《机械设计基础联接》PPT课件.ppt

第 十 章 联 接 (connection) 101 螺 纹 (screw thread)如 用 一 个 三 角 形 K沿 螺 旋 线 运动 并 使 K平 面 始 终 通 过 圆 柱 体 轴 线YY-这 样 就 构 成 了 三 角 形 螺 纹 。 同样 改 变 平 面 图 形 K， 可 得 到 矩 形 、梯 形 、 锯 齿 形 、 管 螺 纹一 、 螺 纹 的 形 成 按 牙 型 : 三 角 形 螺 纹 、 管 螺 纹 联 接 螺 纹 矩 形 、 梯 形 、 锯 齿 形 螺 纹 传 动 螺 纹按 位 置 ： 内 螺 纹 在 圆 柱 孔 的 内 表 面 形 成 的 螺 纹 外 螺 纹 在 圆 柱 孔 的 外 表 面 形 成 的 螺 纹三 角 形 螺 纹 ： 粗 牙 螺 纹 用 于 紧 固 件 细 牙 螺 纹 同 样 的 公 称 直 径 下 ， 螺 距 最 小 ，自 锁 性 好 ， 适 于 薄 壁 细 小 零 件 和 冲 击 变 载 等根 据 螺 旋 线 绕 行 方 向 ： 左 旋 如 图 右 旋 常 用根 据 螺 旋 线 头 数 ： 单 头 螺 纹 （ n=1） 用 于 联 接 双 头 螺 纹 （ n=2） 如 图 多 线 螺 纹 （ n 2） 用 于 传 动二 、 螺 纹 的 类 型 1） 外 径 （ 大 径 ） d(major diameter)与 外 螺 纹 牙 顶 相 重 合 的假 想 圆 柱 面 直 径 ， 亦 称 公 称 直 径2） 内 径 （ 小 径 ） d1 (minor diameter)与 外 螺 纹 牙 底 相 重 合的 假 想 圆 柱 面 直 径3） 中 径 d2 (pitch diameter)在 轴 向 剖 面 内 牙 厚 与 牙 间 宽 相 等处 的 假 想 圆 柱 面 的 直 径 ，d20.5(d+d1)三 、 螺 纹 的 主 要 参 数 4） 螺 距 P(pitch) 相 邻 两 牙 在 中 径 圆 柱 面 的 母 线 上 对 应 两 点 间 的 轴 向 距 离5） 导 程 S (lead)同 一 螺 旋 线 上 相 邻 两 牙 在 中 径 圆 柱 面 的 母线 上 的 对 应 两 点 间 的 轴 向 距 离6） 线 数 n (number of line)螺 纹 螺 旋 线 数 目 ， 一 般 为 便 于制 造 n4 螺 距 、 导 程 、 线 数 之 间 关 系 ： L=nP 7） 螺 旋 升 角 (lift angle)中 径 圆 柱 面 上 螺 旋 线 的 切 线 与 垂 直 于 螺 旋 线 轴 线 的 平 面 的 夹 角8） 牙 型 角 (thread angle)螺 纹 轴 向 平 面 内 螺 纹 牙 型 两 侧 边 的 夹 角9） 牙 型 斜 角 螺 纹 牙 的 侧 边 与 螺 纹 轴 线 垂 直 平 面 的 夹 角 22/ dnParctgdarctgL rv arctgfftg cos1 )( vtg tg 2)(2)( 22 dQtgdFTQtgF vv 螺 旋 副 的 自 锁 条 件 为 ：螺 旋 副 的 传 动 效 率 为 ：克 服 轴 向 力 Q匀 速 上 升 所 需 的 圆 周 力 ：四 、 常 用 螺 纹 的 种 类 、 特 点 与 应 用具 体 见 表 4-1 102 螺 纹 联 接 的 类 型 及 螺 纹 联 接 件 一 、 螺 纹 联 接 主 要 类 型1、 螺 栓 联 接 (bolt)a) 普 通 螺 栓 联 接 被 联 接 件 不 太 厚 ， 螺 杆 带 钉 头 ， 通 孔 不带 螺 纹 ， 螺 杆 穿 过 通 孔 与 螺 母 配 合 使用 。 装 配 后 孔 与 杆 间 有 间 隙 ， 并 在 工作 中 不 许 消 失 ， 结 构 简 单 ， 装 拆 方 便， 可 多 个 装 拆 ， 应 用 较 广 。 b) 精 密 螺 栓 联 接 装 配 后 无 间 隙 ， 主 要 承 受 横向 载 荷 ， 也 可 作 定 位 用 ， 采 用 基 孔制 配 合 铰 制 孔 螺 栓 联 接 2、 双 头 螺 柱 联 接 (stud)螺 杆 两 端 无 钉 头 ， 但 均 有 螺 纹 ， 装配 时 一 端 旋 入 被 联 接 件 ， 另 一 端 配 以 螺母 。 适 于 常 拆 卸 而 被 联 接 件 之 一 较 厚 时 。折 装 时 只 需 拆 螺 母 ， 而 不 将 双 头 螺 栓 从被 联 接 件 中 拧 出 。3、 螺 钉 联 接 (screw)适 于 被 联 接 件之 一 较 厚 （ 上 带 螺 纹 孔 ） ，不 需 经 常 装 拆 ， 一 端 有 螺钉 头 ， 不 需 螺 母 ， 适 于 受载 较 小 情 况 特 殊 联 接 ： 地 脚 螺 栓 联 接 , 吊 环 螺 钉 联 接4、 紧 定 螺 钉 联 接 拧 入 后 ， 利 用 杆 末 端 顶 住 另 一 零 件 表 面 或旋 入 零 件 相 应 的 缺 口 中 以 固 定 零 件 的 相 对位 置 。 可 传 递 不 大 的 轴 向 力 或 扭 矩 。 二 、 螺 纹 联 接 件 2） 双 头 螺 柱 两 端 带 螺 纹 A型 有 退 刀 槽 B型 无 退 刀 槽 1） 螺 栓 普 通 螺 栓 六 角 头 ， 小 六 角 头 ， 标 准 六 角头 ， 大 六 角 头 , 内 六 角 铰 制 孔 螺 栓 螺 纹 部 分 直 径 较 小 螺 母 4） 紧 定 螺 钉 锥 端 适 于 零 件 表 面 硬 度 较 低 不 常 拆 卸 常 合 平 端 接 触 面 积 大 、 不 伤 零 件 表 面 ， 用 于 顶 紧 硬 度 较 大的 平 面 ， 适 于 经 常 拆 卸 圆 柱 端 压 入 轴 上 凹 抗 中 ， 适 于 紧 定 空 心 轴 上 零 件 的 位 置轻 材 料 和 金 属 薄 板3） 螺 钉 与 螺 栓 区 别 要 求 螺 纹 部 分 直 径 较 粗 ;要 求 全 螺 纹 6） 螺 母 (nut) 六 角 螺 母 ： 标 准 ， 扁 ， 厚 5） 自 攻 螺 钉 由 螺 钉 攻 出 螺 纹圆 螺 母 +止 退 垫 圈 带 有 缺 口 ，应 用 时 带 翅 垫 圈 内 舌 嵌 入 轴槽 中 ， 外 舌 嵌 入 圆 螺 母 的 槽内 ， 螺 母 即 被 锁 紧 7） 垫 圈 (washer) 10 螺 纹 联 接 的 预 紧 和 防 松 一 、 预 紧螺 纹 联 接 ： 松 联 接 在 装 配 时 不 拧 紧 ， 只 承 受 外 载 时 才 受到 力 的 作 用 紧 联 接 在 装 配 时 需 拧 紧 ， 即 在 承 载 时 ， 已 预先 受 力 ， 预 紧 力 QP 预 紧 目 的 保 持 正 常 工 作 。 如 汽 缸 螺 栓 联 接 ， 有 紧 密 性 要求 ， 防 漏 气 ， 接 触 面 积 要 大 ， 靠 摩 擦 力 工 作 ， 增大 刚 性 等 。增 大 刚 性 增 加 联 接 刚 度 、 紧 密 性 和 提 高 防 松 能 力预 紧 力 QP预 先 轴 向 作 用 力 （ 拉 力 ）预 紧 过 紧 拧 紧 力 QP过 大 ， 螺 杆 静 载 荷 增 大 、 降 低 本 身 强 度 过 松 拧 紧 力 QP过 小 ， 工 作 不 可 靠 扳 手 拧 紧 力 矩 T=FHL, 拧 紧 时 螺 母 ： T=T1+T2T拧 紧 力 矩 T1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FH作 用 于 手 柄 上 的 力 ， L力 臂 2)( 21 dtgQT vP )(31 2021 30312 dD dDQfT pc )(32)(21 2021 3031221 dD dDftgdQTTT cvp )(32)(21 2021 30212 dD dDdftgddK cv dKQT P 一 般 K=0.10.3 拧 紧 力 矩 系 数由 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 M10M14 预 紧 力 QP的 控 制 ： 测 力 矩 板 手 测 出 预 紧 力 矩 ， 如 左 图 定 力 矩 板 手 达 到 固 定 的 拧 紧 力 矩 T时 ， 弹 簧 受压 将 自 动 打 滑 ， 如 右 图 测 量 预 紧 前 后 螺 栓 伸 长 量 精 度 较 高 1、 防 松 目 的实 际 工 作 中 ， 外 载 荷 有 振 动 、 变 化 、 材 料 高 温 蠕 变 等 会 造 成摩 擦 力 减 少 ， 螺 纹 副 中 正 压 力 在 某 一 瞬 间 消 失 、 摩 擦 力 为 零 ，从 而 使 螺 纹 联 接 松 动 ， 如 经 反 复 作 用 ， 螺 纹 联 接 就 会 松 驰 而 失效 。 因 此 ， 必 须 进 行 防 松 ， 否 则 会 影 响 正 常 工 作 ， 造 成 事 故 2、 防 松 原 理消 除 （ 或 限 制 ） 螺 纹 副 之 间 的 相 对 运 动 ， 或 增 大 相 对 运动 的 难 度 。3、 防 松 办 法 及 措 施 1） 摩 擦 防 松 双 螺 母 、 弹 簧 垫 圈 、 尼龙 垫 圈 、 自 锁 螺 母 等 二 、 螺 纹 防 松 弹 簧 垫 圈 自 锁 螺 母 螺 母 一 端 做 成 非 圆 形收 口 或 开 峰 后 径 面 收 口 ， 螺 母 拧 紧后 收 口 涨 开 ， 利 用 收 口 的 弹 力 使 旋合 螺 纹 间 压 紧2） 机 械 防 松 ： 开 槽 螺 母 与 开 口 销 ， 圆 螺 母 与 止 动 垫 圈 ， 弹 簧 垫 片 ， 轴 用带 翅 垫 片 ， 止 动 垫 片 ， 串 联 钢 丝 等 3） 永 久 防 松 ： 端 铆 、 冲 点 、 点 焊4） 化 学 防 松 粘 合 开 槽 螺 母与 开 口 销 圆 螺 母与 止 动 垫 圈 串 联 钢 丝 10 单 个 螺 栓 联 接 的 强 度 计 算 针 对 不 同 零 件 的 不 同 失 效 形 式 ， 分 别 拟 定 其 设 计 计 算方 法 ， 则 失 效 形 式 是 设 计 计 算 依 据 和 出 发 点 。1、 失 效 形 式 和 原 因 受 拉 螺 栓 螺 栓 杆 和 螺 纹 可 能 发 生 塑 性 变 形 或 断 裂受 剪 螺 栓 螺 栓 杆 和 孔 壁 间 可 能 发 生 压 溃 或 被 剪 断b） 失 效 原 因 ： 应 力 集 中 a） 失 效 形 式 工 程 中 螺 栓 联 接 多 数 为 疲 劳 失 效 受 拉 螺 栓 ： 设 计 准 则 为 保 证 螺 栓 的 疲 劳 拉 伸 强 度 和 静 强 度 受 剪 螺 栓 ： 设 计 准 则 为 保 证 螺 栓 的 挤 压 强 度 和 剪 切 强 度 应 力 集 中 促 使 疲 劳 裂 纹 的 发 生 和 发 展 过 程2、 设 计 计 算 准 则 与 思 路 、 松 螺 栓 联 接如 吊 钩 螺 栓 ， 工 作 前 不 拧 紧 ， 无 QP，只 有 工 作 载 荷 F起 拉 伸 作 用强 度 条 件 为 ： 4 21 dF 41 Fd 验 算 用 设 计 用 d1螺 杆 危 险 截 面 直 径 （ mm） 许 用 拉 应 力 N/mm2 (MPa) nS / Ss材 料 屈 服 极 限 Mpa表 4-8 N 安 全 系 数 ， 表 4-9 二 、 紧 螺 栓 联 接 工 作 前 有 预 紧 力 QP工 作 前 拧 紧 ， 在 拧 紧 力 矩 T作 用 下 ：预 紧 力 QP产 生 拉 伸 应 力 螺 纹 摩 擦 力 矩 T1产 生 剪 应 力 复 合 应 力 状 态 : 2141 dQp )5.0(48.0448.0610 42)(161 )(2 21 212312 或当 dQMM dQddtgdtgdQW P PPvvpT接 第 四 强 度 理 论 ： 3.13 22 ca 强 度 条 件 为 ： 式 中 ： QP 预 紧 力 （ N） T1 螺 纹 摩 擦 力 矩 ， 起 扭 剪 作 用 ， 又 称 螺 纹 扭矩 ， N.mm 1.3系 数 将 外 载 荷 提 高 30%， 以 考 虑 螺 纹 力 矩 对螺 栓 联 接 强 度 的 影 响 ， 这 样 把 拉 扭 的 复 合 应 力状 态 简 化 为 纯 拉 伸 来 处 理 ， 大 大 简 化 了 计 算 手续 ， 故 又 称 简 化 计 算 法 1、 横 向 载 荷 的 紧 螺 栓 联 接 计 算 主 要 防 止 被 联 接 件 错 动 特 点 ： 杆 孔 间 有 间 隙 ， 靠 拧 紧 的 正 压力 (QP)产 生 摩 擦 力 来 传 递 外 载 荷 ，保 证 联 接 可 靠 (不 产 生 相 对 滑 移 )的条 件 为 ：（ 1） 普 通 螺 栓 联 接 RKQfi SP if RKQ SP f 接 缝 面 间 的 摩 擦 系 数 i接 缝 界 面 数 目 KS防 滑 系 数 （ 可 靠 性 系 数 ） KS=1.11.3 强 度 条 件 验 算 公 式 ： 设 计 公 式 ： 分 析 ： 由 上 式 可 知 ， 当 f=0.2,i=1,KS=1则 QP=5R， 说 明 这 种联 接 螺 栓 直 径 大 ， 且 在 冲 击 振 动 变 载 下 工 作 极 不 可 靠 为 增 加 可 靠 性 ， 减 小 直 径 ， 简 化 结 构 ， 提 高 承 载 能 力可 采 用 如 下 减 载 装 置 ： a)减 载 销 b)减 载 套 筒 c)减 载 键 2、 铰 制 孔 螺 栓 联 接 防 滑 动特 点 ： 螺 杆 与 孔 间 紧 密 配 合 ， 无 间隙 ， 由 光 杆 直 接 承 受 挤 压 和剪 切 来 传 递 外 载 荷 R进 行 工 作 4 20 dR螺 栓 的 剪 切 强 度 条 件 为 ：螺 栓 与 孔 壁 接 触 表 面 的 挤 压 强 度 条 件 为 ： PP ld R min0 R 横 向 载 荷 （ N） d0螺 杆 或 孔 的 直 径 （ mm） Lmin 被 联 接 件 中 受 挤 压 孔 壁 的 最 小 长 度 （ mm） ， 如 图 所 示 螺 栓 许 用 剪 应 力 ， MPa， P 螺 栓 或 被 联 接 件 中 较 弱 者 的 许 用 挤 压 应 力 ， MPa铰 制 孔 螺 栓 能 承 受 较 大 的 横 向 载 荷 ， 但 被 加 工 件 孔 壁 加 工精 度 较 高 ， 成 本 较 高 2、 轴 向 载 荷 紧 螺 栓 联 接 强 度 计 算 工 作 特 点 ： 工 作 前 拧 紧 ， 有 QP； 工 作 后 加 上 工 作 载 荷 F 工 作 前 、 工 作 中 载 荷 变 化 工 作 原 理 ： 靠 螺 杆 抗 拉 强 度 传 递 外 载 F 解 决 问 题 ： a) 保 证 安 全 可 靠 的 工 作 ， QP=？ b) 工 作 时 螺 栓 总 载 荷 ， Q=？ 分 析 ： 图 1， 螺 母 未 拧 紧 螺 栓 螺 母 松 驰 状 态 图 ， 拧 紧 预 紧 状 态 凸 缘 压 m QP 栓 杆 拉 b QP FQQQ ppbbbb 从 图 3， 加 载 F后 工 作 状 态栓 杆 继 续 拉 凸 缘 放 松 ppmmmm QQ 从 残 余 预 紧 力 总 载 作 图 ， 为 了 更 明 确 以 简 化 计 算 （ 受 力 变 形 图 ）设 ： 材 料 变 形 在 弹 性 极 限 内 ， 力 与 变 形 成 正 比 单 个 紧 螺 栓 联 接 受 力 变 形 图 左 图 拧 紧 螺 母 时 ,螺栓 与 被 联 接 件 的 力 与 变 形 右 图 将 上 两 图 合 并 ，并 施 加 工 作 载 荷 F从 图 线 可 看 出 ， 螺 栓 受 工 作载 荷 F时 ， 螺 栓 总 载 荷 ： PP QFQFQ 变 形 协 调 条 件 ： 凸 缘 压 力 减 量 PP QQ 变 形 缩 小 m 栓 杆 拉 力 增 量 PQQ 变 形 缩 小 b 变 形 协 调 条 件 由 图 可 知 ， 螺 栓 刚 度 ： FFCQtgQC bbbPbb 被 联 接 件 刚 度 ： FFFCQtgC mmmPmm mb bmbmb CC CFFCCFF F tantan FKFCC CF cmb b mb bc CC CK 称 螺 栓 相 对 于 联 接 的 刚 度 ， 称 螺 栓 的 相 对 刚 度 F 部 分 工 作 载 荷 FKQQ FKQFQQ FQQ CPP cpp )1( p 又对 残 余 预 紧 力 的 要 求 ， 为 保证 受 载 后 接 合 面 联 接 的 紧 密性 应 使 0PQQP 的 取 法 : QP =（ 1.51.8） F有 密 封 要 求 一 般 联 接 QP =（ 0.20.6） F 载 荷 稳 定 QP =（ 0.61.0） F 载 荷 不 稳 定 Q PF 地 脚 螺 栓 联 接 讨 论 ： ） 最 不 利 的 情 况 )1( CPmb KFQQCC )0( CPmb KQQCC ） 最 理 想 的 情 况 ） 不 允 许 的 情 况 有 缝 隙 存 在 ， 漏 气 FQQ pP 0 即 ） 降 低 螺 栓 受 力 的 措 施 ： a) 必 须 采 用 刚 度 小 螺 栓 （ 空 心 、 加 长 、 细 颈 ）b) 加 硬 垫 片 或 直 接 拧 在 凸 缘 上 均 可 提 高 强 度 ） 为 联 接 紧 密 、 不 漏 气 ， 要 求 cpP KFQQ 1 0 即 FQQ FQQ PP6） 计 算 时 可 根 据 已 知 条 件 选 择 其 一 进 行 计 算a） 轴 向 静 力 紧 螺 栓 联 接 强 度 计 算 静 力 F不 变 ， Q为 静 力 ， 但 考 虑 补 充 拧 紧 防 断 强 度 条 件 验 算 公 式 ： 43.1 21 dQca 43.11 d设 计 公 式 ： b） 轴 向 变 载 荷 紧 螺 栓 联 接 强 度 计 算 分 析 ： 当 工 作 载 荷 ， 由 0F 21max 4dQQ 螺 栓 总 载 ， 由 QpQ QP 21min 4dQQ Pp 部 分 载 荷 ， 由 0 F0 2121 241 2/2 d FKdFF Ca 3、 当 验 算 不 满 足 时 措 施 ： add 1b) 最 好 改 善 结 构 、 降 低 应 力 集 中 。 包 括 ： 工 艺 、 结 构 、制 造 、 Cm Cb ， 适 当 提 高 QP等 综 合 措 施mca) 三 、 螺 栓 材 料 与 许 用 应 力 计 算 1、 材 料 螺 母 、 螺 栓 强 度 级 别 ： 1） 根 据 机 械 性 能 ， 把 栓 母 分 级 并 以 数 字 表 示 ， 此 乃 强 度 级 别 2） 所 依 据 机 械 性 能 为 抗 拉 强 度 极 限 Bmin和 屈 服 极 限 Smin 螺 栓 级 别 : 带 点 数 字 表 示 ， 点 前 数 字 为 100/minB点 后 数 字 为 minmin /10 Bs 螺 母 级 别 : 100/minB注 意 ： 选 择 对 螺 母 的 强 度 级 别 应 低 于 螺 栓 材 料 的 强 度 级 别 ， 螺母 的 硬 度 稍 低 于 螺 栓 的 硬 度 （ 均 低 于 2040HB） 2、 许 用 应 力 许 用 拉 应 力 ： nS 已 知 ： 不 控 制 QP的 紧 螺 栓 联 接 ， 易 过 载 。 设 计 时 应 取 较 大 的 完 全 系 数 。 控 制 预 紧 力 时 可 取 较 小 的 安全 系 数 n。 显 然 n， 与 d 有 关 。 设 计 时 ， 先 假 设 d， 进 行 试 算 ， 选 取 一 安 全 系 数 进 行 计 算 ，计 算 结 果 与 估 计 直 径 相 比 较 ， 如 在 原 先 估 计 直 径 所 属 范围 内 即 可 ， 否 则 需 重 新 进 行 估 算 。 试 算 法 105 螺 栓 组 联 接 的 设 计 与 受 力 分 析 工 程 中 螺 栓 皆 成 组 使 用 ， 单 个 使 用 极 少 。 因 此 ， 必 须 研 究栓 组 设 计 和 受 力 分 析 。 它 是 单 个 螺 栓 计 算 基 础 和 前 提 条 件 。螺 栓 组 联 接 设 计 的 顺 序 选 布 局 、 定 数 目 、 力 分 析 、 设计 尺 寸 一 、 结 构 设 计 原 则 1、 布 局 要 尽 量 对 称 分 布 ， 栓 组 中 心 与 联 接 结 合 面 形 心 重 合（ 有 利 于 分 度 、 划 线 、 钻 孔 ） ， 以 受 力 均 匀2、 受 剪 螺 栓 组 （ 铰 制 孔 螺 栓 联 接 ） 时 ， 不 要 在 外 载 作 用 方 向 布置 8个 以 上 ， 螺 栓 要 使 其 受 力 均 匀 ， 以 免 受 力 太 不 均 匀 ， 但弯 扭 作 用 螺 栓 组 ， 要 适 当 靠 接 缝 边 缘 布 局 ， 否 则 受 力 太 不 均 3、 合 理 间 距 ， 适 当 边 距 ， 以 利 用 扳 手 装 拆 4、 避 免 偏 心 载 荷 作 用 a） 被 联 接 件 支 承 面 不 平 突 起 b） 表 面 与 孔 不 垂 直 c） 钩 头 螺 栓 联 接防 偏 载 措 施 ： a） 凸 合 ； b） 凹 坑 （ 鱼 眼 坑 ） ； c） 斜 垫 片 二 、 螺 栓 组 受 力 分 析 目 的 求 受 力 最 大 载 荷 的 螺 栓 前 提 （ 假 设 ） ： 被 联 接 件 为 刚 性 不 变 形 ， 只 有 地 基 变 形 。 各 螺 栓 材 料 、 尺 寸 、 拧 紧 力 均 相 同 受 力 后 材 料 变 形 在 弹 性 范 围 内 接 合 面 形 心 与 螺 栓 组 形 心 重 合 ， 受 力 后 其 接 缝 面 仍 保 持 平 面1、 受 轴 向 载 荷 螺 栓 组 联 接 单 个 螺 栓 工 作 载 荷 为 ： F=P/Z P轴 向 外 载 Z螺 栓 个 数 2、 受 横 向 载 荷 的 螺 栓 组 联 接特 点 ： 普 通 螺 栓 ， 铰 制 孔 用 螺 栓 皆 可 用 ， 外 载 垂 直 于 螺 栓轴 线 、 防 滑普 通 螺 栓 受 拉 伸 作 用铰 制 孔 螺 栓 受 横 向 载 荷 剪 切 、 挤 压 作 用 。单 个 螺 栓 所 承 受 的 横 向 载 荷 相 等 R=RL/Z 3、 受 横 向 扭 矩 螺 栓 组 联 接 （ 1） 圆 形 接 合 面 ： 单 个 螺 栓 所 受 横 向 载 荷 rZTR （ 2） 矩 形 接 合 面 a)普 通 螺 栓 联 接 由 静 平 衡 条 件 0T TKTrfQrfQfQr SZPPP 21 Zi iSZSP rf TKrrrf KTQ 121 )( 则 各 个 螺 栓 所 需 的 预 紧 力 为 联 接 件 不 产 生 相 对 滑 动 的 条 件 为 ： b)铰 制 孔 螺 栓 联 接 组 由 变 形 协 调 条 件 可 知 ， 各 个螺 栓 的 变 形 量 和 受 力 大 小 与 其 中心 到 接 合 面 形 心 的 距 离 成 正 比 TrRrRrRrR Zi iiZZ 12211 由 假 设 板 为 刚 体 不 变 形 ， 工 作 后 仍 保 持 平 面 ， 则 剪应 变 与 半 径 成 正 比 。 在 材 料 弹 性 范 围 内 ， 应 力 与 应 变 成 正 比 iii rrRRrRrR maxmaxmaxmax1 由 静 平 衡 条 件 0T TrRrRrR ZZ 2211 Zi irrTR 1 2maxmax 4、 受 倾 覆 （ 纵 向 ） 力 矩 螺 栓 组 联 接 特 点 ： M在 铅 直 平 面 内 ，绕 O-O回 转 ， 只 能 用 普 通螺 栓 ， 取 板 为 受 力 对 象 ，由 静 平 衡 条 件 设 单 个 螺 栓 工 作 载 荷 为 Fi MLFLFLF ZZ 2211 )( 1maxmaxmax11 LLLFconstLFLF ii 这 里 ti iLMLFF 1 2max1max )( 即 螺 栓 杆 不 拉 断 的 条 件 43.1 21max dQca 43.1 max1 Qd 设 计 公 式 验 算 公 式 右 侧 不 压 溃 条 件 （ 被 联 接 件 ） QP作 用 下 接 合 面 的 挤 压 应 力 AZQPQP M作 用 下 接 合 面 的 挤 压 应 力 WMM max PPMQPP WMAZQ 左 侧 不 开 缝 的 条 件 0min WMAZQPMQPP 若 受 有 横 向 载 荷 PH， 板 不 滑 动 条 件 为 ： HSHVCP PKPPKZQf )( )(1 VCHSP PKfPKZQ mb mC CC CK 被 联 接 件 相 对 刚 度 实 际 使 用 中 螺 栓 组 联 接 所 受 的 载 荷 是 以 上 四 种 简 单 受 力 状态 的 不 同 组 合 。 计 算 时 只 要 分 别 计 算 出 螺 栓 组 在 这 些 简 单 受 力状 态 下 每 个 螺 栓 的 工 作 载 荷 ， 然 后 按 向 量 叠 加 起 来 ， 便 得 到 每个 螺 栓 的 总 工 作 载 荷 ， 再 对 受 力 最 大 的 螺 栓 进 行 强 度 计 算 即 可 说 明 ： 工 程 中 受 力 情 况 很 复 杂 ， 但 均 可 转 化 为 四 种 典 型 情 况进 行 解 决 。 计 算 公 式 在 对 称 分 布 情 况 下 推 导 ， 但 不 对 称 也 可 以 用 取 转 轴 不 同 ， 公 式 计 算 精 度 不 同 。 总 设 计 思 路 ： 螺 栓 组 结 构 设 计 （ 布 局 、 数 目 ） 螺 栓 组 受 力分 析 （ 载 荷 类 型 、 状 态 、 形 式 ） 求 单 个 螺 栓 的 最大 工 作 载 荷 （ 判 断 哪 个 最 大 ） 按 最 大 载 荷 的 单 个螺 栓 设 计 （ 求 d 1标 准 ） 全 组 采 用 同 样 尺 寸 螺 栓（ 互 换 的 目 的 ） 106 提 高 螺 栓 联 接 强 度 的 措 施影 响 联 接 强 度 的 因 素 很 多 ， 如 材 料 、 结 构 、 尺 寸 、 工 艺 、螺 纹 牙 间 、 载 荷 分 布 、 应 力 幅 度 、 机 械 性 能 ， 而 螺 栓 联 接 的 强度 又 主 要 取 决 于 螺 栓 的 强 度 。 一 、 改 善 螺 纹 牙 间 载 荷 分 布 不 均 状 况 工 作 中 螺 栓 牙 抗 拉 伸 长 ， 螺 母 牙 受 压缩 短 ， 伸 与 缩 的 螺 距 变 化 差 以 紧 靠 支 承 面处 第 一 圈 为 最 大 ， 应 变 最 大 ， 应 力 最 大 ，其 余 各 圈 依 次 递 减 ， 旋 合 螺 纹 间 的 载 荷 分布 如 图 所 示 。 所 以 采 用 圈 数 过 多 的 加 厚 螺母 ， 并 不 能 提 高 联 接 的 强 度 。 办 法 ： 降 低 刚 性 ， 易 变 形 、 增 加 协 调 性 ， 以 缓 和 矛 盾 a) 悬 置 螺 母 b) 环 槽 螺 母 c)内 斜 螺 母 d)环 槽 内 斜二 、 降 低 螺 栓 应 力 幅 1、 降 低 螺 栓 刚 性 abb FC ,则 12 bb 1212 , aaFF 抗 疲 劳 强 度 得 到 提 高 ， 可 用 竖 心 杆 、 细 长 杆 、 柔 性 螺 栓 联 接 2、 增 大 凸 缘 刚 性 amm FC ,则 12 mm 1212 , aaFF 提 高 了 螺 栓 联 接 疲 劳 强 度 ， 采 用 高 硬 度 垫 片 或 直 接 拧 在 铸 铁 3、 同 时 使 用 Cb,Cm同 时 适 当 增 加 QP 1212 , mmbb 12 FF 12 aa 提 高 被 联 接 件 刚 性 Cm降 低 螺 栓 刚 性 Cb , 同 时 QP2QP2 理 想 方 法 三 、 减 小 应 力 集 中 的 影 响1） 加 大 过 渡 处 圆 角 (图 1) 2） 改 用 退 刀 槽3） 卸 载 槽 ， (图 2) 4） 卸 载 过 渡 结 构 。 （ 图 3） 四 、 采 用 合 理 的 制 造 工 艺 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 107 螺 旋 传 动一 、 螺 旋 传 动 的 类 型 、 特 点 与 应 用 1、 应 用 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 ， 同 时 传 递 运 动 或 动 力 。 2、 传 动 形 式 ： a)螺 杆 转 螺 母 移 b)螺 杆 又 转 又 移 （ 螺 平 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 按 用 途 分 三 类 ： 1） 传 力 螺 旋 举 重 器 、 千 斤 顶 、 加 压 螺 旋 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 汇 杠 传 递 运 动 和 动 力 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 。 特 点 ： 是 受 力 较 小 且 不 经 常 转 动 3、 螺 旋 传 动 类 型螺 旋 传 动 按 摩 擦 副 的 性 质 分 ： 1、 滑 动 螺 旋 ： 构 造 简 单 、 传 动 比 大 ， 承 载 能 力 高 ， 加 工 方便 、 传 动 平 稳 、 工 作 可 靠 、 易 于 自 锁缺 点 ： 磨 损 快 、 寿 命 短 ， 低 速 时 有 爬 行 现 象 （ 滑 移 ） ，摩 擦 损 耗 大 ， 传 动 效 率 低 （ 3040%） 传 动 精 度 低 2、 滚 动 螺 旋 传 动 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 。 按 循 环 方 式 有 ：内 循 环 、 外 循 环 两 种 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 性 好 ， 定 位 精 度 高 ， 正 逆运 动 效 率 相 同 ， 可 实 现 逆 传 动 。 缺 点 ： 不 自 锁 ， 需 附 加 自 锁 装 置 ， 抗 振 性 差 ， 结 构 复 杂 ， 制 造 工 艺 要 求 高 ， 成 本 较 高 。 3、 静 压 螺 旋 液 体 摩 擦 ， 靠 外 部 液 压 系 统 提 高 压 力 油 ， 压力 油 进 入 螺 杆 与 螺 母 螺 纹 间 的 油 缸 ， 促 使 螺 杆 、螺 母 、 螺 纹 牙 间 产 生 压 力 油 膜 而 分 隔 开 特 点 ： 摩 擦 系 数 小 ， 效 率 高 ， 工 作 稳 定 ， 无 爬 行 现 象 ， 定 位精 度 高 ， 磨 损 小 ， 寿 命 长 。 但 螺 母 结 构 复 杂 （ 需 密封 ） ， 需 一 稳 压 供 油 系 统 、 成 本 较 高 。 适 用 于 精 密 机 床 中 进 给 和 分 度 机 构 二 、 滑 动 螺 旋 的 设 计 计 算 1、 结 构 与 材 料 千 斤 顶 典 型 结 构 2、 耐 磨 性 计 算 滑 动 螺 旋 中 磨 损 是 最 主 要 的 一 种 失效 形 式 ， 它 会 引 起 传 动 精 度 下 降 ， 空间 大 ， 并 使 强 度 下 降 。 磨 损 的 影 响 因 素 ： 工 作 面 的 比 压 ，螺 纹 表 面 质 量 ， 滑 动 速 度 和 润 滑 状 态 所 以 耐 磨 性 计 算 主 要 限 制 螺 纹 工 作面 上 比 压 P要 求 小 于 材 料 的 许 用 比 压 当 速 度 相 同 时 ， 比 压 大 ， 磨 损 量 大 润 滑 油 不 被 挤 出 ， 易 形 成 油 膜 润 滑 耐 磨 性 条 件 ： / 22 PhHdQPhd uQAuQP 设 计 公 式 ： 2 PhQPd 2、 自 锁 性 验 算 vdnparctgdLarctg 223、 螺 杆 的 强 度 计 算 螺 杆 工 作 时 同 时 受 轴 面 压 力 （ 拉 力 ） Q与 扭 矩 T的作 用 ， 截 面 受 拉 （ 压 ） 应 力 与 扭 剪 应 力 的 复 合 作 用 按 弯 扭 复 合 强 度 条 件 计 算 第 四 强 度 理 论 )()(3 2222 Tca WTAQ 4、 螺 母 的 螺 纹 牙 强 度 计 算 由 于 螺 母 材 料 的 强 度 通 常 低 于 螺 杆 材 料 的 强 度 ， 因 此 螺 纹牙 受 剪 和 弯 曲 均 在 螺 母 上 。 将 螺 母 一 圈 螺 纹 沿 螺 纹 大 径 处 展开 ， 即 可 视 为 一 悬 壁 梁 ， 每 圈 螺 纹 承 受 的 平 均 压 力 Q/u作 用 在中 径 d2的 圆 周 上 。 螺 纹 牙 根 部 危 险 剖 面 的 变曲 强 度 条 件 为 ： bb uDbQlWM 6 2 剖 面 -的 剪 切 强 度 条 件 为 ： Dbu Q 5、 螺 杆 的 稳 定 性 计 算当 螺 杆 较 细 长 且 受 较 大 轴 向 压 力 时 ， 可 能 会 双 向 弯 曲 而失 效 ， 螺 杆 相 当 于 细 杆 ， 螺 杆 所 承 受 的 轴 向 压 力 Q小 于 其 临界 压 力 Qca SCSC nQQn nS螺 杆 稳 定 许 用 安 全 系 数 传 导 螺 旋 nS =2.54.0； 传 力 螺 旋 nS =3.55.0； 精 密 螺 杆 或 水 平 螺 杆 n S 4