广西水电职院教案用纸Word文件下载.docx

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二、铰制孔用螺栓联接的强度计算

三、螺栓材料与许用应力计算

一、类型和应用

二、滑动螺旋传动计算

三、滚动螺旋传动

6

学时

第四章螺纹联接与螺旋传动

4—1螺纹

为使机器制造、安装、调整、维修和运输、减重、省科、降成、提高效率、等等必须采用各种方式联接成整体，才能实现上述要求。

因此一个出色的设计者应了解联接的种类、特点和应用，熟悉联接设计的准则。

掌握好设计的方法。

联接——近代机械设计（机器设计）中最感兴趣的课题之一，也是近一些年来，发明创造最多的。

在通用机械中，联接件占总零件数的20~50%。

如Boeng’s747中有250万个紧固联接件

联接：

静联接——被联接件间不充许产生相对运动

①不可折联接：

铆、焊、介于可折不可折之间，胶（粘）接等

②可折联接：

螺纹、键、花键、销、成型而联接等

动联接——被联接零件间可产生相对运动——各种运动副联接

一、螺纹的形成

如图4-1所示：

把一锐角为ψ的直角三角形绕到一直径为d的圆柱体上，绕时底边与圆柱底边重合，则斜边就在圆柱体上形成一条空间螺旋线。

如用一个平面图形K（如三角形）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，同样可得到矩形、梯形、锯齿形、圆弧形（管螺纹）

二、螺纹的类型

螺纹三角形（普通螺纹）、管螺纹——联接螺纹（精密传动）

按牙型矩形螺纹，梯形螺纹，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

螺纹外螺纹——在圆柱孔的外表面形成的螺纹

三角形粗牙螺纹——用于紧固件

螺纹细牙螺纹——同样的公称直径d下，P小，自锁性好，适于薄壁细小零件和

冲击变载等情况

根据螺旋线左旋——图4-2b

绕行方向螺纹右旋——常用

单头螺纹（n=1）——用于联接

根据螺旋双头螺纹（n=2）

线头数多线螺纹（n≥2）用于传动

三、螺纹的主要参数（图4-3）

1）外径d（大径）（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，在强度计算中作危险剖面的计算直径

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，近似等于螺纹的平均直径d2≈0.5（d+d1）

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n≤4

螺距、导程、线数之间关系：

L=nP

7）螺旋升角ψ——在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）牙型角α——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角

9）牙型斜角β——螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角。

对称牙型

各种螺纹（除矩形螺纹）的主要几何尺寸可查阅有关标准——公称尺寸为螺纹外径对管螺纹近似等于管子的内径。

螺旋副的自锁条件为：

（见机械原理）

螺旋副的传动效率为：

克服轴向力Q匀速上升所需的圆周力

四、常用螺纹的种类、特点与应用，比较具体见表4-1，为加深印象，特列表如下（管螺纹除外）。

英制细牙螺纹，

，内外螺纹旋合后无径向间隙，以保证配合紧密，公称直径为管子内径，适于

以下的水、煤、气、油等管路。

常用螺纹的比较（管螺纹除外类似于三角形）

名称

三角

梯形

锯齿

矩形

剖面形状

结构特点

牙型角α

牙型倾角β

正三角形

α=60°

β=30°

等腰梯形

α=30°

β=15°

不等腰梯形

β=3°

正方形

α=0°

β=0°

当量摩擦系数-fv

当量摩擦角-ψv

传动效率η

自锁性

牙根强度

工艺性能

一般应用

Fv=f/cosβ=1.155f

fv=1.035f

fv=1.001f

fv=f

（在螺纹升角ψ相同的条件下）

条件

当（p、d、tv材料相同的条件下）t0——旋合长度

即可车

又可铣

只能车不能铣

联接

传动

特点（优缺点及结构性能）

由P分：

粗牙Md—用于紧固件

细牙Mdxp—d同而d小，因而ψP↓，自锁性↑，适于薄壁细小零件、冲击、变载等场合联接

可靠、防震性好，适于重要的动力传动，要求精密强度高等，适于双向传动，如车库丝扭、双面工作。

用部分螺母可调间隙，应用广泛。

性能介于梯形与矩形之间，适于单向传动，单面工作（3°

）应用千斤顶等

特适于高效、轻载传动如高低机、方向机等，但强度低、精度差、磨损后有间隙，加工艺性差，为便于铣磨，现已改用α=10°

β=5°

自行设计：

p=1/4d,d=5/4d1

h=1/8d1

4—2螺纹联接的主要类型和使用

一、螺纹联接主要类型

四种基本类型，两个变种（地脚与吊环）。

根据设计应用情况，今后工作需要，抽讲两点最重要的内容，其余以自学为主。

注意：

结构特点、作用与应用场合

1、螺栓联接

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，装折方便，可多个装拆，应用较广。

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（H7/m6,H7/n6）

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、螺钉联接

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（手册无六角头螺钉，L0=L即可）

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。

特殊联接：

地脚螺栓联（图4-6a,b）

吊环螺钉联接（图4-8）

二、螺纹联接件螺栓联接（图4-9）——用于工艺联接

普通螺栓六角头：

小六角头，标准六角头，大六角头

1）螺栓圆柱头（内六角）

铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小

螺栓粗制

精制——机械制造中常用

2）双头螺栓——两端带螺纹A型——有退刀槽施入端长度也各有不同。

B型——无退刀槽

3）螺钉种类繁多

半圆头一字槽

平圆头十字槽共有

按头部形状六角头头部起子槽内六角孔

圆柱头一字加十字槽

沉头

要求全螺纹

与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗

4）紧定螺钉锥端——适于零件表面硬度较低不常拆卸常合

末端平端——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位置

适于较轻材料和金属薄板

5）自攻螺钉——由螺钉攻出螺纹

6）螺母六角螺母：

标准，扁，厚

圆螺母（与带翅垫圈）+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。

螺母粗制

精制粗制

平垫精制A型

7）垫圈普通垫圈斜垫B型——带倒角

防松垫圈（弹簧垫圈）——起防松作用

带翅垫圈等

螺纹联接的预紧与防松

一、预紧

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——轻少用

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，接触面积要大性，靠摩擦力工作时，增大刚性等。

——必拧紧

增大刚性——增加联接刚度、紧密性和提高防松能力

预紧力QP——预力轴向作用力（拉力）

但：

预紧过紧——拧紧力过大QP——螺杆静载荷增大、降低本身强度

过松——拧紧力QP过小——工作不可靠

一般：

碳钢：

——螺栓最小剖面积

合金钢：

——屈服极限MPa

板手拧紧力矩——T=FH·

L（4-4）

FH—作用于手柄上的力，L——力臂。

拧紧时螺母：

T=T1+T2

T——拧紧，T1——螺纹，T2——端面摩擦力矩

螺栓：

T1=T3+T4

T1——螺纹，T3——钉头，T4——夹持

其中：

螺纹阻力矩：

（4-5）

端面摩擦力矩：

（4-6）

fc——螺母与支承面间的摩擦系数，取fc=0.15

D1,d0——支承面的内、外直径。

见图4-8

其余参数同前。

∴

（4-7）

则

（4-8）一般K=0.1~0.3

对M10~M68螺母，将其标准参数代入，经简化后得K≠0.2

即：

T=0.2QPd（4-9）

而T=FHL=FH×

σdQP=75FH——说明d过小→螺栓易过载！

（一般L=15d）

注：

由于d≤M10——易过载

d>

M68——应力分布不均∴最好取d=M16~M30

预紧力QP的控制——测力矩板手——测出预紧力矩——图4-9，图4-12

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。

图4-10，图4-13

测量预紧前后螺栓伸长量——S——精度较高。

二、防松：

理论上，螺纹联接—升角

为什么还要防松：

目的

满足自锁根据什么防松：

原理

三角形螺纹当量摩擦角

防松方法——措施

1、防松目的（口述）

实际工作中，外载荷有振动、有变化、材料高温需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——概括成一句话，即消除（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——表4-3

1）摩擦防松——双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等

尼母垫圈——除防松外还可起密封作用

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（破坏螺纹）、点焊

4）化学防松——粘合

思考题：

双头螺栓联接，旋入端如何防松？

出过题

①利用螺尾旋紧产生横向扩张；

②利用过盈配合达到横向扩张；

③利用杆端预紧，产生轴向预紧作用。

4-3螺栓联接的强度计算

1、失效形式和原因

a）形式

工程中螺栓联接多数为抗拉疲劳失效，静态失效较少，但严重过载拉断，螺牙剪断，螺纹压溃等可出现。

统计表明：

90%以上螺栓失效