螺纹参数

第五章螺纹连接与螺旋传动基本概念：螺纹连接是利用螺纹零件构成的连接。特点：构造简单，拆装方便，工作可靠，标准件，应用广。d--螺纹大径d1-螺纹小径d2--螺纹中径p--螺距n--线数S--导程y--螺纹升角，牙型角--牙型斜角旋向一、螺纹的主要参数5.1螺纹螺纹的线数和旋向二、螺纹副的受力关系、效率和自锁圆周力：拧紧时松开时效率：拧紧时松开时tan()tFFytan()tFFytantan()yytan()tanyy自锁条件式中:′--当量摩擦角farctan--当量摩擦系数fcosffF--轴向力,Nf--摩擦系数y三、常用螺纹的特点和应用对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性联接螺纹：自锁管螺纹：紧密性、气密性传动螺纹：效率高调整螺纹：精度高起重螺纹：效率高、自锁性好螺纹的分类：按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹1、普通螺纹(代号：MGB192-81)特点：螺纹的牙型角=2=60。因牙型角大，所以当量摩擦系数大，自锁性能好，主要用于连接。细牙螺纹与粗牙螺纹的比较粗牙：常用细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。细牙：自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中。2、矩形螺纹特点：牙形为正方形，=0，所以效率高，用于传动,牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。3、梯形螺纹(代号：T特点：=2=30。比矩形螺纹效率略低。牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。rGB192-81)4、锯齿形螺纹(代号：SJB923-66)特点：工作边=3，非工作边=30，便于加工。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。5、圆柱管螺纹特点：用于管件连接的三角螺纹，=55螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的连接。6、圆锥螺纹特点：螺纹均布在锥度为1:16的管上,=55或60螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适用于高温、高压的连接。7、其它螺纹主要用于金属薄板的连接普通螺栓连接绞制孔螺栓连接普通螺栓连接螺栓和孔壁有间隙孔的加工精度低。绞制孔螺栓连接螺杆与孔用过渡配合，承受轴向载荷孔需精制。可起定位作用。5.2螺纹连接的基本类型与标准螺纹连接件一、螺纹连接的基本类型1、螺栓连接特点：被连接件不宜做成通孔。不宜经常拆卸。拧入深度：铜或青铜：H=d铸铁：H=1.25~1.5d铝合金：H=1.5~2.5d2、螺钉连接特点：被连接件不宜做成通孔又需要经常拆卸或用螺钉无法安装。拧入深度：铜或青铜：H=d铸铁：H=1.25~1.5d铝合金：H=1.5~2.5d3、双头螺柱连接4、紧定螺钉连接旋入被连接件的螺纹孔中，顶住另一被连接件的表面或凹坑。固定两个零件或传递不大的力矩。5、其它特殊结构的螺纹连接地脚螺栓吊环螺钉T型槽螺栓二、标准螺纹连接件各种螺栓双头螺柱各种螺钉各种螺钉紧定螺钉的头部和末端各种螺母与垫片三、螺纹连接零件常用材料和机械性能等级1、常用材料：普通连接：低碳钢，中碳钢，如:Q215、Q235和10、15、35、45号钢。变载荷或有冲击、振动的重要连接：合金钢，如:40Cr、15MnVB、30CrMnSi。螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低20~40HBS。2、螺栓、螺钉、螺柱、螺母性能等级5.3螺纹连接的预紧1、预紧的作用：预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力F`的作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙或横向滑移。预紧也可以防松。2、控制预紧力的目的：预紧力过大，会使连接超载。预紧力不足，可能导致连接失效。重要的螺栓应控制预紧力。拧紧螺母时的力矩和预紧力3、拧紧力矩和预紧力的计算21TTT2)tan(21dFTy20213031231dDdDFfTdFkdFdDdDdfddTt20213031232)tan(21y螺纹副摩擦力矩螺母与被连件摩擦力矩拧紧力矩20213031232)tan(21dDdDdfddktydFT2.0dTF2.0当钢制螺纹M10~M68时，由螺纹几何关系和摩擦系数可得：2.0tk故：拧紧力矩系数4、装配时控制预紧力的方法测力矩扳手定力矩扳手5.4螺纹连接的防松一、摩擦防松1、双螺母在螺母和螺栓之间形成内力，保证摩擦力。结构简单、使用方便。可靠性不高。用于平稳、低速、重载。2、弹簧垫圈弹力保持一定压力切口尖端逆向。3、锁紧螺母镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中椭圆口螺母。二、机械防松1、开口销与六角开槽螺母2、止动垫圈止动垫圈3、串联钢丝三、永久防松焊接冲点涂胶5.5单个螺栓连接的强度计算一、松螺栓连接][421dFMPa][41Fdmm7.1~2.1][s强度条件或许用应力MPa二、紧螺栓连接1、受横向载荷的紧螺栓连接（1）普通螺栓连接靠接合面的摩擦力传递外力螺栓既受拉应力又受扭剪应力214dF12213122)tan(4162)tan(dddFddFWTtyy对于常用的M10~M68的普通螺栓5.0拉应力剪应力螺栓的当量应力（第四强度理论）3.1)5.0(332222e螺栓的强度条件为：][3.1421dFeMPa][3.141Fd校核公式：设计公式：当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，采用套筒、键、销来承受横向载荷。（2）铰制孔螺栓连接螺栓杆的剪切强度条件为:][420mdFs螺栓与孔壁的挤压强度条件为：psphdF][min0MPaMPa0d—螺栓抗剪面直径，mm式中m—螺栓抗剪面数目minh—螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度mm，设计时应使0min25.1dh][—螺栓的许用剪切应力，MPap][—螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，MPa2、受轴向工作载荷的紧螺栓连接汽缸盖的连接（1）受力分析(见动画)螺栓受力被连接件受力FCCCFFmBB'0FCCCFFmBm'''螺栓的相对刚度剩余预紧力FF2.0''（2）静强度计算][3.14210dF][3.1401FdMPamm式中][—紧螺栓连接的许用拉应力校核公式：设计公式：（3）疲劳强度计算对于受变载荷的螺栓连接，按静强度设计尺寸后，还需进行疲劳强度校核。疲劳强度条件为amBBadFCCC][221amaSKk1][MPaMPa式中K—有效应力集中系数mk—螺纹制造工艺系数—尺寸系数aS—安全系数1—螺栓材料的对称拉压疲劳极限三、螺栓连接的许用应力螺栓许用剪应力及许用挤压应力5.6螺栓组连接设计一、螺栓组连接的结构设计1、连接结合面的几何形状常设计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、螺栓的排列应有合理的间距、边距扳手空间4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应取4,6,8等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线5、避免螺栓承受偏心载荷产生偏心载荷的原因斜垫圈的应用凸面和沉头座的应用避免偏载的结构二、螺栓组连接的受力分析1、受轴向载荷Q的螺栓组连接zQF设定有z个螺栓则：单个螺栓受外力2、受横向载荷R的螺栓组连接、（1）普通螺栓连接RKmzFfffmzRKFf式中：f—接合面间摩擦系数m—接合面数Kf—考虑摩擦系数不稳定及靠摩擦传力有时不可靠而引入的可靠性系数一般Kf=1.1~1.3(2)用绞制孔螺栓连接zRFRzFss螺栓受力：剪切力Fs3、受旋转力矩T的螺栓组连接(1)采用普通螺栓连接时，靠预紧后在接合面上各螺栓处摩擦力对形心的力矩之和平衡外加力矩T。式中:r1、r2、...rz——各螺栓中心至螺栓组形心O的距离Kf—可靠性系数f—接合面间摩擦系数ziifzffzrfTKrrrfTKFTKrFfrFfrFf1)2121...(....（2）采用绞制孔用螺栓连接时，忽略接合面上的摩擦力，外加力矩T靠螺栓所受剪力对底板旋转中心的力矩之和来平衡。ziizssssszszszsszszssrTrrrrTrFFFFFTrrrrFrFrFrFTrFrFrF12max2222118541max222211122112211...)...(......4、受倾覆力矩M的螺栓组连接ziizzzzzLMLFLLLMLFFLFLFLFMLFLFLF12maxmax22221110122112211.........受倾覆力矩的螺栓组连接除要求螺栓强度足够外，还应保证接合面既不出缝隙也不被压馈。接合面右端应满足：ppppppWMAFz][][maxmaxmaxMPaMPa（5-39）左端应满足：00minmaxminWMAFzppppMPaMPa（5-41）由式5-39，5-41求得预紧力F′，并取两者较大值,和工作拉力Fmax求得作用在螺栓上的总拉力F0后，再求出所需螺栓直径。5.7提高螺栓连接强度的措施一、改善螺纹牙上载荷的分配均载螺母1均载螺母2均载螺母3钢丝螺套二、提高疲劳强度1减小应力幅减小螺栓刚度螺母下加弹性元件、中空螺杆、减小螺杆直径增大被连接件刚度去掉弹性密封垫、加密封环2减小应力集中减小应力集中5.8螺旋传动一、螺旋传动的类型和应用螺旋传动按其类型可分为：调整螺旋：如机床进给的微调螺旋传力螺旋：如千斤顶传动螺旋：如机床丝杠螺旋传动按其螺纹间摩擦性质的不同,可分为:滑动螺旋：滑动摩擦，结构简单，加工方便，应用最广。滚动螺旋：滚动摩擦静压螺旋：液体摩擦滑动螺旋牙形：多用梯形螺纹,重载起重螺旋也有用锯齿形螺纹,对效率要求高时可用矩形螺纹。螺旋传动的应用螺旋传动的应用立式加工中心二维数控台原理图螺旋传动的应用二维数控台螺旋传动的应用滚珠丝杠螺旋传动的应用螺旋千斤顶螺旋传动的应用螺旋受力：滑动螺旋工作时，螺杆承受轴向载荷和转矩；螺杆和螺母的螺纹牙承受挤压、弯曲和剪切。滑动螺旋的失效形式有：螺纹磨损，螺杆断裂，螺纹牙根剪断和弯断，受压螺杆很长时还可能失稳。二、滑动螺旋的失效形式和材料螺杆的材料：要求有足够的强度，常用35、45号钢;需经热处理以达到高硬度的重要螺杆，则常用合金钢，如65Mn、40Cr、T12、20CrMnTi等。螺母材料：除要有足够的强度外，还要求在与螺杆配合时摩擦系数小和耐磨。常用材料有铸造青铜，如ZCuSn10Pb1,ZCuSn5Pb5Zn5螺母材料选用：重载低速使用强度较高的铸造青铜ZCuAl10Fe3或铸造黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3。低速不重要的螺旋传动也可用耐磨铸铁或灰铸铁。三、滑动螺旋的设计计算1、耐磨性计算耐磨性计算主要是限制螺纹工作表面的压强，以防止过度磨损。假想螺纹牙可以展成一长条，设螺旋的轴向载荷为F，螺母旋合高度为H、螺距为p，螺纹旋合圈数为Z=H/p、螺纹工作高度为h、承压面积为A，螺纹工作面上的压强为ps。则螺纹的耐磨性条件为：][22phHdFphZdFAFpsMPa若按耐磨性条件设计螺纹中径d2时，可引用系数2dHy以消去H][2phFpdymm对于矩形和梯形螺纹，h=0.5p,则][8.02pFdy对于锯齿形螺纹，h=0.75p,则][65.02pFdy系数y的值：可根据螺母结构选定，整体式螺母，磨损后间隙不能调整，取y=1.2~2.5;剖分式螺母:y=2.5~3.5;对于传动精度较高时,允许y=4由于旋合各圈受力不均,应使Z10计算出d2后,应选为标准值,螺纹的其它参数根据d2按标准选取。2、螺杆强度计算螺杆危险截面的强度条件为（第四强度理论）:][)16(3)4(231221dTdF起重螺旋:]