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1、1,2,计划学时：8h 制作人：向敬忠 基本要求及重点、难点 2.1 螺纹参数 2.2 螺旋副受力分析、效率和自锁 2.3 机械制造常用螺纹 2.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件 2.5 螺纹连接的预紧和放松 2.6 螺纹的受力分析和强度计算 2.7 螺栓组连接的设计 2.8 螺栓的材料和许用应力 2.9 提高螺纹联接强度的措施,3,重点： 1）自锁概念及自锁条件。 2）螺纹连接的防松方法。 3）螺栓的强度计算。 难点： 1) 螺栓组的强度计算。 作业:教材2：2-2；2-7,基本要求: 1）螺旋副的效率、自锁。 2）螺纹连接的类型。 4）螺纹联接的预紧和防松方法。 5）螺栓的强度计算。 6
2、）提高螺纹联接强度的主要措施。,4,螺纹联接和螺旋传动：,它们都是利用螺纹零件工作的，但两者工作性质不同。联接是作为紧固件，需保证联接强度、自锁性和紧密性。而传动需要保证强度、传动精度、效率和磨损寿命。,2.1 螺纹及主要参数,1螺纹的形成,将一倾斜角为的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。取一平面图形，使它沿着螺旋线运动，并保持此图形所在平面始终通过圆柱体的轴线，就得到了螺纹。,5,螺旋线的形成 不同线数的右旋螺纹,2螺纹的分类,1）按照螺旋线方向分：左旋螺纹和右旋螺纹。,2）按位置分：外螺纹，如螺栓；内螺纹，如螺母。,3）按照螺旋线的数目分：单线螺纹和等距排列的多线螺纹。,6,4）按照制式分
3、：米制螺纹和英制螺纹。,5）按照母体形状分：圆柱螺纹和圆锥螺纹。,6）按照功能分：,7,7）按照平面图形的形状：,8,3.螺纹的主要几何参数,大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径(内螺纹为D)，在标准中定为公称直径。,小径d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶）相重合的假想圆柱体的直径(内螺纹为D1)，在强度计算中常作为螺杆危险截面的直径。,9,中径d2 也是一个假想圆柱的直径(内螺纹为D2) 该圆柱体的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等，它是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。近似等于螺纹的平均直径,10,线数n 螺纹的螺旋线数目。沿一根螺旋线形成的螺纹称单线螺纹；沿两根以上的等距
4、螺旋线形成的螺纹称多线螺纹。常用的联接螺纹要求具有自锁性，故多用单线螺纹。为了便于制造一般n4。,11,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。 单线螺纹：S =p ；多线螺纹：S =np,螺距p 螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。,12,螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角,13,牙型角轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角,牙侧角牙型侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角称为。对于对称牙型：=/2,2.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁,1矩形螺纹,1）滑块沿斜面等速上升，Fa为阻力，F为驱动力。,14,作用在螺旋副上的相应驱动力矩,2）滑块沿斜面等速
5、下滑，轴向力Fa变为驱动力，而F变为维持滑块等速运动所需的平衡力,作用在螺旋副上的相应驱动力矩,15,自锁条件：,自锁 当时 时，F0 ，这表明要使滑块下滑，必须改变F力的方向，即F力也为驱动力才行，否则单凭轴向力Fa的作用，无论其多大，滑块都不会自动下滑。这种现象称为螺旋副的自锁。,2非矩形螺纹,矩形螺纹与非矩形螺纹的法向力,当量摩擦系数,16,1）滑块沿斜面等速上升,驱动力,驱动力矩,2）滑块沿非矩形螺纹等速下滑,平衡力,平衡力矩,非矩形螺纹的自锁条件：,为了防止螺纹在轴向力的作用下自动松开，用于联接的螺纹必须满足自锁条件。,17,当 =45-/2 时效率最高。考虑过大的螺纹升角制造困难，
6、且效率增高也不显著，因此即使用于传动的螺纹，一般角也不大于25。,螺旋副的效率：,2.3 机械制造常用螺纹,三角螺纹 其牙形为等腰三角形，主要有普通螺纹和管螺纹，其当量摩擦角大，自锁性好，且强度高，主要用于联接。普通螺纹多用于紧固联接，管螺纹则用于紧密联接。,18,普通螺纹=60的三角形米制螺纹称为普通螺纹。,粗牙螺纹同一公称直径的普通螺纹中螺距最大的称为粗牙螺纹。,细牙螺纹其余螺距的其他螺纹均称为细牙螺纹。它的升角小、小径大，自锁性能好、强度高，但不耐磨、易滑扣，适用于薄壁零件、受动载荷的零件和微调机构。,19,管联接螺纹分类：普通细牙螺纹、非螺纹密封的管螺纹、用螺纹密封的管螺纹和米制锥管螺
7、纹。管螺纹公称直径是管子的公称通径。,梯形螺纹和锯齿形螺纹：其牙侧角都比三角螺纹的小的多，而且有较大的间隙便于储存润滑油，从而可减少摩擦和提高效率，常用于传动。,20,普通螺纹的基本尺寸见表2.1及表2.2。,表2.1 直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸mm,21,表2.2 细牙普通螺纹的基本尺寸 mm,2.4 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件,1螺纹联接的基本类型,1）螺栓联接,22,普通螺栓联接螺栓与孔之间有间隙。这种联接的优点是加工简便，成本低，使用时不受被联接件材料的限制，故应用极广。 铰制孔用螺栓联接其螺杆外径与螺栓孔的内径具有同一基本尺寸，常采用基孔制过渡配合( H7/m6 ； H7/
8、n6）。它能精确固定被联接件的相对位置，但孔的加工精度要求较高，适用于承受垂直于螺栓轴线的横向载荷。,23,2）螺钉联接,螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中，省去了螺母，因此结构上比较简单。但这种联接不宜经常装拆，以免被联接件的螺纹孔磨损而修复困难。,3）双头螺柱联接,双头螺柱多用于较厚的被联接件或为了结构紧凑而采用盲孔的联接。双头螺柱联接允许多次装拆而不损坏被联接零件。,24,4）紧定螺钉联接,紧定螺钉联接是拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一个零件的表面或顶入相应的凹坑中，以固定两零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。,25,5）地脚螺栓,6）吊环螺钉,7）T型槽螺栓,26,2标准螺纹联接件,
9、1）螺栓,螺栓的头部形状很多，最常用的有六角头和小六角头两种，螺栓杆部可制出一段螺纹或全螺纹。,27,28,2）双头螺柱,29,3）螺钉、紧定螺钉,螺钉、紧定螺钉的头部有内六角头、十字槽头等多种形式，以适应不同的拧紧程度。紧定螺钉末端要顶住被连接件之一的表面或相应的凹坑，其末端有平端、锥端、圆尖端等各种形状。,30,各种螺钉,紧定螺钉的头部和末端,31,螺母的形状有六角形、圆形等。六角螺母有3种不同厚度，薄螺母用于尺寸受到限制的地方，厚螺母用于经常装拆易于磨损之处。圆螺母常用于轴上零件的轴向固定。,4）螺母,32,5）垫圈,垫圈的作用是增加被连接件的支承面积以减小接触处的压强和避免拧紧螺母时擦
10、伤被连接件的表面。,33,6）其它特殊结构的螺纹连接件,另外还有一些特殊结构的连接。如专门用于将机座或机架固定在地基上的地角螺栓连接，装在机器或大型零、部件的顶盖或外壳上便于起吊用的吊环螺栓连接等。,34,2.5 螺纹联接的预紧和防松,预紧力联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 (用F表示）。 预紧力的目的增强联接的可靠性和密封性，防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。对于重要的螺纹联接，为了保证螺纹联接的可靠性、强度和密封性，在装配时应控制其预紧力。,1拧紧力矩 螺纹联接的拧紧力矩T等于克服螺纹副相对转动的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩 T2之和,
11、式中：Fa轴向力，对于不承受轴向工作载荷的螺纹，Fa = F ；,35,d2螺纹中径； fc螺母与被联接件支承面之间的摩擦系数，当无润滑时可取fc =0.15； ri为支承面摩擦半径，ri(dw+d0)/4,dw为螺母支承面的外径，d0为螺栓孔直径。,对于M10M68粗牙普通螺纹的钢制螺栓，可简化为,原则：拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限s的80。,推荐：对于一般联接用的钢制螺栓联接,碳素钢螺栓,合金钢螺栓,s为螺栓的屈服极限； A1为螺栓危险截面的面积。,为了能保证装配质量，重要的螺纹联接应按计算值控制拧紧力矩。小批量生产时可用测力矩搬手和定力矩搬手。大量生产多采用风扳机。
12、,36,2螺纹联接的防松 螺纹联接防松的根本问题在于防止螺旋副的相对运动。,1）利用附加摩擦力防松 摩擦防松,弹簧垫片防松,对顶螺母防松,37,尼龙圈锁紧螺母防松,2）采用专门防松元件防松机械防松,槽型螺母和开口销防松,38,圆螺母和带翅垫片防松,六角螺母和止动垫片防松,39,串联钢丝防松,40,3）其他方法防松永久防松,冲点法防松,粘合法防松,焊接法防松,41,2.6 螺栓联接的受力分析和强度计算,螺纹联接：螺栓联接、双头螺柱联接和螺钉联接。其计算方法完全相同。,失效形式： 螺栓杆的拉断； 螺纹的压溃和剪断； 经常装拆时会因磨损而发生滑扣现象。,等强度原则：标准螺栓与螺母的螺纹及其他各部分尺
13、寸是根据等强度原则设计的，不需要每项都进行强度计算。,42,设计方法： 1）单个螺栓设计基础 先确定螺栓小径d1，然后依据标准选定公称直径d及螺距p。 2）螺栓组工程实用 通过受力分析找出受力最大的螺栓，并求出力的大小，然后按单个螺栓进行强度计算。,43,1松螺栓联接,强度条件：,式中：d1螺纹小径，mm； 许用拉应力，MPa。,验算公式：,设计公式：,44,强度条件：,对于M10M68的普通螺纹， ，按照第四强度理论，当量应力为,2紧螺栓联接,螺栓危险截面的拉应力,螺栓危险截面的扭转切应力,45,F为预紧力；Kf为可靠性系数，通常取1.11.3；m为接合面数目； s为接合面摩擦系数，对于钢或
14、铸铁被联接件可取 0.10.15。,螺栓所需的轴向力(此时即为预紧力)应为,1) 仅承受预紧力的普通螺栓联接,46,强度验算公式,强度设计公式,螺栓组联接：z个螺栓组成的螺栓组联接，并且横向载荷的作用线通过螺栓组的对称中心,47,措施：采用键、套筒或销承担横向工作载荷，而螺栓仅起联接作用。或采用铰制孔用螺栓联接 。,分析：当s =0.15，Kf=1.2，m=1时，F8F，所以螺栓联接靠摩擦力来承担横向工作载荷时，必然使其结构尺寸增加。此外，在振动、冲击或变载荷下，由于摩擦力的变动，将使联接的可靠性降低。,48,2) 承受工作剪力的铰制孔用螺栓联接,挤压强度条件,或,剪切强度条件,式中：F为螺栓
15、所受的工作剪力,N；d0为螺栓剪切面的直径，mm；1，2分别为螺栓杆与孔壁挤压面的高度，mm,设计时应使1.25d0；P为螺栓或孔壁材料的许用挤压应力, Mpa，计算时取两者较小值； 为螺栓材料的许用切应力，MPa。,49,3) 同时承受预紧力和轴向工作拉力的普通螺栓联接,在图示的压力容器中，设内部压强为P，螺栓数为z ，则容器周围每个螺栓平均承受的轴向工作载荷为F，并且与螺栓轴线重合。这种受力形式通常采用普通螺栓联接。,50, 安装状态：螺母已拧紧，但未承受工作载荷螺栓受到预紧力F而伸长了1，被联接件受到压缩力F而缩短了2,见图b。, 自由状态：螺母刚好拧到和被联接件接触，螺母和被联接件都不
16、受力，见图a。,螺栓和被联接件受载前后的情况，可分为3种状态：,51, 工作状态：在联接承受轴向工作载荷F时，螺栓被继续拉长，拉力由F增至F0，伸长量由1增至1+,见图c。与此同时，被联接件则随着螺栓的伸长而放松, 压缩量相应减少，由变形协调条件可知，其减少量也为而成为2-，被联接件的压缩力由F减至F ，并称其为残余预紧力。,52,当螺栓和被联接件的应力没有超过对应材料的比例极限，两者的受力与变形应符合拉(压)虎克定律，即力与变形成正比,螺栓总的轴向拉力,图a表示螺栓的力与变形的关系，对应直线的斜率即为螺栓刚度C1=F/1。图b表示被联接件的力与变形的关系，对应直线的斜率即为被联接件刚度 C2=F/2。图c为合并图，该图同样满足上式。,1.受静载荷作用,53,为了保证联接的紧密性，防止联接受载后接合面间产生缝隙，应使F 0。 工作载荷稳定时， F = (0.20.6) F； 工作载荷不稳定时， F = (0.61.0) F； 对于有密封要求的联接, F = (1.51.8) F； 对于地脚螺钉, F F,残余预紧力的确定,强度验算公式：,
