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1、第十章 机件的联接,101 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,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,锯
2、齿形螺纹,三角形螺纹,矩形螺纹,梯形螺纹,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：L=nP,7）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角8）牙型
3、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,102 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、
4、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，大六角头, 内六角 铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺母,4）紧定螺钉 锥 端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 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
5、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,10 螺纹联接的预紧和防松,一、预紧,预紧目的保持正常工作。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。增大刚性增加联接刚度、紧密性和提高防松能力预紧力QP预先轴向作用力（拉力）,螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只存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,预紧过紧拧紧力QP过大，螺杆
6、静载荷增大、降低本身强度 过松拧紧力QP过小，工作不可靠,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,二、螺纹防松,1、防松目的实际工作中，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,2、防松原理消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。3、防松办法及措施,1）摩擦防松,双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等,弹簧垫圈,自锁螺母
7、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： 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,10 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
8、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,、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表4-8 N 安全系数，表4-9,二、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
9、，N.mm 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,f 接缝面间的摩擦系数 i接缝界面数目 KS防滑系数（可靠性系数） KS=1.11.3,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，
10、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,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），如图所示螺栓许用剪应力，MPa，,，,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
11、中载荷变化,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) 工作时螺栓总载荷， Q=？,分析：,图1，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态,图，拧紧预紧状态 凸缘压m QP 栓杆拉b QP,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,a）轴向静力紧螺栓联接强度计算,静力F不变，Q为静力，但考虑补充拧紧防断,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,分析：当工作载荷，由0F,螺栓总载，由QpQ QP,部分载荷，由0F0,3、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
12、提高QP等综合措施,a),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，把栓母分级并以数字表示，此乃强度级别,2）所依据机械性能为抗拉强度极限Bmin和屈服极限Smin,螺栓级别:,带点数字表示 ， 点前数字为,点后数字为,螺母级别:,注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB）,2、许用应力,许用拉应力：,已知：不控制QP的紧螺栓联接，易过载。设计时应取较大的完全系数。控制预紧力时可取较小的安全系数n。显然n，与d 有关。设计时，先假设d，进行试算，选取一安全系数进行计算，计算结果与估计直径相比较，如在原
13、先估计直径所属范围内即可，否则需重新进行估算。试算法,105 螺栓组联接的设计与受力分析,工程中螺栓皆成组使用，单个使用极少。因此，必须研究栓组设计和受力分析。它是单个螺栓计算基础和前提条件。螺栓组联接设计的顺序选布局、定数目、力分析、设计尺寸,一、结构设计原则,1、布局要尽量对称分布，栓组中心与联接结合面形心重合（有利于分度、划线、钻孔），以受力均匀,2、受剪螺栓组（铰制孔螺栓联接）时，不要在外载作用方向布置8个以上，螺栓要使其受力均匀，以免受力太不均匀，但弯扭作用螺栓组，要适当靠接缝边缘布局，否则受力太不均,3、合理间距，适当边距，以利用扳手装拆,4、避免偏心载荷作用 a）被联接件支承面不平突起 b）表面与孔不垂直 c）钩头螺栓联接,防偏载措施：a）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片,二、螺栓组受力分析,目的求受力最大载荷的螺栓,前提（假设）：被联接件为刚性不变形，只有地基变形。各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同受力后材料变形在弹性范围内接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面,1、受轴向载荷螺栓组联接,单个螺栓工作载荷为： F=P/Z P轴向外载 Z螺栓个数,2、受横向载荷的螺栓组联接特点：普通螺栓，铰制孔用螺栓皆可用，外载垂直于螺栓轴线、防滑普 通 螺 栓 受拉伸作用铰制孔螺栓受横向载荷剪切、挤压作用。单个螺栓所承受的横向载荷相等,
