机械设计基础 第十章 联接.

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1、第十章 联 接 概 述 任何机械均由若干零件按一定方式相互联接而成。如果相 连接的零件其相对位置在工作时按一定的规律进行变化，此种 联接称动联接。如果相联接的零件在工作时其相对位置固定不 变，此种联接称静联接。根据是否可拆卸，联接还可分为可拆 联接和不可拆联接。现将联接分类如下： 101 螺纹参数 一、螺纹线、螺纹、螺纹副 1、螺纹线： 将一倾斜角为的直线绕在圆柱体上便形 成一条螺旋线。 2、螺纹：取一个平面图形沿螺旋线运动并使平面始终通过圆 柱体轴线就得到螺纹。若改变平面图形的形状，可 得到三角形、梯形、锯齿形、矩形螺纹。 (1)按螺纹在轴向剖面内的形状，分为矩形螺纹、三角形螺纹、梯形螺纹及

2、 锯齿形螺纹。 (2)按螺纹旋线绕行的方向，分为右旋螺 纹和左旋螺纹。只有在特殊需要时，才 采用左螺纹。比如煤汔罐等危险设备中 使用的螺纹。 3、螺纹副： 内外螺纹旋合组成螺旋副或称螺纹副。 二、螺纹分类 1、螺纹的牙型： 三角形、梯形、锯齿形； 2、螺纹的旋向： 左旋、右旋； 3、螺纹的线数（头数）： 单线、等距排列多线； 沿一条螺旋线所形成的螺纹为单线螺纹。单线螺纹多 用于联接。 沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的 螺纹为多线螺纹。多线螺纹多用于传动。 多线螺纹由于加工制造的原因，线数一般不超过4条 。 4、母体形状： 6、按位置： 圆柱螺纹、圆锥螺纹； 内螺纹、外螺纹； 5、

3、按作用： 联接螺纹、传动螺纹； 三、螺纹的主要几何参数： 1）大径（外径）d（D） 与外（内）螺纹牙顶 （底）相重合的假想圆柱体直径，亦称公称直径。 2）小径（内径）d1 (D1) 与外螺纹牙底相重合的 假想圆柱体直径。 3）中径d2 假想圆柱面的直径，该圆柱的母线上 牙形沟槽和凸起宽度相。 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）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

4、角。 tg =nP/d2 8）牙型角轴向截平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夹角称为牙侧角（牙 型斜角）。 对称牙侧角 /2 一、矩形螺纹 二、非矩形螺纹 102 螺旋副的受力分析、 效率和自锁 三、螺旋副效率 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 Fa F tg= Ff /Fn； Ff = Fntg= Fnf f = tg称为摩擦系数。 Fa F Fn Fr f

5、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 。 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： F= Fa tg ( -)

6、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： F= Fa tg ( -) （1） -0， ， F 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 0 说明滑块不能在重力作用下下滑。这一现象称为 自锁现象。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。 2、螺纹自锁： 二、非矩形螺纹（0) 三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹 1、螺纹受力分析： 唯一差别是： 法向力比矩形螺纹大。 （忽略升角的影响） 这时螺纹的摩擦阻力为： 在Fa的

7、作用下，法向反力比矩形螺纹大为： f 称为当量摩擦系数 称为当量摩擦角 这时把法向力的增加看成摩擦系数的增加。 为牙型斜角 用f 取代f，用取代，就可像矩形螺纹那样对 非矩形螺纹进行受力分析 上升：F= Fa tg ( +) 下滑： F= Fa tg ( - ) 2、螺纹自锁条件为： 三、螺旋副效率为： 螺旋副的效率问题是由于摩擦引起的： 上升： 在同样的载荷Fa，同样的牵引速度V，走过同样 的距离S情况下： F= Fa tg ()若不考虑摩擦时： 若考虑摩擦时： F= Fa tg (+) 没有摩擦时，需要的输入功 =FS= Fa S tg () 考虑摩擦时，需要的输入功 =FS= Fa St

8、g (+) 理论上 实际上 Fa F Fr + Fa F Fr 所以： 从上式可以看出： 当不变时， 与 的关系如右图所示。 取： 可得： 当 =45 - 时 效率最高。 常取25左。 太大 会引起制造困难，且 效率增高也不显著。 103 机械制造常用螺纹 对螺纹的要求： 足够的强度和良好的工艺性 联接螺纹：自锁 管 螺 纹：紧密性、气密性 传动螺纹：效率高 调整螺纹：精度高 起重螺纹：效率高、自锁性好 螺纹的分类： 按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形 螺纹、管螺纹 按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹 特点：螺纹的牙型角=2=60。因牙型角大，所以 当量摩擦系数大，自锁性能好，主要用于

9、连接。 三角形螺纹 1、普通螺纹 在我国的国家标准中，把牙 型角=60的三角形米制螺纹称为 普通螺纹，以大径d为公称直径。 （1）普通螺纹种类 因为同一公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中 螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的称为细牙螺纹。 一、三角形螺纹 （2）粗、细螺纹特点、适用范围 细牙螺纹： 升角小，小径大，自锁性能好，强度高 ，但不耐磨损，易滑扣，用于薄壁零件 、受动载荷的联接和微调机构的调整。 粗牙螺纹： 应用最广。 粗牙螺纹细牙螺纹 2、管螺纹 管螺纹除普通细牙螺纹外，还有60、55的圆柱 管螺纹和60、55的圆锥管螺纹。 管螺纹公称直径是管子的公称通径。 特点：用于管件连接的三角螺纹，

10、=55,螺纹面间 没有间隙，密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的连 接。管螺纹广泛用于水、汽、油管路联接中。 二、梯形（双向）和锯齿形（单向）螺纹 梯形螺纹与锯齿形螺纹一般用于传动，效率高。 它们的牙侧角比三角形螺纹小的多，可以减少摩擦和 提高效率。 梯形螺纹牙侧角=15 效率比锯齿形螺纹低 。 锯齿形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹牙侧角=3 。 锯齿形螺纹只能用于承 受单向轴向载荷。 矩形螺纹特点： 牙形为正方形， =0，所以效率高，用于传动, 牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。 梯形螺纹特点： =2=30。比矩形螺纹效率略低。 牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母 可消除间隙，在螺

11、旋传动中有广泛应用。 有粗牙普通螺纹M10和M68，请说明在静载 荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f = 0.10.15） 例题1 1、首先求螺纹升角 。解： M10螺纹： M68螺纹： 查得： 螺距P=1.5mm，中径d2=9.026mm； 螺距P=6mm， 中径d2=64.103mm。 M10螺纹升角： M68螺纹升角： 2、求当量摩擦角 。 则当量摩擦角为： 普通螺纹牙型角= 60o牙侧角 =30o 摩擦系数f取为：0.1 因为: 同理: 10=3.03o ，所以能够自锁。 68=1.707o ，所以能够自锁。 一、螺纹联结基本类型 二、螺纹紧固件 104 螺纹联接的基本类型及 螺纹

12、紧固件 一、螺纹联接的基本类型 a) 普通螺栓联接： 1、螺栓联接 被连接件通孔不带螺纹，被联接件不太厚， 装拆方便。螺杆带钉头，螺杆穿过通孔与螺母配合 使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消 失，结构简单，可多次装拆，应用较广。 b) 精密螺栓联接： 装配后无间隙，主要 承受垂直于螺栓轴线的横 向载荷，也可作定位用， 采用基孔制过渡配合铰制 孔螺栓联接 2、螺钉联接 螺钉直接旋入被连接的 螺孔，结构比较简单，这种连 接不宜经常装拆，以免被连件 的螺纹孔磨损而修复困难。 3、双头螺柱联接 多用于较厚的被连接件或 为了结构紧凑而采用盲孔的连 接。允许多次装拆，而不会损 坏被连接零件。其中一

13、被连接 件需要切制螺纹螺杆，螺柱两 端无钉头，但均有螺纹，装配 时一端旋入被联接件，另一端 配以螺母。拆装时只需拆螺母 ，而不将双头螺栓从被联接件 中拧出。 4、紧定螺钉联接 常用来固定两零件的 相对位置，并可用来传递 不大的力和力矩。 二、螺纹紧固件 1、螺栓 2、双头螺柱 3、螺钉、紧定螺钉 4、螺母 5、垫圈 垫圈作用：增加被连接件的支撑面积以减少 接触处的压强和避免拧紧螺母时擦伤被连接件 的表面。 1.螺栓联接 在被联接件上开有通孔，被联接件孔中不加工螺纹。结构简单，装拆方 便，使用时不受被联接件材料的限制，应用极 广 。 普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接 普通螺栓联接 螺栓杆与被联接件孔

14、壁之 间有间隙。通孔加工精度低， 成本低，应用最广。 铰制孔用螺栓联接 螺栓杆与被联 接件孔壁之间无间隙。孔 和螺栓杆多采用基孔制过 渡配合(H7 m6、H7n6) ，能精确定位，能承受横 向载荷被联接件需钻孔、 铰孔，成本高。 孔与螺杆之 间留有间隙 3.螺钉联接 被联接件之一为 光孔、另一个为螺纹孔 。只用螺钉，不用螺母 ，直接把螺钉拧进被联 接件的螺钉中。 适用 于载荷较轻，且不经常 装拆的场合。 螺钉联接 双头螺柱联接 2.双头螺柱联接 用两头均有螺 纹的螺柱和螺母把被联 接件联接起来, 被联接 件之一为光孔、另一个 为螺纹孔。适用于被联 接件之一厚度很大，而 又不宜钻通孔，但又经 常

15、拆卸的地方。 4. 紧定螺钉联接 利用拧入被联接件螺纹孔中的螺钉末端顶 住另一零件的表面，以固定零件的相对位置，可传 递不大的力或扭矩。 其它：地脚螺栓 吊环螺栓 T形槽螺栓 一、拧紧力矩 二、螺纹连接的防松 10-5 螺纹联接的预紧和防松 一、拧紧力矩 T = T1+T2 = 一般情况下，螺纹联接都需要拧紧，对重要的螺 纹，必须控制预紧力的大小，以保证工作的可靠性。 拧紧力矩T主要包括： 螺纹副相对转动的阻力矩T1; 螺母支承面上的摩擦阻力矩T2。 T1 T2 T 对于M10M68的普通粗牙螺纹：取 f =tg =0.15 ， fc=0.15 则上式简化为： T=0.2 Fa d (N.mm

16、) 式中，d为螺纹公称直径； Fa Fa为预紧力 。Fa由螺纹联接的要求决定。一般是取螺栓材 料屈服极限的50%70%。 重要的螺纹（大于M12M16)应采用有效 的措施控制预紧力。 测力矩板手 二、螺纹联接的防松 螺纹防松是防止螺纹副的相对转动。常用的方法见 表9-2。 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造 成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失，摩擦力为零 ，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而 失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故 1、防松目的 消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对 运动的难度。 2、防松原理 3、防松办法及措施 1）利用附加摩擦