机械设计课件第五章_螺纹联接和螺旋传动

联接类型与标准件2
螺纹联接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹联接件的结构型式和
尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。（见表5-2）
标准螺纹联接件
螺纹联接的预紧
❖ 预紧力：
纹联接的预紧
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。
❖ 预紧的目的：
提高螺纹联接强度的措施
(a)旋合螺纹的变形示意图 （b）螺纹牙受力分配 螺纹牙的受力
提高螺纹联接强度的措施
提高螺纹联接强度的措施
减小螺栓的刚度：腰状杆螺栓和空心螺栓 增加被联接件的刚度：汽缸采用密封环密封
提高螺纹联接强度的措施
提高螺纹联接强度的措施
减轻应力集中（圆角和卸载结构）
提高螺纹联接强度的措施
问题：普通螺栓联接与铰制孔用螺栓联接有什么区别？
2、双头螺栓联接
螺纹联接的类型与标准联接件
联接类型与标准件1
特点：用于有一联接 件较厚，并经常装拆的 场合，拆卸时只需拧下 螺母即可。
螺纹联接的类型与标准联接件
联接类型与标准件1
3、螺钉联接 特点：用于有一联接件较厚， 且不需经常装拆的场合。
问题：双头螺栓联接与螺钉联接有什么区别？
受力分析的类型：
F
F
M
F
F
OT
ri fF0 fF0
O
1．受横向载荷
2．受转矩
3．受轴向载荷 4．受倾覆力矩
螺栓组联接的设计
1．受横向载荷的螺栓组联接
螺纹联接组的设计3
图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。
（1）对于铰制孔用螺栓联接（图b），每个螺栓所受工作剪力为：
F F
F∑
z
F∑
式中：z为螺栓数目。
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 §5-4 螺纹联接的防松 §5-5 螺纹联接的强度计算 §5-6 螺纹联接组的设计 §5-7 螺纹联接件的材料与许用应力 §5-8 提高螺纹联接强度的措施 §5-9 螺旋传动
螺
二、普通螺纹的主要参数
提高螺纹联接强度的措施
（a）悬置螺母 （b）内斜螺母 （c）环槽螺母 使螺纹牙受力分配较均匀的螺母结构图
避免或减小附加弯曲应力
提高螺纹联接强度的措施
提高螺纹联接强度的措施
（a）承压面倾斜（b）被联接件变形太大 引起附加应力的原因
3、当轴线水平时，可用打乒乓球的动作（攻球）来判断。
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
1、螺栓联接：
（1）普通螺栓联接：
特点：工作时受拉，无需在 被联件上加工螺纹孔，装拆方 便，用于两被联件均不太厚的 场合。
螺纹联接的类型与标准联接件
联接类型与标准件1
（2）铰制孔用螺栓联接： 特点：工作时受剪，除起 联接作用外，还起定位作用。
形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓，其失效
形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。
螺栓联接强度计算的目的是根据强度条
15%
20% 65%
件确定螺栓直径，而螺栓和螺母的螺纹牙及
其他各部分尺寸均按标准选定。
螺栓联接的强度计算主要与联接的装配 情况（预紧或不预紧）、外载荷的性质和材料性能等有关。
❖为了便于加工制造和对称布置螺栓，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成轴对称的简单几何形状。
❖ 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。
❖螺栓布置应使各螺栓的受力合理。 ❖螺栓的排列应有合理的间距、边距。 ❖避免螺栓承受附加的弯曲载荷。
装配图
机械防松：开口销开槽螺母防松
螺纹联接的防松
螺纹联接的防松
机械防松：止动垫片防松
螺纹联接的防松
螺纹联接的防松
机械防松：止动垫片防松
螺纹联接的防松
螺纹联接的防松
正确 错误
机械防松：串联钢丝防松
螺纹联接的6种防松说明
螺纹联接的强度计算
联接的失效形式：主要是指螺纹联接件螺纹的联接失的强效度计。算1 对于受拉螺栓，其失效
防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。按工作原理的不同，防松 方法分为摩擦防松、机械防松等。此外还有一些特殊的防松方法，例如铆 冲防松、在旋合螺纹间涂胶防松等。
摩擦防松：弹簧垫圈防松
摩擦防松：自锁螺母防松
螺纹联接的防松
螺纹联接的防松
摩擦防松：对顶螺母防松
螺纹联接的防松
螺纹联接的防松
开口销
螺栓 开槽螺母
螺纹联接的类型与标准联接件
联接类型与标准件1
4、紧定螺钉联接
特点：螺钉末端顶住 另一零件的表面或相应 凹坑，以固定两个零件 的相互位置，并可传递 不大的力或力矩。
问题：为什么不能传递大的力或力矩呢？
其它：地脚螺栓联接、吊环螺栓联接、T型槽螺栓联接螺纹。
螺纹联接的类型与标准联接件
二、标准螺纹联接件
联接的预紧力F0为：
F0
F1
Cm Cb Cm
F
这时螺栓的总拉力为：
F2
F0
Cb Cb Cm
F
式中： Cb 为螺栓的相对刚度，其取值范围为 0~1。
Cb Cm
静强度条件：
s ca
1.3F2
d12 / 4
s
★承受轴向变载荷的螺栓连接
螺纹联接的强度计算
3．承受工作剪力的紧螺栓联接
螺纹联接的强度计算4
一周所移动的轴向距离，S=nP。
升角y的计算式为：y arctan S arctan nP
d2
d2
接触高度h—内外螺纹旋合后接触面的经向高度
纹
螺纹的类型与特点2
旋向--分为左右旋， 常用右旋。
螺
纹
螺纹的类型与特点2-1
旋向判定：
1、左右手法则 （三要素：手、四指、拇指）
2、当轴线竖直时，左边高则为左旋， 右边高则为右旋。
控制预紧力： 原因：T↑→ F ↑→ 拉断、滑扣
T↓→不能满足工作要求 方法：
1.控制应力或应变 2.控制拧紧力矩 3.控制拧紧力臂 4.测量螺栓伸长量
应变片
控制应力或应变
螺纹联接的预紧
纹联接的预紧
❖ 预紧力和预紧力矩之间的关系：T 0.2F0d
注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(＜M12)的螺栓。
T
T1 T2
a)螺母所 受转矩
以螺母分析：T=T1+T2 T1螺母支承面间的摩擦阻力矩 T2螺纹副间的摩擦力矩
T1
T1
T3
b)螺栓所 受转矩
T4 T3 T4
c)螺栓转 矩图
螺纹联接的防松
螺纹联接一般都能满足自锁条件不会自螺纹动联接的松防松脱。但在冲击、振动或变 载荷作用下，或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可能瞬时消失，导致联接失效。
Z
L2i
i 1
受倾覆力矩的底板螺栓组联接的受 力过程可用右图表示。
螺栓组联接的设计
螺纹联接组的设计7
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：
s Pmax
zF0 A
M W
[s P ]
s Pmin
zF0 A
M W
0
在倾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作点都处于A点。
底板受倾覆力矩后，在轴线 O-O 左侧，螺栓与地基的工作点分别移
影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓 强度。
1、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅。
2、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象。
3、减小应力集中的影响。
4、采用合理的制造工艺。
提高螺纹联接强度的措施
提高螺纹联接强度的措施
(a)减小螺栓的刚度
（b)增大被联接件刚度
减小螺栓应力幅的措施
提高螺纹联接强度的措施
一、松螺栓联接强度计算 二、紧螺栓联接强度计算
s
F
d12 / 4
s
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．承受工作剪力的紧螺栓联接
螺纹联接的强度计算
1．仅受预紧力的紧螺栓联接
螺纹联接的强度计算2
F0
预紧力引起的拉应力：s
F0
4
d12
F
螺牙间的摩擦力矩引 起的扭转剪应力：
根据第四强度理论，
应使Lmin≥1.25d0
螺栓组联接的设计
一、螺栓组联接的结构设计
螺纹联接组的设计1
大多数机械中螺栓都是成组使用的。
在设计螺栓组联接时，关键是联接的结构设计。它是根据被联接件的结 构和联接的用途，确定螺栓数目和分布形式。
各螺栓之间的距离大小既要保证联接的可靠性又要考虑装拆方便，还应 留有足够的扳手空间。
F0
tan(y
v)
d2 2
16
d13
0.5s
F
螺栓在预紧状态下的 s ca s 2 3 2 1.3s
计算应力: 强度条件：
s ca
1.3F0
4
d12
s
F0
当联接承受较大的横向载荷F时，由于要求F0≥F／f（f=0.2），即
F0≥5F ，因而需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径的增加，
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。
防止联接松动
提高联接的紧密性
纹联接的预紧
螺纹联接的预紧
❖ 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%。