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1、91 螺纹,92 螺旋副的受力分析、效率和自锁,93 螺纹联接的基本类型,94 螺纹联接的预紧和防松,95 螺纹联接的强度计算,96 螺栓组的结构设计,97 提高螺栓联接强度的措施,98 螺旋传动,99 键联接和花键联接,910 销联接,第九章 螺纹联接设计,一、螺纹的形成,91 螺 纹,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,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺
2、纹 锯齿形螺纹,螺纹的牙型,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,一般: n 4,双线螺纹,单线螺纹,S = 2P,S =P,n线螺纹: S = n P,潘存云教授研制,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的
3、作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,联接螺纹 传动螺纹,螺旋传动,联接螺纹,传动螺纹,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,
4、联接螺纹 传动螺纹,圆柱螺纹 圆锥螺纹,圆柱螺纹,圆锥螺纹,管螺纹,三角形螺纹,普通螺纹 = 60,管螺纹 = 55,普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。,粗牙螺纹应用最广,细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高，,缺点：不耐磨易滑扣。,应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。,二、机械制造常用螺纹,用螺纹密封的管螺纹,普通细牙螺纹,管螺纹,非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁 = 55）,用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁 = 55）,60圆锥管螺纹,公称直径-管子的公称通径。强调与普通螺纹不同,非螺纹密封的管螺纹,梯形螺纹：,
5、为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。,锯齿形螺纹:,= 15,= 3,粗牙普通螺纹的基本尺寸见P135表10-1 后面有图,螺纹的基本尺寸：,细牙普通螺纹的基本尺寸见P136表10-2,梯形螺纹的基本尺寸见P136表10-3,表9-1 直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm,标记示例： M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3),M24X1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5),表9-3 梯形螺纹基本尺寸 mm,标记示例：Tr48X8 (梯形螺纹，直径48
6、，螺距8),潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,用螺纹密封的管螺纹,普通细牙螺纹,管螺纹,非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁 = 55）,用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁 = 55）,60圆锥管螺纹,公称直径-管子的公称通径。强调与普通螺纹不同,非螺纹密封的管螺纹,(3)中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,(1)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。,(2) 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。,(4) 螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,(5) 导程S,(6) 螺纹升角 中
7、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,(7)牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。,牙侧角 ,S = nP,同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P,三、螺纹的主要几何参数,tg =F/Fn,螺纹的拧松-螺母在F和Fa的联合作用下，顺着Fa等速向下运动。,螺纹的拧紧-螺母在F和Fa的联合作用下，逆着Fa等速向上运动。,一、矩形螺纹= 0,92 螺旋副的受力分析、效率和自锁,展开中径d2 圆柱面得一斜面.,螺旋副在轴向载荷Fa作用下相对运动，可看作在中径的水平力F推动滑块(重物)沿螺纹运动,F -水平推力,Fn -法向反力,
8、Fa -轴向载荷,F=f Fn -摩擦力,f -摩擦系数,FR -总反力, =tg-1 f -摩擦角,=f Fn/Fn,=f,定角-由材料确定,FR,滑块在F、FR 、Fa三力作用下处于平衡状态,d2,作力多边形,得： F=Fatg(+ ),驱动力矩：,列出力平衡方程：,FRFa = +,FR =(1 + f ) Fn,Fa -阻力，F - 驱动力，,当螺纹拧紧(滑块上升)时：,F -摩擦力, 沿斜面朝下。,当螺纹拧松(滑块下滑)时：,FRFa = -,滑块在F、FR 、Fa三力作用下处于平衡状态,作力多边形可得：,F=Fatg(- ),驱动力矩：,列出力平衡方程：,Fa -驱动力，F -阻力
9、，,F -摩擦力, 沿斜面朝上。,若 ，则T为正值，其方向与螺 母运动方向相反，是阻力；,若 ，则T为负值，方向相反，其方向与预先假定的方向相反，而与螺母运动方向相同，成为放松螺母所需外加的驱动力矩。,提问：当时，若没有力矩T，螺母在Fa的作用下会运动吗？,不会！,-这种现象称为自锁。,引入参数f 和 就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。,滑块上升：,滑块下降：,非矩形螺旋的自锁条件：, 对于联接螺纹必须满足自锁条件,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：,
10、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, ,螺旋转动一圈时，有效功为FaS, 输入功为2T。,f =tg =0.1,25,潘存云教授研制,潘存云教授研制,93 螺纹联接的基本类型,一、 螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,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;,冲击载荷或弯曲载荷l1 d;,铰制孔用螺栓l1 0;,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。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教
11、授研制,潘存云教授研制,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。,93 螺纹联接的基本类型,潘存云教授研制,一、 螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,双头螺柱联接,紧定螺钉联接,93 螺纹联接的基本类型,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制
12、,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,双头螺柱,螺栓,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,潘存云教授研制,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹联接,T 型螺栓,二、螺纹紧固件,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,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹联接,潘存云教授研制,其它螺母：,其它螺母：,其它螺母：,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,斜垫圈,弹簧垫圈,
13、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。,93 螺纹联接的预紧和防松,预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。,预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。,预紧力的确定原则： 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ss的80%。,一、螺纹联接的预紧,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性，强度和密封均有很大影响。,碳素钢螺栓：,Qp(0.60.7)
14、s A1,合金钢螺栓：,Qp (0.50.6) s A1,A1 -危险截面积， A1 d21/4,拧紧力矩,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,T 0.2 Fa d,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：,总力矩：,注意：对于重要的联接，应尽可能采用M12的螺栓。,潘存云教授研制,测力矩扳手,预紧力控制方法:,联接用
15、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。,定力矩扳手,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。,1)凭手感经验；,2)测力矩扳手；,3)定力矩扳手；,4)测定伸长量。,潘存云教授研制,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，联接仍有可能松动而失效。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,二、螺纹联接的防松,防松-防止螺旋副相对转动。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,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
