螺纹连接和螺旋传动

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1、第五章 螺纹连接和螺旋传动,5-1 螺纹 5-2 螺纹连接的类型和标准连接件 5-3 螺纹连接的预紧 5-4 螺纹连接的防松 5-5 螺栓组连接的设计 5-6 单个螺栓连接的强度计算 5-7 提高螺栓连接强度的措施 5-8 螺旋传动,刀具在圆柱或圆锥面工件表面作螺旋运动时所产生的螺旋体。,5-1 螺 纹,螺纹的形成 :,5-1 螺 纹,螺纹的形成 :,车螺纹,刀具在圆柱或圆锥面工件表面作螺旋运动时所产生的螺旋体。,开始,5-1 螺 纹,一、分类方式,二、常用类型,三、主要参数,一、分类形式：,1、按 结 构,一、分类形式：,1、按 结 构,2、按所起作用,一、分类形式：,1、按 结 构,2、按

2、所起作用,3、按 螺 距,4、按国家标准,一、分类形式：,1、按 结 构,2、按所起作用,3、按 螺 距,4、按国家标准,5、按母体的形状,一、分类形式：,1、按 结 构,2、按所起作用,3、按 螺 距,4、按国家标准,5、按母体的形状,6、按螺纹的旋向,一、分类形式：,1、按 结 构,2、按所起作用,3、按 螺 距,4、按国家标准,5、按母体的形状,6、按螺纹的旋向,7、按螺纹的牙型,一、分类形式：,1、按 结 构,2、按所起作用,3、按 螺 距,4、按国家标准,5、按母体的形状,6、按螺纹的旋向,7、按螺纹的牙型,8、按螺旋线数目,常用的螺纹类型，主要有：,1、普通螺纹,二、常用类型:,2

3、、管螺纹,4、梯形螺纹,3、矩形螺纹,5、锯齿形螺纹,螺纹的类型与特点2,大径d即螺纹的公称直径。M16,是指螺纹大径是16mm,升角y的计算式为：,小径d1常用于联接的强度计算。,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，S=nP。单线螺纹 SP,中径d2常用于确定螺纹的几何参数。,螺距P螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。,牙型角 a 螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角,升角y与旋向螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。 螺纹有左旋和右旋之分。,线数n螺纹的螺旋线数目，有单线、双线和多线。单线自锁好，双线效率高。,线数多，升角大，自锁性差，传动效率高。,接触高度h旋

4、合后接触面的径向高度。,三、主要参数,5-2 螺纹连接的类型和标准连接件,使用螺纹和螺纹连接件来实现的连接称为螺纹连接。,一、类型、特点及应用场合,1、螺栓连接 2、双头螺柱连接 3、螺钉连接 4、紧定螺钉连接,5、特殊结构的连接,螺栓连接为分两种：,1、螺栓连接：,普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接,铰制孔螺栓连接,铰制孔螺栓连接的被连接件同螺栓杆之间采用过渡配合，连接同时还能起到精确的定位作用，并能承受横向载荷。对孔的加工精度要求高，两孔一般需要配做。,2、双头螺柱连接：,双头螺柱连接的装配分解,双头螺柱连接的装配分解：,3、螺钉连接：,螺钉连接的装配分解,螺钉连接的装配分解：,4、紧定螺钉连接

5、：,(结构图),5、特殊结构的连接：,二、标准螺纹连接件：,在机械制造中常见的螺纹连接件：螺栓、双头螺栓、螺钉、螺母、垫圈等均已标准化。,六角头螺栓及螺母,双头螺柱,螺 钉,六角头扁螺母,圆螺母,平垫圈,斜垫圈,弹簧垫圈,薄平垫圈,圆螺母用止动垫圈,5-3 螺纹连接的预紧,绝大多数螺纹连接在装配时都必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用。 螺纹连接的预紧,一、预紧的目的,二、预紧力的推荐值,三、拧紧力矩与预紧力的关系,一、预紧的目的：,3、在接合面间产生正压力，当连接件受横载时，保持连接件间不产生相对滑移。,4、对受拉螺纹连接，可提高螺栓的疲劳强度；对受剪螺纹连接，有利于增大连接

6、中的摩擦力。,1、防止连接在工作中松动。,2、确保连接在受载后，仍能使结合面具有足够的紧密性。 如气缸盖、管路凸缘的连接等。,二、预紧力的要求：,通常规定：拧紧后螺纹连接件的预紧应力材料的屈服极限的70%。,1、一般连接用的钢制螺栓连接的预紧力：,碳素钢螺栓：,合金钢螺栓：,螺栓危险截面的面积，,2、重要或特殊的螺栓连接，预紧力数值应在图上注明，装配时严格控制。,3、受变载荷的螺栓连接的预紧力应比受静载荷的大。,控制预紧力的工具 测力矩扳手、定力矩扳手。,测力矩扳手、定力矩扳手：,数显力矩扳手,手动测力矩扳手,中空液压扭矩扳手,测力矩扳手实物：,定力矩扳手原理,数显定力矩扳手,电动定力矩扳手，

7、用在装配生产线上或批量快速安装工作中。,三、拧紧力矩与预紧力,由机械原理可知:,拧紧力矩 ,螺旋副间的摩擦阻矩 ,螺母端面与支承面的阻力矩 ,拧紧力矩包括：,对于1064的粗牙普通螺纹的钢制螺栓，经推导可得：,根据上式，已知拧紧力矩，即可求得预紧力的大小。,根据此式，已知拧紧力矩，即可求得预紧力的大小。,例：,用六角扳手拧紧螺栓，板手力臂长为15d，用力大小为，求螺栓中产生的预紧力是多大？,解：,拧紧力矩：,由以上可知，当力臂长为螺栓直径的15倍时，预紧力是所加外力的75倍。因此，对于重要的连接，为防止螺栓被拧断，应采用不小于12的螺栓。,一、螺纹连接的自动松脱,1、螺纹连接的自锁 2、自动松

8、脱的条件,3、自动松脱的危害 4、防松的任务,5-4 螺纹连接的防松,1、螺纹连接的自锁：,当螺纹升角小于或等于螺纹副间的当量摩擦角时，螺 纹副具有自锁能力。,即：,实验证明：,有润滑的一般三角形螺纹副间的当量摩擦角,为保证自锁，一般取螺纹升角,标准的螺纹连接件的升角则取为,2、自动松脱的条件：,（1）、,（2）、,螺纹连接,振动、冲击或变载荷,螺纹副及支承面间的 摩擦力可能瞬时消失,多次重复,松动、松开,螺栓和被连接件的材料,高温或温度变化大,蠕变和应力松弛,预紧力和摩擦 力逐渐减小,失效,失效,轻者会造成工作不正常，重者会引起严重事故。,4、防松的任务,3、自动松脱的危害,防松的根本问题，

9、在于防止螺母相对于螺杆转动。,二、防松方法：,1、摩擦防松 2、机械防松 3、永久止动,防松的根本任务是防止螺旋副发生相对转动。,根据这一原理，防松的方法可分为三类：,1、摩擦防松：,原理: 设法使螺纹副间，总有一定的防止螺纹副相对转动 的摩擦阻力矩。,（1）双螺母（对顶螺母）防松 （2）弹簧垫圈防松 （3）自锁螺母防松,(即保证在任何情况下，螺纹副间都存在着正压力),防松方法：,（1）、双螺母（对顶螺母）防松：,用双螺母防松在载荷剧烈变化时，仍不十分可靠。,对顶螺母,（2）、弹簧垫圈防松：,注意：垫圈的开口方向 从左上往右下斜。,弹簧垫圈,（3）、自锁螺母防松：,自锁螺母,2、机械防松:,原

10、理:利用便于更换且价廉的制动元件限制螺纹副相对转动。,（1）、开口销与槽形螺母防松 （2）、止动垫圈防松 （3）、串连钢丝防松 等,防松方法：,（1）、开口销与槽形螺母：,开口销与槽形螺母,（2）、止动垫圈防松：,止动垫圈,（3）、串连钢丝防松：,注意：钢丝穿入方向与拧紧方向,3、永久止动：,该法可靠、简单，但连接变成不可拆。只有在装配后不再拆开的情况下使用。,5-5 螺栓组连接的设计,一、设计准则 二、结构设计 三、螺栓组连接的受力分析,绝大多数情况下，螺纹连接件都成组使用，其中以螺栓 组连接最具有典型性。,一、设计准则:,对于重要的连接，根据强度条件校核；对一般的螺栓连接，用类比法确定螺纹

11、连接的结构尺寸。,如受力不均，按受力最大的螺栓进行强度计算，确定螺纹连接的结构尺寸。,二、结构设计:,目的,结构设计应考虑的问题：,（1）连接接合面的几何形状应对称。,合理确定结合面的几何形状、螺栓的布置形式，力求 各螺栓和连接结合面受力均匀，便于加工装配。,（2）螺纹连接数目尽量取偶数。,（3）各螺纹连接的受力应合理。,（4）螺栓排列应有合理间距、边距。,（5）连接的支撑平面应平整。,（6）保证被连接零件的位置精度。,（7）合理考虑防松装置。,连接接合面的几何形状应对称,螺纹连接数目尽量取偶数：,各螺纹连接的受力应合理:,、铰制孔用螺栓连接，不能在平行于工作载荷的方向上，成排布置8个以上的螺

12、栓，以免载荷分布过于不均匀。 、螺栓连接在承受弯矩或转矩时，螺栓位置应适当靠近接合面的边缘，以减小螺栓的受力。 、同时承受轴向载荷和较大横向载荷时，应采用销、键、套筒来承受轴向载荷，以减小预紧力和结构尺寸。,应保证螺纹连接拧紧时有足够的扳手空间,具体尺寸可从手册中查得。,螺栓排列应有合理的间距、边距：,连接的支撑面应平整:,三、螺栓组连接的受力分析:,目的：,根据连接的结构和受载情况，求出受载最大的螺栓 及其受力，以便进行螺栓连接的强度计算。,螺栓组连接的受力分析是在假设条件下进行的。,受力分析：,（1）、受轴向载荷的螺栓组连接 （2）、连接受横向载荷 （3）、受扭矩作用的螺栓组连接 （4）、

13、连接受倾覆力矩 （5）、组合受力情况,可划分为5种典型情况：,（1）、受轴向载荷的螺栓组连接：,受轴向总载荷 作用的汽缸盖螺栓组连接。,计算：,认为各螺栓平均受载， 则每个螺栓所受的轴向工作载荷：,（2）、连接受横向载荷：,载荷 的作用线与螺栓轴线相垂直，且通过螺栓组对称中心。,、用普通螺栓组连接时：,靠连接预紧后被连接件间接合面产生的摩擦力来平衡：,平衡条件：,（2）、连接受横向载荷：,载荷 的作用线与螺栓轴线相垂直，且通过螺栓组对称中心。,平衡条件：, 、用铰制孔用螺栓组连接时：,靠螺杆受剪切与挤压来承担，忽略摩擦力的影响。则每个螺栓承受的工作载荷为：,（3）、受扭矩作用的螺栓组连接：,、

14、用普通螺栓组连接：,、用铰制孔用螺栓组连接：,为防止底板转动，可以采用以下两种方式：,扭矩T作用于接合面内，在T作用下，底板将绕通过螺栓组对称中心O，并与结合面相垂直的轴线转动。,、采用普通螺栓组连接时：,连接所受的工作扭矩靠接合面间的摩擦阻力矩来平衡。,设各螺栓均受同样的预紧力F0。,力矩平衡条件：,即：, 、采用铰制孔用螺栓连接时：,力矩平衡条件：,即：,各螺栓所受的工作剪力与力臂ri成正比。,连接承受工作扭矩时，各螺栓受剪切和挤压作用 。,（4）、连接受倾覆力矩：,假设：与底板相连的被连接件(地基)及螺栓是弹性体，有一定的弹性。,分析：,设各螺栓均受同样的预紧力F0。,看图,变形量均与螺

15、栓轴线到轴线O-O的距离成正比。,为阻止底板倾覆，有：,即：,各螺栓拉伸刚度相同,各螺栓的工作拉力与离轴线O-O的距离成正比。,即：,为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙， 要求：,、结合面最右端的最大挤压应力及强度条件：,、结合面最左端的最小挤压应力及保证结合面不分离的条件：,（5）、组合受力情况：,实际连接中，螺栓组所受的工作载荷常常是以上四 种简单状态的不同组合。,一般：,按轴向载荷及倾覆力矩来决定螺栓上的工作载荷,按横向载荷与扭矩来决定作用于连接的预紧力,螺栓的总载荷,5-6 单个螺栓连接的强度计算,螺栓组连接,分析受力,受力最大螺栓的工作载荷,强度计算,轴向力横向力,螺栓公称直径,标准螺栓,一、单个螺栓连接失效形式,二、单个螺栓连接设计准则,三、单个螺栓连接强度计算,四、螺纹连接件的材料及许用应力,一、单个螺栓连接的失效形式：,主要指螺纹连接件的失效。,受拉螺栓：,螺纹部分的塑性变形和断裂。,受剪螺栓：,螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。,静载荷 变载荷,螺栓的疲劳断裂。,二、单个螺栓连接的设计准则：,针对失效形式，对螺栓的相应部位进行强度计算。,受拉螺栓：,受剪螺栓：,保证螺栓的静力拉伸强度或疲劳拉伸强度。,保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度。,三、单个螺栓连接强度计算：,根据强度条件确定螺栓直径。,连接的类型连接的装配载荷的状态,