第六章螺紋連接

1、一、 螺紋連接是利用螺紋零件構成的可拆連接，結構簡單，拆裝方便，適用范圍廣。二、 螺紋的種類及主要參數(shù)：根據(jù)螺紋線繞行方向的不同，螺紋分為右旋和左旋，一般用右旋；根據(jù)螺紋在螺桿軸向剖面上的形狀的不同，分為三角螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋和管螺紋；螺紋又分為內(nèi)螺紋和外螺紋，二者旋合組成螺紋副或稱螺旋副；根據(jù)母體的形狀分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。圓柱螺紋的主要參數(shù)d（D）螺紋大徑，是螺紋的公稱直徑如M8表示d=8mm；d1（D1）螺紋小徑，常用于計算螺紋強度；d2（D2）螺紋中徑，用于計算效率、升角、自鎖的基準。（外螺紋各直徑用小寫字母表示，內(nèi)螺紋各直徑用大寫字母表示）；p螺距，螺紋上相鄰兩牙

2、對應點軸向距離；n線數(shù)，沿一條螺紋線形成的螺紋，成為單線螺紋，沿兩條、三條或多條螺紋線形成的螺紋，成文雙線、三線或多線螺紋；s導程，任一點沿同一條螺紋線轉一周的軸向位移，s=np；螺紋的螺旋升角，在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角，即；牙形角，牙形斜角，在對稱牙形中；h工作高度，三、1. 三角螺紋的牙形角，因牙形斜角大，所以當量摩擦因素大，自鎖性好，主要用于連接，這種螺紋分為粗牙和細牙，一般多用粗牙螺紋。公稱直徑相同時細牙螺紋的螺距較小、牙細，內(nèi)經(jīng)和中徑較大，升角較小，因為自鎖性好，對螺紋零件的強度削弱小，但磨損后易滑扣。細牙螺紋常用于薄壁和細小零件上或承受變載、沖擊振動

3、的連接及微調裝置中。2. 舉行螺紋牙形為正方形，牙形斜角。所以當量摩擦角小，效率高，用于傳動；但由于制造困難，螺母和螺桿同心度差，牙根強度弱，常被梯形螺紋代替。3. 梯形螺紋的牙形角，與矩形螺紋相比，效率略低，但牙根強度較高，易于制造，在螺旋傳動中應用較為普遍。4. 鋸齒形螺紋工作邊的牙形斜角，傳動效率高，便于加工，非工作邊的牙形斜角。綜合了矩形螺紋效率高和梯形螺紋壓根強度高的優(yōu)點，能承受較大的載荷，用于單向傳動。5. 管螺紋是用于連接的緊密螺紋，是英制細牙三角螺紋，牙形角。其螺紋牙頂部和根部均是圓角，內(nèi)、外螺紋間無徑向間隙，因而連接緊密。、6. 圓錐管螺紋有牙形角和兩種，螺紋分布在1:16的

4、圓錐管壁上；內(nèi)外螺紋面間無間隙，使用時不用填料而靠牙的變形來保證螺紋連接的緊密性，用于高溫、高壓系統(tǒng)的管件連接。四、 螺紋副的受力關系、效率和自鎖：1. 對于矩形螺紋，當擰緊螺紋時，中徑處的水平推力，松開螺紋時，2. 非矩形螺紋的法向力比矩形螺紋大，若將法向力的增加看做是摩擦因素的增加，則非矩形螺紋的摩擦阻力為，式中，為當量摩擦角，為當量摩擦角，為牙形斜角。因此對于非矩形的螺紋，中徑處的水平推力擰緊時，松開時，運轉效率擰緊時（主動），松開時（F主動軸向載荷），自鎖的條件是螺紋升角小于當量摩擦角。五、 單個螺紋連接的設計：1. 常用的螺紋緊固件有：螺栓、雙頭螺柱、螺釘、緊定螺釘及螺母等。2. 螺

5、栓、螺柱和螺釘按機械性能分為十個等級。螺母機械性能分級按螺母高度m與螺母，螺紋直徑D的關系不同分兩類。當時，為4,5,6,8,9,10和12七級；當時，為04和05兩極；性能等級的數(shù)字表示螺母材料，0表示螺母的實際承載能力比后面數(shù)字所能表示的性能要低。標準中還規(guī)定了螺紋緊固件的制造精度分為精密級、中等級和粗糙級三種。精密級（46）用于精密螺紋和要求配合變動小的場合；中等級（7）用于一般用途；粗糙級（78）用于對精度要求不高的場合。螺栓的材料常用中碳鋼和低碳鋼；重要和特殊用途的螺紋連接件可采用合金鋼。螺母材料為中碳鋼。3. 螺紋連接的基本類型和畫法:1) 基本類型:螺栓連接、上頭螺柱鏈接、螺釘連

6、、緊定螺釘連接2) 畫法中注意的問題：i. 當剖切面通過螺栓、螺母和墊圈等標準件時，這些零件均按照不剖繪制ii. 兩零件接觸表面只畫一條線，不接觸的相鄰表面，不論間隙多大，都應畫兩條線iii. 內(nèi)外螺紋旋合部分，螺紋大徑用粗實線表示，小徑用細實線表示iv. 螺紋孔部分、螺紋小徑和螺紋終止線用粗實線表示，大徑用細實線表示，剖面線應畫到粗實線v. 螺紋底孔直徑不應大于螺紋內(nèi)經(jīng)，頭部夾角為120°，鉆孔深度應大于螺紋深度vi. 在裝配圖中，螺紋緊固件的倒角、退刀槽及縮頸等均可省略不畫。六、 螺紋連接的主要失效形式:螺栓連接的松動、螺栓桿的拉斷、螺栓桿或螺栓孔的壓潰、螺栓桿的剪斷、因經(jīng)常拆裝

7、而發(fā)生的滑扣現(xiàn)象七、 、螺紋連接的設計準則：考慮螺紋連接要有適當?shù)臄Q緊力矩和放松措施，通過強度計算來確定螺栓的直徑。在使用中發(fā)現(xiàn)螺紋緊固件出現(xiàn)磨損，應及時更換磨損件。八、 螺栓的擰緊和放松：1. 螺栓連接的擰緊：在使用中，絕大多數(shù)的螺紋連接都必須在裝配時擰緊，稱為緊連接。在擰緊后到承受工作載荷之前，緊連接的螺栓就受到軸向力的作用。該軸向力稱為預緊力F，可以起到一定的放松作用。所需預緊力的大小與工作載荷有關。重要的鏈接，在裝配時應控制預緊力，可通過控制擰緊力矩等方法實現(xiàn)。 擰緊螺母的擰緊力矩T，需要克服螺紋副的螺紋力矩T1和螺母與支撐面的摩擦力矩T2。因此擰緊力矩。為螺母與支撐面間的摩擦因素。為

8、支撐面摩擦半徑，和為螺母支撐面的外徑和內(nèi)徑。對于不同螺栓直徑d，若取，可簡化得到2. 螺紋連接的防松：防松的方法有很多，就其原理可分為摩擦防松、機械防松和破壞螺紋副關系防松等。摩擦放松的措施有雙螺母防松、彈簧墊圈防松、金屬鎖緊螺母防松等；機械防松的措施有開口銷與槽型螺母防松、圓螺母與止動墊圈防松、止動墊圈防松等；破壞螺紋副關系防松的措施有電焊或點沖破壞螺紋或在旋合段涂金屬粘結劑等。3. 送螺栓連接強度的計算：螺栓在工作時受到拉力F的作用，其螺栓螺紋部分的強度條件為。,其中，為螺紋小徑，為松連接螺栓的許用拉應力，為材料的屈服極限，為安全系數(shù)，為淬火鋼取1.2，淬火鋼取1.64. 受橫向工作載荷的

9、金螺栓連接的強度計算：金螺栓連接在承受工作載荷前須擰緊，螺栓已受到軸向預緊力F，當被連接件承受橫向工作載荷FR時，普通受拉螺栓連接是靠預緊力在結合面上產(chǎn)生的摩擦力平衡外載荷，螺栓內(nèi)部受到兩種應力的作用，預緊力在螺栓上產(chǎn)生的拉應力為，擰緊螺栓時，螺栓受到的螺紋力矩為，在螺栓上產(chǎn)生的剪應力為。將M10M68普通螺紋d2、d1和帶入，取，可得。螺栓一般為塑性材料，由第四強度理論得到螺栓的當量應力為。所以，普通受拉螺栓的強度條件為，。為屈服極限，為靜載荷時緊連螺栓的安全系數(shù)。5. 受橫向工作載荷作用時，也可用鉸制孔連接。在橫向載荷FR作用下，螺栓在連接結合面處受剪，并與被連接件孔壁互相擠壓。連接損壞的

10、形式可能有：螺栓被剪斷，栓桿或孔壁被壓潰等。連接的預緊力和摩擦力在一般情況下可忽略不計。螺栓桿的剪切強度條件為：，螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為。其中，為螺栓所受剪力，d為螺栓抗剪面直徑，m為螺栓抗剪面數(shù)目，為螺栓的許用剪切應力，。為許用剪應力安全系數(shù)，靜載荷時=2.5，變載荷時=3.55。為螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度。為螺栓桿或孔壁材料的許用擠壓力。九、 受軸向工作載荷作用的螺栓連接強度計算:1. 螺栓總拉力的計算：受軸向工作載荷的緊螺栓連接中，螺栓實際承受的總拉力并不等于預緊力與工作載荷F之和。當應變在彈性變形分為之內(nèi)時，各零件的受力可根據(jù)靜力平衡和變形協(xié)調條件求出。根據(jù)螺栓的靜力平衡條件

11、，螺栓的總拉力為工作載荷F與被連接件給它的剩余預緊力之和，即.以和分別表示螺栓和被連接件的剛度，根據(jù)變形協(xié)調條件，有，整理得到，。式中，為相對剛度系數(shù)，其值與螺栓和被連接件的材料、尺寸、結構、工作載荷作用的位置及連接中墊片的材料等因素有關。銅皮石棉墊片0.8，橡膠墊片0.9。當螺栓工作載荷F過大或預緊力過小時，連接會出現(xiàn)縫隙，導致連接失去緊密性，在變載荷時產(chǎn)生沖擊。設計時可參考：靜載荷時；變載荷時；壓力容器的緊密連接時，且應保證密封面的剩余預緊壓力大于容器的工作壓力。2. 靜強度計算：連接承受工作載荷后，如發(fā)現(xiàn)連接松弛而需要補充擰緊時，近似認為螺紋力矩為。則受軸向工作載荷的緊螺栓的強度條件為。

12、其中為金螺栓連接的許用拉應力，為屈服極限，為靜載荷時緊螺栓的安全系數(shù)。3. 疲勞強度計算：疲勞強度條件為，。為螺栓變載時的許用應力幅，為尺寸系數(shù)，為螺紋制造工藝系數(shù)，車制螺紋取1.25. 為各圈螺紋牙受力不均勻系數(shù)，受壓螺母取1，受拉螺母取1.51.6，為螺紋應力集中系數(shù)。為安全系數(shù)。4. 提高螺紋連接強度的措施：影響螺栓強度的因素除了材料機器機械性能、尺寸參數(shù)外，還有結構、制造和裝配工藝等，包括螺紋牙的受力分配、附加應力、應力集中等1) 改善螺紋牙的載荷分配:一般螺栓和螺母都是彈性體，受力后螺栓、螺母和螺紋牙都蟬聲變形，螺栓受拉，螺距增大，螺母受壓，螺距減小。螺紋的螺距變化差，主要靠旋合各圈

13、螺紋牙的變形來補償?？赏ㄟ^改變螺母或，螺桿沿旋合長度方向的剛度，采用懸置螺母或內(nèi)斜螺母、選用較軟的螺母材料2) 避免附加應力：被連接件上支承螺栓頭部或螺母的表面粗糙不平或傾斜，使用鉤頭螺栓都會使螺桿上產(chǎn)生附加的彎曲應力。對于預緊力為的鉤頭螺栓，其彎曲應力。若偏心距及預緊力為產(chǎn)生的拉應力為，即。彎曲應力是拉應力的8倍。3) 減小應力集中：適當增大牙根圓角半徑可以提高螺栓疲勞強度達20%40%?；蛟诼菁y收尾處用退刀槽。4) 減小螺栓的應力幅：螺栓的最大應力一定時，應力幅越小，疲勞強度越大。減小螺栓剛度的措施有：適當增大螺栓的長度；部分減小螺栓桿直徑或加工成中空的結構-柔性螺栓。5) 選擇恰當?shù)念A緊

14、力并保持不減退6) 采用合理的制造工藝：碳氮共滲、滲氮及噴丸處理十、 螺栓組連接的設計：1. 受軸向力作用的螺栓組連接：設螺栓的數(shù)目為z，則各螺栓的工作載荷2. 受橫向力作用的螺栓組連接：橫向載荷過螺栓組形心。可通過普通金螺栓連接或鉸制孔用螺栓連接兩種不同的方式傳遞載荷。1) 普通緊螺栓連接：靠的是接合面間的摩擦力來傳遞載荷，螺栓只受預緊力，根據(jù)力的平衡關系有。為接合面摩擦因數(shù)，m為接合面數(shù)目，z為螺栓數(shù)目，為考慮到摩擦因素不穩(wěn)定及摩擦傳遞力有時不可靠而引入的可靠性系數(shù)。2) 鉸制孔用螺栓連接：靠的是螺栓桿受剪切力和螺栓桿與孔壁接觸表面受擠壓來傳遞載荷。假設各螺栓所受的橫向工作載荷均相等，為，

15、根據(jù)平衡條件得。3. 受旋轉力矩T的螺栓組連接：1) 普通緊螺栓連接：假設各螺栓連接接合面的摩擦力相等，并集中在螺栓中心處，方向與螺栓中心至螺栓組中心的鏈接垂直，。根據(jù)機座的靜力平衡條件得：。為各螺栓中心至螺栓組形心的距離，下表代表螺栓的序號。2) 鉸制孔用螺栓連接：各螺栓所受剪力的方向垂直于螺栓中心至螺栓組形心的連線。忽略連接中的預緊力和摩擦力，根據(jù)機座的靜力平衡條件得。根據(jù)螺栓的變形條件，各螺栓的剪切變形量與螺栓中心至螺栓組形心的距離r成正比。各螺栓的剪切變形量與其所受剪力成正比，則有設該常數(shù)為A，則，所以。所以距螺栓組形心最遠的螺栓所受到的剪力最大。4. 受翻轉力矩M的螺栓組連接：,根據(jù)螺栓變形協(xié)調條件，螺栓的拉伸變形量與其中心至機座翻轉軸線的距離成正比。、因此5. 受任意載荷的螺栓組連接：轉化為上訴四種情況，進行綜合分析計算即可。十一、 螺旋傳動：螺旋傳動主要用于把回轉運動轉化為直線運動，同時傳遞能量和力。1. 根據(jù)螺紋副的摩擦情況，螺旋傳動可分為滑動螺旋、滾動螺旋和靜壓螺旋1