓的工作拉力；按横向载荷与扭矩确定螺栓的预紧力；最后确定螺栓的总拉力。, 铰制孔用螺栓应根据横向载荷和转矩确定螺栓的工作剪力。, 不管螺栓组的载荷状态如何复杂，就螺栓组中单个螺栓而言，其受力只有两种情况：轴向力；横向力。,87,1.图示托架受铅垂力F为100N，托架与托体之间的摩擦系数为s为0.2,防滑系数Ks=1,螺栓与被联接件的相对刚度为0.2，螺栓材料的许用应力为为150MPa

24、，a=160mm，b=80mm，H=80mm，按步骤列出螺栓小径d1的计算式并求出。,88,解： （1）求F0：不下滑条件：4 F0s kf F F0 ,（2）求F：F =,=,=,(3) 求 F2 = F0+,F =,+ 0.2 F, d1 ,(4) 求d1: 由公式,=38mm,89,2.如图所示为一铸铁支架固定在水泥地基上，受载荷RV=5000N，方向如图。支架与地基间的摩擦系数s=0.4，设螺栓材料为35号钢，许用应力=80MPa，螺栓的相对刚度为0.3,可靠系数Ks=1.2。其他尺寸见图。为保证正常工作螺栓的根径d1至少要为多少？,90,91,例题1 如图所示，一支架用四个螺栓固定于

25、铅垂的墙上，螺栓为上、下两个。螺栓距轴线的距离为，载荷，铅垂向下，离墙壁距离为，为使支架在作用下不相对滑动，也不产生分离，求受轴向载荷最大螺栓上所受的总拉力。,92,设：（）支架底与墙之间的摩擦系数； （）取可靠系数； （）受轴向载荷最大的螺栓在外载荷作用下应保持的残余预紧力（为轴向工作拉力）； （）相对刚度（）。,解题分析：本题为同时承受横向工作载荷和倾覆力矩的普通螺栓组连接。 解 螺栓所受的工作载荷。 将工作载荷向底板形心简化，得到螺栓组承受的横向力和翻转力矩分别为 横向力 倾覆力矩（逆时针方向） ,93,在倾覆力矩作用下，上面两螺栓受加载作用，下面两螺栓受减载作用，故单个螺栓所受的最大工

26、作拉力为上面螺栓所受的工作拉力，即 在横向力的作用下，被连接件接触面间摩擦力应大于与的乘积，以使连接不会产生横向滑移失效，即 iF0 则预紧力F0,4.所以总拉力 F0 Cbmax/（） 所以轴向载荷最大螺栓上所受的总拉力为。,94,57 螺纹联接件的材料和许用应力,一、螺纹联接件材料,螺栓、螺柱、螺钉常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素钢；,特殊用途(防磁、导电): 特殊钢、铜合金、铝合金等。,1、螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级,作为标准零件，螺纹联接件是按其性能等级选用的。对于一定性能等级的螺纹联接件应具备一定的强度极限。,冲击振动场合用：15Cr、40Cr、 30CrMn

27、Si等合金钢。,垫圈：Q235、15、 35,垫圈： 65Mn,95,3、选用原则： 一般用途：通常选用4.8级左右的螺栓， 重要场合：要选用高的性能等级， 如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。,2、螺母的性能等级分为 7级,96,二、螺纹联接件的许用应力,螺纹联接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷)、装配情况(松、紧联接)、材料、结构尺寸有关。,许用拉应力：,许用剪应力和挤压应力：,-被联接件为钢,-被联接件为铸铁,S, Sp-安全系数，其取值详见下页表。,97,98,58 提高螺栓联接强度的措施,承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：,疲劳断裂,容易断裂部位：,一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅

28、,轴向工作载荷F的变化范围: 0 F,总拉伸载荷的F2变化范围:,Cb 或 Cm , F2变化范围F ,65%,20%,15%,99,措施一：降低螺栓刚度（ Cb Cb , b b ）,措施二：提高被联接件刚度（ Cm Cm , m m ）,措施三：综合措施（ Cb Cm , F0 F0 ）,虽然F =F,F F 强调残余预紧力减小,但有F F 强调残余预紧力减小,F =F,F =F， F1 =F 1,F F,前两种措施会导致残余预紧力减小，使密封性能降低。为保证可靠工作，可适当增大预紧力。,100,为减少螺栓的刚度，可适当增加螺栓的长度、加弹性元件、 或采用腰状杆或空心螺栓。,2. 增大被连

29、接件的刚度，有密封要求时，采用金属薄垫片,或者采用O形密封圈,宜采取措施:,101,二、改善螺纹牙间的载荷分布,措施: 采用均载螺母。,加厚螺母不能提高联接强度。,F=F1+F2+F3+F4+F5,F1F2F3F4F5,8圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。,螺母体,均载螺母均载原理,102,均载原理相同螺母也受拉,均载 元件,悬置螺母,环槽螺母,内斜螺母,内斜螺母与环槽螺母,钢丝螺套,加工复杂，仅限于用在重要场合或大型联接。,103,支承面不平,三、减小应力集中,1.增大过渡圆角,2.切制卸载槽,四、避免或减小附加应力,采用凸台或沉孔结构,3.卸载过渡结构,要从结构、制造与装配精度采取措施。,10

30、4,五、采用特殊制造工艺,冷镦头部、辗压螺纹,表面处理： 氰化、氮化也能提高疲劳强度。,球面垫圈,采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺栓的装配精度。,105,一、螺旋传动的类型和应用,调整螺旋,静压螺旋（流体摩擦）,类 型,运动形式有：,59 螺旋传动,螺母固定，螺杆转动并移动（千斤顶）,螺杆转动，螺母移动（机床的进给机构）,按用 途分,传力螺旋,传导螺旋,滑动螺旋（滑动摩擦）,滚动螺旋（滚动摩擦）,按摩擦 性质分,传递动力,传递运动,要求精度高,调整相对位置,106,调整螺旋,调整螺旋,107,应用: 机床的进给机构、起重设备（千斤顶） 、锻压机械(压力机)、测量仪器（千分尺）、工具（老虎钳）、

31、夹具、玩具及其他工业装备中。,二、滑动螺旋的结构和材料,滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系。,1、滑动螺旋的结构,108,整体螺母,组合螺母,剖分螺母,螺母结构,组合螺母,剖分螺母,109,螺旋副材料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦系数小,2螺杆和螺母的材料,螺杆材料: Q257、45、50钢，或T12、40Cr、65Mn,螺母材料: ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl10Fe3.,110,三、滑动螺旋传动的设计计算（自学）,承受载荷: 转矩、轴向力,设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距； 校核螺杆、螺母

32、强度等。,主要失效形式: 螺纹牙的磨损,111,对螺旋传动的要求: 强度足够, 耐磨, 摩擦系数小.,螺杆材料: Q257、45、50钢，或T12、40Cr、65Mn,螺母材料: ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl10Fe3.,失效形式: 磨损,耐磨性计算,校核公式：,F为轴向力； u为参加接触的螺纹圈数； d2为螺纹中径；h为螺纹的工作高度；p为许用压强(表5-12)。,112,设计方法和步骤：,1耐磨性计算,令 =H/ d2 ，,又 h=0.5P-矩形、梯形螺纹的工作高度 h=0.75P-锯齿形螺纹的工作高度。,代入上式得螺纹中径的计算公式：,校核公式：,F-轴向力

33、；,显然有： u =H / P,u-螺纹工作圈数；,d2-螺纹中径；,h-螺纹的工作高度;,H-螺母高度;,P-螺距;,113,锯齿形螺纹：,=,1.22.5 整体式螺母,2.53.5 剖分式螺母,一般取：u10,梯形螺纹:,值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。,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。,对有自锁性要求的螺旋传动，应校核自锁条件：,螺纹中径的计算公式：,114,2螺杆的强度计算,对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度理论求出危险截面的计算应力：,螺杆的强度条件：,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：,对碳素

34、钢, =5080 Mpa（表5-13）,115,3螺母螺纹牙的强度计算,螺牙上的平均压力为：F/u,剪切强度条件:,1）考虑螺旋副摩擦力矩的作用，螺母悬置部分危险截面bb的拉伸强度条件：,弯曲强度条件：,4螺母外径与凸缘的强度计算,116,2）凸缘与底座接触表面挤压强度条件：,3）凸缘根部弯曲强度条件：,5螺杆的稳定性计算,对于长径比较大的受压螺杆，需要校核压杆的稳定性，要求螺杆的工作压力F要小于临界载荷Fcr,117,Ss=,3.55 传力螺旋,2.54 传导螺旋,4 精密螺杆或水平安装,螺杆的稳定性条件为：,-螺杆长度系数，由下表确定。,I 为螺杆危险截面的惯性矩,b)当螺杆一端以螺母支承

35、时， l 取从螺母中部到另一支点上的距离。,l 为螺杆的工作长度: a) 当螺杆两端支承时， l 取两支点间的距离；,118,1)若采用滑动支承时，则以轴承长度l0与直径d0的比值来确定： l0 / d0 3 为固定支承。,3) 若以剖分螺母作为支承时，可作为不完全固定支承。,2) 若以整体螺母作为支承时，仍按上述方法确定。但取 l0=/H,判断螺杆端部支承情况的方法：,H为螺母高度,4) 若采用滚动轴承支承，且有径向约束时，可作为铰支； 有径向和轴向约束时，可作为固定支承。,119,临界载荷Fcr与材料、螺杆长细比=l / i 有关。,（1）当100时：临界载荷为：,i 螺杆危险截面的惯性半

36、径，若危险截面面积A=d12/4,E-螺杆的弹性模量,对于钢 E=2.06105 MPa,系数含义随后解释,I-危险截面惯性距, I=d14/64,120,（2）当40100时：,对B 370 Mpa的碳素钢，取:,对B 470 Mpa的优质碳素钢（如35、40号钢），取:,（3）当40时，不必进行稳定性校核。,稳定性校核的条件：,为稳定性校核的安全系数，取：S=2.54,当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。,121,四、 滚动螺旋简介,组成：螺杆、螺母、滚珠,返回通道,类型：外循环、内循环,122,优点：1)摩擦损失小、效率在90%以上；,缺点：1)结构复杂、制造困难；,应用实例：飞机机翼和

37、起落架的控制、水闸的升降、 数控机床、机器人。,2)磨损很小，传动精度高；,2)有些机构为防止逆转需要另加自锁机构。,123,复习思考题,1在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是( )。 A .三角形螺纹 B. 梯形螺纹 C .锯齿形螺纹 D .矩形螺纹 2当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常拆卸时，往往采用( )。 A 螺栓联接 B 螺钉联接 C 双头螺柱联接 D 紧定螺钉联接,C.螺钉联接,124,4常用联接的螺纹是( )。 A 三角形螺纹 B 梯形螺纹 C 锯齿形螺纹 D 矩形螺纹 5承受横向载荷的紧螺栓联接，联接中的螺栓受( )作用。 A 剪切 B 拉伸 C 剪切和

38、拉伸 6当两个被联接件不厚,通孔，且需要经常拆卸时，往往采用( )。 A 螺钉联接 B 螺栓联接 C 双头螺柱联接 D 紧定螺钉联接,125,9.在螺栓联接的结构设计中，被联接件与螺母和螺栓头接触表面处需要加工，这是为了 。 A.不致损伤螺栓头和螺母 B.增大接触面积，不易松脱 C.防止产生附加偏心载荷 D.便于装配。,7采用凸台或沉头座作为螺栓头或螺母的支撑面是为了( )。 A .减少预紧力 B .减少挤压力 C. 避免螺栓受弯曲应力 D 便于放置垫圈 8公制普通螺纹的牙型角为( )。 A .30 B. 55 C. 60,126,11.设计螺栓组时常把螺栓布置成轴对称的均匀的几何形状，这主要

39、是为了 （ ）。 A.美观 B.受力最小 C.联接方便 D.接合面受力较均匀 12.在确定紧螺栓联接的计算载荷时，预紧力F0比一般值提高30%，这是考虑了（ ）。 A.螺纹上的应力集中 B.螺栓杆横截面上的扭转应力 C.载荷沿螺纹圈分布的不均匀性 D.螺纹毛刺的部分挤压,13.螺纹连接的基本形式有哪几种？各适用于何种场合？有何特点？ 14.为什么螺纹连接通常要采用防松设施？常用的防松方法和装置有哪些？ 15.常见的螺栓失效形式有哪几种？失效发生的部位通常在何处？,127,17.判断下列说法的对错： 1）对于受轴向工作载荷的紧螺栓连接有：F=F+F0。 2）紧螺栓连接的强度是按拉应力建立的，因此

40、没有考虑剪切应力的影响。 3）受拉螺栓连接只能承受轴向载荷。 18.螺栓连接的结构设计要求螺栓组对称布置于连接接合面的形心，理由是什么？ 19.受横向载荷的普通螺栓联接有何缺点？ 20.为什么大多数螺纹联接都要预紧？预紧力QP过小后果是什么？预紧力QP过大有什么结果？ 21.简述提高螺纹联接强度的四种措施。,128,22.如下图所示，a、b、c三种螺纹联接，依次为_联接。 （1）螺栓、螺柱、螺钉 （2）螺钉、螺柱、螺栓 （3）螺柱、螺钉、螺栓 （4）螺栓、螺钉、螺柱 （5）螺钉、螺柱、螺栓 （6）螺柱、螺栓、螺钉,129,23.在常用的螺纹联接中，自锁性能最好的螺纹是_。 （1）三角形螺纹 （

41、2）梯形螺纹 （3）锯齿形螺纹（4）矩形螺纹 24.当两个被联接件不太厚时，宜采用_。 （1）双头螺柱联接 （2）螺栓联接 （3）螺钉联接（4）矩形螺纹 25.当两个被联接件之一不太厚，不宜成通孔，且需要经常拆装时，往往采用 _。 （1）螺栓联接（2）螺钉联接（3）双头螺柱联接（4）紧定螺钉联接 26.当两个被联接件不太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常拆装时，往往 采用_。 （1）螺栓联接（2）螺钉联接（3）双头螺柱联接（4）紧定螺钉联接,130,27.如图所示为一铸铁支架固定在水泥地基上，受载荷RV=5000N，方向如图。支架与地基间的摩擦系数s=0.4，设螺栓材料为35号钢，许用应力=8

42、0MPa，螺栓的相对刚度为：0.3,，可靠系数Ks=1.2。其他尺寸见图。为保证正常工作螺栓的根径d1至少要为多少？,131,本章内容：,1. 基本要求,掌握螺纹及螺纹联接的基本知识。 由于螺纹和螺纹联接件大都已标准化，学习中着重了解它们的类型、结构、特点、标准、应用场合和选择原则，以便在设计时能熟练查阅有关手册，正确选用它们。在螺栓联接类型中要注意区别普通螺栓联接与铰制孔用螺栓联接在传力、失效形式和结构细节上的不同，故其强度计算准则也不同。,对于螺纹联接的预紧和防松，要求理解力的关系和防松原理及防松装置的应用。关于提高螺栓联接强度措施，要求了解影响强度的主要因素，明确如何从降低负荷和提高承载能力入手来提高联接的强度。,2. 重点难点,重点:螺栓组受力分析及单个螺栓联接的强度计算，尤其是受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接的强度计算。难点：受预紧力和轴向工作载荷紧螺栓联接总拉力F2的确定；多种受力状态组合的螺栓组联接的设计计算。,主目录,掌握螺栓组结构设计的原则、螺栓组的受力分析及强度计算的理论和方法，从而能较为合理地设计出工作可靠的螺栓组联接 。,掌握滑动螺旋传动的设计计算。,