机械设计第5章 螺纹连接和螺旋传动

第5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连接件§5－3螺纹连接的预紧§5－5螺纹连接的强度计算§5－7螺栓的材料和许用应力§5－8提高螺栓连接强度的措施§5－9螺旋传动§5－4螺纹连接的防松§5－6螺栓组连接的设计1、本章主要内容包括两部分：第一部分为螺栓联接的设计，包括螺栓联接的预紧、强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高联接强度的措施等；第二部分为滑动螺旋传动的设计计算方法。2、本章特点市内容包括螺纹联接和螺旋传动两个部分。前者属于联接，后者属于传动。二者在内容上虽有一定的联系，但在设计要求上却有很大差别。3、本章学习要求：对于螺纹联接的基本知识，应了解螺纹及螺纹联接件的类型、特性、标准、结构、应用场合及有关的防松方法等，以便在设计时能够正确地选用。对于螺栓联接设计及强度计算部分，应掌握结构设计原则及强度计算的理论与方法，能正确进行螺栓组的受力分析，能较为合理地设计出可靠的螺栓组联接。对于螺旋传动部分，主要是掌握螺旋传动性能（效率、自锁等）对螺纹选型的要求及主要零件（螺杆、螺母）的设计计算方法，并通过一种基本类型——螺旋起重器的设计，了解滑动螺旋传动的主要设计过程。重点：1.各类不同外载荷情况下，螺栓组中各螺栓的受力分析；2.螺栓联接的强度计算，尤其是承受轴向拉伸载荷的紧螺栓联接的强度计算。难点：承受倾覆力矩的底板螺栓组联接的设计。学习时注意：1、前四节是叙述性内容，对于设计螺栓是必不可少的基本知识，应当结合阅读机械设计手册学习。2、螺纹及螺纹联接件大都已标准化。设计时，对不太重要的螺纹联接一般只需根据不同情况进行选用，不需自行设计。对重要的螺纹联接，设计计算也只是确定螺栓危险截面的直径（螺纹小径），螺栓联接的其它部分尺寸由标准选定。但是，在个别特殊情况下，需要自行设计某种非标准螺纹联接件。3、螺纹联接的设计主要是螺栓组联接的设计。其设计工作包括两部分内容：一是正确进行结构设计，通过受力分析找出受力最大的螺栓；二是按照单个螺栓联接的强度计算公式来设计这个受力最大螺栓的尺寸，其余螺栓则按同样尺寸选用。复习思考题•机械联接可分哪两大类？静联接又可分为哪两类？根据什么条件划分？选用它们时应考虑哪些因素？•设计联接时，一般应考虑哪些因素？•当一个联接中包含多个危险截面或工作面时，为什么要按最薄弱的部位来决定联接的尺寸？•在具体的机器上找出几种联接，分析一下为什么要在那个部位采用那种联接，你认为采用哪种联接最为合适？为什么？北京林业大学专用作者：潘存云教授联接被联接件联接件联接被联接件与联接件的组合北京林业大学专用作者：潘存云教授联接的类型和应用联接的类型一、不可拆联接破坏联接件或被联接件方能拆卸的联接。铆接、焊接、粘接、过盈配合联接。二、可拆联接无需破坏零件方可拆卸的联接。螺纹联接、键联接、销联接。北京林业大学专用作者：潘存云教授联接件预制孔＋铆钉铆合铆接特点：工艺简单，可靠，耐冲击；笨重，劳动条件差。应用：目前用于桥梁、飞机制造。联接的类型和应用北京林业大学专用作者：潘存云教授被联接件局部熔融＋熔化焊条填充焊缝冷却焊接特点：重量轻，强度高，工艺简单。残存焊接应力。应用：广泛，单件生产周期短，成本低。联接的类型和应用北京林业大学专用作者：潘存云教授粘合剂＋被联接件粘合剂固化粘接特点：重量轻，耐腐蚀，密封好，适用于不同材料。要求有一定粘接面积。应用：应用于金属三十多年历史。联接的类型和应用北京林业大学专用作者：潘存云教授粘接应用例粘接的蜗轮被联接件粘接表面涂胶粘剂，经固化。粘接的管道粘接的管件联接的类型和应用北京林业大学专用作者：潘存云教授被联接件（包容件与被包容件）间存在过盈量，二者装配后产生压力，工作时靠摩擦力传递载荷。过盈配合联接特点：结构简单，定心性好，对轴无削弱，耐冲击性能好。表面精度要求高。过盈量小时用压入法装配，大时用温差法装配。应用：轻载，定心要求高，不能对轴有削弱之场合。过盈量压入法，温差法联接的类型和应用北京林业大学专用作者：潘存云教授螺纹联接被联接件＋螺纹紧固件（拧紧）。联接的类型和应用北京林业大学专用作者：潘存云教授键联接被联接件＋键（定位，传递扭矩）联接的类型和应用北京林业大学专用作者：潘存云教授销联接被联接件＋销（定位，传递不大的载荷）。联接的类型和应用潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺纹的形成§5－1螺纹d2螺旋线——一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹——一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹潘存云教授研制螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹潘存云教授研制左旋螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹一般:n≤4PSS=2PPSPS=Pn线螺纹:S=nP单线螺纹多线螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹螺纹副潘存云教授研制潘存云教授研制外螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹连接螺纹传动螺纹螺旋传动连接螺纹传动螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹连接螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制圆柱螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制管螺纹ψ潘存云教授研制(3)中径d2也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。βd1d2d(1)大径d与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。(2)小径d1与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(4)螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)导程S(6)螺纹升角ψ中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角(7)牙型角α轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。tanψ=πd2nP牙侧角βαβψπd2SS=nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P二、螺纹的主要几何参数SPP/2P/2(8)接触高度h内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。h普通螺纹以大径d为公称直径，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，其余的统称为细牙螺纹。60˚螺纹的精度等级:A级B级C级公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接用于一般连接，最常用粗牙螺纹应用最广。细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点：不耐磨，易滑扣。应用：薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。Pd粗牙dP细牙dP细牙潘存云教授研制潘存云教授研制梯形螺纹：梯形锯齿形30º3º30º为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角β比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。锯齿形螺纹:常用于传动。β=15ºβ=3º粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。螺纹的基本尺寸：潘存云教授研制直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸mm30.52.6752.459公称直径（大径）粗牙细牙Dd螺距P中径D2d2小径D2d2螺距P40.73.5453.24250.83.5454.1340.350.5615.3504.91881.257.1886.647101.59.0268.3761.25,10.75121.7510.86310.1061.5,1.250.5(14)212.70111.8351.5,116214.70113.835(18)2.516.37615.294202.518.37617.294(20)2.520.37619.29424322.05220.752(27)325.05223.752303.527.72726.2112,1.5,1注：括号内的公称直径为第二系列H=0.866Pd2=d-0.6495Pd1=d-1.0825PD1、d1——内、外螺纹小径D2、d2——内、外螺纹中径D、d——内、外螺纹大径P——螺距标记示例：M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3)M24×1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5)PP/8P/8P/8H/4DdD2d2D1d1P/2P/430˚60˚90˚潘存云教授研制细牙普通螺纹基本尺寸mm螺距P中径D2、d2小径D1、d10.35d-1+0.773d-1+0.6210.5d-1+0.675d-1+0.4590.75d-1+0.513d-1+0.1881d-1+0.35d-2+0.9181.25d-1+0.188d-2+0.6471.5d-1+0.026d-2+0.3762d-2+0.701d-3+0.8353d-2+0.052d-4+0.752潘存云教授研制潘存云教授研制梯形螺纹基本尺寸mm标记示例：Tr48×8(梯形螺纹，直径48，螺距8)Ph3=H4ac第1系列第2系列D2d2D1螺距螺纹牙高牙顶间隙公称直径d中径内螺纹小径126.50.590、10085、95d-6d-12105.50.540、70、8038、42、65d-5d-1086.50.548、5246、50d-4d-842.250.2516、2018d-2d-452.750.2524、2822、26d-2.5d-562.250.532、3630、34d-3d-6内螺纹外螺纹dPR1R2D1D4H1D2d2d3acac30˚H4R2潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制dd2d1P用螺纹密封的管螺纹普通细牙螺纹管螺纹非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁α=55˚）用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁α=55˚）60˚圆锥管螺纹公称直径——管子的公称通径。强调与普通螺纹不同55˚55˚非螺纹密封的管螺纹dd2d1Pφ2φ§5－2螺纹连接的类型及标准连接件一、螺纹连接的基本类型螺栓连接基本类型eaal1l1可承受横向载荷。螺纹余留长度l1铰制孔用螺栓静载荷l1=(0.3~0.5)d;变载荷l1=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷l1≥d;铰制孔用螺栓l1≈d;螺纹伸出长度a=(0.2~0.3)d;螺栓轴线到被连接件边缘的距离e=d+(3~6)mm用于经常拆装易磨损之处。潘存云教授研制潘存云教授研制d潘存云教授研制d孔与螺杆之间留有间隙潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺纹连接的基本类型螺栓连接基本类型螺钉连接座端拧入深度H，当螺孔材料为：aee双头螺柱连接连接件厚，允许拆装。钢或青铜H=d;铸铁H=(1.25~1.5)d铝合金H=(1.5~2.5)d螺纹孔深度H1=H+(2~2.5)P;钻孔深度H2=H1+(0.5~1)d;参数l1、e、a与螺栓相同l1l1HHH1H1H2H2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。§5－2螺纹连接的类型及标准连接件d潘存云教授研制一、螺纹连接的基本类型螺栓连接基本类型螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接紧定螺钉§5－2螺纹