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1、第5章 螺纹(screw)联接（screw link）,螺纹(screw)联接（screw link）是利用螺纹(screw)零件构成的联接，这种联接构造简单、拆装方便、工作可靠。由专业工厂大量生产的标准螺纹(screw)联接（screw link）件(也称螺纹(screw)紧固件)，购买方便，成本很低，故得到广泛应用。对螺纹(screw)联接（screw link）的主要工作要求是不松动并有足够的强度(intensity)。螺纹(screw)的牙型和主要参数(parameter)见本书第8章82节。常用的联接螺纹(screw)是三角形螺纹(screw)，因为它的螺纹(screw)牙根部较厚，
2、当量摩擦系数较大，所以强度(intensity)较大，自锁性能(self-locking capability)较好。此外，用于联接的螺纹(screw)常用单线、右旋、粗牙标准螺纹(screw)，它的大径即为公称(名义)直径(diameter)。如采用螺纹(screw)M10，即表示大径为10mm的单线、右旋、粗牙、标准的三角形螺纹(screw)，其小径、中径、螺距等可由国家标准(见机械设计(design)手册)中查到。,螺纹(screw)(screw)的类型(type)和特点,普通螺纹(screw)的主要参数(parameter),二、普通螺纹(screw)(comon screw)的主要参
3、数(parameter),大径d即螺纹(screw)的公称直径(diameter)。小径d1常用于联接的强度(intensity)计算。中径d2常用于联接的几何计算。螺距P螺纹(screw)相邻两个牙型上对应点间的 轴(shaft)向距离(distance)。牙型角a螺纹(screw)轴(shaft)向截面内，螺纹(screw)牙型两 侧边的夹角。升角y螺旋(volution)线的切线与垂直于螺纹(screw)轴(shaft)线 的平面间的夹角。线数n螺纹(screw)的螺旋(volution)线数目。导程(lead)S(lead)螺纹(screw)上任一点沿同一条螺旋(volution)线转
4、 一周所移动的轴(shaft)向距离(distance)，S=nP。,升角y的计算式为：,普通螺纹(screw)的主要参数(parameter)（续）,单线和多线螺纹(screw)、螺纹(screw)效率和当量摩擦角,螺纹(screw)效率（拧紧螺母时）：,5.1 联接类型(type)与标准件1,5.1.1 螺纹(screw)联接（screw link）的类型(type),一、螺纹(screw)联接（screw link）的基本类型(type),除上述联接的基本类型(type)外，在机器中，还有一些特殊结构(structure)的螺纹(screw)联接（screw link）。如：T型槽螺栓(
5、bolt)联接、吊环螺钉联接和地脚螺栓(bolt)联接等。,说明,联接主要类型(type),普通螺栓(bolt)（a)、铰制孔螺栓(bolt)(b)、双头螺栓(bolt)(c)和 螺钉(d)联接,5.1.2 螺纹(screw)联接（screw link）用标准联接零件,利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力(preload)的大小。通常可采用测力矩扳手或定力矩扳手，对于重要的螺栓(bolt)联接，也可以采用测定螺栓(bolt)伸长的方法来控制预紧力。,5.2.1 螺纹(screw)联接（screw link）的预紧和放松,螺纹(screw)联接（screw link）的预紧和放松,大多数螺纹(sc
6、rew)联接（screw link）在装配(assemble)时都需要拧紧，使之在承受工作载荷(load)之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力(preload)。,增强联接的可靠性(reliability)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。,注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径(diameter)过小(M12)的螺栓(bolt)。,预紧力(preload)限制,拧紧后螺纹(screw)联接（screw link）件的预紧应力不得超过其材料(material)的屈服极限ss的80%。,预紧力(preload)：,预紧的目的：,预紧力(preload)的确定原
7、则：,预紧力(preload)的控制：,预紧力(preload)和预紧力(preload)矩之间的关系：,详细推导,5.2.2 螺纹(screw)联接（screw link）的防松(表5-2,P355),螺纹(screw)联接（screw link）的防松(续),5.3 螺纹(screw)联接（screw link）组的设计(design)1,5.3.螺栓(bolt)组联接的设计(design),在设计(design)螺栓(bolt)组联接时，关键是联接的结构(structure)设计(design)。它是根据被联接件的结构(structure)和联接的用途，确定螺栓(bolt)数目和分布形式
8、。,为了便于加工制造和对称布置螺栓(bolt)，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计(design)成轴(shaft)对称的简单几何形状。,螺栓(bolt)布置应使各螺栓(bolt)的受力合理。,螺栓(bolt)的排列应有合理的间距、边距。,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(bolt)数目取成4、5、8等偶数。,避免螺栓(bolt)承受附加的弯曲载荷(load)。,说明,说明,说明,5.3.1 螺栓(bolt)组联接的结构(structure)设计(design),各螺栓(bolt)之间的距离(distance)大小既要保证联接的可靠性(reli
9、ability)又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空间。,大多数机械中螺栓(bolt)都是成组使用的。,5.3.2 螺纹(screw)联接（screw link）组的受力分析,5.3.2 螺栓(bolt)组联接的受力分析,1受横向载荷(load),2受转矩(torque),3受轴(shaft)向载荷(load),4受倾覆力矩,受力分析的目的：根据联接的结构(structure)和受载情况，求出受力最大的螺栓(bolt)及其所受的力，以便进行螺栓(bolt)联接的强度(intensity)计算。,受力分析时所作假设：所有螺栓(bolt)的材料(material)、直径(diameter)、长度
10、和预紧力(preload)均相同；,受载后联接接合面仍保持为平面。,受力分析的类型(type)：,二、螺栓(bolt)组联接的受力分析,螺栓(bolt)组的对称中心与联接接合面的形心重合；,受横向载荷(load)的螺栓(bolt)组联接,（1）对于铰制孔用螺栓(bolt)联接（图b），每个螺栓(bolt)所受工作剪力为：,（2）对于普通螺栓(bolt)联接（图a），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(load)的要求，有：,式中：z为螺栓(bolt)数目。,图示为由四个螺栓(bolt)组成的受横向载荷(load)的螺栓(bolt)组联接。,1受横向载荷(load)的螺栓(
11、bolt)组联接,或,Ks为防滑系数，设计(design)中可取Ks=1.11.3。,受旋转力矩的螺栓(bolt)组联接,受轴(shaft)向载荷(load)的螺栓(bolt)组联接,受反转力矩的螺栓(bolt)组联接,5.4 单个螺栓(bolt)的强度(intensity)计算 受拉松螺栓(bolt)联接,5.4 单个螺栓(bolt)的强度(intensity)计算,螺栓(bolt)联接的强度(intensity)计算主要与联接的装配(assemble)情况（预紧或不预紧）、外载荷(load)的性质和材料(material)性能等有关。,螺栓(bolt)联接强度(intensity)计算的目
12、的是根据强度(intensity)条件确定螺栓(bolt)直径(diameter)，而螺栓(bolt)和螺母的螺纹(screw)牙及其他各部分尺寸均按标准选定。,一、松螺栓(bolt)联接强度(intensity)计算,二、紧螺栓(bolt)联接强度(intensity)计算,1仅受预紧力(preload)的紧螺栓(bolt)联接,2受轴(shaft)向载荷(load)的紧螺栓(bolt)联接,3承受工作剪力的紧螺栓(bolt)联接,联接的失效(invalidation)形式：主要是指螺纹(screw)联接（screw link）件的失效(invalidation)。对于受拉螺栓(bolt)，
13、其失效(invalidation)形式主要是螺纹(screw)部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓(bolt)，其失效(invalidation)形式可能是螺栓(bolt)杆被剪断或螺栓(bolt)杆和孔壁的贴合面被压溃。,详细推导,仅受预紧力(preload)的紧螺栓(bolt)联接,仅受预紧力(preload)的紧螺栓(bolt)联接,1仅受预紧力(preload)的紧螺栓(bolt)联接,预紧力(preload)引起的拉应力：,螺牙间的摩擦力(friction force)矩引起的扭转剪应力：,强度(intensity)条件：,当联接承受较大的横向载荷(load)F时，由于要求F
14、0Ff（f=0.2），即F05F，因而需要大幅度地增加螺栓(bolt)直径(diameter)。为减小螺栓(bolt)直径(diameter)的增加，可采用减载措施。,说明,根据第四强度(intensity)理论，螺栓(bolt)在预紧状态下的计算应力:,受轴(shaft)向载荷(load)的紧螺栓(bolt)联接,单个螺栓(bolt)的强度(intensity)计算,2受轴(shaft)向载荷(load)的紧螺栓(bolt)联接,螺栓(bolt)预紧力(preload)F0后，在工作拉力F 的作用下，螺栓(bolt)的总拉力F2=?,这时螺栓(bolt)的总拉力为：,为使工作载荷(load)
15、作用后，联接结合面间有残余预紧力(preload)F1存在，要求螺栓(bolt)联接的预紧力(preload)F0为：,静强度(intensity)条件：,式中F1为残余预紧力(preload)，为保证联接的紧密性，应使 F1 0，一般根据联接的性质确定F1的大小。,详细分析,疲劳强度(intensity)校核,受轴(shaft)向载荷(load)螺纹(screw)联接（screw link）变形协调图解,螺栓(bolt)刚度 c1=tan1=Fp/1;被联件刚度 c2=tan2=Fp/2,令 F0为螺栓(bolt)的总载荷(load);Fp为预紧力(preload);Fp为残余预紧力(pre
16、load)；F为外载荷(load)。则 1=(F0-Fp)/c1;|2|=(Fp-Fp)/c2;1=|2|;(F0-Fp)/c1=(Fp-Fp)/c2；又 F0=Fp+F;可得 F0=Fp+c1/(c1+c2)F;Fp=Fp+c2/(c1+c2)F,受轴(shaft)向载荷(load)螺纹(screw)联接（screw link）(续),残余预紧力(preload)的推荐值见教材P359。螺栓(bolt)的相对刚度c1/(c1+c2)的推荐值见教材P359表5-5。,受轴(shaft)向变载荷(load)的螺纹(screw)联接（screw link）,5.4.2 铰制孔用螺栓(bolt)连接
17、的强度(intensity)计算,单个螺栓(bolt)的强度(intensity)计算,3承受工作剪力的紧螺栓(bolt)联接,这种联接是利用铰制孔用螺栓(bolt)抗剪切来承受载荷(load)的。螺栓(bolt)杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在联接结合面处，螺栓(bolt)杆则受剪切。,螺栓(bolt)杆与孔壁的挤压强度(intensity)条件为：,螺栓(bolt)杆的剪切强度(intensity)条件为：,式中：F螺栓(bolt)所受的工作剪力，单位为N；d0螺栓(bolt)剪切面的直径(diameter)（可取螺栓(bolt)孔直径(diameter)），单位为mm；Lmin螺栓
18、(bolt)杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计(design)时应使Lmin1.25d0,国家标准规定了螺纹(screw)联接（screw link）件的性能等级。螺栓(bolt)、螺柱、螺钉的性能等级分为10级，螺母的性能等级分为 7级。在一般用途的设计(design)中，通常选用4.8级左右的螺栓(bolt)，在重要的或有特殊要求设计(design)中的螺纹(screw)联接（screw link）件，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(bolt)。,5.5 螺纹(screw)联接（screw link）件的材料(material)与许用应力,5.5 螺纹(sc
19、rew)联接（screw link）件的材料(material)与许用应力,一、螺纹(screw)联接（screw link）件材料(material),常用的螺纹(screw)联接（screw link）件材料(material)为Q215、Q235、35、45等碳素钢。当强度(intensity)要求高时，还可采用合金钢，如15Cr、40Cr等。,性能等级,二、螺纹(screw)联接（screw link）件的许用应力,1螺纹(screw)联接（screw link）件的许用拉应力,2螺纹(screw)联接（screw link）件的许用剪应力和许用挤压应力,3螺纹(screw)联接（sc
20、rew link）件的安全系数,说明,（被联接件为钢）,（被联接件为铸铁）,5.5 提高螺纹(screw)联接（screw link）强度(intensity)的措施,5.5 提高螺纹(screw)联接（screw link）强度(intensity)的措施,以螺栓(bolt)联接为例，螺栓(bolt)联接的强度(intensity)主要取决于螺栓(bolt)的强度(intensity)，因此，提高螺栓(bolt)的强度(intensity)，将大大提高联接系统的可靠性(reliability)。,影响螺栓(bolt)强度(intensity)的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓
21、(bolt)强度(intensity)。,改善螺纹(screw)牙上载荷(load)分布不均的现象,降低影响螺栓(bolt)疲劳强度(intensity)的应力幅,减小应力集中的影响,采用合理的制造工艺,分析,分析,分析,改善螺牙载荷(load)分布不均现象,密封(airproof)方案比较和减小螺栓(bolt)刚度的方法,第8章 螺旋(volution)传动(power screw),8.1 概述,8.1.1 螺旋(volution)传动(power screw)的类型(type)和应用,传力螺旋(volution)传导螺旋(volution)调整螺旋(volution),螺旋(voluti
22、on)传动(power screw)按其螺旋(volution)副(helical pair)摩擦性质的不同，又可分为：,说明,滑动螺旋(volution)滚动螺旋(volution)静压螺旋(volution),说明,螺旋(volution)传动(power screw)是利用螺杆和螺母组成的螺旋(volution)副(helical pair)来实现传动的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递动力。,螺旋(volution)传动(power screw)按其用途不同，可分为以下三种类型(type):,螺旋(volution)机构在机床的进给机构、起重设备、锻压机械、测量仪器、工具、
23、夹具、玩具及其他工业装备中有着广泛的应用。,螺旋(volution)传动(power screw)常见的运动形式有：螺杆转动，螺母移动或螺母固定，螺杆转动并移动。,8.1 概述,8.2 螺纹(screw)(略),8.3 螺旋(volution)传动(power screw)的设计(design)计算,8.3.1 螺旋(volution)副(helical pair)的受力及失效(invalidation)分析滑动螺旋(volution)受轴(shaft)向拉(压)力和摩擦转矩(torque)，如螺旋(volution)起重器的螺杆受到轴(shaft)向压力F和转矩(torque)T的联合作用(
24、图8-5)。螺旋(volution)副(helical pair)之间磨损是其主要失效(invalidation)形式，应根据耐磨性计算来确定螺杆的直径(diameter)、螺距等。对受力较大的传力螺旋(volution)，还应对螺杆及螺母进行强度(intensity)计算。对于长径比很大的螺杆，应校核受压螺杆的稳定性。,8.3.2 结构(structure)和材料(material),螺旋(volution)传动(power screw),8.3.2 滑动螺旋(volution)的结构(structure)和材料(material),1滑动螺旋(volution)的结构(structure)
25、,整体螺母,组合螺母,剖分螺母,螺母结构(structure):,滑动螺旋(volution)的结构(structure)主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构(structure)形式。螺旋(volution)传动(power screw)的工作刚度与精度等和支承结构(structure)有直接关系。,螺杆的材料(material)要有足够的强度(intensity)和耐磨性。螺母的材料(material)除了要有足够的强度(intensity)外，还要求在与螺杆材料(material)相配合时摩擦系数小和耐磨。,2滑动螺旋(volution)的材料(material),说明,8.3.3 滑动
26、螺旋(volution)副(helical pair)的设计(design)1,滑动螺旋(volution)副(helical pair)的设计(design),8.3.3 滑动螺旋(volution)传动(power screw)的设计(design)计算,主要失效(invalidation)形式:螺牙的磨损,设计(design)准则：按抗磨损确定直径(diameter)，选择螺距；校核螺杆、螺母强度(intensity)等。,设计(design)方法和步骤：,1耐磨性计算,滑动螺旋(volution)的耐磨性计算，主要是限制螺纹(screw)工作面上的压力，其强度(intensity)条件
27、：,设计(design)公式：令,则得：,滑动螺旋(volution)副(helical pair)的设计(design)(续),滑动螺旋(volution)副(helical pair)的设计(design)(续),依据计算出的螺纹(screw)中径，按螺纹(screw)标准选择合适的直径(diameter)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(volution)传动(power screw)，应校核自锁条件：,2螺杆的强度(intensity)计算,对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度(intensity)理论求出危险截面的计算应力：,螺杆的强度(intens
28、ity)条件：,式中，F为螺杆所受的轴(shaft)向压力（或拉力），T为螺杆所受的扭矩，,滑动螺旋(volution)副(helical pair)的设计(design)(续),滑动螺旋(volution)副(helical pair)的设计(design)(续),3螺母螺牙的强度(intensity)计算,螺牙上的平均压力为：F/u,4螺母外径与凸缘的强度(intensity)计算,5螺杆的稳定性计算,详细说明,详细说明,对于支撑螺母，需要校核螺母本体的强度(intensity)。,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(load)Fcr,其危险截面 a a 的剪切强度(intensity)条件和弯曲强度(intensity)条件分别为：,8.4.1 滚动螺旋(volution)简介,8.4.2 静压螺旋(volution)传动(power screw)简介,
