第五章 螺纹联接和螺旋传动.ppt

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1、第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动第五章 螺纹联接和螺旋传动教 案一、授课时间：春季一、授课时间：春季二、授课班级（专业）：机械设計制造及自动化专业二、授课班级（专业）：机械设計制造及自动化专业三、计划课时：三、计划课时：100100分钟分钟四、授课题目：螺纹联接与传动四、授课题目：螺纹联接与传动五、课的类型：专业基础课五、课的类型：专业基础课六、教学内容：螺纹联接、强度计算、螺栓组设计六、教学内容：螺纹联接、强度计算、螺栓组设计七、教学目的：使学生深入理解螺纹联接设计的方法、体系。七、教学目的：使学生深入理解螺纹联接设计的方法、体系。八、重点、难点：强度计算、螺栓组设计。八、

2、重点、难点：强度计算、螺栓组设计。九、各部分内容时间分配：第九、各部分内容时间分配：第1-41-4节（节（5050分钟）分钟）第第5 5节（节（2020分钟）分钟）第第6-96-9节（节（3030分钟）分钟）十、教學進程（下頁）十、教學進程（下頁）第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动5-1螺纹一、螺纹的分类一、螺纹的分类一、螺纹的分类一、螺纹的分类 1 1 按螺纹按螺纹在轴向剖面内的形状在轴向剖面内的形状在轴向剖面内的形状在轴向剖面内的形状 ，分为矩形螺纹、，分为矩形螺纹、三角形螺纹、梯形螺纹及锯齿形螺纹。三角形螺纹、梯形螺纹及锯齿形螺纹。矩形螺纹矩形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹三角

3、形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹2按螺纹旋线绕行的方向，分为右旋螺纹和左旋螺纹。只有在特殊需要时，才采用左螺纹。比如煤汔罐等危险设备中使用的螺纹3 3 按螺纹按螺纹 的线数的线数的线数的线数 ，分为，分为 单线螺纹单线螺纹和和多线螺纹多线螺纹。二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数 要区分不同的螺纹，就要掌握说明螺纹特点的一些参数。要区分不同的螺纹，就要掌握说明螺纹特点的一些参数。以广泛应用的圆柱普通螺纹为例，螺纹的主要参数如下：以广泛应用的圆柱普通螺纹为例，螺纹的主要参数如下：5-2螺纹联接的类型和标准联接件一、螺纹联接的类型一、螺纹联接的类型一、螺纹联接的

4、类型一、螺纹联接的类型 一、一、一、一、螺栓联接螺栓联接螺栓联接螺栓联接 螺纹联接的一般形式，这种联接用于被联接件不太厚螺纹联接的一般形式，这种联接用于被联接件不太厚和便于加工通孔的场合。可以分为：和便于加工通孔的场合。可以分为：1 1、普通螺栓联接；、普通螺栓联接；2 2、铰制孔用螺栓联接、铰制孔用螺栓联接 二、二、二、二、双头螺柱联接双头螺柱联接双头螺柱联接双头螺柱联接 这种联接用于被联接件之一很厚，不便于加工成通孔。这种联接用于被联接件之一很厚，不便于加工成通孔。而又经常拆卸的场合。而又经常拆卸的场合。三、三、三、三、螺钉联接螺钉联接螺钉联接螺钉联接 这种联接适用于被联接件之一太厚，且不

5、经常装拆这种联接适用于被联接件之一太厚，且不经常装拆的场合。的场合。四、四、紧定螺紧定螺钉联接钉联接 这种联接用于传递的力或力不大的场合。五、五、五、五、T T 型槽螺栓型槽螺栓型槽螺栓型槽螺栓 主要用于工装设备中的工装零件与工装机座的联接主要用于工装设备中的工装零件与工装机座的联接五、吊环螺钉五、吊环螺钉五、吊环螺钉五、吊环螺钉主要装在机器或大型零、部件的顶盖或外壳上，以便于对主要装在机器或大型零、部件的顶盖或外壳上，以便于对设备实施起吊。设备实施起吊。六、地脚螺栓六、地脚螺栓六、地脚螺栓六、地脚螺栓主要应用于将机座或机架固定在地基上的联接。使用前，主要应用于将机座或机架固定在地基上的联接。

6、使用前，应将地脚螺栓预埋在地基内。应将地脚螺栓预埋在地基内。二、标准螺纹联接件1、普通六角头螺2、螺钉3、双头螺柱4、螺母5、垫圈6、自攻螺钉 国家标准规定，螺纹联接件分为三个精度等级，其代号国家标准规定，螺纹联接件分为三个精度等级，其代号国家标准规定，螺纹联接件分为三个精度等级，其代号国家标准规定，螺纹联接件分为三个精度等级，其代号为、级。级精度最高，用于要求配合精确、防为、级。级精度最高，用于要求配合精确、防为、级。级精度最高，用于要求配合精确、防为、级。级精度最高，用于要求配合精确、防止振动等重要零件的联接；级多用于受载较大且经常装止振动等重要零件的联接；级多用于受载较大且经常装止振动等

7、重要零件的联接；级多用于受载较大且经常装止振动等重要零件的联接；级多用于受载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的联接；级精度多用于一般的螺拆、调整或承受变载荷的联接；级精度多用于一般的螺拆、调整或承受变载荷的联接；级精度多用于一般的螺拆、调整或承受变载荷的联接；级精度多用于一般的螺纹联接。常用的标准螺纹联接件通常选用级精度纹联接。常用的标准螺纹联接件通常选用级精度纹联接。常用的标准螺纹联接件通常选用级精度纹联接。常用的标准螺纹联接件通常选用级精度。5-3螺纹联接的预紧一一 预紧力预紧力：螺纹在承受工作载荷前一般需拧紧，此时螺栓受到力称预紧力。一般规定，拧紧后螺纹联接件的预紧力不应超过其材料屈服极

8、限s的80%。二二二二 预紧目的预紧目的预紧目的预紧目的：提高联接的可靠性、紧密性和防松能提高联接的可靠性、紧密性和防松能力力;增大联接中接合面的正压力，使被联接件不产生增大联接中接合面的正压力，使被联接件不产生相对滑动。相对滑动。三三三三 预紧力的控制预紧力的控制预紧力的控制预紧力的控制：通过测力矩扳手和定力矩扳手控通过测力矩扳手和定力矩扳手控制扳手力矩大小。制扳手力矩大小。5-4螺纹联接的防松螺纹联接一般具有螺纹联接一般具有自锁性自锁性。螺母及螺栓头部的支撑面上的摩擦力也有防松作用，螺母及螺栓头部的支撑面上的摩擦力也有防松作用，故拧紧后一般不会松脱。故拧紧后一般不会松脱。冲击、振动或变载荷

9、作用下，以及在高温或温度变化冲击、振动或变载荷作用下，以及在高温或温度变化较大时，螺纹钢之间的摩擦力会顺时减小或消失，联接就较大时，螺纹钢之间的摩擦力会顺时减小或消失，联接就可能松动。可能松动。防松的关键就是防防松的关键就是防松螺旋钢的相对转动。松螺旋钢的相对转动。一、一、摩擦防松摩擦防松1、弹簧垫圈2、对顶螺母3、自锁螺母二、二、机械防松机械防松1、止动垫圈2、串联钢丝3、开口销与六角螺母5-5螺纹联接的强度计算强度计算方法。强度计算方法。螺栓的受力形式主要是轴向受拉或横向受剪。轴向螺栓的受力形式主要是轴向受拉或横向受剪。轴向受拉时有松螺栓联接与紧螺栓联接两种情况。受拉时有松螺栓联接与紧螺栓

10、联接两种情况。（一）松螺栓联接：（一）松螺栓联接：（一）松螺栓联接：（一）松螺栓联接：1 1、特点：在承受工作载荷前，螺栓不受力，在工作时则、特点：在承受工作载荷前，螺栓不受力，在工作时则只承受轴向工作载荷只承受轴向工作载荷F F作用。此联接可能发生的失效形式为螺作用。此联接可能发生的失效形式为螺栓杆的抗断。栓杆的抗断。2 2、强度条件强度条件：式中式中F-F-轴向工作载荷（轴向工作载荷（N N）；）；d1-d1-螺栓小径（螺栓小径（mmmm）；）；-松螺栓联接时的松螺栓联接时的 评用抗应力评用抗应力评用抗应力评用抗应力 ，求出求出d1d1后，应按螺纹标准选取螺纹公称直径后，应按螺纹标准选取螺

11、纹公称直径d d(二二二二)受轴向外载荷的紧螺栓联接的强度计算受轴向外载荷的紧螺栓联接的强度计算受轴向外载荷的紧螺栓联接的强度计算受轴向外载荷的紧螺栓联接的强度计算 紧螺栓联接在装配撕需要拧紧螺母，因此在未受到工作紧螺栓联接在装配撕需要拧紧螺母，因此在未受到工作载荷前就已受到预紧力载荷前就已受到预紧力FF的作用。根据工作时受到的工作载的作用。根据工作时受到的工作载荷不同，有：荷不同，有：1 1、仅受预紧力作用的经螺栓联接仅受预紧力作用的经螺栓联接仅受预紧力作用的经螺栓联接仅受预紧力作用的经螺栓联接 ：1 1、特点：外载荷、特点：外载荷FaFa靠装配时拧紧螺母后在被联接件接靠装配时拧紧螺母后在被

12、联接件接合面之间产生的摩擦力来传递，根据接合面不发生滑动的力合面之间产生的摩擦力来传递，根据接合面不发生滑动的力平衡条件。平衡条件。2 2、同时受预紧力和轴向载荷的紧螺栓联接、同时受预紧力和轴向载荷的紧螺栓联接、同时受预紧力和轴向载荷的紧螺栓联接、同时受预紧力和轴向载荷的紧螺栓联接 ：一、一、受力分析受力分析受力分析受力分析 1 1、压力容器中压强、压力容器中压强P P对每个螺栓产生的轴向工作载荷对每个螺栓产生的轴向工作载荷 2 2、未拧紧未受工作载荷时螺栓情况、未拧紧未受工作载荷时螺栓情况 3 3、拧紧后未受工作载荷时螺栓受预紧力、拧紧后未受工作载荷时螺栓受预紧力FF作用作用 4 4、拧紧后

13、受工作载荷时螺栓受到总拉力、拧紧后受工作载荷时螺栓受到总拉力F0F0作用作用二、二、强度条件强度条件强度条件强度条件 ：由于螺栓杆上受的是总拉力由于螺栓杆上受的是总拉力F0F0，故联接的失效形式仍是螺故联接的失效形式仍是螺栓杆断裂。若计入扭转切应力的影响，设计式。栓杆断裂。若计入扭转切应力的影响，设计式。3 3、受横向载荷的紧螺栓（绞制孔向螺栓）的强度计算、受横向载荷的紧螺栓（绞制孔向螺栓）的强度计算、受横向载荷的紧螺栓（绞制孔向螺栓）的强度计算、受横向载荷的紧螺栓（绞制孔向螺栓）的强度计算 ：1 1、特点：绞制孔用螺栓联接一般均需拧紧，由预紧力产、特点：绞制孔用螺栓联接一般均需拧紧，由预紧力

14、产生的拉应力对联接强度的生的拉应力对联接强度的 影响可以不计影响可以不计2 2、螺栓杆收横向工作载荷、螺栓杆收横向工作载荷FRFR时，剪切强度条件为：时，剪切强度条件为：3 3、螺栓杆或孔壁的挤压，强度条件为：、螺栓杆或孔壁的挤压，强度条件为：5-6螺栓组联接的设计螺栓组联接设计的主要内容包括螺栓组联接设计的主要内容包括结构设计和结构设计和受力分析受力分析。一、螺栓组的结构设计一、螺栓组的结构设计一、螺栓组的结构设计一、螺栓组的结构设计 主要目的：合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置主要目的：合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配

15、。形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。螺栓布置结构设计要注意以下几点：螺栓布置结构设计要注意以下几点：1 1、螺栓的布置应使各螺栓的、螺栓的布置应使各螺栓的 受力合理受力合理 2 2、螺栓的排列应有螺栓的排列应有合理的间距、边距合理的间距、边距分布在同一圆周上的螺分布在同一圆周上的螺栓数目应取成栓数目应取成偶数偶数，以便于分度和画线，以便于分度和画线 3 3、同一螺栓组中螺栓的、同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均应相同材料、直径和长度均应相同 4 4、结构设计上、结构设计上 避免螺栓承受附加的弯曲载荷避免螺栓承受附加的弯曲载荷二、二、二、二、螺栓组联接受力分析螺栓组联接受

16、力分析螺栓组联接受力分析螺栓组联接受力分析 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。算。受力分析时所作假设：受力分析时所作假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受载后联接接合面仍保持为平面。受载后联接接合面仍保持为平面。受力分析的类型受力分析的类型：n n受横向载荷受横向载荷 n n受扭矩受扭矩 n n受轴

17、向载荷受轴向载荷 n n受倾覆力矩受倾覆力矩 5-7螺纹联接件的材料及许用应力一、螺纹联接件的材料一、螺纹联接件的材料一、螺纹联接件的材料一、螺纹联接件的材料 国家标准推荐的标准螺纹联接件常用材料有低碳国家标准推荐的标准螺纹联接件常用材料有低碳钢（钢（Q215Q215、1010钢）、中碳钢（钢）、中碳钢（Q235Q235、3535钢、钢、4545钢）和合金钢（钢）和合金钢（15Cr15Cr、40Cr40Cr、30CrMnSi30CrMnSi）。）。对用于特殊用途（防磁、导电）的螺纹联接件也有用特殊对用于特殊用途（防磁、导电）的螺纹联接件也有用特殊钢、铜合金或铝合金等。钢、铜合金或铝合金等。普通

18、垫圈的材料，推荐采用普通垫圈的材料，推荐采用 Q235Q235、1515钢、钢、3535钢，弹簧垫圈用钢，弹簧垫圈用 65Mn65Mn制造，并经热处理和表面处理。制造，并经热处理和表面处理。二、螺纹联接的许用应力二、螺纹联接的许用应力二、螺纹联接的许用应力二、螺纹联接的许用应力 由于载荷性质的不同，螺纹联接中可能存在着拉应力、切由于载荷性质的不同，螺纹联接中可能存在着拉应力、切由于载荷性质的不同，螺纹联接中可能存在着拉应力、切由于载荷性质的不同，螺纹联接中可能存在着拉应力、切应力或挤压应力。相应的许用应力的确定应考虑螺纹联接件应力或挤压应力。相应的许用应力的确定应考虑螺纹联接件应力或挤压应力。

19、相应的许用应力的确定应考虑螺纹联接件应力或挤压应力。相应的许用应力的确定应考虑螺纹联接件的性能等级、载荷性质、安全系数等因素。的性能等级、载荷性质、安全系数等因素。的性能等级、载荷性质、安全系数等因素。的性能等级、载荷性质、安全系数等因素。许用拉应力许用拉应力许用拉应力许用拉应力 许用切应力许用切应力许用切应力许用切应力 许用挤压应力许用挤压应力许用挤压应力许用挤压应力5-8提高螺纹联接强度的措施影响螺栓强度的因素很多，主要涉及到螺纹牙的载荷分配、影响螺栓强度的因素很多，主要涉及到螺纹牙的载荷分配、应力变化幅度、应力集中、附加应力、材料的力学性能和制应力变化幅度、应力集中、附加应力、材料的力学

20、性能和制造工艺等方面。提高螺栓强度的措施：造工艺等方面。提高螺栓强度的措施：降低影响螺栓疲劳强度的应力幅降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 改善螺纹牙上载荷分布不均的现象改善螺纹牙上载荷分布不均的现象 减小应力集中的影响减小应力集中的影响 采用合理的制造工艺采用合理的制造工艺 5-9螺旋传动螺旋传动的类型、特点和应用螺旋传动的类型、特点和应用螺旋传动的类型、特点和应用螺旋传动的类型、特点和应用 螺旋传动主要用来将回转运动变为直线运动，同时传递螺旋传动主要用来将回转运动变为直线运动，同时传递运运动和动力动和动力。通常由螺杆、螺母、机架及其它附件组成，应用。通常由螺杆、螺母、机架及其它附件组成，应用十分

21、广泛。十分广泛。按使用要求不同按使用要求不同按使用要求不同按使用要求不同，分为以下三种类型。，分为以下三种类型。一、传力螺旋：主要用以传递动力。一、传力螺旋：主要用以传递动力。二、传导螺旋：主要用以传递运动二、传导螺旋：主要用以传递运动 三、调整螺旋：主要用以调整、固定零件的相对位置。三、调整螺旋：主要用以调整、固定零件的相对位置。滑动螺旋传动的设计计算滑动螺旋传动的设计计算滑动螺旋传动的设计计算滑动螺旋传动的设计计算 螺旋传动根据接触面的摩擦性质，可分为滑动螺旋传动、螺旋传动根据接触面的摩擦性质，可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动。这里介绍滑动螺旋传动螺旋的设计计算方法。滚动螺旋传动。这里介绍滑动螺旋传动螺旋的设计计算方法。传力螺旋：进行螺纹耐磨性计算和强度计算，再验算传力螺旋：进行螺纹耐磨性计算和强度计算，再验算其它条件；其它条件；传导螺旋：进行螺纹耐磨性计算和刚度计算；传导螺旋：进行螺纹耐磨性计算和刚度计算；受压的长螺杆：验算其稳定性。受压的长螺杆：验算其稳定性。