河海大学机械设计 联接

第10章联接用一个平面形K沿螺旋线运动并使K平面始终通过圆柱体轴线YY，这样就构成螺纹。改变平面图形K，可得到三角形、矩形、梯形、锯齿形、管螺纹等一、螺纹的形成yyKddLyyKddLyyKddLyyKddL螺旋线：将一倾斜角为Ψ的直线绕在圆柱体上就形成一条螺旋线§10—1螺纹参数二、螺纹的主要参数d2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd—螺纹大径，公称直径d1—螺纹小径d2—螺纹中径n—螺纹线数p—螺距s—导程，s=npψ—升角α—牙型角β—牙侧角§10—2螺纹副受力分析、效率和自锁一、矩形螺纹（β=0o)螺纹受力分析a221dFdT=F=tg(ψ+ρ)22FaFπd2FnFrfFnvψψρFFrFaψ+ρaF=Ftg(+)螺旋副驱动力矩tannnfFfFarctanf摩擦角螺纹受力分析a221dFdT=F=tg(ψ-ρ)22FaFπd2FnFrvψψρFFrFaΨ-ρaF=Ftg(-)螺旋副驱动力矩FnaFaFnFnF00naFF0cos0anFF矩形螺纹和非矩形螺纹法向力比较略去螺纹升角的影响，在轴向力的作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹大。若把法向力的增加看成摩擦系数的增加，则：二、非矩形螺纹（β≠0o)'coscosaaaFffFfF非矩形螺纹摩擦阻力式中为当量摩擦系数，即'f''cosfftg''arctanf摩擦角非矩形螺纹等速上升'aF=Ftg(+)相应驱动力矩a'221dFdT=F=tg(ψ+ρ)22a'221dFdT=F=tg(ψ-ρ)22'aF=Ftg(-)相应驱动力矩非矩形螺纹等速下滑1''tanarctancosff'2()aFStgTtg螺旋副的自锁条件为：螺旋副的传动效率为：一、按牙型:螺纹的类型三角形螺纹——联接螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹——传动螺纹§10—3机械制造常用螺纹1）普通三角螺纹：牙型角为60°。摩擦大、强度高，主要用于联接。2）管螺纹：分布在锥形管上，用于有紧密性要求的管件联接，管螺纹的尺寸规格直接采用相应管子的尺寸规格。1、三角形螺纹相同公称直径按螺距大小2）粗牙：一般联接用，应用最广1）细牙：同样的公称直径下，螺距小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载1）普通细牙三角螺纹2）非螺纹密封管螺纹：圆柱管壁，牙型角为55°3）螺纹密封管螺纹：圆锥管壁，牙型角为55°4）60°圆锥管螺纹有四种牙型角为0°，传动效率高，用作传动螺纹。但压根强度较低，螺旋副磨损后，间隙难以修复牙型角为30°，摩擦小，效率高，是应用最广泛的一种传动螺纹。2、矩形螺纹3、梯形螺纹外螺纹内螺纹Pd1d2d外螺纹内螺纹Pd1d2d外螺纹内螺纹Pd1d2d外螺纹内螺纹Pd1d2d30°Pd1d2d外螺纹内螺纹30°Pd1d2d外螺纹内螺纹30°Pd1d2d外螺纹内螺纹30°Pd1d2d外螺纹内螺纹牙型为不等腰梯形，主要用于传动。两侧牙型斜角分别为β＝3°和β'＝30°。前者的侧面用来承受载荷，可得到较高效率；后者的侧面用来增加牙根强度。适用于单向受载的传动螺旋。这种螺纹兼有矩形螺纹传动效率高、梯形螺纹牙根强度高的特点。4、锯齿形螺纹P3°30°内螺纹外螺纹d1d2dP3°30°内螺纹外螺纹d1d2dP3°30°内螺纹外螺纹d1d2dP3°30°内螺纹外螺纹d1d2d内螺纹——在圆柱孔的内表面形成的螺纹外螺纹——在圆柱孔的外表面形成的螺纹左旋右旋二、按位置：三、根据螺旋线绕行方向：四、根据螺旋线头数：单头螺纹（n=1）双头螺纹（n=2）多线螺纹（n2）§10—4螺纹联接的基本类型及螺纹联接件一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)a)普通螺栓联接——被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中间隙不许消失，结构简单，装拆方便，可多次装拆，应用较广。b)精密螺栓联接——装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接。2、双头螺栓联接——螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。3、螺钉联接——适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1特殊联接：地脚螺栓联接,吊环螺钉联接4、紧定螺钉联接——拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。(a)(b)(a)(b)(a)(b)(a)(b)二、螺纹联接件2）双头螺柱——两端带螺纹A型——有退刀槽B型——无退刀槽1）螺栓普通螺栓——六角头，小六角头，标准六角头，大六角头,内六角铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小rdadsk'lskllgd15°~30°辗制末端esrdadsk'lskllgd15°~30°辗制末端esbmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型bmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型4）紧定螺钉锥端——适于零件表面硬度较低不常拆卸常合平端——接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸圆柱端——压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板3）螺钉：与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹nbXdktldRnbXdktldRltnd90°Rltnd90°R6）螺母：六角按厚度的不同，分为标准、厚、薄型螺母5）自攻螺钉——由螺钉攻出螺纹emsd~30°15°emsd~30°15°emsd~30°15°emsd~30°15°圆螺母+止退垫圈——带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈7）垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈放置在螺母和被联接件之间，起保护支承表面等作用。斜垫圈为用于倾斜支承面的垫圈。弹簧垫圈是用于防松的一种垫圈一、预紧1、预紧目的——保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大联接刚度、紧密性和提高防松能力等。螺纹联接预紧过紧——预紧力过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度预紧过松——预紧力过小，工作不可靠§10—5螺纹联接的预紧和防松松联接紧联接拧紧时螺母：T=T1+T2T——拧紧力矩T1——螺纹摩擦阻力矩T2——螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩2'1()2aFdTtg2cafTfFr2'12()2acafFdTTTtgfFrTT2T1TT2T1由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接不宜小于M10~M14对于M10~M68的粗牙螺纹：0.2aTFd2、拧紧力矩3、预紧力的控制：测力矩板手——测出预紧力矩定力矩板手——达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑12图4-12测力矩扳手123412图4-12测力矩扳手123412图4-12测力矩扳手123412图4-12测力矩扳手1234扳手拧紧力矩——T=FH·LFH—作用于手柄上的力，L——力臂1、防松目的实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故2、防松原理消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。1）摩擦防松双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等二、螺纹防松3、防松办法及措施弹簧垫圈自锁螺母——螺母一端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧上螺母螺栓下螺母上螺母螺栓下螺母双螺母圆螺母与止动垫圈串联钢丝2）机械防松开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等开槽螺母与开口销3）永久防松：铆接、冲点、点焊4）化学防松——粘合§10—6螺栓联接的强度计算针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。1、失效形式受拉螺栓——螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓——螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断工程中螺栓联接多数为疲劳失效受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度2、设计计算准则与思路一、松螺栓联接如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无预紧力，只有工作载荷F起拉伸作用强度条件为：21[]4Fd][41Fd——验算用——设计用式中：d1——螺杆危险截面直径（mm）[σ]——许用拉应力(MPa)二、铰制孔螺栓联接特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷F进行工作20[]/4Fd螺栓的剪切强度条件为：式中：F—--横向载荷（N）d0—--螺杆或孔的直径（mm）[τ]——螺栓许用剪应力，MPa螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：0min[]PPFdl式中：——被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm）——螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，MPa铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工精度较高，成本较高[]Pminl三、紧螺栓联接（工作前有预紧力）工作前要进行预紧，螺栓处于复合应力状态:1）预紧力→产生拉伸应力2）螺纹阻力矩→产生剪应力21/4aFd'22112()/4aTFdTtgWdd按第四强度理论：2231.3e10~680.5MM当式中：Fa——轴向拉力或预紧力（N）T——螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.mm1.3——系数将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续，故又称简化计算法211.3/4aeFd∴强度条件为：1、横向载荷的紧螺栓（防止被联接件相对滑动）特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力（F0）产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠(不产生相对滑移)的条件为：0mfFCF0aCFFFmf式中：f——接缝面间的摩擦系数m——接缝界面数目C——防滑系数（可靠性系数）C=1.1~1.3分析：由上式，当f=0.15，m=1，C=1.2，则Fa≥8F，说明这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力可采用如下减载装置：a)减载销b)减载套筒c)减载键FEFETFaFRFRFa螺栓所受的总拉力：Fa=F0+FE?×此时，联接中各零件的受力关系属静不定问题未知力有两个：F