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1、 联接是指被联接件与联接件的组合。常 见的机械联接有两类： 一是机械动联接，如运动副； 二是机械静联接，本章所学习内容是机械静 联接问题。 联联 接接 不可拆联接 装拆方便，多次装拆无损于 使用性能。如螺纹联接、键联 接、销联接 在拆开联接时会损坏联接 中的零件或使用性能。如焊 接、铆接、粘接 概 述 可拆联接 （永久性联接） 1 联接的目的 便于机器的制造、安装、运输、维修 以及提高劳动生产率。 学习目标 熟悉机器联接中常用的各种联接件的 结构、类型、性能和应用场合，掌握设计 理论和选用方法。 2 第六章 螺纹联接 1 螺 纹 第二篇 联 接 如用一个三角形K沿螺旋线运 动并使K平面始终通过
2、圆柱体轴线 YY-这样就构成了三角形螺纹。同 样改变平面图形K，可得到矩形、 梯形、锯齿形、管螺纹 一、螺纹的形成 3 按牙型: 三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹 按位置： 内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹 三角形螺纹： 粗牙螺纹用于紧固件 细牙螺纹同样的公称直径下，螺距最小， 自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等 根据螺旋线绕行方向： 左旋如图 右旋常用 根据螺旋线头数： 单头螺纹（n=1）用于联接 双头螺纹（n=2）如图 多线螺纹（n2）用于传动 二、螺纹的类型 4 锯齿形螺纹 三角形螺纹矩形螺纹 梯形螺纹 5 1）外径（大径
3、）d（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，亦称公称直径 2）内径（小径）d1(D1) 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径 3）中径d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱 面的直径，d20.5(d+d1) 三、螺纹的主要参数 6 4）螺 距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离 5）导程（S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线 上的对应两点间的轴向距离 6）线 数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：s=nP 7 7）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角 8）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角
4、 9）牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角 8 1、将螺纹轴线竖 直放置，螺旋线自 左向右逐渐升高的 是右旋螺纹。反之 也成立。 2、从端部沿轴线 看去，当螺纹顺时 针方向旋转为旋进 时，此螺纹为右旋 螺纹。 左旋 右旋 旋向判断方法： 9 双线螺纹单线螺纹 10 一、矩形螺纹 二、非矩形螺纹 螺旋副的受力分析、效率和自锁 三、螺旋副效率 11 一、矩形螺纹（=0) 1、螺纹受力分析 摩擦角： 滑块在水平面上，受到外力R（F+Fa）作用 ，同时还受到法向反力Fn与摩擦力Ff的作用，令 法向反力与摩擦力的总反力为Fr，则Fr与Fn方向 之间所夹的锐角被称为摩擦角。 Fn Fr Ff R
5、Fa F tg= Ff /Fn； Ff = Fntg= Fnf f = tg称为摩擦系数。 12 Fa F Fn Fr f Fn （1）把螺旋副在力矩和轴向载荷作用下的运动， 看 成作用在中径的水平力推动滑块沿螺纹运动。 （2）将矩形螺纹沿中径d2展开得一斜面。 图中为螺旋升角， Fa为轴向载荷， F为水平推力，Fn为法向反力， Ff为 摩擦力， f为摩擦系数，为摩擦角， 法向反力Fn与摩擦力Ff的总反力为Fr 。 13 F= Fa tg (+) （3）其受力状况可以理解为： 作用在滑块上F为一驱动力，轴向载荷 Fa为 一阻力，总反力为Fr 。 Fa F Fn Fr f Fn v 若使滑块等速
6、沿斜面上 升，滑块所受三力平衡 ： 可得： + Fa F Fr F +Fa +Fr=0 拧紧时： 那么转动螺纹所需要的转矩： T1= Fd2/2= tg (+)d2 Fa/2 14 螺母旋转一周所需的输入功为：W1=2T1 因此螺旋副的效率为： 此时螺母上升一个导程S，其有效功为W2=FaS =W2W1= tg / tg (+) 15 F= Fa tg ( -) 松开时： 相当于使滑块等速沿斜 面下滑，轴向载荷 Fa 变为驱动力， F变为维 持滑块等速运动所需的 平衡力。 Fa F Fr f Fn v Fn F Fr Fa - 可得： 16 F= Fa tg ( -) （1） -0， ， F
7、0 分析： 说明滑块在重力作用下下滑，必须给以止动力 ，防止加速下滑。 （2） - 0， ， F 04 91 92 93 受任意载荷螺栓组 向形心简化 四种简单状态 迭加 受载最大螺栓 按单个计算 例2、图示底板用8个螺栓与支架相连，受外力Q作用，Q作用于 包含X轴并垂直于底板接缝面，试计算此螺栓组联接。 （=30） 94 解： （一）受力分析 Q QH QH=Qcos QV QV=Qsin H MH QH H= Qcos MH=H300 V MV QV V= Qsin MV=V400 H=4330N，V=2500N，M=MH-MV=299000N mm 95 （二）工作条件分析 1、保证结合
8、面不滑移 又： 2、受力最大螺栓轴向载荷 a 、FV=V/z=2500/8=312.5N（每个螺栓受V作用相同） b 、M作用，离形心越远受力越大 c 、最大工作载荷 d 、螺栓总拉力 =5662.5N 取： kf =1.3 s=0.13 96 3、螺栓直径： d1d 4、其它条件 a 、左侧不出现间隙： b 、接合面右侧不压溃： 螺栓拧紧并承受轴向载 荷H后，剩余预紧力在结合 面产生的挤压应力。 翻转力矩对挤压应力的影响 选择螺栓性能等级，计算许用应力 。 97 结构分析题 分析题图所示的螺纹联接结构，找出其中的错误，简单说明原因，并 画图改正。 （1）螺纹的大径应小于铰制孔配合直径 （2）
9、弹簧垫圈的切口倾斜方向错误 （3）螺纹部分长度不够 （4）螺栓无法由下向上装入 98 双头螺柱联接 （1）螺纹孔的的深度应大于螺杆 拧入深度 （2）螺纹孔内没有光孔，深度应 大于螺纹孔，否则螺纹不能加工 （3）上端螺柱的螺纹部分长度不 够 （4）下端螺柱无螺纹部分不可能 拧入被联接件2的螺纹孔 （5）上边的被联接件应该有通孔 ，其孔径应大于螺杆直径 99 螺钉联接 （1）螺钉头的周围空间 尺寸太小，更没有扳手空 间，圆柱螺钉头也不能拧 紧 （2）上面的被联接件必 须为光孔，不能是螺纹孔 （3）下面的被联接件应 有螺纹， （4）光孔的直径应与螺 纹小径近似相同，而不是 等于螺纹大经 （5）缺少防
10、松措施 100 作业 1，图示为某受轴向工作载荷的紧螺栓联接的载荷变形图 （1）当工作载荷为2000N时，求螺栓所受总拉力及被联 接件间残余预紧力。（2）若被联接件间不出现缝隙，最 大工作载荷是多少？ F/N /mm 3045 4000 101 2，汽缸盖联接结构如图，汽缸内径D=250mm，为保证气密性要求 采用12个M18的螺栓，螺纹内径15.294mm，中径16.376，许用拉 应力=120MPa，取剩余预紧力为工作拉力的1.5倍，求汽缸所能 承受的最大压强（取计算直径dc=d1） 102 3，图示为一铸铁吊架，它用两只普通螺栓固定在梁上。吊架 承受的载荷FQ=10000N，螺栓材料为5
11、.8级、Q235， s=400MPa，安装时不控制预紧力，取安全系数Ss=4，取剩 余预紧力为工作拉力的0.4倍，试确定螺栓所需最小直径。 103 4，图示，刚性凸缘联轴器用六个普通螺栓联接。螺栓均匀 分布在D=100mm的圆周上，接合面摩擦因数f=0.15，考虑 摩擦传力的可靠性系数C=1.2。若联轴器传递的转矩 T=150Nm，载荷较平稳，螺栓材料为6.8级、45钢， s=480MPa，不控制预紧力，安全系数取Ss=4，试求螺 栓的最小直径。 104 5，图示为一轴承托架，用4个普通螺栓固定在钢制立 柱上。托架材料为铸铁 ，螺栓的强度为5.6级， 。已知FR=6000N，联接结构尺寸如图，
12、设计此螺栓联接。 （S=0.3,不从心Kf=1.2, ,） 105 答 案 F/N /mm 3045 4000 FE FR Fa Fb Fc 1，解： （1）螺栓刚度 被联接件刚度 由图知道预紧力F0=4000N 螺栓所受总拉力 106 被联接件间剩余预紧力 （2）被联接件不出现缝隙，需 则FEmax=6309.4 107 2，解： 设Fa为螺栓轴向总拉力 则 根据题意FR=1.5FE，FE为螺栓工作拉力 则 则 汽缸压力为 108 3，解： 许用拉应力 两个螺栓，Z=2，每个螺栓的工作载荷 根据题上条件，剩余预紧力 螺栓总轴向力 按强度条件，螺栓小径 109 4，解： 根据分析，设螺栓所需预
13、紧力为：F0 则 则 则螺栓小径 110 5，解： 111 FH FV M 112 5，解： （一）螺栓联接受力分析 由于FR的作用，螺栓联接受轴向力 横向力 翻转力矩 （二）计算螺栓工作拉力 由FV产生的工作拉力 由翻转力矩M引起的工作拉力 113 螺栓的总工作载荷 （三）按保证托架不下滑的条件，确定每个螺栓应加的预紧力 该螺栓组连 接预紧 后，受横向力FH作用时其接合面间压紧 力为剩余预紧 力 ，而受翻转力矩M作用时，其接合面上部压紧 力减小，下部压紧 力增大， 故M对接合面压紧 力的影响可以忽略。 而， 所以 114 取 （当然还有使接合面不分离及托架下部不被压溃 的条件计算预紧 力 在
14、这里不计算了） （四）计算螺栓直径 确定螺栓的总拉力F0 螺栓材料的许用应力 115 所以 查手册得M12、d1=10.106mm (五)校验接合面挤压强度 接合面面积 安全 (六)校验接合面不开缝 所以接合面不开缝。 116 END 117 例：一汽缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓连接，已知汽缸压力在 之间变化，汽缸内径，螺栓分布圆周直径，为 保证气密性，残余预紧力“，螺栓间距小于，材料许用拉伸 应力为，许用应力幅为，相对刚度为，试设计此 螺栓连接。 118 习题：起重卷筒与大齿轮用八颗普通螺栓连接在一起，已知卷筒直径 ，结合面摩擦系数， 可靠性系数，起重钢索拉力，螺栓材料 许用拉伸应力为，试设计该螺栓组。 119 习题：如图所示的颗普通螺栓连接，横向外载荷，轴 向载荷，已知相对刚度为，结合面间摩擦系数 ，许用拉伸应力为，求。 120 图示一铸铁吊架用两只普通螺栓固定在梁上。吊 架承受的载荷FQ100000N，螺栓材料为5.8级 ，Q235， ，安装时不控制预紧力，取 安全系数 ，取剩余预紧力为工作拉力的 0.4倍，试确定螺栓所需最小直径。 121 解：许用拉应力 2个螺栓，z2，每个螺栓的工作载荷 剩余预紧力F0.4F=0.45000=2000 N 故得螺钉中总拉力 按强度条件，螺栓小径 122
