第5章螺纹联接和螺旋传动

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1、第二篇 连 接,机械设计人员必须熟悉常用的连接方法及连接件的结构、类型、性能、适用场合，掌握它们的设计理论或选用方法。,连接对于机器的制造、安装、维修必不可少。,1.动连接,2.静连接, 可拆连接, 不可拆连接,机械连接的分类：,如:各种运动副,-如: 螺纹、键、销连接等,-铆、焊、粘接等,（永久连接）,-被连接的零件间可以有相对运动的连接,-被连接件之间不许产生相对运动的连接,提问：,有没有既是可拆连接又是不可拆连接的连接形式 ？,（一）过盈连接的特点及应用,特点： 利用零件间的配合过盈来达到连接目的。,过 盈 连 接 简 介,过盈连接 - 干涉配合连接或紧配合连接,（一）过盈连接的特点及应

2、用,特点： 利用零件间的配合过盈来达到连接目的,应用：主要用于轴与毂、轮圈与轮芯、滚动轴承与轴 或座孔的连接等。,曲轴过盈连接组件,过 盈 连 接 简 介,曲轴过盈连接组件,过 盈 连 接 简 介,曲臂,主轴颈,连杆轴颈,（二）过盈连接的工作原理, 工作原理 轴与孔配合中，轴的实际尺寸大于孔，在装配后的配合面上，便产生了一定的径向正压力。,轴的尺寸减去孔的尺寸-过盈量,当连接承受轴向力F或转矩T时，配合面上便产生摩擦阻力或摩擦阻力矩以抵抗和传递外载荷。, 装配方法：,（二）过盈连接的工作原理,冷却被包容件（尺寸）,加热包容件（尺寸）,本篇重点掌握第五章和第六章,第五章 螺纹连接和螺旋传动,51

3、 螺纹,52 螺纹连接的类型及标准连接件,53 螺纹连接的预紧,55 螺纹连接的强度计算,57 螺纹连接件的材料及许用应力,58 提高螺纹连接强度的措施,54 螺纹连接的防松,56 螺栓组连接的设计,本章主要内容有： 螺纹连接的基本知识： 螺纹和螺纹连接件的类型、结构、特点，应用场合及选用原则，要特别注意普通螺栓连接与铰制孔用螺栓连接在传力、失效形式、结构及强度计算准则上的不同； 螺纹连接的强度计算，主要是紧螺栓连接的强度计算。要求掌握紧螺栓连接力与变形之间的关系、提高螺栓连接强度的措施； 螺纹连接的防松原理及防松装置； 螺栓组的受力分析、失效分析及强度计算方法； 本章的重点及难点： 受预紧力

4、和轴向工作载荷的紧螺栓连接强度计算，多种受力状态下螺栓组连接的设计计算。,潘存云教授研制,外螺纹 内螺纹,（一）螺纹的类型和应用,5 -1 螺 纹,按螺纹的旋向分,右旋螺纹,左旋螺纹,请判断下列螺纹的旋向？,按螺旋线的数目分,单线螺纹 多线螺纹,双线螺纹,单线螺纹,连接螺纹,传动螺纹,潘存云教授研制,潘存云教授研制,按螺纹作用分,连接螺纹 传动螺纹,圆柱螺纹,圆锥螺纹,-用于一般的连接和传动,-主要用于管道连接,按母体形状分,圆柱螺纹 圆锥螺纹,按螺纹的牙型分,按螺纹的牙型分,普通螺纹 管螺纹 矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,用于传动,用于连接,常用螺纹的类型、特点和应用，见表 5 - 1,

5、中径 d2, 小径 d1,（二）螺纹的主要参数,-在标准中定为公称直径,-强度计算中常作为螺杆危险截面的 计算直径,三径, 导程（升距）Ph,（二）螺纹的主要参数,二距,n-螺纹的线数,单线螺纹: S = P,多线螺纹: S = nP, 牙型角 ,牙侧角 ,二角, 中径 d2, 小径 d1, 导程（升距）S,S = nP,（二）螺纹的主要参数（汇总）, 牙型角 ,牙侧角 ,二角,三径,二距, 线数（头数）n -螺纹的螺旋线数目,单线螺纹 自锁性好 多用于连接；,多线螺纹 传动效率高 多用于传动。,为了便于制造，一般螺纹的线数 n4,复习：,螺旋副的自锁条件：,螺旋副的效率：,（二）螺纹的主要参

6、数, 接触高度h -内、外螺纹旋合后的接触面的径向高度,自锁性能好，连接可靠,（一）基本常识,1. 螺纹连接-螺纹零件-可拆连接,2.普通螺纹,5-2 螺纹连接的类型和标准连接件,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联接；,用于一般联接，最常用。,螺纹的精度等级,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。,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、受动载荷的联接和微调机构。,（二）螺纹连接的基本类型,

7、1.螺栓连接,铰制孔用螺栓连接,孔与螺杆之间留有间隙,普通螺栓连接,受拉螺栓,受剪螺栓,3. 螺钉连接,2. 双头螺柱连接,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。,思考：这两种连接适用在什么场合？各有何特点？,双头螺柱是如何拧入、拧出的？,-不宜经常拆卸,-可经常拆装,潘存云教授研制,4. 紧定螺钉连接,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,双头螺柱,螺栓,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,螺纹紧固件,地脚螺栓,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹连接,T 型螺栓,螺纹紧固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有六十余种不同结构

8、的螺母,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹连接,潘存云教授研制,其它螺母：,潘存云教授研制,其它螺母：,垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,螺纹紧固件,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。,专用螺纹连接,5-3 螺纹连接的预紧, 预紧力F0 ：螺纹连接在承受工作载荷之前，预先受 到的作用力。, 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：,(一) 概述,A1 -危险截面积， A1 d21/4,测力矩扳手, 预紧力控制方法:,定力矩扳手,通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须

9、预紧力进行精确控制。,1)凭手感经验；,2)测力矩扳手；,3)定力矩扳手；,4)测定伸长量。,(二) 拧紧力矩T的计算,装配时，F0的大小通过拧紧力矩T来控制。,拧紧力矩 T 愈大则预紧力 F0 也愈大，那么两者之间有何关系呢？,拧紧力矩：,T1克服螺纹副相对转动的阻力矩；,T2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；,总力矩：,标准扳手长度 L15 d， 设：拧紧力为F ，则 T = FL,若： F = 200N,则： F0 15000 N,若用这个预紧力拧M12以下的钢制螺栓，则很可能因过载而被拧断。,对于重要的连接，不宜采用 M12 的螺栓。,（一）防松的目的,思考：连接螺纹一般具有自锁性，为何还

10、要防松？,（二）防松的方法,具体方法有三种：, 5-4 螺纹连接的防松 (自学),1、摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母,2、机械防松：开口销、止动垫片、串连钢丝,3、永久防松：焊、粘、冲,具体内容见表 5 - 3,防松的方法：,1. 利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,防松-防止螺旋副相对转动,开口销与六 角开槽螺母,串连钢丝,2. 采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,潘存云教授研制,止动垫圈,3. 其他方法防松,涂粘合剂,试指出下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。,a)螺钉连接 b)双头螺柱连接 c)铰制孔用螺栓连接,内容回顾,1.螺纹按牙型分为哪几种？应用？,2.螺纹连接的

11、基本类型及应用。,3.螺纹连接的防松。,4.螺栓组连接的结构设计。,设计步骤：,5-5 螺栓组连接的设计,结构设计,对不重要的螺栓连接，可用类比法确定，不再进行强度校核。,（一）螺栓组连接的结构设计, 基本原则：, 设计目的：,确定接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和接合面受力均匀、便于加工装配。,2. 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理,A) 对铰制孔用螺栓连接，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；等等。,合理,不合理!,B) 当螺栓连接受弯矩或转矩作用时，应使螺栓的位置靠近接合面的边缘，以减少螺栓的受力。,3. 螺栓的排列应有合理的间距、边距，以

12、保证扳手空间,C) 若同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用抗剪零 件来承受横向载荷。,键,套筒,销,对压力容器等紧密性要求较高的重要连接，螺栓的间距 t0 不大于表5-4所推荐的数值。,4. 为便于在圆周上钻孔时的分度和画线，分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成: 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,螺栓组的结构设计，还包括合理地选择螺栓组的防松装置。,(二) 螺栓组连接的受力分析,目的： 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。, 假设： 1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 2）螺栓组的对称

13、中心与连接接合面的形心重合； 3）受载后连接接合面仍保持为平面。, 典型的螺栓组受载情况：,1受横向载荷的螺栓组连接,铰制孔用螺栓连接,普通螺栓连接,Question：在横向载荷的作用下被连接件之间有何运动趋势？,载荷的特点：,载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组的对称中心。,(二) 螺栓组连接的受力分析,A 若采用普通螺栓连接,工作原理: 靠螺栓预紧后在接合面上产生摩擦力来抵抗外载荷F,预紧后接合面间所产生 的最大摩擦力横向载荷：,本题：i =2,预紧后接合面间所产生的最大摩擦力横向载荷：,进一步分析：,当 f = 0.2，KS =1.2 ， Z=1，i =1 时，,F0 6F,采用普通螺

14、栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。,2受转矩的螺栓组连接,在转矩T作用下，被连接件底板将绕通过螺栓组对称中心O并与接合面相垂直的轴线转动。,根据作用在底板上的力矩平衡条件：,潘存云教授研制,B 若采用铰制孔用螺栓连接,每个螺栓所受工作剪力为：,工作原理: 依靠螺栓杆受剪切和受挤压来抵抗横向载荷F。,B. 采用铰制孔用螺栓,-靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。,各螺栓的剪切变形量与其轴线到对称中心O的距离成正比。,（亦即螺栓离O越远，变形量越大，所受的工作剪力也越大）,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。,据作用在底板上的力矩平

15、衡条件：,联立求解得：,受力最大螺栓所受的工作剪力,可见，距旋转中心O点最远的螺栓承受的工作剪力最大。,图示凸缘连轴器，是承受转矩的螺栓组连接的典型部件。,铰制孔用螺栓,注意：对承受转矩的螺栓组连接,1、若采用普通螺栓，则要确定的是：,预紧力F0,2、若采用铰制孔用螺栓，则要确定的是：,工作剪力Fmax,3受轴向载荷的螺栓组连接,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。,载荷特点：,因螺栓均匀分布，则各个螺栓受载相同。,每个螺栓所受轴向工作载荷：,总拉力：,此时，被连接件有分离的趋势。一般多用普通螺栓连接。,注意：,各螺栓除承受轴向载荷F之外，还受有预紧力F0的作用,4受倾覆力矩的螺栓组连接,O,O,x,x,载荷特点：倾覆力矩 M 作用在通过x-x轴并垂直于连接接合面的 一个对称平面内。,为阻止底板翻转，作用在底板两侧的作用力，对0-0轴形成一个力矩，这个力矩应与外加的M相平衡。,（即：左侧螺栓以及右侧支承面对0-0轴线的反力矩应与M相平衡）,底板的平衡条件为：,根据螺栓的拉伸变形量与其轴线到00轴之距成正比：,受力最大的螺栓所受的工作拉力,显然，距OO轴线最左侧的两个螺栓受力最大。,？,受M作用的螺栓组连接，除要保证螺栓有足够的强