第五章-螺纹连接与螺旋传动

第二篇连接连接机械动连接运动副机械静连接可拆卸连接不可拆卸连接螺纹连接键、花键、销连接无键连接铆接焊接胶接过盈连接连接的基本类型第五章螺纹连接和螺旋传动第六章键、花键、无键和销连接第七章铆接、焊接、胶接和过盈连接d2一.螺纹的形成用于连接用于传动单线螺纹Sd2多线螺纹5-1螺纹二.螺纹的分类1、按牙形分：2、按螺旋的线数分：单线、多线（一般不超过4线），线数越多，导程越大。单线用于连接，多线用于传动。3、按旋向分：右旋、左旋。一般用右旋。4、内、外螺纹之分：二者旋合组成螺旋副（螺纹副）5、按母体的形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹6、按采取标准制度的不同：公制、英制注：除了矩形螺纹外，其它螺纹都已标准化了，设计时应按国家标准设计。三角形：锯齿形：矩形：剃形：机械制造常用螺纹：常用螺纹（按牙形分）三角螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹普通螺纹管螺纹粗牙螺纹细牙螺纹非螺纹密封螺纹密封圆锥管螺纹用于传动用于连接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。常用螺纹的特点及应用细牙螺纹因螺距小，升角小，因此自锁性好、强度高，但不耐磨、易滑扣。细牙螺纹用于薄壁零件以及受振动载荷的连接、微调机构中。细牙螺纹与粗牙螺纹的比较粗牙：常用同一公称直径可以有多种螺距。其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的均称为细牙螺纹。细牙：2、圆柱管螺纹（非螺纹密封的管螺纹）G特点：用于管件连接的三角螺纹，=55，螺纹面间没有间隙，，英制的细牙螺纹，公称直径接近管子的内径，密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的连接。3、圆锥螺纹NPTNational(American)PipeThread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。用螺纹密封的管螺纹PTPipeThread4、其它螺纹主要用于软金属、金属薄板的连接、牙顶较窄、螺距较大，自身具有一定的切削性能，不需加工螺纹孔。5、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，螺旋副的螺纹牙磨损后，难以修复和补偿，传动精度降低；加工困难，为了便于铣磨削加工，可制成10牙型角，非标准化的螺纹。常被梯形螺纹代替。6、梯形螺纹(代号：T特点：=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)7、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。三、螺纹的基本参数1）大径d：（公称直径）8）螺纹升角ψ：中径圆柱上，螺旋线切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。tgψ=nP/d29）接触高度h：内外螺纹旋合后接触面的径向高度。2）小径d1：（强度计算用）3）中径d2：（分析效率时用）4）螺距P：相邻两牙在中径线上对应点间的轴向距离。5）导程S：同一螺旋线上相邻两牙在中径线上对应点间的轴向距离。S=nP6）牙形角：螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。7）牙形斜角：牙型侧边与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。对于对称牙型=/2。ψ10）线数：螺纹的螺旋线数目，单线、多线§5-2螺纹连接的类型及螺纹标准件一、螺纹连接的基本类型1.螺栓连接1）被连接件的孔不用加工螺纹，装拆方便，用于经常拆装的场合。2）只适用于被连接件都较薄的情况。（1）普通螺栓连接（2）铰制孔螺栓连接螺栓连接、螺钉连接、双头螺柱连接、紧定螺钉连接。2.双头螺柱连接特点及应用：被连接件之一需加工螺纹孔。用于被连接件之一比较厚，材料比较软，需经常拆装的情况。3.螺钉连接特点及应用：被连接件之一需加工螺纹孔，省去了螺母，结构简单。用于被连接件之一比较厚，受力不大，不宜经常拆装的场合。4.紧定螺钉连接用于固定两零件的相对位置，并传递不大的力或力矩。地脚螺栓吊环螺栓T形槽螺栓其它特殊结构的螺纹连接（三个变种）二、标准螺纹连接件1.螺栓螺栓的形状较多，用途也很广泛。如右图所示为各种不同形式的螺栓。螺栓连接也可以用于螺钉连接中。螺栓的精度一般分为A、B、C三级，通用机械制造中多用C级2.双头螺柱螺柱两端都制有螺纹，两端螺纹可以相同，也可以不同，螺柱可带有退刀槽，也可制成腰杆，也可制成全螺纹的螺柱。螺柱的一段可以旋入铸铁和有色金属的螺纹孔中，旋入后不可拆卸，另一端则用于安装螺母以固定其他件3.螺钉、紧定螺钉螺钉的头部和端部有多种形式，以适应不同场合的需要。4.螺母螺母分A、B、C三级分别与级别相同的螺栓配和普通用的螺纹紧固件，按制造精度分粗制、精制两类。前者多用于建筑、木结构及其它次要场合，精制的广泛用于机器设备中。螺纹连接件分三个精度等级：A、B、C（高—底），C级最常用。精度等级要配套使用。5.垫圈§5-3螺纹连接的预紧在装配时，螺纹连接都必须预紧。对于重要的螺纹连接，还应控制其预紧力的大小。1.预紧力：2.预紧的目的：1）增加连接的可靠性；2)增加连接的紧密性；3）增加连接的刚性；4）防松；5）受横向载荷作用时，增大摩擦力，防止相对滑动；6）增大疲劳强度。使连接在承受工作载荷之前预先受到力的作用，这个力称为预紧力。预紧力不能太大，太大易过载拉断，因此，预紧力要保证且又不使其过载。3.拧紧力矩T=T1+T2001）螺旋副间的摩擦力矩T1：设F0为螺栓所受的预紧力,则:)(0vtgFF)(222021vtgdFdFT2）螺母与支撑面间的摩擦力矩330020220013cDdTfFDd式中:fc为螺母与被连接件支撑面间的摩擦系数，无润滑时fc=0.1520203030020312dDdDFftgdFTcv拧紧力矩:20203030020312dDdDFftgdFTcv拧紧力矩:T0.2F0dN·mm为使连接有足够的预紧力又不使螺栓拧断，预紧力可按屈服极限取：碳素钢：F0（0.60.7）SA1合金钢：F0（0.50.6）SA1对M12以下的螺栓，应注意控制预紧力，以防过载拉断。00dDdddd5.1,1.1,9.0002farctgv155.1,23~241对于M10~M64的普通螺纹，（f为螺旋副的间的摩擦系数,无润滑时f=0.1~0.2），fc=0.15测力矩扳手定力矩扳手4.控制预紧力的方法：1）控制拧紧力矩；b.定力矩板手；2）测量螺栓的伸长量；a.测力矩板手；3）螺母转角法。1）在冲击、振动、变载荷作用下，螺旋副间的摩擦阻力极不稳定，在某一瞬间会急剧减少以致消失，失去自锁能力，连接就可能松脱；2）螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作，材料发生蠕变和应力松弛，也会使预紧力和摩擦力逐渐减少，最终导致连接失效。1.防松的根本原理：防止螺旋副的相对转动。3.防松的方法：•摩擦防松：摩擦防松简单方便，不如以下两种方法可靠。•机械防松：机械防松可靠，可和摩擦防松联合使用。用于不再拆卸连接。这种方法是将螺旋副变成非运动副，从而排除了相对运动的可能性。•永久防松：2.防松的原因：§5-4螺纹连接的防松1）摩擦防松：弹簧垫圈防松自锁螺母防松对顶螺母防松0F0F00FF0F0F螺栓装配图开槽螺母开口销2）机械防松：开口销防松止动垫片防松串联钢丝防松正确错误3）永久防松：§5-5螺栓组连接的设计螺栓组连接：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，同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同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螺栓组连接设计计算的一般步骤：螺栓组受力分析找出受力最大的螺栓及其力的大小；单个螺栓受力和失效分析单个螺栓强度计算；确定螺栓的尺寸（直径、长度）。二.螺栓组连接的受力分析为了简化计算，假设：1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；2）螺栓组的几何中心与连接结合面的形心重合；3）受载后连接结合面仍保持为平面。两种情况的工作原理不同！普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接1.承受横向载荷作用的螺栓组连接fziFKFFKzifFss00或受力平衡条件：单个螺栓受力0F___7655_______1.11.3sfPiK接合面间的摩擦系数，表；接合面数目；可靠性系数（防滑系数），取～。螺栓组受力F1）普通螺栓组连接2210/4/3.1mmNdFca强度条件单个螺栓受力zFF螺栓组受力F剪切强度计算：4/20dFmin,ppp螺栓孔壁挤压强度：ppLdFmin02）铰制孔用螺栓连接2.受转矩的螺栓组连接TKfrFfrFfrFsz02010不滑动条件：)(210zsrrrfTKF1）普通螺栓连接ir0fF0fFziisrfTK1iriFmaxFmaxr2）铰制孔用螺栓连接zzrFrFrFT2211力矩平衡：22221maxmaxzrrrTrF受力最大螺栓：)(22221maxmaxzrrrrFT即：变形量越大，则工作剪力越大ziirTr12max剪切强度计算：4/20maxdF挤压强度：ppLdFmin0maxmaxmaxmaxmaxiiiiFFFFrrrrF03.受轴向载荷的螺栓组连接单个螺栓的受力：预紧力F0工作力F:zFF4.受翻转力矩的螺栓组连接假定:1)底板为刚体；2)翻转力矩作用在螺栓组连接的形心；3)受载后绕O-O转动仍保持平面。在M的作用下：左侧：螺栓拉力增大；右侧：螺栓拉力减小而地面压力增大失效分析：1.螺栓拉断；2.底板左侧出现间隙；3.底板右侧压溃。1B1C2F1FF2C2BmF1mF2mFmF底板受力分析受翻转力矩前，接合挤压应力分布图F0在翻转力矩作用下，接合面挤压应力分布图2FmF2maxmax2211LFLFLFLFzz变形条件：max12max12zzFFFFLLLL变形条件：zzLFLFLFM2211力矩平衡：ziizLLMLLLLMF12max22221maxmax力：受力最大螺栓的工作拉螺栓所受的工作拉力与距离成正比iLmaxL螺栓所受的工作拉力maxFiFmaxmaxiiFFLL2FmF2验算接合面的强度计算0minppp左侧不出现间隙：pppp][max右侧不压溃：--许用挤压应力，P79表5-6AzFp0mbmpCCCWMWM00minWMAzFpppWMAzF][0max小结：1.在实际工作中，螺栓所受的工作载荷往往是以上四种简单形式的不同组合，但不论受力多复杂，都可以将复杂状态简化成以上四中简单的受力状况，先分别求螺栓的工作载荷，然后向量迭加，就可求出螺栓所受的总工作载荷；横向荷载+轴向载荷+翻转力矩横向载荷+旋转力矩FT=Fe2.虽然前面讲了螺栓的四种不同外载（横向、转矩、轴向、倾覆力矩），但对单个螺栓而言，受力只有两种：拉力、剪力；3.为了保证螺栓连接的可靠性，还要考虑综合条件：不出现间隙、不压溃等。1.在轴向载荷作用下，螺栓杆或螺纹部分发生塑性变形或拉断；§5-6螺栓连接的强度计算一.螺栓连接的失效形式：普通螺栓连接：松螺栓连接紧螺栓连接铰制孔用螺栓连接受横向工作载荷F的紧螺栓连接受轴向工作拉力F的紧螺栓连接螺纹连接的失效往往是由于螺栓的失效而引起。对单个螺栓来说受力的形式不外乎是轴向力或横向力。