第五章螺纹连接和螺旋传动

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§5-1 螺纹
一、螺纹的类型和应用
1.螺纹：在圆柱表面上，沿着螺旋线所形成的具有 相同剖面的连续凸起和沟槽。
2.分类：
yyyy
普通螺纹
牙 型 分
管螺纹 梯形螺纹 矩形螺纹 锯齿形螺纹
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LLL
dddd
KKKK yyyy dddd
5
三角形螺纹
3)中径d2 —通过螺纹轴向截面内
牙型上的沟槽和凸起宽度相等处 的假想圆柱面的直径。
4)线数n —螺纹的螺旋线数目。
5)螺距P—螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。
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6)导程S —螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的
轴向距离。
单线螺纹S =P；多线螺纹S =nP。 7)螺纹升角ψ—螺旋线的切线与
其它防松
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§5-5 螺栓组连接的设计
螺栓组的布置形式、数目、受力分析、设计计算
一、螺栓组连接的结构设计
1.接合面的几何形状简单、轴对称。
圆形 圆环形
矩形
矩形框
三角形
螺栓对称布置，螺栓组的对称中心和连接接合面的 形心重合，受力均匀。
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第二篇 连接概述
零件
静连接
构件
动连接 机构
(运动副)
与动力源组合 机器
一、分类
可拆连接：螺纹联接、键联接、销联接等
静连接
不可拆连接：铆接、焊接、胶接等
连 接
动连接——运动副
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按工作原理分 形锁合联接
连接 摩擦锁合联接 材料锁合联接
二、选用与设计
选用：以使用要求与经济要求为依据。 设计：尽可能将联接件与被联接件设计成等强度。
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采用斜垫圈 27
二、螺栓组连接的受力分析
1、受横向载荷的螺栓组连接
1)普通螺栓连接
fF0 zi Ks F
F0
Ks F fzi
2)铰制孔用螺栓连接
Ks—防滑系数，Ks=1.1～1.3 i—接合面数
每个螺栓所受的横 向工作剪力为
F F z
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2、受转矩的螺栓组连接
T ≈0.2F0d 一般标准扳手的长度L≈15d
再由T = FL代入T ≈0.2F0d
得 F0≈75F
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§5-4 螺纹连接的防松
单线普通螺纹 螺纹升角 142 ~ 32 螺旋副的当量摩擦角 v 6.5 ~ 10.5 螺旋副的自锁条件 v 防松的根本问题在于防止螺旋副在受载时发生相对 转动.
螺纹内螺纹内螺纹内
PPP
外螺纹外螺纹外螺纹
锯齿形螺纹
螺纹内螺纹内螺纹内
33°3°°
33030°0°°
PPP
外螺纹外螺纹外螺纹
6
二、螺纹的主要参数
1)大径d —与螺纹牙顶相重合的
假想圆柱面的直径也称公称直径。
2)小径d1—与螺纹牙底相重合的
假想圆柱面的直径，在强度计算 中常作为螺杆危险截面的计算直径。
B2 和C2
Ob
Om
作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：
z
M Fi Li i 1
Fi
Fm a x
Li Lm a x
M
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Fmax
z i1
L2i Lmax
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Fm a x
MLm a x
z
L2i
i 1
Fmax最大工作载荷
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此种连接除对螺栓进行力分析外还须进行接合面的应力计算
普通螺栓连接
dd dd0 d0 0 0 0 d0
铰制孔用螺栓连接
l1l1l1
la1al11al1
ddd
aaa
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(a()a()a)
(b()b()b)
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2、双头螺柱连接
dd dd
HH
l1l1
HH
l1l1
3、螺钉连 接
dd dd
l2l2
l2l2
l3l3
l3l3
HH l2l2 HH l2l2
40
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这种紧螺栓连接，靠摩擦力抵抗工作载荷，要求有 较大的预紧力，使螺栓的结构尺寸增加。此外，在振动、 冲击或变载荷下，由于摩擦系数f的变动，将使连接的可 靠性降低，有可能出现松脱。
ss
kk
ll
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2.双头螺柱
倒倒角角端端
AA型型 XX
bbmm
辗辗制制末末端端
BB型型 XX
bbmm
dsds
dsds
倒倒角角端端
XX bb
ll
辗辗制制末末端端
XX bb
ll
12
dd
dd
dkdk nn dd
nn dd
3.螺钉
RR
t t XX
bb ll
4.紧定螺钉
tt RR
垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。
8)牙型角—螺纹轴向截面内，
螺纹牙型两侧边的夹角。
9)牙侧角β—螺纹牙型的侧边与
螺纹轴线的垂直平面的夹角称为 牙侧角。
10 )接触高度h——内外螺纹旋合
后的接触面的径向高度。
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§5-2螺纹连接的类型及标准联接件
一、螺纹连接的基本类型
1、螺栓连接
预紧的目的：在于增强连接的可靠性和紧密性，以防 止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移。
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为了保证连接所需要的预紧力，又不使螺纹 连接件过载，对重要的螺纹连接，在装配时要控 制预紧力。
推荐：碳素钢螺栓 F0≤(0.6～0.7)σSAl 合金钢螺栓 F0≤(0.5～0.6)σSAl
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第五章 螺纹连接和螺旋传动
§5－1 螺纹 §5－2 螺纹连接的类型及标准联接件 §5－3 螺纹连接的预紧 §5－4 螺纹连接的防松 §5－5 螺栓组连接的设计
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§5－5 螺纹连接的强度计算 §5－7 螺纹连接的材料和许用应力 §5－8 提高螺纹连接强度的措施 §5－9 螺旋传动
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pmax
zF0 A
M W
p
pmin
zF0 A
M W
0
实际使用中螺栓组连接所受的载荷是以上四种 简单受力状态的不同组合。计算时只要分别计算出 螺栓组在这些简单受力状态下每个螺栓的工作载荷， 然后按向量叠加起来，便得到每个螺栓的总工作载 荷。
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防松方法： 摩擦防松、机械防松、铆冲等其它防松.
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摩擦防松
双螺母
螺螺 上上螺螺母母 栓栓
下下螺螺母母
弹簧垫圈
自锁螺母
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机械防松
开槽螺母与开口销
止动垫圈
串联钢丝
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(a)正确
(a)正确 (b)不正确
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螺纹内螺纹内螺纹内 66060°0°°
PPP
外螺纹外螺纹外螺纹
ddd dd2d22 dd1d11
梯形螺纹
螺纹内螺纹内螺纹内
33030°0°°
ddd ddd2d1dd2121
PPP
外螺纹外螺纹外螺纹
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ddd
ddd
dd2d22 dd1d11
dddd21dd2121
矩形螺纹
拧紧力矩 T = FL
T =T1+T2
T1
F0
d2 2
tan
T2
1 3
f c F0
D03 D02
d03 d02
T
1 2
F0 d2
tan(
)
2 3
fc
D03 D02
d03 d02
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对于M10～M64粗牙普通螺纹的钢制螺栓，
d2=0.9d，v≈arctan1.155 ，d0≈1.1d， D0≈1.5d ，fc=0.15
成正比。
F max rmax
ri
Fi
O T
Fm a x rm a x
Fi ri
或Fi
Fm a x
ri rm a x
,i
1,2,3
z
z
Fi ri T
i 1
Fm a x
Trm a x
z
ri2
i 1
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3、受轴向载荷的螺栓组连接
每个螺栓所受的轴向工作载荷： F F z
3.螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间
EE
C
A
C
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B
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60˚ 26
4.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。
同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。
5.避免螺栓承受附加的弯曲载荷。
2020/6/1 采用凸台或沉孔结构
普通螺栓连接
fF0r1 fF0r2 fF0rz K sT
F0
K sT
f r1 r2
rz
K sT
z
f ri
i 1
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铰制孔用螺栓连接
O
T 假合剪r定 面 切i 地仍变板保形为持量刚为与体平该f，面螺Q受，栓p 载螺轴fQ后栓线p接 的 到
该螺栓组对称中心O的距离
危险截面拉伸应力为：
螺纹摩擦力矩T1作用下，
危险截面扭转切应力为：
F0
4
d12
T1 WT
F0
tan(
v )
d2 2
16
d13
tan tanv 1 tan tanv
2d2 d1
F0
4
d12
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对于M10～M64普通螺纹的钢制螺栓，可取
tanV ≈0.17， d2 1.04 ~ 1.08，tan≈0.05 得 τ ≈ 0.5σ
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4、受倾覆力矩的螺栓组连接
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单个螺栓的受力分析：
力
未加倾覆力矩时，工作点在A。
C2
B1
∑Mi=0
Fm
A
施加倾覆力矩M时:
左边的螺栓，工作点移至：
B1 和C1.
F1m B2
F F2
F0 C1 F2m
F1
变形
右边的螺栓，工作点移至：
校核公式
或 d1
4 1.3F0
设计公式
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2.承受预紧力和横向工作载荷的紧螺栓连接
1)普通螺栓连接
接合面不产生滑移的条件为 fF0i KsF
强度条件为：
由此得
F0
KSF fi
ca
1.3F0
4
d12
校核公式
d1
4 1.3F0
设计公式
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A1
d12
4
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二、控制预紧力的方法
测力矩扳手
11
22
图图44--1122测测力力矩矩扳扳手手
定力矩扳手
11 22
33
44
测图图4定4--112螺2测测栓力力矩矩伸扳扳手长手 量
LM
LS
F0 Cb
11 220220/6/133
44
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三、预紧力和拧紧力矩之间的关系
(a()a) (a(a))
(b(b) ) (b(b))
4、紧定螺钉连接
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其他螺纹连接：
地脚螺栓连接
吊环螺钉连接
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dada dsds dd ee
二、标准螺纹连接件
1.螺栓
1155°°~~3300°° rr
辗辗制制末末端端
kk' ' lsls lglg
9900°° ll
5.自攻螺钉
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ee dd
tt d1d1 d2d2
6.六角螺母
1155°°~~3300°°
DD
C1
bb8.垫圈 HH
平平垫垫圈圈
斜斜垫垫圈圈
hh
DD1 1
3300°°
bb
3300°°
tt dd D1D1
ss
mm
7.圆螺母
DD bb
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接合面受压最大处不被压溃的条件：
pmax p pmax p
接合面受压最小处不出现间隙的条件：
pmin p pmax 0
其中 p
zF0 A
接合面在受载前由预紧力而产生的挤压应力
（A为接合面的有效面积 ）
pmax
M W
由加载在接合面上产生的附加挤压应力的最大值
（W为接合面的有效抗弯截面系数）
3300°° CC××4455°° 112200°°
CC1 1
HH
3300°° 3300°°
dd0 0 DD1
1
1155°°
3300°°
bb
3300°°
14
§5-3 螺纹连接的预紧
一、预紧的目的
螺纹连接
松连接：在装配时不拧紧，在承受外载荷 时才受到力的作用。
紧连接：在装配时需拧紧，在承受外载荷之
前，已预先受力，预紧力F0。
d1
根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力为
ca 2 3 2 2 3(0.5 )2 1.3
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在同时承受拉伸和扭转的联合作用时，计算 可以只按拉伸强度计算，但将所受的拉力(预紧 力)增大30％来考虑扭转的影响。
强度条件为：
ca
1.3F0
4
d12
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§5-6 螺纹连接的强度计算
连接类型的分析、载荷分析、失效形式分析、确立设计准则
一、松螺栓连接强度计算
强度条件为：
F [ ]
4
d12
或
d1
4F
[ ]
校核公式 设计公式
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二、紧螺栓连接强度计算
1、仅承受预紧力的紧螺栓连接ຫໍສະໝຸດ Baidu
预紧力F0作用下，
2.螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。
a) 对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的 方向上成排地布置８个以上的螺栓，以免载荷分布过
b)当螺栓联接弯距或转距时，应使螺栓的位置适当靠近联接 接合面的边缘，以减少螺栓的受力。
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合理
不合理!
25
c) 当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗 剪零件来承受横向载荷。