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1、第7章联接,71螺纹联接,72键联接,73铆接,74焊接,第七章联接,在机械制造中，联接是指被联接件与联接件的组合。,被联接件有轴与轴上零件（齿轮、飞轮）、轮圈与轮心、箱体与箱盖、焊接零件中的钢板与型钢等。联接件又称为紧固件，如螺栓、螺母、销、铆钉等。有些联接没有专门的紧固件，如过盈联接、焊接和粘接等。,联接分可拆的和不可拆的。可拆联接：需要多次装拆而无须损坏任何零件的连接（螺纹联接、键联接、楔连接和销联接）。不可拆联接：当拆开时必须至少要损坏联接中一个零件的连接（焊接、铆接、粘接和过盈联接等）。,1、螺纹的形成及分类,71螺纹联接,螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴
2、向作等速移动的轨迹。,螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。,螺纹,一、螺纹及其主要参数,第七章联接,71螺纹联接,螺纹联接是利用带有螺纹的零件构成的可拆联接。,（一）螺纹及其主要参数,图71所示，将一倾角为的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。,*螺旋线的形成,*螺纹的形成,取一平面图形（图72），使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。按平面图形的形状，螺纹分为三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹和半圆形螺纹等。,71螺纹联接,（一）螺纹及其主要参数,71螺纹联接,（一）螺纹及其主要参数,螺纹的主要参数（图74）,大径d（D）：
3、公称直径小径d1（D1）：在强度计算时为螺杆危险截面的计算直径中径d2：（D2）是确定螺纹几何参数和配合性质的直径线数n：螺纹螺旋线的数目螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离导程：同一螺旋线上的相邻两牙中径线上对应两点间的轴向距离在S=nP螺纹升角,牙型角：轴向截面内，螺纹牙型相邻两侧边的夹角,71螺纹联接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,若螺旋副中承受的轴向载荷为FQ，则当螺母在螺纹上旋转时，均可视为一重量为FQ的物体沿着螺纹斜面移动（图75）,1、矩形螺纹,将矩形螺纹沿中径d2展开可得一斜面（图76a）,71螺纹联接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,1、矩形螺纹,图中为升角；F
4、Q-轴向载荷；F为水平分力；FN法向力；fFN-摩擦力；f-摩擦系数；-摩擦角。,当滑块沿斜面等速上升时，由平衡条件可知,FR、F、FQ三力组成力多边形，由图得,71螺纹联接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,1、矩形螺纹,同理，当滑块沿斜面等速下滑时（图76b），由力多边形可得,由上式可知，当时，F0，F的方向与图76b所标方向相反，即F为驱动力。说明不加支持力F，重物在FQ的作用下不会自动下滑。在这种情况下，则称该螺纹副具有自锁作用。,效率,71螺纹联接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,当拧紧螺母时，螺母旋转一周所需输入的功为,当升角45。/2时，效率最高。但是过大的升角会引起加工工艺上
5、的困难，故一般取不大于20。25。,设计：潘存云,定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：,当一定时，效率只是螺纹升角的函数，由此可以绘出效率曲线.,当一定时，在=45-/2处效率曲线有极大值。,对于传动螺旋，一般取：,对于联接螺纹，必须取：,升角过大,制造困难，且效率增高也不明显。,=5.7,f=tan=0.1,25,2、三角螺纹的效率和自锁,71螺纹联接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,图77，三角螺纹的运动可以看成是楔形滑块在斜槽内运动，若楔形块以等速沿垂直于图面的方向移动时，摩擦力：Ff=2fFN,三角螺纹的摩擦阻力大于矩形螺纹的摩擦阻力,71螺纹联接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁
6、,2、三角螺纹的效率和自锁,将当量摩擦系数和当量摩擦角代入矩形螺纹中分析的公式，即可得三角螺纹中力的关系、自锁条件和效率：,71螺纹联接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,3、螺纹联接的拧紧力矩,测力矩扳手,工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。,连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。,定力矩扳手,一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于
7、重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。,71螺纹联接,（三）机械制造中常用螺纹种类及标准,机械制造中常用螺纹的类型（图79）：三角螺纹（图a)、管螺纹（图b）、矩形螺纹（图c)、梯形螺纹(图d）、锯齿螺纹（图e）等。,除矩形螺纹外，其他都已标准化了。,71螺纹联接,（三）机械制造中常用螺纹种类及标准,（1）普通螺纹(附表71普通螺纹基本尺寸）,细牙普通螺纹的抗拉强度高，联接的自锁性也比较可靠，一般适用于薄壁件及受冲击零件的连接。但不耐磨，易滑扣,不宜常装拆。,1、三角螺纹,广泛使用粗牙普通螺纹,71螺纹联接,（三）机械制造中常用螺纹种类及标
8、准,1、三角螺纹,（2）管螺纹,管螺纹是一种螺纹深度较浅的特殊细牙螺纹，是专门用来连接管子的。常用的管螺纹有非螺纹密封的和用螺纹密封的。它的尺寸代号为英寸表示，其公称直径为管子的孔径。,71螺纹联接,（三）机械制造中常用螺纹种类及标准,2、矩形螺纹,矩形螺纹效率高，但精加工困难，螺纹磨损后无法补偿，螺母与螺杆对中的精度较差以及螺纹根部较弱，应用较少。,71螺纹联接,（三）机械制造中常用螺纹种类及标准,3、梯形螺纹,梯形螺纹的效率比矩形螺纹的低，但可避免矩形螺纹的弱点，应用很广，如车床丝杆和起重螺旋。,锯齿形螺纹只适于单向传动，受力的是倾斜角为3。的一边。用于受载很大的超重螺旋和螺旋压力机。,7
9、1螺纹联接,（三）机械制造中常用螺纹种类及标准,4、锯齿形螺纹,三角螺纹用于连接，其它种类用于传动。,71螺纹联接,（四）螺纹联接件的主要类型,为了使螺纹联接具有一定的自锁性，联接用螺纹大多是单线的三角螺纹，螺纹升角在1.5。5。,部分联接件的基本尺寸见附表2至附表9,螺纹联接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹联接件的结构型式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。,设计：潘存云,设计：潘存云,一、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,基孔制过渡配合，可承受横向载荷。,螺纹余留长度l1,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,静载荷l1=(0.30.5)d;,变载荷l1=0.75d;,冲击
10、载荷或弯曲载荷l1d;,铰制孔用螺栓l10;,螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36)mm,用于经常拆装易磨损之处。,地脚螺栓,设计：潘存云,设计：潘存云,一、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,座端拧入深度H，当螺孔材料为：,双头螺柱联接联接件厚，允许拆装。,钢或青铜H=d;,铸铁H=(1.251.5)d,铝合金H=(1.52.5)d,螺纹孔深度H1=H+(22.5)P;,钻孔深度H2=H1+(0.51)d;,参数l1、e、a与螺栓相同,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。,设计：潘存云,一、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,
11、基本类型,螺钉联接,双头螺柱联接,紧定螺钉联接,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,六角头圆柱头半圆头十字槽平圆头沉头开槽,平端、圆柱端、锥端,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,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的螺母,0.8d,0.6d,(1.2-1.6)d,其它螺母：,其它螺母：如开槽螺母,垫圈,平垫圈,薄平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,斜垫
12、圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,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。,71螺纹联接,（五）螺栓联接的防松装置,螺纹联接一般都能满足自锁条件不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹联接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致联接失效。,防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。按工作原理的不同，防松方法分为摩擦防松、机械防松等。此外还有一些特殊的防松方法，例如铆冲防松、在旋合螺纹间涂胶防松等。,一、拧紧力矩,一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠
13、性，强度和密封均有很大影响。,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；,设轴向力为Fa或预紧力（不受轴向载荷）,fc摩擦系数。无润滑时取：fc=0.15,rf支撑面摩擦半径。rf=(dw+d0)/4,简化公式：适用于M10M60的粗牙螺纹，f=0.15,fc=0.15,T0.2Fad,预紧应力：,=(0.50.7)s,五螺纹联接的预紧和防松,Fa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧可靠，应取：,通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。,总力矩：,设计：潘存云,测力矩扳手,工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力
14、的大小。,二、螺纹联接的防松,联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。,防松的方法,1.利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,定力矩扳手,设计：潘存云,开口销与六角开槽螺母,串联钢丝,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,单耳止动垫圈,3.其他方法防松,涂粘合剂,联接的失效形式：主要是指螺纹联接件的失效。对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆
15、的疲劳断裂。对于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。,71螺纹联接,（六）螺栓联接的计算,螺栓联接强度计算的目的是根据强度条件确定螺栓直径，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定。,螺栓联接的强度计算主要与联接的装配情况（预紧或不预紧）、外载荷的性质和材料性能等有关。,1、松螺栓联接强度计算,螺栓联接的主要失效形式：,螺栓杆拉断,螺纹压溃或剪断,滑扣因经常拆装,螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等
16、。,一、松螺栓联接装配时不须要拧紧,强度条件：,式中:d1螺纹小径，mm,二、紧螺栓联接装配时须要拧紧，在工作状态之前可能还需要补充拧紧，螺栓受一定的预紧力。,力除以面积,图729,71螺纹联接,（六）螺栓联接的计算,2、紧螺栓联接强度计算,（1）受横向载荷的螺栓联接,图730，用普通螺栓组联接。为了使被联接件零件不出现相对滑动以及联接可靠，一般取摩擦力比外载荷F大20。图中只有一对接触面，则,f0.150.2（铸铁和钢）,螺杆同时承受拉应力及扭转切应力，而螺杆又是塑性材料，根据第四强度理论求出当量应力,切应力：,对于M10M68的普通螺纹，取d1、d2和的平均值，并取：tan=f=0.15,得：0.5,当量应力：,强度条件：,分母为抗剪截面系数,第四强度理论,拉应力：,当联接承受较大的横向载荷F时，由于要求FS1.2Ff（f=0.2），即FS6F，因而需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径的增加，可采用减载措施。(图731a减载键，b为减载环，螺栓只起联接压紧作用。也可用图732铰制孔用螺栓。,71螺纹联接,（六）螺
