螺纹连接和螺旋传动

第五章 螺纹联接和螺旋传动主要内容：1.联接的基础知识螺纹及螺纹联接的类型、特性、标准、结构、应用及防松方法等。

2.螺纹连接设计及强度计算结构设计原则，强度计算理论和方法，螺栓组受力分析和设计。

3.螺旋传动滑动螺旋传动与螺纹联接的异同点，螺旋传动性能（效率、自锁等）对螺纹造型的要求及主要零件（螺杆、螺母）的设计计算方法。

重点和难点：1.螺栓组受力分析2.承受轴向拉伸载荷的紧螺栓联接的强度计算§1 螺纹一、螺纹的分类按功用⎩⎨⎧传动螺纹联接螺纹按牙形⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧锯齿形梯形矩形管螺纹普通螺纹三角形⎩⎨⎧按螺旋线旋向⎩⎨⎧左旋右旋按螺旋线线数⎩⎨⎧多线单线二、螺纹的主要参数1．大径d 公称直径，标注用。

2．小径d 1 强度计算用。

3．中径d 2 几何计算、受力分析用。

4．线数n5．螺距p 相邻两个牙型上对应点的轴向距离。

6．导程s 同一螺旋线转一周所移动的轴向距离。

7．升角Ψ 2121d np tg d s tg ππψ--==8．牙型角α 9．牙型斜角β10．接触高度h 内外螺纹旋合后接触面的径向高度。

三、常用螺纹的特点和应用§2 螺纹副的受力分析、效率和自锁一、滑块在斜面上的受力分析、效率和自锁1． 上升（水平驱动力作用下）实际：0=++R Q P()ϕψ+⋅=tg Q P理想：F=0ψtg Q P ⋅=0 效率：()ϕψψη+==tg tg P P 0 2． 下降（自重作用下）平衡条件：⎪⎩⎪⎨⎧⋅=⋅≥⋅=N f F Q F Q N ψψsin cos自锁条件：ϕψ=⋅≤-f tg1└摩擦角二、螺纹副的受力分析、效率和自锁f →f v ф→фv如矩形螺纹⎩⎨⎧==ϕϕv v ff三角形螺纹⎪⎩⎪⎨⎧⋅==-vv v f tg f f 12cos ϕα ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤+=+⋅=v v v tg tg tg ϕϕϕψψηϕψ自锁条件：效率：驱动力：Q P 三、讨论1． Ψv 一定时，则当Ψ=45º-2vψ时，效率最高；2． 当Ψ≤45º-2vψ时，Ψ→ η↑ 传动螺纹：多用多线↘自锁可能性↓ 联接螺纹：单线、细牙3．当ψ一定时，工作面β↑→ φV ↑→η↓↘自锁可能性↑传动螺纹：采用小β螺纹，如矩形、锯齿形、梯形。

联接螺纹：采用大β螺纹，如三角形。

§3 螺纹联接的类型和标准联接件 一、螺纹联接的基本类型1． 螺栓联接⎩⎨⎧铰制孔用螺栓联接普通螺栓联接2． 双头螺栓联接3． 螺钉联接 4． 紧定螺钉联接除上述四种基本螺栓联接外，还有一些特殊结构的联接，如地脚螺栓、吊环螺栓、T 型槽螺栓联接等。

二、标准螺纹联接件⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧垫圈螺母双头螺拴螺栓常见 联接件精度等级：A 级精度：精度高，用于要求配合精确、防止振动等重要零件的联接。

B 级精度：受载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的联接。

C 级精度：一般联接，最常用。

§4 螺纹联接的预紧和防松 一、预紧预紧目的：增强联接的可靠性和紧密性，防止受载后联接间出现缝隙或发生相对滑移。

适当预紧有利于联接的可靠性和疲劳强度。

预紧方法：借助测力矩扳手或定力矩扳手等工具，通过控制拧紧力矩来控制预紧力的大小，达到预紧的目的。

（常用）预紧力：()()⎪⎩⎪⎨⎧⋅≤⋅≤116.0~5.07.0~6.0 A Q A Q s p s p σσ合金钢螺栓碳素钢螺栓拧紧力距：T=T 1+T 2∟螺母支撑面上的摩擦力矩∟螺纹副阻力矩()v p tg d Q d P T ϕψ+⋅⋅=⋅=22221 2f p c r Q f T ⋅⋅=└摩擦半径： 22033031d D d D r f --⋅= ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⋅++⋅=2020303023221d D d D f tg d Q T c p νϕψ 对于常用的M10～M68粗牙普通钢制螺纹，T 的平均值：d Q T p ⋅⋅≈2.0二、防松防松目的：防止在冲击、振动、变载等作用下发生螺纹副的相对转动，以保证联接的可靠性。

防松方法：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧化学防松铆冲防松串联钢丝止动垫圈开槽螺母开口销机械防松自锁螺母弹簧垫圈对顶螺母摩擦防松§5 单个螺栓联接的强度计算螺栓的受载状态⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧→⎩⎨⎧→剪断压溃螺栓杆或孔壁横向力断裂塑性变形螺栓杆或螺栓轴向力设计准则⎩⎨⎧剪切强度。

接的挤压强度和螺栓的受剪螺栓：保证螺栓联度。

静力（或疲劳）拉伸强受拉螺栓：保证螺栓的一、松螺栓联接强度计算工作前，螺母不拧紧，螺栓不受力→松强度条件：[][]σπσπσFd F4d 4121≥≤=或二、紧螺栓联接强度计算工作前，螺母拧紧，螺栓被预紧→紧 螺栓受载：拉伸与扭转的复合应力状态。

214d Q p⋅=πσ()56.016216312311≈⋅⋅+⋅=⋅=d d tg Q d T p πϕψπτν根据第四强度理论： ()36.15.0332222≈+=+=σστσσca可见，紧螺栓联接在拧紧时虽同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可只按拉伸计算。

此时，只要将所受拉力增大30%来考虑受扭转的影响即可。

1． 仅受预紧力的紧螺栓联接强度条件：[]σπσ≤⋅=21413d Q pca不滑移条件：fF Q p ≥2． 承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接静强度条件： [][]σπσπσQdQca 3.14d 43.1121⨯≥≤⋅=或疲劳强度条件：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=-=→⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⋅=⋅=2244minmax minmax21min21max σσσσσσπσπσm a p d Q d Q ()()()S K K S a tc ca ≥++-+=-min min122σσψσψσσσσσ无缝隙条件：mb bpp C C C Q Q +-=≥'1F0max 或 3． 承受工作剪力的紧螺栓联接强度条件[][]⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤⋅=≤⋅=τπτσσ2min 0p 4Fd L d F p 剪切强度条件挤压强度条件§6 螺栓组联接的设计螺栓布置形式 螺栓数目 螺栓联接结构一、螺栓组联接的结构设计考虑以下几方面： 1． 便于加工、装拆；2． 使各螺栓受力合理，联接接合面受力均匀； 3． 螺栓的排列应有合理的间距、边距；4． 分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8等偶数； 5． 避免螺栓承受偏心载荷。

二、螺栓组联接的受力分析受力分析→受力最大的螺栓的受力→按单个螺栓强度计算螺栓尺寸→螺栓组 1． 受横向载荷的螺栓组联接普通螺栓联接：靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷。

iZ f FK Q F K i Z Q f ZF F s p s p ⋅⋅⋅≥→⋅≥⋅⋅⋅=∑∑∑→防滑系数K s =1.1～1.3铰制孔用螺栓联接：靠螺栓受剪切和挤压来抵抗横向载荷。

2． 受转矩的螺栓组联接普通螺栓联接：()∑=⋅=+++⋅≥⋅≥+++zi is z s p s z p p p r f TK r r r f T K Q TK r fQ r fQ r fQ 12121铰制孔用螺栓联接：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⋅=∑=Z i i i i iT F F r F r F 1max max ∑=⋅=zi i r r T F 12maxmax 3． 受轴向载荷的螺栓组联接 Z F F ∑=4． 受倾覆力矩的螺栓组联接⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⋅=∑=z i i i iiM L F L F LF 1max max ∑=⋅=zi i L L M F 12max max 防止接合面受压最大处被压溃和受压最小处出现间隙，应保证：[]⎪⎩⎪⎨⎧≥∆-=≤∆+=0max min max max p p p pp p p σσσσσσσ因为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅⋅=∆⋅=W MC C C M W A Q Z m b m p p p 1max σσ所以⎩⎨⎧[]minmax ≥-⋅=≤+⋅=WM A Q Z WMA Q Z p p ppp σσσ§7 螺纹联接件的材料及许用应力 一、材料 二、许用应力§8 提高螺栓联接强度的措施 一、降低螺栓的应力幅C b ↓→бa ↓ :采用细杆或空心杆螺栓 C m ↑→бa ↓ :不用垫片或硬金属垫片 C b ↓,C m ↑→бa ↓二、改善螺纹牙上的载荷分布采用⎪⎩⎪⎨⎧均载、减振钢丝螺套内斜螺母减小螺距差受拉螺母三、减少应力集中的影响采用⎪⎩⎪⎨⎧卸载结构退刀槽较大过渡圆角四、采用合理的制造工艺方法采用⎩⎨⎧滚压螺纹冷墩头部§9 螺旋传动简介一、螺旋传动的类型和应用回转运动⇔直线运动按用途⎪⎩⎪⎨⎧仪表中的微调螺旋调整螺旋机床进给机构中的螺旋传导螺旋如千斤顶中的螺旋传力螺旋按摩擦性质⎪⎩⎪⎨⎧静压螺旋滚动螺旋滑动螺旋二、滑动传力螺旋的设计计算1． 材料选择要求：强度、耐磨、减摩材料：()⎩⎨⎧螺母：铸铁、青铜碳素钢、合金钢、、、、、螺杆： 40654535A 53 r n C M A2． 工作能力计算1） 耐磨性计算[]p Hh d QPu h d Q p ≤⋅⋅=⋅⋅=22ππ令 2d H=ψ （一般Ψ=1.25～3.5） 则[]p h Qtd ψπ≥22） 螺杆强度计算[]στσσ≤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫⎝⎛=+=222233T ca W T A Q 或[]σσ≤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=212431d T Q A ca3） 螺纹牙强度计算剪切强度 []τπτ≤=Dbu Q弯曲强度 []b b uDb Qlσπσ≤=26 4） 螺母（外径）与凸缘的强度计算螺母：拉伸强度()()[]σπσ≤-=22343.1~2.1D D Q凸缘：凸缘与底座的挤压强度()[]p p DD Qσπσ≤-=23244凸缘根部的弯曲强度()()[]b b a D D D Q a D D D Q σππσ≤-=-⋅=233423345.161415） 螺杆的稳定性计算 ccS Q Q ≤6） 自锁性计算 νϕλ≤3． 给制螺旋装配图和零件工作图（略）。