螺纹连接与螺旋传动

1.3 × 4 F0 σ= ≤ [σ ] 2 πd 1 5.2 F0 d1 ≥ π [σ ]
（2）. 受横向外载荷的紧螺栓连接 1) 受力分析 如图6-11所示的普通螺栓连接, 被连接 件承受垂直于轴线的横向载荷FR。 因螺栓杆与螺栓孔间有间隙, 故螺栓不 , 直接承受横向载荷FR, 而是预先拧紧螺栓, 使 被连接零件表面间产生压力F0, 从而使被连接 件接合面间产生的摩擦力来承受横向载荷。
二、机械效率 1、机械效率：输出功和输入功的比值，反映了输入功 、机械效率 在机械中有效利用的程度，称为机械效率, 通常用η表示。 2、效率以功的形式表达 、效率以功的形式表达： 3、效率以功率形式表达 、 将各功除以时间t则得Nd＝Nr ＋Nf 或 其中Nd、Nr 、Nf分别为输入功率、输出功率与损耗功率。
F0 fzm ≥ K f FR F0 ≥ K f FR fzm
式中, FR为横向外载； F0为每个螺栓的预紧力； f为被连接件表面的摩擦系数, 见表6-2； z为螺栓 连接的个数； m为接合面数(图6-11中, m=2)； Kf 为过载系数, 通常取 Kf=1.2。
表6-2 连接接合面间的摩擦系数 f
三、机械的自锁 由于机械中总存在着损失功，所以机械效率η＜1。 若机械的输入功全部消耗于摩擦，结果就没有有用功 输出，则η=0。若机械的输入工不足以克服摩擦阻力 消耗的工，则η ＜0。在这种情况下不管驱动力多大 都不能使机械运动，机械发生自锁。因此机械自锁的 条件是η≤0，其中η=0为临界自锁状态，并不可靠。
6.2.4螺纹连接的基本类型
表6-1
6.2.4螺纹连接的基本类型
表6-1
螺纹连接件实物
6.3螺纹连接的预紧与放松 6.3.1螺纹连接的预紧 一般螺纹连接在装配时都必须拧紧, 使连接 件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。 预紧的目的是增大连接的 紧密性、 可靠性和防松能力。 拧紧时, 用扳手施加拧紧力矩M, 以克服螺 纹副中的阻力矩M1和螺母支承面上的摩擦阻力矩 M2, 故拧紧力矩 (12 - 1) M=M1+M2
6.4.1、受拉螺栓连接 、 1、松螺栓联接 、 这种联接在承受 工作载荷以前螺栓不 旋紧，即不受力。如 图6-10所示的起重吊 钩尾部的松螺栓联接。
图 6-10
设螺栓所受的最大轴向载荷为F, 则强度条件为
4F σ = 2 ≤ [σ ] πd1 4F d1 ≥ π [σ ]
式中, d1为螺栓小径, 单位为mm； ［σ］为松螺纹连接许用应力, 单位为MPa。
大多数情况下, 螺栓连接都是成组使用的, 在进 行螺栓组连接强度计算时, 一般先根据连接的工 作情况, 找出受力最大的螺栓和它的工作载荷, 然后计算这个螺栓的直径。 而其他受力较小的 螺栓也都采用与其相同的尺寸。 所以, 单个螺 栓连接强度计算是螺栓组强度计算的基础。
大多数情况下螺栓的尺寸都是按经验、 规 范来确定的。 对于重要的螺栓连接, 如发 动机中的连杆螺栓、 汽缸上受载的双头螺 柱、 高温高压容器盖的连接螺栓、 重载 法兰连接螺栓等, 则必须进行强度计算。 螺栓的强度计算主要是确定螺纹的小径d1, 然后按标准选取螺纹的公称直径d等尺寸。
4、效率以力或力矩的形式表达 、 设P为驱动力，Q为生产阻力，vP和vQ分别为P和Q的作用 点沿该力作用线方向的速度，于是可得
理想机械：指没有摩擦的机械。 理想机械
理想驱动力：指理想机械中为了克 理想驱动力 服同样的生产阻力Q，所需的驱动 力P0。
理想机械的效率η 理想机械的效率 0： 即
于是得机械效率的力表达式 机械效率的力表达式： 机械效率的力表达式 同理推得效率得力矩表达式为： 统一形式 ：
2、紧螺栓连接 （1）只受预紧力的紧螺栓连接 紧螺栓连接在承受工作载荷之前必须预紧, 因此, 螺栓一方面受拉, 另一方面因螺纹副中摩擦阻力矩的作 用而受扭, 故在危险截面上既有拉应力, 又有受扭矩而 产生的切应力。 螺栓常用塑性材料, 根据第四强度理 论, 其螺栓部分的强度仍按拉伸强度公式计算, 考虑到 扭转切应力的影响, 把螺栓所受的轴向拉应力增加30%, 即变为1.3倍, 因此, 螺栓的强度条件和设计计算公式可 简化为
图 6 - 15 螺栓与被连接件的受力与变形
表6-3 剩余预紧力F′0的取值范围
螺栓杆的剪切强度条件及螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：
式中：F-----单个螺栓承受的横向载荷(N)； d0------螺栓杆的直径(mm)； m-----螺栓受剪切面的个数； [τ]-----螺栓的许用剪应力(MPa)； δmin-----被联接件孔壁的最小轴向长度(mm)，取 δmin≈1.25d0； [σ]p-----螺栓或孔壁材料的许用挤压应力(MPa),见表；材料 不同时取最弱者。
1、摩擦防松
对顶螺母
弹簧垫圈
自锁螺母
图 6-7
2、机械防松
止动垫圈 开口销与槽形螺母 图 6-8
2、机械防松
串联钢丝 图 6-9
止动垫圈
6.4单个螺栓连接的强度计算 螺栓连接的受载形式很多, 但对单个螺栓(包括双 头螺柱和螺钉)来说主要有两类: 一为外载荷沿螺栓轴 线方向, 称为轴向载荷； 二为外载荷垂直于螺栓轴线 方向, 称为横向载荷。 当传递轴向载荷时, 螺栓受轴向 拉力, 称为受拉螺栓。 螺栓连接可分为不预紧的松连 接和有预紧的紧连接。 当传递横向载荷时, 一种是普 通螺栓连接, 靠预紧力在被连接件间产生的摩擦力传递 横向载荷, 螺栓仍受轴向拉力； 另一种是铰制孔螺栓 连接, 工作时螺杆受剪, 杆壁和孔壁互相挤压来传递载 荷, 称为受剪螺栓。
当如图6 - 14所示的气缸内通入气体后, 螺栓又受到轴 向外载荷F的作用, 由于螺栓中总拉力由F0增至FΣ, 螺 栓比预紧状态时增加伸长变形δ2, 被连接件则要回弹 变形δ2。 由于被连接件压缩变形量减小, 故其所受压 力将减小, 不是原来的预紧力F0了, 而变成减小后的剩 余预紧力F′0, 由此可知, 螺栓受轴向载荷F后, 螺栓所 受的总拉力FΣ为工作拉力F与剩余预紧力F′0之和, 即 FΣ=F+F0 剩余预紧力F′0的值可参照表6-3选取。
第6章 螺纹连接与螺旋传动 章 6.1 6.2 6.3 6.4 运动副的摩擦 螺纹连接的基本知识 螺纹连接的预紧与防松 单个螺栓连接的强度计算
6.1运动副的摩擦 6.1.1移动副中的摩擦力
6.1.2机械效率及自锁 一、机械功 1、驱动功(输入功 、驱动功 输入功 输入功)：作用在机械上的驱动力所 作的功为驱动功(即输入功)Wd； 2、有效功 输出功）：克服生产阻力所作的功为 输出功） 、有效功(输出功 有效功(输出功)Wr； 3、损耗功 、损耗功：克服有害阻力所作的功为损耗功Wf。 它们之间的关系为Wd＝Wr ＋Wf
螺纹副间的摩擦力矩为
d2 M 1 = F ′ tan( λ + υ ) 2
(12 - 2)
式中, F′为预紧力, 单位为N； d2为螺纹中径, 单位为mm； d为螺纹公称直径, 单位为mm； λ为螺纹升角； φυ当 量摩擦角。 对于M10~M68的粗牙普通螺纹, 无润滑时取 M≈0.2F′d (12 - 3)
图6-11 普通螺栓连接
受横向载荷的紧螺栓连接预紧后
摩擦 面数m=1 图 6-12
摩擦 面数m=2
受横向载荷的紧螺栓连接加载后
摩擦 面数m=1 图 6-13
摩擦 面数m=2
若摩擦力之总和大于或等于横向载荷FR, 则被连 接件间不会相互滑移, 故可达到连接的目的。 因 此, 每个连接作用于被连接件间的压力即预紧力 F0, 其大小可由下式算出:
图 6-5 测力矩扳手
图 6-6 定力矩扳手
6.3.2螺纹连接的防松 在静载荷作用下, 连接螺纹升角较小, 能满足自 锁条件。 但在受冲击、 振动或变载荷以及温度变化 大时, 连接有可能自动松脱, 容易发生事故。 因此, 在 设计螺纹连接时, 必须考虑防松问题。 防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动。 按工作原理分有三种防松方式: 利用摩擦力防松； 利 用机械元件直接锁住防松； 破坏螺纹副的运动关系防 松。 常用防松方法如图6-7 ，6-8，6-9所示。
6.2.2螺纹的主要参数 以图6-1所示圆柱普通螺纹为例
图 6-1
6.2.3螺纹连接的分类及应用 如图6-2所示，螺纹按其牙型角可分为三 角螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹。三角螺纹主 要用于联接；矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用 于传动。用于联接的三角螺纹又有普通螺纹， 英制螺纹以及用于管路系统联接的圆柱螺纹， 即管螺纹。在上述各种螺纹中，除矩形螺纹外， 均已标准化。普通螺纹的螺距和基本尺寸见表 （略）。
普遍螺纹即米制三角形螺纹，其牙型角为60度，同 一公称直径下有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺 纹，其余为细牙螺纹。 如图6-3所示
图 6-3
6.2.4螺纹连接的基本类型 1、螺栓连接 2、双头螺柱连接 3、螺钉连接 4、紧定螺钉连接 详细内容见表6-1
螺栓连接
双头螺柱连接 图 6-4
螺钉连接
6.1.3螺旋机构的效率
当以力矩M拧紧螺母是，相当与滑块在驱动力P作 用下克服阻力Q沿斜面等速上升。
当拧松螺母时，相当与滑块在力P’作用下下滑。
6.2螺纹连接的基本知识 螺纹连接的基本知识 6.2.1 常用螺纹的类型 常用螺纹的类型主要有普通螺纹、 管螺纹 圆锥 螺纹、 矩形螺纹、 梯形螺纹、 锯齿形螺纹等, 前三种主 要用于连接, 后三种主要用于传动。 起连接作用的螺纹称 为连接螺纹, 起传动作用的螺纹称为传动螺纹。 标准螺纹 的基本尺寸可查阅有关标准。
（3）、受轴向载荷的紧 螺栓连接 1) 受力分析 图6 - 14所示的气 缸盖螺栓连接, 即承受轴 向外载荷的紧螺栓连接， 其受力分析见图6 - 15。 未拧紧时, 螺栓与被连接 件皆不受力。 拧紧后, 螺 栓受预紧力F0, 而被连接 件则受预紧压力F0的作用, 且产生压缩变形δ1。 图 6-14