螺纹连接强度计算教育ppt课件

螺纹连接强度螺纹连接强度计算计算螺纹连接强度计算1按牙型按牙型:三角形螺三角形螺纹、管螺、管螺纹联接螺接螺纹矩形、梯形、矩形、梯形、锯齿形螺形螺纹传动螺螺纹按位置：按位置：内螺内螺纹在在圆柱孔的内表面形成的螺柱孔的内表面形成的螺纹外螺外螺纹在在圆柱孔的外表面形成的螺柱孔的外表面形成的螺纹三角形螺三角形螺纹：粗牙螺粗牙螺纹用于用于紧固件固件 细牙牙螺螺纹同同样的的公公称称直直径径下下，螺螺距距最最小小，自自锁性好，适于薄壁性好，适于薄壁细小零件和冲小零件和冲击变载等等根据螺旋根据螺旋线绕行方向：行方向：左旋左旋如如图右旋右旋常用常用根据螺旋根据螺旋线头数：数：单头螺螺纹（n=1n=1）用于用于联接接双双头螺螺纹（n=2n=2）如如图多多线螺螺纹（n2n2）用于用于传动二、螺二、螺纹的的类型型按牙型:三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹二、螺纹21）外径（大径）外径（大径）d（D）与外螺与外螺纹牙牙顶相重合的假想相重合的假想圆柱柱 面直径，亦称公称直径面直径，亦称公称直径2）内径（小径）内径（小径）d1(D1)与外螺与外螺纹牙底相重合的假想牙底相重合的假想圆柱柱 面直径面直径3）中径）中径d2 在在轴向剖面内牙厚与牙向剖面内牙厚与牙间宽相等相等处的假想的假想圆柱柱 面的直径，面的直径，d20.5(d+d1)三、螺三、螺纹的主要参数的主要参数1）外径（大径）d（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱三、34）螺）螺 距距 P 相相邻两牙在中径两牙在中径圆柱面的母柱面的母线上上对应两点两点间 的的轴向距离向距离5）导程（程（S）同一螺旋同一螺旋线上相上相邻两牙在中径两牙在中径圆柱面的母柱面的母线 上的上的对应两点两点间的的轴向距离向距离6）线 数数 n 螺螺纹螺旋螺旋线数目，一般数目，一般为便于制造便于制造n4 螺距、螺距、导程、程、线数之数之间关系：关系：S=nP 4）螺 距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两47）螺旋升角）螺旋升角中径中径圆柱面上螺旋柱面上螺旋线的切的切线与垂直于螺旋与垂直于螺旋 线轴线的平面的的平面的夹角角8）牙型角）牙型角 螺螺纹轴向平面内螺向平面内螺纹牙型两牙型两侧边的的夹角角9）牙型斜角）牙型斜角螺螺纹牙的牙的侧边与螺与螺纹轴线垂直平面的垂直平面的夹角角7）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋561 螺螺纹联接的接的类型及螺型及螺纹联接件接件 一、螺一、螺纹联接主要接主要类型型1、螺栓、螺栓联接接a)普通螺栓普通螺栓联接接(受拉螺栓受拉螺栓连接接)被被联接件不太厚，螺杆接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不，通孔不带螺螺纹，螺杆穿，螺杆穿过通孔通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆与螺母配合使用。装配后孔与杆间有有间隙，并在工作中不隙，并在工作中不许消失，消失，结构构简单，装拆方便，可多个装拆，装拆方便，可多个装拆，应用用较广。广。b)精密螺栓精密螺栓联接接(受剪螺栓受剪螺栓联接接)装配后无装配后无间隙，隙，主要承受横向主要承受横向载荷，也可作定位用，荷，也可作定位用，采用基孔制配合采用基孔制配合铰制孔螺栓制孔螺栓联接接61 螺纹联接的类型及螺纹联接件 一、螺纹联接主要类62 2、双、双头螺柱螺柱联接接螺杆两端无螺杆两端无钉头，但均有螺，但均有螺纹，装配，装配时一一端旋入被端旋入被联接件，另一端配以螺母。适接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被于常拆卸而被联接件之一接件之一较厚厚时。折装。折装时只需拆螺母，而不将双只需拆螺母，而不将双头螺栓从被螺栓从被联接件中接件中拧出。出。3 3、螺、螺钉联接接适于被适于被联接件之一接件之一较厚厚（上（上带螺螺纹孔），不需孔），不需经常装拆，一端有螺常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受不需螺母，适于受载较小小情况情况2、双头螺柱联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋7特殊特殊联接：地脚螺栓接：地脚螺栓联接接,吊吊环螺螺钉联接接4 4、紧定螺定螺钉联接接拧入后，利用杆末端入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋住另一零件表面或旋入零件相入零件相应的缺口中以固定零件的相的缺口中以固定零件的相对位位置。可置。可传递不大的不大的轴向力或扭矩向力或扭矩。特殊联接：地脚螺栓联接,吊环螺钉联接4、紧定螺8二、螺二、螺纹联接件接件 2 2）双）双头螺柱螺柱两端两端带螺螺纹AA型型有退刀槽有退刀槽BB型型无退刀槽无退刀槽1 1）螺栓）螺栓普通螺栓普通螺栓 六角六角头，小六角，小六角头，标准六角准六角头，大六角，大六角头,内六角内六角铰制孔螺栓制孔螺栓螺螺纹部分直径部分直径较小螺母小螺母二、螺纹联接件 2）双头螺柱94 4）紧定螺定螺钉锥 端端适于零件表面硬度适于零件表面硬度较低不常拆卸常合低不常拆卸常合 平平 端端接接触触面面积大大、不不伤零零件件表表面面，用用于于顶紧硬硬度度较大大的的平面，适于平面，适于经常拆卸常拆卸 圆柱柱端端压入入轴上上凹凹抗抗中中，适适于于紧定定空空心心轴上上零零件件的的位位置置轻材料和金属薄板材料和金属薄板3 3）螺）螺钉与螺栓区与螺栓区别要求螺要求螺纹部分直径部分直径较粗粗;要求全螺要求全螺纹4）紧定螺钉 3）螺钉105 5）螺母）螺母六角螺母：六角螺母：标准，扁，厚准，扁，厚 圆螺母螺母+止退止退垫圈圈带有缺口，有缺口，应用用时带翅翅垫圈内舌嵌入圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入槽中，外舌嵌入圆螺母的槽螺母的槽内，螺母即被内，螺母即被锁紧6 6）垫圈圈5）螺母 六角螺母：标1162 螺螺纹联接的接的预紧和防松和防松 一、一、预紧预紧目的目的保持正常工作。如汽缸螺栓保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有接，有紧密性要求，密性要求，防漏气，接触面防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大要大，靠摩擦力工作，增大刚性等。性等。增大增大刚性性增加增加联接接刚度、度、紧密性和提高防松能力密性和提高防松能力预紧力力F预先先轴向作用力（拉力）向作用力（拉力）螺螺纹联接：松接：松联接接在装配在装配时不不拧紧，只承受外，只承受外载时才受到才受到力的作用力的作用紧联接接在装配在装配时需需拧紧，即在承，即在承载时，已，已预先先受力，受力，预紧力力FF预紧过紧拧紧力力F过大，螺杆静大，螺杆静载荷增大、降低本身荷增大、降低本身强度度过松松拧紧力力F过小，工作不可靠小，工作不可靠 62 螺纹联接的预紧和防松 一、预紧预紧目的保持12扳手扳手拧紧力矩力矩T=FtL,拧紧时螺母：螺母：T=T1+T2T拧紧力矩力矩T1螺螺纹摩擦阻力矩摩擦阻力矩T2螺母端螺母端环形面与被形面与被联接件接件间的摩擦力矩的摩擦力矩 由于直径由于直径过小的螺栓，容易在小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以拉断，所以对于于重要的重要的联接不宜小于接不宜小于M10M14扳手拧紧力矩T=FtL,拧紧时螺母：T=T1+T2 由13预紧力力FF的控制：的控制：测力矩板手力矩板手测出出预紧力矩，如左力矩，如左图定力矩板手定力矩板手达到固定的达到固定的拧紧力矩力矩T T时，弹簧受簧受压将自将自动打滑，如右打滑，如右图测量量预紧前后螺栓伸前后螺栓伸长量量精度精度较高高 二、螺二、螺纹防松防松 预紧力F的控制：二、螺纹防松 141 1、防松目的、防松目的实际工工作作中中，外外载荷荷有有振振动、变化化、材材料料高高温温蠕蠕变等等会会造造成成摩摩擦擦力力减减少少，螺螺纹副副中中正正压力力在在某某一一瞬瞬间消消失失、摩摩擦擦力力为零零，从从而而使使螺螺纹联接接松松动，如如经反反复复作作用用，螺螺纹联接接就就会会松松驰而而失失效。因此，必效。因此，必须进行防松，否行防松，否则会影响正常工作，造成事故会影响正常工作，造成事故 2 2、防松原理、防松原理消消除除（或或限限制制）螺螺纹副副之之间的的相相对运运动，或或增增大大相相对运运动的的难度。度。3 3、防松、防松办法及措施法及措施 1 1）摩擦防松）摩擦防松 双螺母、双螺母、弹簧簧垫圈圈、尼、尼龙垫圈、自圈、自锁螺母等螺母等 1、防松目的2、防松原理1）摩擦防松 双螺母、弹簧垫圈、尼龙15弹簧簧垫圈圈自自锁螺螺母母螺螺母母一一端端做做成成非非圆形形收收口口或或开开峰峰后后径径面面收收口口，螺螺母母拧紧后后收收口口涨开开，利利用用收收口口的的弹力力使使旋旋合合螺螺纹间压紧2 2）机械防松：）机械防松：开开槽槽螺螺母母与与开开口口销，圆螺螺母母与与止止动垫圈圈，弹簧簧垫片片，轴用用带翅翅垫片，止片，止动垫片，串片，串联钢丝等等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，163 3）永久防松：端）永久防松：端铆、冲点、点、冲点、点焊4 4）化学防松）化学防松粘合粘合 开槽螺母开槽螺母与开口与开口销圆螺母螺母与止与止动垫圈圈串串联钢丝3）永久防松：端铆、冲点、点焊开槽螺母圆螺母串联钢丝1763 单个螺栓联接的强度计算 针对不同零件的不同失效形式，分不同零件的不同失效形式，分别拟定其定其设计计算算方法，方法，则失效形式是失效形式是设计计算依据和出算依据和出发点。点。1 1、失效形式、失效形式受拉螺栓受拉螺栓螺栓杆和螺螺栓杆和螺纹可能可能发生塑性生塑性变形或断裂形或断裂受剪螺栓受剪螺栓螺栓杆和孔壁螺栓杆和孔壁间可能可能发生生压溃或被剪断或被剪断静静载荷螺栓荷螺栓联接：接：静静载荷螺栓荷螺栓联接：多数接：多数为疲疲劳失效失效 受拉螺栓：受拉螺栓：设计准准则为保保证螺栓的拉伸螺栓的拉伸强度度受剪螺栓：受剪螺栓：设计准准则为保保证螺栓的螺栓的挤压强度和剪切度和剪切强度度 2 2、设计计算准算准则与思路与思路63 单个螺栓联接的强度计算 针对不同零件的不同失18、松螺栓、松螺栓联接接如如吊吊钩螺螺栓栓，工工作作前前不不拧紧，无无FF，只有工作只有工作载荷荷F F起拉伸作用起拉伸作用强度条件度条件为：验算用算用 设计用用 d d1 1螺杆危螺杆危险截面直径（截面直径（mmmm）许用拉用拉应力力N/mm2(MPa)N/mm2(MPa)1、受拉螺栓、受拉螺栓联接接、松螺栓联接如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无F，只有工作载荷19、紧螺栓螺栓联接接工作前有工作前有预紧力力工作前工作前拧紧，在，在拧紧力矩力矩T作用下：作用下：预紧力力产生拉伸生拉伸应力力螺螺纹摩擦力矩摩擦力矩T1产生剪生剪应力力 复合复合应力状力状态:接第四接第四强度理度理论：强度条件度条件为：、紧螺栓联接工作前有预紧力工作前拧紧，在拧紧力矩T20式中：式中：F 预紧力（力（N）1.31.3系系数数将将外外载荷荷提提高高30%30%，以以考考虑螺螺纹力力矩矩对螺螺栓栓联接接强度度的的影影响响，这样把把拉拉扭扭的的复复合合应力力状状态简化化为纯拉拉伸伸来来处理理，大大大大简化化了了计算算手手续，故又称故又称简化化计算法算法 式中：F 预紧力（N）21（1 1）、受横向）、受横向载荷的受拉荷的受拉紧螺栓螺栓联接接计算算 主要防止被主要防止被联接件接件错动 特特点点：杆杆孔孔间有有间隙隙，靠靠拧紧的的正正压力力(F)产生生摩摩擦擦力力来来传递外外载荷荷，保保证联接接可可靠靠(不不产生生相相对滑滑移移)的的条件条件为：us 接接缝面面间的摩擦系数的摩擦系数 m接接缝界面数目界面数目 Kf防滑系数（可靠性系数）防滑系数（可靠性系数）Kf=1.11.3（1）、受横向载荷的受拉紧螺栓联接计算主要防止被联接件错动22强度条件度条件验算公式：算公式：设计公式：公式：分分析析：由由上上式式可可知知，当当u us s=0.2,m=1,K=0.2,m=1,Kf f=1=1则F=5FF=5FR R，说明明这种种联接螺栓直径大，且在冲接螺栓直径大，且在冲击振振动变载下工作极不可靠下工作极不可靠 为增加可靠性，减小直径，增加可靠性，减小直径，简化化结构，提高承构，提高承载能力能力可采用如下减可采用如下减载装置：装置：a)a)减减载销b)b)减减载套筒套筒c)c)减减载键强度条件验算公式：设计公式：分析：由上式可知，当us=023（2 2）、）、轴向向载荷受拉荷受拉紧螺栓螺栓联接接强度度计算算工作特点：工作前工作特点：工作前拧紧，有，有FF；工作后加上工作；工作后加上工作载荷荷F F工作前、工作中工作前、工作中载荷荷变化化工作原理：靠螺杆抗拉工作原理：靠螺杆抗拉强度度传递外外载F解决解决问题：a)a)保保证安全可靠的工作，安全可靠的工作，F=F=？b)b)工作工作时螺栓螺栓总载荷，荷，FF0 0=？分析：分析：图1 1，螺母未，螺母未拧紧螺栓螺母松螺栓螺母松驰状状态（2）、轴向载荷受拉紧螺栓联接强度计算工作特点：工作前拧紧24 图，拧紧 预紧状状态凸凸缘 压 2F 栓杆栓杆拉拉1 FF 图，拧紧预紧状态 25 图3 3，加，加载F F后后工作状工作状态栓杆栓杆继续拉拉凸凸缘 放松放松 残余残余预紧力力 总载 图3，加载F后工作状态栓杆继续拉凸缘 放松 26作作图，为了更明确以了更明确以简化化计算（受力算（受力变形形图）设：材料：材料变形在形在弹性极限内，力与性极限内，力与变形成正比形成正比 单个个紧螺栓螺栓联接受力接受力变形形图拧紧螺母螺母时,螺栓与被螺栓与被联接件的力与接件的力与变形形 作图，为了更明确以简化计算（受力变形图）单个紧螺栓联接受27将上两将上两图合并：合并：从从图线可看出，螺栓受工作可看出，螺栓受工作载荷荷F F时，螺栓，螺栓总载荷：荷：将上两图合并：从图线可看出，螺栓受工作载荷F时，螺栓总载荷：28变形形协调条件：条件：凸凸缘压力减量力减量 变形形缩小小 栓杆栓杆拉力增量拉力增量 变形放大形放大 变形形协调条件条件 变形协调条件：凸缘压力减量 变形缩小 栓杆拉力增29由由图可知，螺栓可知，螺栓刚度：度：被被联接件接件刚度：度：静力平衡条件：静力平衡条件：由图可知，螺栓刚度：被联接件刚度：静力平衡条件：30对残余残余预紧力力的要求，的要求，为保保证受受载后接合面后接合面联接的接的紧密性密性应使使的取法的取法:F=（1.51.81.51.8）FF有密封要求有密封要求 一般一般联接接 F=（0.20.6）F 载荷荷稳定定 F=（0.61.0）F 载荷不荷不稳定定FF 地脚螺栓地脚螺栓联接接 称螺栓相称螺栓相对于于联接的接的刚度，称螺栓的相度，称螺栓的相对刚度度 F 部分工作部分工作载荷荷 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31讨论：）最不利的情况最不利的情况）最理想的情况最理想的情况）不允）不允许的情况的情况有有缝隙存在，漏气隙存在，漏气）降低螺栓受力的措施：）降低螺栓受力的措施：a)a)必必须采用采用刚度小螺栓（空心、加度小螺栓（空心、加长、细颈）b)b)加硬加硬垫片或直接片或直接拧在凸在凸缘上均可提高上均可提高强度度）为联接接紧密、不漏气，要求密、不漏气，要求 讨论：）最不利的情况）最理想的情况）不允许的326 6）计算算时可根据已知条件可根据已知条件选择其一其一进行行计算算a a）轴向静力向静力紧螺栓螺栓联接接强度度计算算 静力静力F不不变，F0为静力，但考静力，但考虑补充充拧紧防断防断 强度条件度条件验算公式：算公式：设计公式：公式：6）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33b b）轴向向变载荷荷紧螺栓螺栓联接接强度度计算算 分析：当工作分析：当工作载荷，由荷，由0F 螺栓螺栓总载，由，由FF0b）轴向变载荷紧螺栓联接强度计算 分析：当工作载荷，由0F34当当验算不算不满足足时措施：措施：b)b)最好改善最好改善结构、降低构、降低应力集中。包括：工力集中。包括：工艺、结构、构、制造、制造、C C2 2CC1 1，适当提高，适当提高FF等等综合措施合措施a)当验算不满足时措施：b)最好改善结构、降低应力集中。包括35二、受剪螺栓二、受剪螺栓联接接防滑防滑动特特点点：螺螺杆杆与与孔孔间紧密密配配合合，无无间隙隙，由由光光杆杆直直接接承承受受挤压和和剪切来剪切来传递外外载荷荷R R进行工作行工作螺栓的剪切螺栓的剪切强度条件度条件为：螺栓与孔壁接触表面的螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件度条件为：，二、受剪螺栓联接防滑动特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，36FS 横向横向载荷（荷（N）d螺杆或孔的直径（螺杆或孔的直径（mm）hmin 被被联接件中受接件中受挤压孔壁的最小孔壁的最小长度（度（mm），如），如图所示所示螺栓螺栓许用剪用剪应力，力，MPaMPa，螺栓或被螺栓或被联接件中接件中较弱者的弱者的许用用挤压应力，力，MPa铰制制孔孔螺螺栓栓能能承承受受较大大的的横横向向载荷荷，但但被被加加工工件件孔孔壁壁加加工工精度精度较高，成本高，成本较高高FS 横向载荷（N）d螺杆或孔的直径（mm）37三、螺栓材料三、螺栓材料1 1、材料、材料 螺母、螺栓螺母、螺栓强度度级别：1 1）根据机械性能，把栓母分）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此乃并以数字表示，此乃强度度级别 2 2）所依据机械性能）所依据机械性能为抗拉抗拉强度极限度极限Bmin和屈服极限和屈服极限Smin 螺栓螺栓级别:带点数字表示点数字表示，点前数字点前数字为点后数字点后数字为螺母螺母级别:注意：注意：选择对螺母的螺母的强度度级别应低于螺栓材料的低于螺栓材料的强度度级别，螺，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB）三、螺栓材料1、材料 螺母、螺栓强度级别：1）根据机械性能3864 螺栓螺栓组联接的接的设计与受力分析与受力分析 工工程程中中螺螺栓栓皆皆成成组使使用用，单个个使使用用极极少少。因因此此，必必须研研究究栓栓组设计和受力分析。它是和受力分析。它是单个螺栓个螺栓计算基算基础和前提条件。和前提条件。螺栓螺栓组联接接设计的的顺序序选布局、定数目、力分析、布局、定数目、力分析、设计尺寸尺寸 一、一、结构构设计原原则 1、布局要尽量、布局要尽量对称分布，栓称分布，栓组中心与中心与联接接结合面形心重合合面形心重合（有利于分度、划（有利于分度、划线、钻孔），以受力均匀孔），以受力均匀2、受剪螺栓、受剪螺栓组（铰制孔螺栓制孔螺栓联接）接）时，不要在外，不要在外载作用方向布作用方向布置置8个以上，螺栓要使其受力均匀，以免受力太不均匀，但个以上，螺栓要使其受力均匀，以免受力太不均匀，但弯扭作用螺栓弯扭作用螺栓组，要适当靠接，要适当靠接缝边缘布局，否布局，否则受力太不均受力太不均 3、合理、合理间距，适当距，适当边距，以利用扳手装拆距，以利用扳手装拆64 螺栓组联接的设计与受力分析 工程中螺栓皆成组使394、避免偏心、避免偏心载荷作用荷作用 a）被）被联接件支承面不平突起接件支承面不平突起 b）表面与孔不垂直）表面与孔不垂直 c）钩头螺栓螺栓联接接防偏防偏载措施：措施：a）凸合；）凸合；b）凹坑（）凹坑（鱼眼坑）；眼坑）；c）斜）斜垫片片 二、螺栓二、螺栓组受力分析受力分析 目的目的求受力最大求受力最大载荷的螺栓荷的螺栓4、避免偏心载荷作用防偏载措施：a）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）40前提（假前提（假设）：）：被被联接件接件为刚性不性不变形，只有地基形，只有地基变形。形。各螺栓材料、尺寸、各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同力均相同受力后材料受力后材料变形在形在弹性范性范围内内接合面形心与螺栓接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接形心重合，受力后其接缝面仍保持平面面仍保持平面1、受、受轴向向载荷螺栓荷螺栓组联接接 单个螺栓工作个螺栓工作载荷荷为：F=Fa/Z Fa轴向外向外载 Z螺栓个数螺栓个数(受拉螺栓受拉螺栓)前提（假设）：1、受轴向载荷螺栓组联接 单个螺栓工作载荷为：412、受横向、受横向载荷的螺栓荷的螺栓组联接接特特点点：普普通通螺螺栓栓，铰制制孔孔用用螺螺栓栓皆皆可可用用，外外载垂垂直直于于螺螺栓栓轴线、防滑、防滑普普 通通 螺螺 栓栓 受拉伸作用受拉伸作用铰制孔螺栓制孔螺栓受横向受横向载荷剪切、荷剪切、挤压作用。作用。单个个螺螺栓栓所所承承受受的的横横向向载荷荷相相等等 FS=FR/Z(受拉螺栓受拉螺栓,受剪螺栓受剪螺栓)2、受横向载荷的螺栓组联接(受拉螺栓,受剪螺栓)423、受横向扭矩螺栓、受横向扭矩螺栓组联接接（1）圆形接合面：形接合面：单个螺栓所受横向个螺栓所受横向载荷荷（2）矩形接合面）矩形接合面 a)普通螺栓普通螺栓联接接 由静平衡条件由静平衡条件则各个螺栓所需的各个螺栓所需的预紧力力为联接件不接件不产生相生相对滑滑动的条件的条件为：(受拉螺栓受拉螺栓,受剪螺栓受剪螺栓)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43b)铰制孔螺栓制孔螺栓联接接组 由由变形形协调条件可知，各个条件可知，各个螺栓的螺栓的变形量和受力大小与其中形量和受力大小与其中心到接合面形心的距离成正比心到接合面形心的距离成正比由假由假设板板为刚体不体不变形，工作后仍保持平面，形，工作后仍保持平面，则剪剪应变与半径成正比。在材料与半径成正比。在材料弹性范性范围内，内，应力与力与应变成正比成正比 由静平衡条件由静平衡条件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444、受、受倾覆（覆（纵向）力矩螺栓向）力矩螺栓组联接接 特特点点：M在在铅直直平平面面内内，绕O-O回回转，只只能能用用普普通通螺螺栓栓，取取板板为受受力力对象象，由静平衡条件由静平衡条件 设单个螺栓工作个螺栓工作载荷荷为Fi(受拉螺栓受拉螺栓)4、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接 特点：M在铅直平面内，绕O45螺栓杆不拉断的条件螺栓杆不拉断的条件 设计公式公式 验算公式算公式 右右侧不不压溃条件（被条件（被联接件）接件）F 作用下接合面的作用下接合面的挤压应力力 M作用下接合面的作用下接合面的挤压应力力 螺栓杆不拉断的条件 设计公式 验算公式 右侧不压溃条件（46左左侧不开不开缝的条件的条件 若受有横向若受有横向载荷荷FH，板不滑，板不滑动条件条件为：实际使用中螺栓使用中螺栓组联接所受的接所受的载荷是以上四种荷是以上四种简单受力状受力状态的不同的不同组合。合。计算算时只要分只要分别计算出螺栓算出螺栓组在在这些些简单受力受力状状态下每个螺栓的工作下每个螺栓的工作载荷，然后按向量叠加起来，便得到每荷，然后按向量叠加起来，便得到每个螺栓的个螺栓的总工作工作载荷，再荷，再对受力最大的螺栓受力最大的螺栓进行行强度度计算即可算即可左侧不开缝的条件 若受有横向载荷FH，板不滑动条件为：47说明明：工工程程中中受受力力情情况况很很复复杂，但但均均可可转化化为四四种种典典型型情情况况进行解决。行解决。计算公式在算公式在对称分布情况下推称分布情况下推导，但不，但不对称也可以用称也可以用 取取转轴不同，公式不同，公式计算精度不同。算精度不同。总设计思路：思路：螺栓螺栓组结构构设计（布局、数目）（布局、数目）螺栓螺栓组受力受力分析（分析（载荷荷类型、状型、状态、形式）、形式）求求单个螺栓的最个螺栓的最大工作大工作载荷（判断哪个最大）荷（判断哪个最大）按最大按最大载荷的荷的单个个螺栓螺栓设计（求（求d1标准）准）全全组采用同采用同样尺寸螺栓尺寸螺栓（互（互换的目的）的目的）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4865 提高螺栓提高螺栓联接接强度的措施度的措施影响影响联接接强度的因素很多，如材料、度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工构、尺寸、工艺、螺螺纹牙牙间、载荷分布、荷分布、应力幅度、机械性能，而螺栓力幅度、机械性能，而螺栓联接的接的强度又主要取决于螺栓的度又主要取决于螺栓的强度。度。一、改善螺一、改善螺纹牙牙间载荷分布不均状况荷分布不均状况 工作中螺栓牙抗拉伸工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受，螺母牙受压缩短，伸与短，伸与缩的螺距的螺距变化差以化差以紧靠支承面靠支承面处第一圈第一圈为最大，最大，应变最大，最大，应力最大，力最大，其余各圈依次其余各圈依次递减，旋合螺减，旋合螺纹间的的载荷分荷分布如布如图所示。所以采用圈数所示。所以采用圈数过多的加厚螺多的加厚螺母，并不能提高母，并不能提高联接的接的强度。度。办法：降低法：降低刚性，易性，易变形、增加形、增加协调性，以性，以缓和矛盾和矛盾 65 提高螺栓联接强度的措施影响联接强度的因素很多，如49a)悬置螺母置螺母 b)环槽螺母槽螺母 c)c)内斜螺母内斜螺母dd)环槽内斜槽内斜二、降低螺栓二、降低螺栓应力幅力幅 1、降低螺栓、降低螺栓刚性性 抗疲抗疲劳强度得到提高，可用度得到提高，可用竖心杆、心杆、细长杆、柔性螺栓杆、柔性螺栓联接接 a)悬置螺母 b)环槽螺母 c)内斜螺母 d)502、增大凸、增大凸缘刚性性 提高了螺栓提高了螺栓联接疲接疲劳强度，采用高硬度度，采用高硬度垫片或直接片或直接拧在在铸铁 3、同、同时使用使用C1,C2同同时适当增加适当增加F理想方法理想方法 2、增大凸缘刚性 提高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度垫片或直51三、减小三、减小应力集中的影响力集中的影响1）加大）加大过渡渡处圆角角(图1)2）改用退刀槽）改用退刀槽3）卸）卸载槽，槽，(图2)4）卸）卸载过渡渡结构。（构。（图3）三、减小应力集中的影响1）加大过渡处圆角(图1)52四、采用合理的制造工四、采用合理的制造工艺 1）用）用挤压法（法（滚压法）制造螺栓，疲法）制造螺栓，疲劳强度提高度提高3040%2）冷冷作作硬硬化化，表表层有有残残余余应力力（压）、氰化化、氮氮化化、喷丸丸等等可提高疲可提高疲劳强度度3）热处理理后后再再进行行滚压螺螺纹，效效果果更更佳佳，强度度提提高高70100%，此法具有，此法具有优质、高、高产、低消耗功能、低消耗功能4）控制）控制单个螺距个螺距误差和螺距累差和螺距累积误差差四、采用合理的制造工艺 1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳5366 螺旋螺旋传动一、螺旋一、螺旋传动的的类型、特点与型、特点与应用用 1、应用用 螺旋螺旋传动是利用螺杆和螺母是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来成的螺旋副来实现传动要求要求的。它主要用于将回的。它主要用于将回转运运动变为直直线运运动，同，同时传递运运动或或动力。力。2、传动形式：形式：a)螺杆螺杆转螺母移螺母移 b)螺杆又螺杆又转又移（螺母固定）又移（螺母固定）用得多用得多 c)螺母螺母转螺杆移螺杆移 d)螺母又螺母又转又移（螺杆固定）又移（螺杆固定）用得少用得少 图图.66 螺旋传动一、螺旋传动的类型、特点与应用 1、应54按用途分三按用途分三类：1）传力螺旋力螺旋举重器、千斤重器、千斤顶、加、加压螺旋螺旋 特点：低速、特点：低速、间歇工作，歇工作，传递轴向力大、自向力大、自锁 2）传导螺旋螺旋机床机床进给丝杠杠传递运运动和和动力力 特点：速度高、特点：速度高、连续工作、精度高工作、精度高 3）调整螺旋整螺旋机床、机床、仪器及器及测试装置中的微装置中的微调螺旋。螺旋。特点：是受力特点：是受力较小且不小且不经常常转动 3、螺旋、螺旋传动类型型螺旋螺旋传动按摩擦性按摩擦性质分：分：1、滑、滑动螺旋：构造螺旋：构造简单、传动比大，承比大，承载能力高，加工方能力高，加工方便、便、传动平平稳、工作可靠、易于自、工作可靠、易于自锁缺缺 点点：磨：磨损快、寿命短，低速快、寿命短，低速时有爬行有爬行现象（滑移），象（滑移），摩擦摩擦损耗大，耗大，传动效率低（效率低（3040%）传动精度低精度低按用途分三类：3、螺旋传动类型螺旋传动按摩擦性质分：1、滑552、滚动螺旋螺旋传动摩擦性摩擦性质为滚动摩擦。摩擦。滚动螺旋螺旋传动是在是在具有具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若装填若干干滚动体（多用体（多用钢球），当球），当传动工作工作时，滚动体体沿螺沿螺纹滚道道滚动并形成循并形成循环。按循。按循环方式有：内方式有：内循循环、外循、外循环两种两种 特特点点：传动效效率率高高（可可达达90%），起起动力力矩矩小小，传动灵灵活活平平稳，低低速速不不爬爬行行，同同步步性性好好，定定位位精精度度高高，正正逆逆运运动效率相同，可效率相同，可实现逆逆传动。缺缺点点：不不自自锁，需需附附加加自自锁装装置置，抗抗振振性性差差，结构构复复杂，制造工制造工艺要求高，成本要求高，成本较高。高。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563、静、静压螺旋螺旋液体摩擦，靠外部液液体摩擦，靠外部液压系系统提高提高压力油，力油，压力力油油进入螺杆与螺母螺入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、的油缸，促使螺杆、螺母、螺螺母、螺纹牙牙间产生生压力油膜而分隔开力油膜而分隔开 特点：摩擦系数小，效率高，工作特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行定，无爬行现象，定位象，定位精度高，磨精度高，磨损小，寿命小，寿命长。但螺母。但螺母结构复构复杂（需密封）（需密封），需一，需一稳压供油系供油系统、成本、成本较高。适用于精密机床中高。适用于精密机床中进给和分度机构和分度机构 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57二、滑二、滑动螺旋的螺旋的设计计算算 1、结构与材料构与材料 千斤千斤顶典型典型结构构 2、耐磨性、耐磨性计算算 滑滑动螺螺旋旋中中磨磨损是是最最主主要要的的一一种种失失效效形形式式，它它会会引引起起传动精精度度下下降降，空空间大，并使大，并使强度下降。度下降。磨磨损的的影影响响因因素素：工工作作面面的的比比压，螺螺纹表面表面质量，滑量，滑动速度和速度和润滑状滑状态 所所以以耐耐磨磨性性计算算主主要要限限制制螺螺纹工工作作面上比面上比压P要求小于材料的要求小于材料的许用比用比压当速度相同当速度相同时，比，比压大，磨大，磨损量大量大比比压小小时，润滑油不被滑油不被挤出，易形成油膜出，易形成油膜润滑滑二、滑动螺旋的设计计算 1、结构与材料 千斤顶典型结构 2、58耐磨性条件：耐磨性条件：设计公式：公式：2、自、自锁性性验算算 耐磨性条件：设计公式：2、自锁性验算 593、螺杆的、螺杆的强度度计算算 螺杆工作螺杆工作时同同时受受轴面面压力（拉力）与扭矩力（拉力）与扭矩T的的作用，截面受拉（作用，截面受拉（压）应力与扭剪力与扭剪应力的复合作用力的复合作用按弯扭复合按弯扭复合强度条件度条件计算算第四第四强度理度理论 3、螺杆的强度计算 螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）与扭矩604、螺母的螺、螺母的螺纹牙牙强度度计算算 由于螺母材料的由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的度通常低于螺杆材料的强度，因此螺度，因此螺纹牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺沿螺纹大径大径处展展开，即可开，即可视为一一悬壁梁，每圈螺壁梁，每圈螺纹承受的平均承受的平均压力力Q/u作用作用在中径在中径d2的的圆周上。周上。螺螺纹牙底（剖面牙底（剖面）的剪切的剪切强度条件度条件为：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61螺螺纹牙根部危牙根部危险剖面的剖面的变曲曲强度条件度条件为：螺纹牙根部危险剖面的变曲强度条件为：625、螺杆的、螺杆的稳定性定性计算算当螺杆当螺杆较细长且受且受较大大轴向向压力力时，可能会双向弯曲而，可能会双向弯曲而失效，螺杆相当于失效，螺杆相当于细杆，螺杆所承受的杆，螺杆所承受的轴向向压力力Q小于其小于其临界界压力力cn螺杆螺杆稳定定许用安全系数用安全系数 传导螺旋螺旋n=2.54.0；传力螺旋力螺旋n=3.55.0；精密螺杆或水平螺杆精密螺杆或水平螺杆 n 4 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63