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1、第六章 螺纹联接设计,研制：侯玉英,6-1 螺纹的主要参数及类型,6-2 螺旋副的分析、效率和自锁,6-3 螺纹联接和螺纹联接件,6-4 螺栓联接的强度计算,6-5 螺纹联接的结构设计,*. 螺纹连接用螺纹联接件（螺栓，螺钉）将两个以上零件联成一体。,*. 本章的主要内容,1. 螺纹类型及主要参数;螺纹联接的主要类型、特点及应用;,2 . 螺旋副的受力、效率及自锁,预紧和防松;,3 . 螺栓的强度计算;,4 . 螺栓组的结构设计.,6-1 螺纹的主要参数及类型,一. 螺纹形成原理,将一倾斜角为的直线绕 在圆柱体上就形成一条螺旋线 。取一平面图形使其沿螺旋线 运动，该平面图形在空间的轨 迹即为螺
2、纹。,二 常用螺纹类型,左旋螺纹自右下方向左上 方绕行的螺纹,右旋螺纹自左下方向右上 方绕行的螺纹,左旋,右旋,外螺纹在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓、 螺钉,内螺纹在圆柱空内壁上形成的螺纹，如螺母,按螺纹牙的牙型分类:,普通螺纹 牙型角=60，当量摩擦系数较大，自锁性能 好，主要用于连接。,圆柱管螺纹牙型角=55，用于压力p1.57MPa的管子连接,矩形螺纹牙型角=0，当量摩擦系数小，效率高，用于传动,梯形螺纹牙型角=30，牙根强度高，效率较高，易保证加工精度，广泛 用于传动。,锯齿形螺纹牙型斜角两边不相等，工作面=3,非工作面= 30，效率较三 角形螺纹高，只能用于单向传动。,单线螺纹 Z
3、=1，效率低，自锁性好，易加工,三线螺纹Z=3，效率高，自锁性差，难加工,双线螺纹Z=2，效率较Z=1 高,单线螺纹,双线螺纹,三线螺纹,1 .大径d：外、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径（管螺纹除外）,2 .小径d1：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱上面的直径。 在强度计算中常用作危险截面的计算直径。,3 .中径d2：处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线 上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。,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Ph ：螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。Ph= zP。,6 .升角 ：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平
4、面间的夹 角，通常用中径处的升角表示。其计算式为：,7 .牙型角：在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角 。螺纹牙型的侧 边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角 。对于三角形、 梯形螺纹等对称牙型， =/2。,1 .大径d：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的圆柱直径，规定为螺纹的公 称直径（管螺纹除外）。,2 .小径d1：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相相切圆柱体直径。在强度计算中 常用作危险截面的计算直径。,3 .中径d2：处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线 上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。,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Ph ：螺纹上任一点沿螺旋线
5、绕一周所移过轴向距离。Ph= zP。,7 .牙型角：在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角 。螺纹牙型的侧 边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角 。对于三角形、 梯形螺纹等对称牙型， =/2。,6 .升角 ：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹 角，通常用中径处的升角表示。其计算式为：,6-2 螺旋副的受力关系、效率和自锁,一. 矩形螺纹副（牙型角=0）的受力关系及效率,一）拧紧螺母时相当相当于滑块沿斜面等速上升运动,效率：,二）松脱螺母时相当于滑块沿斜面等速下降,当滑块在FQ作用下沿斜面等速下 降时，滑块上的摩擦力Ff沿斜面向上， 斜面对滑块的总反力FR与FQ之间夹角 为-，由力三角形可的
6、水平力：,三）螺旋副的自锁条件,由松脱螺母时的水平力计算式可知，若，则Ft为负值。表明要使 滑块在FQ作用下沿斜面等速下滑，必须加一反方向的水平力Ft，否则不论FQ力有 多大，滑块都不会在其作用下自行下滑，即螺母不会在轴向载荷FQ作用下自行松 脱此现象称为自锁。,螺旋副的自锁条件： ,二. 非矩形螺纹副（牙型角0）的受力关系及效率,矩形螺纹副,非矩形螺纹副,矩形螺纹： FRn= FQ Ff=FRnf= FQ f 摩擦角=arctanf,非矩形螺纹： FRn = FQ/cos Ff= FRn f= FQ f /cos= FQ fv 摩擦角v=arctanfv,效率：,非矩形螺旋副的自锁条件： v
7、,一）螺栓联接 螺栓联接是利用螺栓穿过被联接件的孔，拧上螺 母，将被联接件联成一体。其被联接件的孔内不切制螺纹，使用方便。通常用 被联接件不太厚，能从被联接件两边进行装配的场合。,6-3 螺纹联接和螺纹联接件,一. 螺纹联接的基本类型,结构特点：被联接件通孔和螺栓间有间隙故通孔加工精度要求较低，其 结构简单、装拆方便，应用广泛。,普通螺栓联接,1. 普通螺栓（即受拉螺栓）联接,受力特点：,联接承受外载荷时，螺栓受拉力作用,2. 铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）联接。,结构特点：被联接件孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合（H7/m6， H7/n6）。用于要求精确固定被联接件相对位置，并能承受横向 载荷
8、，但孔的加工精度要求较高。,铰制孔用螺栓联接,普通螺栓联接,受力特点：联接借助螺栓杆承受横向外载荷，螺栓受剪力作用。,特点是：将螺栓一端旋紧在一被联接件的螺纹孔内，另一端穿过另一 被联接件的孔，旋上螺母，从而将被联接件联成一体。,二）双头螺柱联接,应用：用于被联接件之一太厚不便穿孔，且需经常装拆或结构上受限制 不能采用螺栓联接的场合。,注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制,d,特点：螺钉联接不用螺母，而是直接将螺钉拧入被联接件之一的螺纹孔内，从而实现联接。,三）螺钉联接,应用：用于被联接件之一较厚的场合，不经常装拆联接的场合。,注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制,特点：紧定螺钉联接，是利用 紧定
9、螺钉旋入一零件，并以其末端 顶紧另一零件（或该零件的的凹坑 内）来固定两零件之间的相互位置,四）紧定螺钉联接,应用：可用于传递不大的力及转 矩，多用于轴和轴上零件的联接。,二. 螺纹联接件,紧定螺钉联接,一）螺栓,六角头螺栓,二）双头螺栓两端均制有螺纹，两端螺纹可相同（均为粗牙）也可 不同（一端为粗牙，另一端为细牙）。,六角头铰制孔用螺栓,三）地脚螺栓是将机座固定在地基上一种特殊螺栓。,四）螺钉、紧定螺钉螺钉头部、紧定螺钉末端有多种结构型式,地脚螺栓,螺钉头部结构型式,外六角头,内六角头,一字槽沉头,十字槽沉头,十字槽半圆头,锥端,平端,圆柱端,尖锥端,紧定螺钉末端结构,五）螺母,六角薄螺母,
10、六角厚螺母,六角槽形螺母,圆螺母,六） 垫圈,平垫圈,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用带翘垫圈,6-4 螺栓联接的强度计算,一. 螺栓联接强度计算的目的：是 确定螺栓的公称直径d,二. 螺栓联接的失效形式及计算准则,2 .受剪螺栓（受横向载荷的铰制孔螺 栓）主要破坏形式为螺栓杆与孔壁 间压溃或螺栓杆被剪断，计算准则应是 保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强 度，其中联接的挤压强度对联接的可靠 性起决定性的作用。,1 .受拉螺栓（受轴向载荷或横向载荷 的普通螺栓）主要破坏形式为螺栓 杆和螺纹部分可能发生塑性变形或断裂 ，其计算准则是：保证螺栓的静力（或 疲劳）拉伸强度。,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,吊
11、环螺栓联接（松）,气缸盖螺栓联接（紧）,三. 螺栓联接的强度计算,松螺栓联接装配时不需拧紧螺母如吊环螺栓联接,紧螺栓联接装配时必须将螺母拧紧，应用广泛。 如气缸盖螺栓联接等。,一）受轴向载荷（力作用线与螺栓轴线平行）的螺栓连接,螺栓危险剖面的抗拉强度条件为：,1. 松螺栓联接,工作载荷前，螺栓并不受力,工作时受拉力F（由外加载荷产生）,MPa,校核计算式：,d1 螺栓危险剖面直径，即螺纹小径，mm；,螺栓的公称直径d确定：根据d1d1ca的原则查普通螺纹基本尺寸（GB196- 81）机械设计课程设计表11-1，确定螺栓的公称直径d。, 松螺栓联接的许用应力，Mpa，,螺栓材料的屈服极限,S松松
12、螺栓联接的安全系数，S=1.21.7,14,11.835,6-5 螺纹联接的结构设计,一. 螺纹联接防松,防松的根本目的在于防止螺纹副间的相对转动。防松的措 施很多，按工作原理可分为如下三类。,1摩擦防松 这类防松措施是使拧紧的螺纹之间不因外载荷变化而失去压力，即始终有摩擦阻力防止联接松脱。这种方法不十分可靠，故多用于冲击和振动不剧烈场合。常用的有如下几种：,弹簧垫圈,双螺母,2. 机械防松,机械防松的措施是，利用各种止动零件，以阻止拧紧的螺纹零件产生相对转动。这类防松方法相当可靠，应用很广。常用的方法有：,槽形螺母和开口销,串联钢丝,正确结构,错误结构,止动垫圈,3. 粘合防松,将粘合剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后，粘合剂能自行固化，防松效果良好。,螺栓与螺母底面的支承面应平整，并与螺栓轴线相垂直，为减小和避免弯曲应力，被联接件支承面可经机械加工后制成的凸台或沉头座或斜面垫圈。,二. 支承面应平整,凸台,沉头座,斜面垫圈,三. 扳手空间,螺栓排列应有合理的钉距、边 距，注意留必要的板手空间。板手 空间的具体尺寸可查有关手册。,要有合理的边距,要有合理的间距,结 束,电教制作：,侯玉英,
