武汉理工大学机械设计考研课件——螺纹联接设计

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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,,*,第六章 螺纹联接设计,,§,6-1,螺纹的主要参数及类型,§,6-2,螺旋副的分析,、效率和自锁,§,6-3,螺纹联接和螺纹联接件,§,6-4,螺栓联接的强度计算,§,6-5,螺纹联接的结构设计,,*.,螺纹连接,——,用螺纹联接件（螺栓，螺钉）将两个以上零件联成一体。,联接件,,螺栓,被联接件,*.,本章的主要内容,1.,螺纹类型及主要参数,;,螺纹联接的主要类型、特点及应用,;,2 .,螺旋副的受力、效率及自锁,,,预紧和防松,;,3 .,螺栓的强度计算,;,4 .,螺栓组的结构设计,

2、.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,D,p,,,螺母,垫圈,§,6-1,螺纹的主要参数及类型,,一,.,螺纹形成原理,,将,一,倾斜角为,λ,的直线绕,,在圆柱体上就形成一条螺旋线,,。取一平面图形使其沿螺旋线,,运动，该平面图形在空间的轨,,迹即为螺纹。,,二,．,常用螺纹类型,按,螺纹绕行方向分类,,左旋螺纹,——,自右下方向左上,,方绕行的螺纹,右旋螺纹,——,自左下方向右上,,方绕行的螺纹,,,,,,,,,左,旋,右,旋,,,,,,,,d,2,,,p,h,πd,2,按,螺纹牙分的表面分类,,外,螺纹,——,在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓,、,螺钉,内螺纹,—

3、—,在圆柱空内壁上形成的螺纹，如螺母,,,,,,,,,内,螺纹,,,,,,,,,外螺纹,螺杆,螺母,按,螺纹牙的牙型分类,:,普通螺纹,——,牙型角,α=60º,，,当量摩擦系数较大，自锁性能 好，主要,用于连接,。,圆柱管螺纹,—,牙型角,α=55º,，,用于压力,p,≤1.57MPa,的,管子,连接,矩形螺纹,——,牙型角,α=0º,，,当量摩擦系数小，效率高，,用于传动,梯形螺纹,——,牙型角,α=30º,，,牙根强度高，效率较高，易保证加工精度，广泛,用于传动,。,锯齿形螺纹,—,牙型斜角两边不相等，工作面,β=3º,,非工作面,β= 30º,，,效率较三,,角形螺纹高，,只能用于单向

4、传动,。,,60,º,,30,º,普通螺纹,,,,,,,,,,内,螺纹,p,,,,,,,,,外,螺纹,d,d,2,d,1,矩形螺纹,,,,,,,,,,,,,内螺纹,p,,,,,,,,,,,,,,,,,,外螺纹,,d,1,,,d,2,d,,30,º,,15,º,,,,,,,,,,内,螺纹,p,,,,,,,,,外,螺纹,d,d,2,d,1,梯形螺纹,锯齿形螺纹,d,d,2,d,1,,,,,,,,,,内,螺纹,p,,外,螺纹,,,,,,,,,,3,º,,30,º,,,p,圆柱管螺纹,d,,,,,,,,内,螺纹,d,2,d,1,外,螺纹,,,,,,,,,,,,,,,,55,º,,,按,螺纹线,,数分类

5、,,单线螺纹,——,Z=1,，,效率低，自锁性好，易加工,三线螺纹,——,Z=3,，,效率高，自锁性差，难加工,双线螺纹,——,Z=2,，,效率较,Z=1,高,单线螺纹,双线螺纹,三线螺纹,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,三,.,螺纹的主要参数,——,以圆柱普通外（内）螺纹为例来说明,,,γ,P,h,,P,,,,α,,,,d,,,,d,2,,d,1,1,.,大径,d,：,外、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径（管螺纹除外）,2,.,小径,d,1,：,与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱上面的直径。,,在强度计算中常用作危险截面的计算直径。,,3,.,中径,d,2,：,处于大径和

6、小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线,,上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。,,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,P,h,,：,螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。,P,h,=,zP,。,6,.,升角,λ,,：,螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹,,角，通常用中径处的升角,λ,表示。其计算式为：,,,,,λ,7,.,牙型角,α,：,在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角,α,,。,螺纹牙型的侧,,边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角,γ,,。,对于三角形、,,梯形螺纹等对称牙型，,γ,=α/2,。,内,螺纹,,,,,,,,,,,,,,

7、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,外螺纹,,,,,,,,,,,,,,,1,.,大径,d,：,与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的圆柱直径，规定为螺纹的公,,称直径（管螺纹除外）。,2,.,小径,d,1,：,与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相相切圆柱体直径。在强度计算中,,常用作危险截面的计算直径。,3,.,中径,d,2,：,处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线,,上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。,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,P,h,,：,螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。,P,h,=,zP,

8、。,7,.,牙型角,α,：,在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角,α,,。,螺纹牙型的侧,,边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角,γ,,。,对于三角形、,,梯形螺纹等对称牙型，,γ,=α/2,。,6,.,升角,λ,,：,螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹,,角，通常用中径处的升角,λ,表示。其计算式为：,,,,§,6-2,螺旋副的受力关系、效率和自锁,一,.,矩形螺纹副,（,牙型角,α=0,°,）,的受力关系及效率,一）拧紧螺母时,——,相当相当于滑块沿斜面等速上升运动,d,d,(,),2,2,1,1,t,tan,F,F,T,Q,r,+,l,=,=,拧紧力矩,:,(,),tan,F,F,

9、Q,t,r,+,l,=,水平力,:,效率：,F,t,,F,Q,F,t,,,,,,,,,,F,t,,F,Q,F,t,,F,Q,,,,,F,f,,,F,Rn,,F,R,v,,,,λ,,λ,,,ρ,,F,R,,λ,+ρ,二）松脱螺母时,——,相当于滑块沿斜面等速下降,,,F,t,,F,Q,,,,,,F,f,,,F,Rn,,F,R,v,,,,λ,,λ,,,,ρ,,,F,R,F,Q,,F,t,,,,,λ-,ρ,,当滑块在,F,Q,作用下沿斜面等速下,,降时，滑块上的摩擦力,F,f,沿斜面向上，,,斜面对滑块的总反力,F,R,与,F,Q,之间夹角,,为,λ-,ρ,，,由力,三角形可的水平力：,三）螺旋副的

10、自锁条件,,由松脱螺母时,的水平力计算式可知，若,λ≤,ρ,，则,Ft,为负值。表明要使,,滑块在,F,Q,作用下沿斜面等速下滑，必须加一反方向的,水平力,F,t,，,否则不论,F,Q,力有,,多大，,滑块都不会在其作用下自行下滑，即螺母不会在轴向载荷,F,Q,作用下自行松,,脱,——,此现象称为自锁。,螺旋副的自锁条件：,λ≤,ρ,二,.,非矩形螺纹副,（,牙型角,α≠0,°,）,的受力关系及效率,矩形螺纹副,非矩形螺纹副,,,F,Q,,F,Q,,F,Rn,,F,',Rn,,γ,矩形螺纹：,F,Rn,=,F,Q,,F,f,=,F,Rn,f,= F,Q,f,,摩擦角,ρ=,arctanf,非矩

11、形螺纹：,F,',Rn,,=,F,Q,/,cos,γ,,F,,f,=,F,',Rn,,f,= F,Q,f,/,cos,γ=,F,Q,f,v,,摩擦角,ρ,v,=,arctanf,v,效率：,非矩形,螺旋副的自锁条件：,λ≤,ρ,v,,一）螺栓联接,——,螺栓联接是利用螺栓穿过被联接件的孔，拧上螺,,母，将被联接件联成一体。其被联接件的孔内不切制螺纹，使用方便。,通常用,,被联接件不太厚，能从,被联接件,两边进行装配的场合。,,§,6-3,螺纹联接和螺纹联接件,一,.,螺纹联接的基本类型,结构特点,：,被联接件通孔和螺栓间有间隙,故通孔加工精度要求较低，其,,结构简单、装拆方便，应用广泛。,普

12、通螺栓联接,1.,普通螺栓（即受拉螺栓）联接,受力特点：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,,,,,d,0,F,R,F,R,联接承受外载荷时，,螺栓受拉力作用,F,',F,',2.,铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）联接。,结构特点,：,被联接件孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合,（,H7/m6,，,,,H7/n6,）。,用于要求精确固定被联接件相对位置，并能承受横向,,载荷，但孔的加工精度要求较高。,,铰制孔用螺栓联接,普通螺栓联接,,,a,l,1,,,,,,,,,,d,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,0,F,R,F,R,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

13、,,,,,d,,,,,d,0,F,R,F,R,F,',F,',受力特点：,联接借助螺栓杆承受横向外载荷，螺栓受剪力作用。,,特点,是：将螺栓一端旋紧在一被联接件的螺纹孔内，另一端穿过另一,,被联接件的孔，旋上螺母，从而将被联接件联成一体。,二）双头螺柱联接,,应用,：用于被联接件之一太厚不便穿孔，且需经常装拆,或结构上受限制,,不能采用螺栓联接的场合。,,注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制,d,,,,,,,,,特点：,螺钉联接不用螺母，而是直接将螺钉拧入被联接件之一的螺纹孔内，从而实现联接。,三）螺钉联接,,应用：,用于被联接件之一较厚的场合，不经常装拆联接的场合。,注意：被联接件上螺纹孔底部

14、正确绘制,,,,,,,特点：,紧定螺钉联接，是利用,,紧定螺钉旋入一零件，并以其末端,,顶紧另一零件（或该零件的的凹坑 内）来固定两零件之间的相互位置,四）紧定螺钉联接,,应用：,可用于传递不大的力及转,,矩，多用于轴和轴上零件的联接。,二,.,螺纹联接件,紧定螺钉联接,一）螺栓,,,s,,e,,,,,,,d,b,l,k,六角头,螺栓,,,,,,,,,,,,k,l,,b,d,,二）双头螺栓,——,两端均制有螺纹，两端螺纹可相同（均为粗牙）也可,,不同（一端为粗牙，另一端为细牙）。,,,s,,e,d,l,0,l,,,k,,,,,,,d,P,l,2,六角头铰制孔用,螺栓,d,0,,三）地脚

15、螺栓,——,是将机座固定在地基上一种特殊螺栓。,四）螺钉,、,紧定螺钉,——,螺钉头部,、,紧定螺钉末端有多种结构型式,地脚螺栓,螺钉头部结构型式,外六,角头,内六,角头,一字槽,沉头,十字槽沉头,十字槽半圆头,一字槽圆柱头,,,,锥端,平端,圆柱端,尖锥,端,紧定螺钉末端结构,五）螺母,六角薄螺母,六角厚螺母,六角槽形螺母,圆螺母,六） 垫圈,平垫圈,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用带翘垫圈,§,6-4,螺栓联接的强度计算,,一,.,螺栓联接强度计算的目的：,是,,确定螺栓的公称直径,d,二,.,螺栓联接的失效形式及计算准则,2,.,受剪螺栓,（,受横向载荷的铰制孔螺,,栓）,——,主要破坏形式为

16、螺栓杆与孔壁,,间,压溃或螺栓杆被剪断,，计算准则应是,,保证,联接的挤压强度和螺栓的剪切强,,度,，其中联接的挤压强度对联接的可靠,,性起决定性的作用。,1,.,受拉螺栓,（,受轴向载荷或横向载荷,,的普通螺栓）,——,主要破坏形式为,螺栓,,杆和螺纹部分可能发生,塑性变形或断裂,,，,其计算准则是：,保证螺栓的静力（或,,疲劳）拉伸强度。,普通螺栓联接,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,,,,,d,0,F,R,F,R,F,',F,',铰制孔用螺栓联接,,,a,l,1,,,,,,,,,,d,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,0,F,R,F,R,压溃,剪断,吊

17、环螺栓联接（松）,,F,F,0,气缸盖螺栓联接（紧）,三,.,螺栓联接的强度计算,按,装配情况螺栓联接可分为两大类,,松,螺栓联接,——,装配时不需拧紧螺母如吊环螺栓联接,紧螺栓联接,——,装配时必须将螺母拧紧，应用广泛。,,如气缸盖螺栓联接等。,一）受轴向载荷,（力作用线与螺栓轴线平行）,的螺栓连接,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,D,p,,,F,螺栓危险剖面的抗拉强度条件为：,1.,松螺栓联接,,螺栓受力,,工作载荷前，螺栓并不受力,工作时受拉力,F,（,由外加载荷产生）,MPa,校核计算式：,设计计算式：

18、,mm,式中：,,d,1,—,,螺栓危险剖面直径，即螺纹小径，,mm,；,螺栓的公称直径,d,确定,：,根据,d,1,>d,1ca,的原则,查普通螺纹基本尺寸（,GB196-,,81,）,《,机械设计课程设计,》,表,11-1,，确定螺栓的公称直径,d,。,—,松螺栓联接的许用应力,，,Mpa,，,——,螺栓材料的屈服极限,S,松,——,松螺栓联接的安全系数,，,S=1.2~1.7,吊环螺栓联接,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,公称直径（,mm,）,,螺 距（,p,）,,mm,,中 径（,d,2,）,,mm,小 径（,d,1,）,,mm,第一系列,第二系列,,,,

19、,8,,1.25,7.188,6.647,,,1.00,7.350,6.917,,,0.75,7.518,7.188,,10,,1.5,9.026,8.376,,,1.25,9.188,8.647,,,1.00,9.350,8.917,,,0.75,9.513,9.188,,12,,1.75,10.863,10.106,,,1.5,11.026,10.376,,,1.25,11.188,10.674,,,1.0,11.350,10.917,,14,2.0,12.701,11.835,,,1.5,13.026,12.376,8,6.647,10,8.376,12,10.106,普通螺纹基本尺寸（

20、,GB196-81,）,《,课程设计,》,表,11-1,14,11.835,,§,6-5,螺纹联接的结构设计,一,.,螺纹联接防松,,防松的根本目的在于防止螺纹副间的相对转动。防松的措,,施很多，按工作原理可分为如下三类。,,1,．摩擦防松,,这类防松措施是使拧紧的螺纹之间不因外载荷变化而失去压力，即始终有摩擦阻力防止联接松脱。这种方法不十分可靠，故多用于冲击和振动不剧烈场合。常用的有如下几种：,弹簧垫圈,,双螺母,,尼龙圈锁紧螺母,,,2.,机械防松,,机械防松的措施是，利用各种止动零件，以阻止拧紧的螺纹零件产生相对转动。这类防松方法相当可靠，应用很广。常用的方法有：,槽形螺母和开口销,,串

21、联钢丝,,正确结构,错误结构,,,,,,,,,止动垫圈,,3.,粘合防松,,将粘合剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后，粘合剂能自行固化，防松效果良好。,,,螺栓与螺母底面的支承面应平整，并与螺栓轴线相垂直，,为减小和避免弯曲应力，被联接件,支承面,可经机械加工后制成的凸台或沉头座或斜面垫圈。,二,.,支承面应平整,凸台,沉头座,斜面垫圈,,,,三,.,扳手空间,,螺栓排列应有合理的钉距、边,,距，注意留必要的板手空间。板手,,空间的具体尺寸可查有关手册。,,L,要有,合理的边距,要有,合理的间距,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,D,p,,,,,,距离过小,e,f,结 束,