机械设计---第8章螺纹讲解

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1、锯齿形螺纹 三角形螺纹矩形螺纹 梯形螺纹 第8章 螺纹联接与螺旋传动 81 螺 纹 如用一个三角形K沿螺旋线运 动并使K平面始终通过圆柱体轴线 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 1、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 2、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 3、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 4、根据螺旋线绕行方向： 左旋如图 右旋常用 5、根据螺旋线头数： 单头螺纹（

2、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 1）外径（大径）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 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

3、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 9）牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角 螺旋副的自锁条件为： 螺旋副的传动效率为： 克服轴向力Q匀速上升所需的圆周力： 四、常用螺纹的种类、特点与应用 具体见表8-1 82 螺纹联接的类型及螺纹联接件 一、螺纹联接主要类型 1、螺栓联接 a) 普通螺栓联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不 带螺纹，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，装拆方便 ，可多个装拆，应用较广。 b) 精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横 向载荷，也可作定位用，采用基孔 制

4、配合铰制孔螺栓联接 2、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时 一端旋入被联接件，另一端配以螺母。 适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折 装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被 联接件中拧出。 3、螺钉联接适于被联接件之一较 厚（上带螺纹孔），不需 经常装拆，一端有螺钉头 ，不需螺母，适于受载较 小情况 特殊联接：地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接 4、紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或 旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对 位置。可传递不大的轴向力或扭矩。 二、螺纹联接件 2）双头螺柱两端带螺纹 A型有退刀槽 B型无退刀槽 1）螺栓 普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角 头，大六

5、角头, 内六角 铰制孔螺栓螺纹部分直径较小 4）紧定螺钉 锥 端适于零件表面硬度较低不常拆卸场合 平 端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大 的平面，适于经常拆卸 圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置 轻材料和金属薄板 3）螺钉 与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹 6）螺母 六角螺母：标准，扁，厚 5）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹 圆螺母+止退垫圈带有缺口 ，应用时带翅垫圈内舌嵌入 轴槽中，外舌嵌入圆螺母的 槽内，螺母即被锁紧 7）垫圈 8 螺纹联接的预紧和防松 p352 一、预紧 如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气；接触面积要大； 靠摩擦力工作；增大刚性等。 预紧目的增

6、加联接刚度、紧密性和提高防松能力 螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只承受外载时才受 到力的作用 紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，已预 先受力，预紧力QP预先轴向作用 力（拉力） 拧紧力QP过大过小的缺点 预紧过紧拧紧力QP过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松拧紧力QP过小，工作不可靠 扳手拧紧力矩T=FHL, 拧紧时螺母：T=T1+T2 T拧紧力矩 T1螺纹摩擦阻力矩 T2螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩 FH作用于手柄上的力，L力臂 一般 K=0.10.3 拧紧力矩系数 由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于 重要的联接不宜小于M10M14，必须使用时应严格控制拧紧 力矩

7、 Qp-预紧力；fc-摩擦系数表111 1、d0-支承面的内外径 预紧力QP的控制： 测力矩板手测出预紧力矩，如左图 定力矩板手达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受 压将自动打滑，如右图， 测量预紧前后螺栓伸长量精度较高 1、防松目的 2、防松原理 1）摩擦防松 双螺母、弹簧垫圈、尼 龙垫圈、自锁螺母等 二、螺纹防松 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 。 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。

8、 3、防松办法及措施 弹簧垫圈 自锁螺母螺母一端做成非圆形 收口或开峰后径面收口，螺母拧紧 后收口涨开，利用收口的弹力使旋 合螺纹间压紧 2）机械防松 靠附加零件的形状和结构阻止螺纹副的转动 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用 带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等 3）永久防松：端铆、冲点、点焊 4）化学防松粘合 开槽螺母 与开口销 圆螺母 与止动垫圈 串联钢丝 不可拆卸防松 8 单个螺栓联接的强度计算 针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算 方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。 1、失效形式和原因 受拉螺栓螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂 受剪螺栓螺栓杆和孔壁间可能发

9、生压溃或被剪断 b）失效原因：应力集中 a）失效形式 工程中螺栓联接多数为疲劳失效 受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度 受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度 应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程 2、设计计算准则与思路 1、松螺栓联接 如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无QP， 只有工作载荷F起拉伸作用 强度条件为： 验算用 设计用 d1螺杆危险截面直径（mm） 许用拉应力 N/mm2 (MPa) s材料屈服极限Mpa n 安全系数，一般可取1.2-1.7 求出d1后，按国际查出螺纹大径，并确定其他尺寸 二、紧螺栓联接工作前有预紧力QP 工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下： 预

10、紧力QP产生拉伸应力 螺纹摩擦力矩T1产生剪应力 复合应力状态: 接第四强度理论： 强度条件为： 式中：QP 预紧力（N） T1 螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩， N.mm 紧螺栓许用应力 ，见表117 p374 1.3系数将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对螺栓 联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态 简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续， 故又称简化计算法 1、横向载荷的紧螺栓联接计算主要防止被联接件错动 特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压 力(QP)产生摩擦力来传递外载荷， 保证联接可靠(不产生相对滑移)的 条件为： （1）普通螺栓联接p359 f 接缝面间的摩擦系数，表11-

11、1 i接缝界面数目 KS防滑系数（可靠性系数）按载荷是否平稳及工作要求定 KS=1.11.5 R-每个螺栓受到的横向载荷 强度条件验算公式： 设计公式： 分析：由上式可知，当f=0.2,i=1,KS=1则QP=5R，说明这种 联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠 为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力 可采用如下减载装置： a)减载销 b)减载套筒 c)减载键 设计的实质：由横向载荷求预紧力，然后根据工作前有 预紧力的螺栓设计方法计算 2、铰制孔螺栓联接防滑动 特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙 ，由光杆直接承受挤压和剪切 来传递外载荷R进行工作 螺栓的剪切强度条件为： 螺栓与

12、孔壁接触表面的挤压强度条件为： R 横向载荷（N） d0螺杆或孔的直径（mm） Lmin 被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm），如图所示, 建议lmin=1.25d0 螺栓许用剪应力，MPa，表118 m螺栓的抗剪工作面数目 螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，MPa 铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工 精度较高，成本较高 2、轴向载荷紧螺栓联接强度计算 工作特点：工作前拧紧，有QP；工作后加上工作载荷F 工作前、工作中载荷变化，受力比较复杂 工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F 解决问题： a) 保证安全可靠的工作，QP=？ b) 工作时时螺栓总载总载 荷， Q=？ 分析：

13、 图1，螺母未拧紧 螺栓螺母松驰状态 比较常见的紧螺栓联接形式 分析方法：从分析螺栓的受力和变形 关系入手，求螺栓总载荷（总拉力） 的大小 图，拧紧预紧状态QP 作用下 凸缘压m ; 栓杆拉b 图3，加载F后工作状态 栓杆继续拉 凸缘 放松 残余预紧力 总载荷 作图，为了更明确以简化计算（受力变形图） 设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比 单个紧螺栓联接受力变形图 左图拧紧螺母时,螺 栓与被联接件的力与变形 右图将上两图合并， 并施加工作载荷F 从图线可看出，螺栓受工作 载荷F时，螺栓总载荷： F 部分工作载荷 变形协调条件： 凸缘压力减量 变形缩小m 栓杆拉力增量 变形缩小b 变形协调条

14、件 由图可知，螺栓刚度： 被联接件刚度： 称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度 F 部分工作载荷 Q:总拉力；Qp:残余预紧力； 工作拉力， F部分 工作载荷 称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度，表11-5 如螺栓刚度用Cb表示， 被联接件刚度用Cm表示 对残余预紧力的要求，为保证受载后接合 面联接的紧密性应使 QP的取法: 可参考p369 QP =（1.51.8）F有密封要求 一般联接 QP =（0.20.6）F 载荷稳定 QP =（0.61.0）F 载荷不稳定 QP =（1.01.5）F 载荷有冲击 QPF 地脚螺栓联接 讨论： ） 最不利的情况 ） 最理想的情况 ）不允许的情况

15、有缝隙存在，漏气 ）降低螺栓受力的措施： a) 必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈） b) 加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高刚度 ）为联接紧密、不漏气，要求 Q总拉力；Qp:预紧力； Qp:残余预紧力； 工作拉力；Cb螺栓的刚度；Cm被联接件的刚度 称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度 6）计算时可根据已知条件选择其一进行计算 a）轴向静力紧螺栓联接强度计算 静力F不变，Q为静力，但考虑螺栓在总拉力作用下需 补充拧紧,须计入扭转切应力的影响 强度条件 验算公式： 设计公式： b）轴向变载荷紧螺栓联接强度计算 (工作载荷在F1和F2之间变化) 分析：当工作载荷，由F1F2 ,总拉力在Q1和2变化 3、当验算不满足时措施： b) 最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、制造、 CmCb，适当提高QP等综合措施 a) 受变载荷螺栓大多为疲劳破坏，应力幅是影响疲劳的主要因素 三、螺栓材料与许用应力计算 1、材料 螺母、螺栓强度级别： 1）根据机械性能，国家标准规定了它们的力学性能等级，表 116 2）所依据机