第5章 螺纹连接和螺旋传动

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1、第二篇 连接,第五章 螺纹连接和螺旋传动,第六章 键、花键、无键连接和销连接,第七章 铆接、焊接、胶接和过盈连接,螺纹的类型与特点1,连接概述,1、连接的目的 便于机器的制造、安装、运输、维修以及提高劳动生产率。 2、学习目标 熟悉各种机器中常用的连接方法及有关连接零件的结构、类型、性能和应用场合，掌握它们的设计理论和选用方法。 3、连接的分类,连接的分类,动连接：,静连接：,机器工作时，零部件之间可以有相对 运动。例如：机械原理中，各种运动 副之间的连接。,在机器工作中，不允许零部件之间存 在相对运动的连接。（本篇讨论的内容）,螺纹的类型与特点1,连接概述,静连接,不可拆连接：至少毁坏连接中

2、的一部分才能拆开 的连接。例如：铆接、焊接等。,过盈连接：界于可拆与不可拆之间。,可拆连接：不需毁坏连接中的任何一个零件就可拆 开的连接。多次装拆无损于其使用性能。 例如：螺纹连接、键连接、销连接等。,（可拆性）,连接概述,静连接,材料锁合连接：在被连接件间涂敷附加材料，靠其 分子间的分子力将零件连接在一 起。 如胶接、钎焊等,摩擦锁合连接：靠被连接件的压紧，在接触面间 产生摩擦力阻止被连接件的相对 移动，达到连接的目的。 如受横向 载荷的紧螺栓连接、过盈连接等。,形锁合连接：靠被连接件或附加固定零件的形状 互相嵌合，使其产生连接作用。 如铰制孔用螺栓连接、平键连接等。,（工作原理）,第五章

3、螺纹连接与螺旋传动,5-1 螺纹,5-2 螺纹连接的类型与标准连接件,5-3 螺纹连接的预紧,5-6 螺纹连接的强度计算,5-5 螺纹组连接的设计,5-8 提高螺纹连接强度的措施,5-7 螺纹连接件的材料及许用应力,5-9 螺旋传动,5-4 螺纹连接的防松,潘存云教授研制,潘存云教授研制,一、螺纹的形成与分类,51 螺 纹,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,9,螺纹加工方法,螺纹收尾,10,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

4、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,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,螺纹的牙型,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,左旋螺纹,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,一般: n 4,S

5、 = 2P,S =P,n线螺纹: S = n P,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,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,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

6、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,(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。,(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

7、点间的轴向距离。,(5) 导程S,(6) 螺纹升角 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 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。,牙侧角 ,S = 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、螺纹的主要参数,(8)接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。,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。,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。,标记示例： M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3)

8、,M241.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5),设计：潘存云,设计：潘存云,一、 螺纹连接的基本类型,螺栓连接,基本类型,可承受横向载荷。,螺纹余留长度l1,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,静载荷l1=(0.30.5)d;,变载荷l1=0.75d;,冲击载荷或弯曲载荷l1 d;,螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到边缘的距离 e=d+(36) mm,用于经常拆装易磨损之处。,52 螺纹连接的类型和标准连接件,设计：潘存云,设计：潘存云,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：,双头螺柱连接 连接件厚，允许拆装。,钢或青铜 H=d;,铸铁 H=(1.251

9、.5)d,铝合金 H=(1.52.5)d,螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;,钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;,参数l1 、e、a与螺栓相同,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。,一、 螺纹连接的基本类型,52 螺纹连接的类型和标准连接件,设计：潘存云,螺栓连接,基本类型,螺钉连接,双头螺柱连接,紧定螺钉连接,一、 螺纹连接的基本类型,52 螺纹连接的类型和标准连接件,潘存云教授研制,T 型螺栓,特殊结构的连接,28,潘存云教授研制,潘存云教授研制,二、标准螺纹连接件,螺栓,螺纹连接件,螺栓的结构形式,螺纹连接件,双头螺柱,螺栓,二、标准螺纹连接件,螺纹连接件,

10、末端结构,头部结构,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,二、标准螺纹连接件,螺纹连接件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有余种不同结构的螺母,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,二、标准螺纹连接件,潘存云教授研制,其它螺母：,潘存云教授研制,其它螺母：,垫圈,平垫圈,薄平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,螺纹连接件,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。,二、标准螺纹连接件,六角头螺栓,内六角螺栓,双头螺柱,螺钉,自攻螺钉,内六角平端紧定螺钉,内六角锥端紧定螺钉,一字槽钢珠紧定螺钉,内六角圆柱端紧定螺钉,内

11、六角凹端紧定螺钉,方头紧定螺钉,一字平端紧定螺钉,方头紧定螺钉,螺母与垫圈,53 螺纹连接的预紧,预紧力：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。,预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。,预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。,一、概述,碳素钢螺栓：,F0(0.60.7) s A1,合金钢螺栓：,F0 (0.50.6) s A1,A1 危险截面积， A1 d12/4,测力矩扳手,预紧力控制方法:,定力矩扳手,(1)凭手感经验,(2)测力矩扳手

12、,(3)定力矩扳手,(4)测定伸长量,45,拧紧力矩T,T1为螺旋副间的摩擦阻力矩 T2为螺母与支承面间的摩擦阻力矩,预紧力F0与拧紧力矩T,46,螺母与支承面间的摩擦阻力矩T2,螺旋副间的摩擦阻力矩T1,拧紧力矩,47,M10M64的粗牙普通螺纹,重要螺栓公称直径大于M12,48,预紧力F0和拧紧力F,49,拧紧后螺栓长度 LM=LS+F0/Cb,精确控制预紧力F0,图5-11 测量螺栓伸长量,螺栓原始长度 LS,54 螺纹连接的防松,防松防止螺旋副相对转动。,防松的方法,1. 摩擦防松,弹簧垫圈,对顶螺母,开口销与六 角开槽螺母,串联钢丝,2. 机械防松,圆螺母用止动垫圈,潘存云教授研制,

13、止动垫圈,3. 破坏螺旋副运动关系的防松,涂粘合剂,55 螺栓组连接的设计,1. 为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常连接接合面的几何形状都设计成,一、螺栓组连接的结构设计,基本原则：,大多数机械中螺栓都是成组使用的。,轴对称的简单几何形状,2. 螺栓布置应使各螺栓的受力合理,(1) 对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；,合理,不合理,(2)当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。,潘存云教授研制,3. 螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间,(3)当同时承

14、受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗 剪零件来承受横向载荷。,对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。,4. 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成,4、6、8等偶数。,同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同,5. 避免螺栓承受附加的弯曲载荷,二、螺栓组连接的受力分析,受力分析的目的: 根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。,受力分析时所作假设: (1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；,(3)受载后连接接合面仍保持为平面。,受力分析的类型：,(2)螺栓组的对称中心与连

15、接接合面的形心重合；,受转矩,受横向载荷,受轴向载荷,（1）对于铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受工作剪力为,（2）对于普通螺栓连接 ，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有,式中 z为螺栓数目。,1受横向载荷的螺栓组连接,Ks为防滑系数，设计中可取Ks =1.11.3。,普通螺栓,或,2受转矩的螺栓组连接,采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。,采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。,3受轴向载荷的螺栓组连接,若作用在螺栓组上轴向总载荷F作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为,通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，每个螺栓所承受的总载荷F2为,潘存云教授研制,潘存云教授研制,4受倾覆力矩的螺栓组连接,单个螺栓拉力产生的力矩为,Mi=Fi Li,螺栓承受的载荷与距离成正比,潘存云教授研制,单个螺栓的受力分析,作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即,未加倾覆力矩