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1、第二篇 连 接,为了便于机器的制造、安装、运输、维修以及提高生产率，广泛地使用各种连接。因此设计者应了解各种机器中常用的连接方法、连接种类、特点和应用，熟悉连接设计的准则，掌握好设计的方法。,机械连接,焊接、铆接、胶接,螺纹连接、键连接、销连接,在设计被连接零件时，应同时决定所要采用的连接类型。连接类型的选择是以使用要求及经济要求为依据的。一般，采用不可拆连接多由于制造及经济上的原因；采用可拆连接多由于结构、安装、运输、维修上的原因。不可拆连接的制造成本通常较可拆连接低。,在具体选择连接类型时，还要考虑到连接的加工条件和被连接零件的材料、形状、尺寸等因素。,在设计连接时，除应考虑强度、刚度及经
2、济性等基本问题外，在某些场合，还必须满足紧密性的要求。,第五章 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 螺栓组连接的设计,5-8 提高螺纹连接强度的措施,5-7 螺纹连接件的材料与许用应力,5-9 螺旋传动,5-4 螺纹连接的防松,螺纹连接利用带有螺纹的的零件构成的可拆连接。,5-1 螺 纹,一、螺纹的类型和应用,螺纹的形成,1、螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。,螺纹的类型,2、根据平面图形的形状分为：,3、根据母体形状分为：,螺纹的类型与特点1,连接用螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠连
3、接；,传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。,6、螺纹按工作性质分为连接用螺纹和传动用螺纹。,牙型为等边三角形，牙型角60，内外螺纹旋合后留有径向间隙。外螺纹牙根有较大的圆角，以减小应力集中。同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和细牙。细牙螺纹的螺距小，升角小，自锁性好，连接强度高，因牙细不耐磨，易滑扣。 一般连接多用粗牙螺纹，细牙螺纹常用于细小零件，薄壁管件或受冲击、振动和变载荷的连接中。细牙螺纹也可作为微调机构的调整螺纹用。,普通螺纹（三角形螺纹）,M10； M101,自攻螺钉用螺纹与普通螺纹相比，牙型相同，但是在相同的大径时，自攻螺纹的螺距大而小径则略小。自攻螺钉用螺纹已是一种标
4、准化的螺纹。,自攻螺钉螺纹,管螺纹是用于管子连接的螺纹，其螺纹牙分布在圆锥体上。常用的管螺纹根据牙型角的不同可分为55和60的管螺纹。 管螺纹根据其密封的性能，可将其分为密封管螺纹和非密封管螺纹。密封管螺纹的螺旋副本身具有密封和机械连接两种功能；非密封管螺纹则螺旋副本身仅具有机械连接一种功能，但它可以锁紧螺纹以外的密封结构。 管螺纹的尺寸规格直接采用相应管子的尺寸规格，选用时只能使用与管子具有相同尺寸规格的管螺纹。,管螺纹,G1/4“； ZG1/4“,牙型为等腰梯形，牙型角为30，内外螺纹以锥面贴紧不易松动。与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好。如用剖分螺母，还可以调
5、整间隙。梯形螺纹是最常用的传动螺纹。如车床丝杠。,梯形螺纹,牙型为正方形，牙型角=0，其传动效率较其它螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副磨损后，间隙难以修复和补偿，传动精度降低。为了便于铣、磨削加工，可制成10的牙型角。 矩形螺纹尚未标准化，推荐尺寸：d=1.25d1，P=0.25d1。,矩形螺纹,牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角为3，非工作面的牙侧角为30，外螺纹牙根有较大的圆角，以减小应力集中。这种螺纹兼有矩形螺纹传动效率高、梯形螺纹牙根强度高的特点，但只能用于单向受力的螺纹连接或螺旋传动中，如螺旋压力机及载荷很大的起重螺旋。,锯齿型螺纹,螺纹的类型与特点2,二、普通螺纹的主要参数,螺距P螺纹相
6、邻两个牙型上对应点间的轴向距离。,大径d即螺纹的公称直径。,小径d1常用于连接的强度计算。,中径d2常用于连接的几何计算。,牙型角螺纹轴向截面内，螺纹牙型两 侧边的夹角。对称牙型的牙侧角=/2。,升角螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。,线数n螺纹的螺旋线数目。,导程S螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离。,升角的计算式为：,接触高度h内、外螺纹旋合后的接触面的径向高度。,S=nP,M10； M101；,联接类型与标准件2,5-2 螺纹连接的类型与标准连接件,一、标准螺纹连接件,螺纹连接的类型很多，螺栓、螺柱、螺钉、螺母等称为螺纹联接件。在机械制造中常见的螺纹连接件的结构型
7、式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。,普通六角头螺栓的种类很多，应用最广。精度分为、三级，通用机械中多用级。螺杆部可制出一段螺纹或全螺纹，螺纹有粗牙和细牙之分。,普通（六角头）螺栓,高强度螺栓的螺栓头部常作成内六角头，如8.812.9级的螺栓，可用于施加大安装扭矩。在装配时，应采用内六角扳拧专用工具。在自动化装配中应用内六角螺栓，可获得可靠的拧紧效果。,内六角螺栓,双头螺柱的两端都制有螺纹，两端螺纹可相同或不同，螺柱可带退刀槽（型）或制成腰杆（型）。螺柱的一端常用于旋入铸铁或有色金属的螺纹孔中，旋入后即不经常拆卸，以保护螺纹孔的螺纹，另一端则用于安装螺母以固定其它零件，螺柱也有制
8、成全螺纹的。,双头螺柱,螺钉头部形状有圆头、六角头、圆柱头和沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽和内六角槽等形式。十字槽螺钉头部的强度较高、对中性好，便于自动装配。内六角孔螺钉能承受较大的扳手力矩，并且连接强度高，可代替六角头普通螺栓，用于结构要求紧凑的场合。,螺钉,紧定螺钉的末端形状通常有锥端、平端和圆柱端。锥端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬度较大的平面或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于紧定空心轴上的零件位置。,紧定螺钉,螺钉的头部形状有平头、盘头、半沉头、沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽等形状。末端形状有锥端和平端
9、两种。多用于连接金属薄板、轻合金或塑料零件。在被连接件上可不预先制出螺纹，在连接时利用螺纹直接攻出螺纹。螺钉材料一般用渗碳钢，热处理后表面硬度不低于45HRC。自攻螺钉的螺纹与普通螺纹相比，在相同的大径时，自攻螺纹的螺距大而小径则略小。自攻螺钉已是一种标准化的螺钉。,自攻螺钉,根据螺母厚度的不同，螺母分为标准螺母和薄型螺母两种。薄型螺母常用于受剪力的螺栓或空间尺寸受限制的场合。螺母的制造精度与螺栓相同，分为、三级，分别与相同级别的螺栓配用。,六角螺母,圆螺母,平垫圈是螺纹连接中不可缺少的附件，常放置在螺母和被连接件之间，起保护支承表面等作用。平垫圈按加工精度不同，分为级和级两种。用于同一螺纹直
10、径的垫圈又分为特大、大、普通和小的四种规格，特大垫圈主要在铁木结构上使用。此外，有一种用于倾斜支承面的垫圈为斜垫圈。,平垫圈,弹簧垫圈是用于防松的一种垫圈，安装在螺母与被连接件之间。螺母拧紧后，靠垫圈压平后而产生的弹性反力使旋合螺纹间压紧。同时垫圈斜口的尖端抵住螺母与被连接件的支承面也有放松效果。,弹簧垫圈,止动垫圈是用于防松的一种垫圈，通常安装在螺母与被连接件之间。螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被连接件的侧面折弯贴紧，即可将螺母锁住。若两个螺栓需要双联锁紧时，可采用双联止动垫圈，使两个螺母相互制动。,止动垫圈,国家标准规定，螺纹连接件分为三个精度等级，其代号为、级。级精度最高，
11、用于要求配合精确、防止振动等重要零件的连接；级多用于受载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的连接；级精度多用于一般的螺纹连接。常用的标准螺纹连接件通常选用级精度。,是谁、什么时候发明了螺纹连接已无据可查，但在1456年制造的一个头盔上，发现了有固定羽饰的螺钉、螺母，这是最早作为紧固件用的螺钉、螺母。 1760年英国怀亚特家族的乔布和威廉兄弟发明了车螺纹的车床，他们被认为是工业制造螺栓、螺母的创始人。 1841年，英国人惠特沃思最早提出标准螺纹体制，称为惠氏螺纹，随后成为沿用多年的英国标准螺纹。1864年美国人赛勒在惠氏螺纹体制的基础上，提出了新的螺纹体制，将牙型角由55改为60，1868年正式定
12、为美国螺纹标准，称为US螺纹。1894年，法国制定了SF螺纹体制，将英、美的英寸制螺纹改为米制螺纹。1962年ISO发表了米制螺纹标准，使螺纹标准国际化。,虽然现代螺纹连接已经有一百多年的历史，使用的又十分普遍，但螺纹连接件形状复杂，构成连接后，载荷与变形关系也很复杂，所以对螺纹连接依然要认真对待。在某些重要的机器设备中，例如飞机、汽轮机、核反应堆等大型装备中，一旦螺纹连接出现损坏，将造成严重后果。1966年日本航空公司一架从千叶飞往东京羽田机场的飞机，因为连接发动机的螺栓疲劳断裂，在羽田海面坠入海中。 在美国汽车制造商接到的投诉中，最多的是紧固件的问题。美国空间试验计划的统计资料表明，在螺栓
13、连接失效的原因中，设计不当造成的损失竟占24%，若把装配不当引起的损坏29%加在一起数字相当可观。,许多机械产品的质量与紧固件的质量密切相关，生产的完全自动化要求紧固件没有任何缺陷，例如，在机器人的自动装配线中，螺纹紧固件的质量偏离合格标准1%，则自动线每20分钟将关闭一次。随着技术的发展，机械产品超高速、大功率、精密、小型轻量化方向发展，对紧固件的性能提出了更高的要求。,二、螺纹连接的基本类型,普通螺栓连接的结构特点是被连接件的通孔与普通螺栓的杆部之间留有一定的间隙。通孔的加工精度要求较低，结构简单，装拆方便，应用十分广泛。螺栓孔的直径大约是螺栓公称直径的1.1倍。,普通螺栓连接,铰制孔用螺
14、栓连接（也称配合螺栓连接）的被连接件通孔与螺栓的杆部之间多采用基孔制过渡配合，螺栓能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷。这种连接对孔的加工精度要求较高，应精确铰制加工而成，连接也因此得名。,铰制孔用螺栓连接,双头螺柱连接使用于结构上不能采用螺栓连接的场合，例如，被连接件之一太厚不宜制成通孔，材料又比较软，且需要经常拆卸的场合。,H为拧入深度，当带有螺纹孔件的材料为： 钢或青铜：Hd 铸 铁：H=(1.251.5)d 铝 合 金：H=(1.52.5)d,双头螺柱连接,螺钉连接的特点是螺钉直接拧入被连接件的螺纹孔中，不必用螺母，结构简单紧凑。但当要经常拆卸时，易使螺纹孔磨损，导致被连接件
15、报废，故多用于受力不大，不许经常拆卸的场合。,H为拧入深度，当带有螺纹孔件的材料为： 钢或青铜：Hd 铸 铁：H=(1.251.5)d 铝 合 金：H=(1.52.5)d,螺钉连接,紧定螺钉连接是利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并可同时传递不太大的力或力矩。 左图为用平端紧定螺钉的连接，这种连接不伤零件表面；右图为用锥端紧定螺钉的连接，这种联接通常应在被连接件上预制一锥凹坑。,紧定螺钉连接,地脚螺栓主要应用于将机座或机架固定在地基上的连接。使用前，应将地脚螺栓预埋在地基内。,地脚螺栓连接,除上述连接的基本类型外，在机器中，还有一些特
16、殊结构的螺纹连接。如：T型槽螺栓连接、吊环螺钉连接和地脚螺栓连接等。,吊环螺钉主要装在机器或大型零、部件的顶盖或外壳上，以便于对设备实施起吊。,吊环螺钉连接,T型槽螺栓主要用于工装设备中的工装零件与工装机座的连接。,d0=1.1d； B=(1.752.0)d； C1=(11.5)d；C2=(0.70.9)d；,T型槽螺栓连接,大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，称为“预紧”，使连接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加的作用力，称为“预紧力”。,5-3 螺纹连接的预紧,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。（增大联接的刚性；提高紧密性；防松。）,拧紧，螺栓受拉，被连接件受压，使之在承受工作载荷之前，螺栓已预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力F0。,预紧力的大小取决于扳手力矩T。,适当选用较大的预紧力对螺纹连接的可靠性以及连接件的疲劳强度都是有利的，特别对于像气
