螺纹联接与螺旋传动

第13章 螺纹联接与螺旋传动 13-1 概述 螺纹联接和螺旋传动都是利用螺纹零件进行工作的，但两者的工作性质并不相同，在技术要求上也存在差别。联接螺纹零件属于紧固件，要求保证联接强度（有时还要求紧密性）；传动螺纹零件是传动件，要求保证螺旋副的传动精度、效率和使用寿命。 13-2 螺纹联接的主要类型、特点和应用 螺纹联接的主要类型、特点及应用  螺纹联接的主要类型有螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联接。常见螺纹联接的主要类型、特点及应用如表所示。 螺纹联接的主要类型 13-3 螺纹联接的预紧与防松 13．3．1  螺纹联接的预紧  螺纹联接预紧的目的在于增强联接的可靠性、紧密性和防松能力，防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。 拧紧螺母时，螺栓和被联接都受到预紧力F′的作用，拧紧螺母需要的预紧力矩T是螺纹副的阻力矩 和螺母与支承面间的摩擦力矩 的和，即 。根据机械原理可以推得： ， ，则 13．3．2  螺纹联接的防松    在静载荷作用下，联接用螺纹能满足自锁条件 ，且螺母、螺栓头支承面的摩擦力矩也有防松作用。因此，联接一般不会自动松脱。但在变载荷 、冲击、振动以及温度变化较大的情况下，螺纹牙间和支承面间的摩擦阻力可能瞬间消失，经多次重复后，联接就可能松动，甚至松脱，造成严重事故。所以设计螺栓时，必须考虑防松问题。 防松的基本方法是防止螺纹工作时产生相对转动，凡满足这个要求的结构都能防松。按防松的原理可分为摩擦防松、机械防松、永久止动防松三种， 13-4螺栓组联接的设计 13．4．1 螺栓组联接的结构设计 螺栓组联接结构设计的主要目的，在于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的受力均匀，便于加工和装配。 1． 联接接合面的几何形状尽量简单，常常使螺栓组的形心和联接接合面的形心重合，成轴对称的简单几何形状。 2． 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。 3．螺栓排列应有合理的边距和间距。 4．同一圆周上螺栓的数目，应尽量取4、6、8等偶数，便于加工时分度和划线。 的螺栓 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 、直径、长度均应相同。 5．避免螺栓承受附加弯曲载荷。 13.4.2 螺栓组联接的受力分析  （1）、受横向载荷的螺栓组联接   受横向载荷的螺栓组联接，载荷的作用线通过螺栓组形心，并与螺栓轴线垂直， 1）、铰制孔用螺栓组联接的受力分析  横向载荷R靠螺栓杆受剪切或螺栓杆和孔壁接触表面的挤压来传递。 2）、普通螺栓组联接的受力分析  其横向载荷R靠接合面 间的摩擦力来传递。由力的平衡条件可得： ，则螺栓的预紧力为： （2）受旋转力矩作用的螺栓组联接    转矩T作用在联接的接合面内。在转矩T的作用下，底板将绕通过螺栓组对称中心O并与接合面垂直的轴线转动。为防止底板转动，可用普通螺栓联接，也可用铰制孔用螺栓联接。其传力方式与受横向载荷的螺栓组联接类似。 1) 普通螺栓连接 各螺栓的预紧力F′： （12-4） 2）铰制孔用螺栓联接  旋转力矩T由各个螺栓上能受到剪力Ft对转动中心O的矩的和来平衡。则： 根据螺栓的变形协调条件，各螺栓的剪切变形量与螺栓杆中心到旋转中心O的距离成正比。由于各螺栓的剪切刚度相同，所以各螺栓受到的横向工作剪力也与这个距离成正比。 对第 螺栓，则有： 当ri距离转动中心O越远，对应螺栓上的剪力就越大。 （3） 受轴向载荷的螺栓组联接  对每个联接螺栓来说，除了承受轴向工作载荷下以外，还有预紧力F′的作用，其总的轴向拉力并不等于F与F′的和，还必须考虑联接件的弹性变形。 （4）、受翻转力矩的螺栓组联接  根据螺栓的变形协调条件，各螺栓的拉伸变形量与其中心至底板翻转轴线的距离成正比。由于各螺栓的拉伸刚度相同，所以，左边螺栓的工作载荷和右边地基座在螺栓处的压力也与这个距离成正比： 联立以上两个式子，便可以得到受力最大的螺栓上的受力： （12-7） 为了保证联接接合面的最大受压处不被压溃或最小受压处不至于出现缝隙，接合面的压力必须满足： 13-5螺纹联接的强度计算 13．5．1 螺纹联接的失效形式  虽然螺栓组的受力形式多种多样 ，但对单个联接螺栓而言，其受力形式不外乎是受轴向力或受横向力两种形式。在轴向力作用下，螺栓受到拉伸，其主要的失效形式是螺栓杆螺纹部份发生断裂，因而其设计计算准则是保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。在横向力用下，铰制孔用螺栓受到剪切和挤压，其主要失效形式是螺栓杆和孔壁贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断，因而对在横向载荷作用下铰制孔用螺栓的设计计算准则是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度。根据统计分析，联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。 13．5．2 普通螺栓联接的强度计算 螺栓联接的强度计算，首先是根据联接的类型、装配情况、载荷的状态等条件，确定螺栓上的受力；然后按照相应的强度条件计算危险截面的直径或校核其强度。螺纹联接的其他部份、螺母和垫圈的结构尺寸，是根据使用条件按经验确定的，一般不单独进行强度计算。 一．受拉松螺栓接的强度计算  二．拉紧螺栓联接的强度计算 1．只受预紧力作用的紧螺栓联接    紧螺栓联接就是需要拧紧螺母的螺栓联接。在拧紧力矩的作用下，螺栓除受预紧力F′的拉伸而产生拉伸应力外，还受到螺纹副间的摩擦力矩T的扭转而产生扭转切应力τ，使螺栓处于拉伸和扭转两种状态应力的作用。因此，对只承受预紧力作用的紧螺栓联接进行强度计算时，应按拉伸和扭转的复合应力状态进行。 拉伸应力σ为： 扭转切应力τ为： 对于Ｍ10～Ｍ64的普通螺栓， ，上式可简化为： 因螺栓材料是塑性材料，故应按第四强度理论计算螺纹部份的强度。 或：      或：                                2．受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接 单个紧联接螺栓联接的受力变形线图 而且 （a） 则： （b） 将（b）代入（a）得螺栓上的预紧力F′， 因此螺栓上的总拉力： 或：                        如果螺栓上所受到的工作载荷F为平稳载荷，这时螺栓危险截面上的拉伸强度条件为： 或：                              （12-17） 对于工作载荷F为变载荷的重要联接，除按式（12-17）作静强度计算外，还应对联接螺栓作疲劳强度校核。 当工作拉力F在0 ~ F之间变化时，螺栓所受到的总拉力将在F/~F0之间变化。若不考虑螺栓摩擦力矩的作用，螺栓危 险截面上的最大拉应力为： 最小拉应力为：                    应力幅σa为： 由于影响变载荷零件疲劳强度的主要因素是应力幅，所以螺栓的疲劳强度计算，应按应力幅来计算安全系数。 （12-18） 13．5．3 铰制孔用螺栓联接。 铰制孔用螺栓联接在工作时，螺栓在联接接合面处受到剪切，并与被联接件的孔壁相互挤压。忽略其预紧力和摩擦力的影响，铰制孔用联接螺栓的剪切强度条件为： 螺栓孔表面的挤压应力和表面加工、杆孔配合，零件的变形有关，难以做到精确计算。假设按均匀分布计算，其挤压强度条件为： 13-6 提高螺纹联接强度的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 螺纹联接的强度主要决定于联接螺栓的强度。影响螺栓的强度因素很多，主要涉及到螺纹牙间的载荷分布、应力变化幅度、附加弯曲应力、应力集中以及装配工艺等方面。合理采用提高螺栓强度的措施，对提高螺纹联接的强度具有主要意义。 （1）改善螺纹牙上载荷分布不均的现象  1） 采用悬置螺母  2） 采用环槽螺母  3) 用内斜螺母 4) 采用特殊结构的螺母  5) 采用钢丝螺套 （2） 减小应力幅  （3） 避免附加弯曲应力  （4） 减小应力集中。 例13-1   如图所示，一固定钢制立柱上的铸铁托架，已知工作载荷P=4800N，其作用线与垂直的直线成50o，底板高h = 340 ，宽 b= 150，试设计此螺栓组联接。 【解】 ： 1．螺栓级结构设计： 根据要求，采用螺栓数目Z = 4 。 2．螺栓组受力分析：                            将题目中的工件载荷分解后可得： 1）轴向力：   （铅直向下） 2）横向力： （水平向右） 3）倾翻力矩： 3．分析可能的失效形式： 在以一定的预紧力拧紧螺栓后，该联接可能会出现以下几种失效形式： 1）在轴向力 和倾翻力矩M的作用下，结合面上部可能出现分离； 2）在横向力 作用下，托架可能出现向下滑动； 3）在轴向力 和倾翻力矩M的作用下，结合面下部可能被压溃； 4）最上边的受拉螺栓可能被拉断或塑性变形。 为防止分离和向下滑动，应保证有足够的预紧力；而避免托架或立柱被压溃，又要求把预紧力控制在一定的范围内。 4．在倾翻力矩M的作用下上边螺栓所受的拉力： 由式可得  1． 在横向力 的作用下，由底板不出现滑移的条件 可得：                  由表12-9查得 ，则 ，取 ，, 预紧力 为： 设计时取    2． 螺栓上所受到的最大拉力： 8．确定螺栓直径：螺栓材料选为35钢，性能等级取4.6级，查表12-5得机械性能参数： ，由表12-7取安全系数S=1.5，螺栓材料的许用应力为 ，螺栓的设计直径为： 根据计算的 查《机械设计手册》取： 。 9． 核螺栓组联接接合面的工作能力： （1） 按照倾翻力矩作用下不压溃的条件 进行计算， 其中A为承压积， ；W为底板抗弯截面系数， 。