第5章螺紋聯(lián)接

1、第5章 螺紋聯(lián)接§5-0內(nèi)容提要2§5-1 螺紋的形成和主要參數(shù)3一、螺紋的形成：3二、 螺紋的分類3三、 螺紋的主要參數(shù)5四、 常用螺紋的特點(diǎn)及應(yīng)用5§5-2 螺旋副的受力分析、效率和自鎖8一、矩形螺紋，8二、牙型角的螺紋10三、討論12§5-3 螺紋聯(lián)接和螺紋聯(lián)接件12一、螺紋聯(lián)接的基本類型12二、 標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件14三、 螺紋聯(lián)接件的性能等級(jí)和材料16§5-4 螺栓聯(lián)接的計(jì)算17一、 松螺栓連接：18二、 緊螺栓聯(lián)接18三、 螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力23四、 舉例23§5-5 設(shè)計(jì)螺栓連接時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題25一、防松：25二、支承表

2、面的平整27三、 安裝空間28§5-0內(nèi)容提要Ø 螺紋的主要參數(shù)Ø 螺旋副的受力分析、效率和自鎖Ø 螺栓聯(lián)接的計(jì)算Ø 防松措施Ø 特別注意：螺紋連接是可拆連接。§5-1 螺紋的形成和主要參數(shù)一、螺紋的形成：（1）螺旋線的形成：（2）螺紋的形成：2、 螺紋的分類（1）按形成情況分外螺紋內(nèi)螺紋(2)按螺紋的繞行方向分右旋螺紋左旋螺紋（3）按線數(shù)分單線螺紋雙線螺紋三線螺紋3、 螺紋的主要參數(shù)4、 常用螺紋的特點(diǎn)及應(yīng)用(1)三角形螺紋之普通螺紋圖形特點(diǎn)Ø 牙型為等邊三角形，牙型角為。Ø 同一公稱直徑按螺距大小，分

3、為粗牙和細(xì)牙。Ø 細(xì)牙螺紋的螺距小，升角小，自鎖性好，聯(lián)接強(qiáng)度高，因牙細(xì)不耐磨，容易滑扣。運(yùn)用Ø 一般聯(lián)接多用粗牙螺紋。備注Ø 粗牙普通螺紋的基本尺寸可查書(shū)本.(2)三角形螺紋之自攻螺釘用螺紋圖形特點(diǎn)運(yùn)用(3)管螺紋圖形特點(diǎn)Ø 牙型角，牙頂有較大的圓角，螺紋分布在圓錐管壁上。螺紋旋合后，利用本身的變形就可以保證聯(lián)接的緊密性，不需要任何填料。運(yùn)用Ø 適用于管子、管接頭、旋塞、閥門和其它螺紋聯(lián)接的附件。(4)矩形螺紋圖形特點(diǎn)Ø 牙型角，牙型為正方形；Ø 傳動(dòng)效率較其他螺紋高；但牙根強(qiáng)度弱，螺旋副磨損后，間隙難以修復(fù)和補(bǔ)償，傳動(dòng)精

4、度低。運(yùn)用Ø 目前尚未標(biāo)準(zhǔn)化，已逐漸被梯形螺紋所代替。(5)梯形螺紋圖形特點(diǎn)Ø 牙型角，牙型為等腰梯形；Ø 與矩形螺紋相比，傳動(dòng)效率略低；但工藝性好，牙根強(qiáng)度高，對(duì)中性好，如用剖分螺母，還可以調(diào)整間隙。運(yùn)用Ø 梯形螺紋是最常用的傳動(dòng)螺紋。(6)鋸齒形螺紋圖形特點(diǎn)Ø 牙型為不等腰梯形，工作面的牙側(cè)角為3°，非工作面的牙側(cè)角為30°；Ø 這種螺紋兼有矩形螺紋傳動(dòng)效率高、梯形螺紋牙根強(qiáng)度高的特點(diǎn)；但只能用于單向受力的螺紋聯(lián)接或螺旋傳動(dòng)中。運(yùn)用§5-2 螺旋副的受力分析、效率和自鎖Ø 螺旋副：螺母與螺桿

5、組成空間運(yùn)動(dòng)副。一、矩形螺紋，（1）螺母克服載荷勻速上升示意圖所需轉(zhuǎn)矩計(jì)算螺旋副的效率Ø ；Ø 影響效率的因素：（2）螺母在載荷作用下勻速下降示意圖所需轉(zhuǎn)矩計(jì)算螺旋副效率Ø 當(dāng)時(shí)，即，表示要保證滑塊勻速下降，需要加一力支持，否則，會(huì)加速下降。Ø 當(dāng)時(shí)，即，表示與位于同一直線上，不需要的作用即可互相平衡。Ø 當(dāng)時(shí)，即，表示要使滑塊勻速下降，必須施加力，且方向應(yīng)與圖示相反，否則不論有多大的軸向載荷,螺母多不會(huì)在其作用下自行松脫，即出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，可見(jiàn)自鎖條件為。二、牙型角的螺紋(0)比較牙型角牙型角結(jié)論牙型角不為零的螺紋的摩擦阻力要比矩形螺紋的大。問(wèn)

6、題的類比轉(zhuǎn)化定義當(dāng)量摩擦系數(shù)，當(dāng)量摩擦角，則牙型角不為零的螺紋的螺旋副的受力、效率和自鎖等的計(jì)算和分析方法與牙型角為零的螺紋類同。（1）螺母克服載荷勻速上升所需轉(zhuǎn)矩計(jì)算Ø 當(dāng)螺母克服載荷勻速上升時(shí)，需要作用于螺紋中徑處的水平力為：Ø 所需轉(zhuǎn)矩：螺旋副的效率（2）螺母在載荷作用下勻速下降所需轉(zhuǎn)矩計(jì)算Ø 當(dāng)螺母在載荷作用下勻速下降時(shí)，需要作用于螺紋中徑處的水平力為：Ø 所需轉(zhuǎn)矩：螺旋副的效率Ø 自鎖條件：三、討論Ø 矩形螺紋與三角形螺紋比較：矩形螺紋牙型角為零，傳力性能好；三角形螺紋壓力角不大于零，當(dāng)量靜摩擦系數(shù)較大，當(dāng)量摩擦角也較大，更

7、容易自鎖；故矩形螺紋矩形螺紋更適于傳動(dòng)，而三角形螺紋更適于連接。Ø 單頭螺紋與多頭多螺紋比較：螺距相同時(shí)，單頭螺紋的導(dǎo)程較小，螺紋升角也較小，更易自鎖；而多頭螺紋升角較大，軸向分力更??；所以單頭螺紋更適于聯(lián)接，而多頭螺紋更適于傳動(dòng)。Ø 粗牙普通螺紋與細(xì)牙普通螺紋比較：細(xì)牙螺紋的螺距小，升角小，自鎖性好，聯(lián)接強(qiáng)度高；粗牙螺紋的螺距大，升角大，軸向分力更??；所以細(xì)牙螺紋更適于聯(lián)接，而粗牙螺紋更適于傳動(dòng)。ا5-3 螺紋聯(lián)接和螺紋聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接的基本類型1、普通螺栓聯(lián)接示意圖特點(diǎn)Ø 被聯(lián)接件的通孔與螺栓桿之間留有間隙。Ø 螺栓孔的直徑大

8、約是螺栓直徑的1.1倍。Ø 通孔的加工精度要求較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，應(yīng)用十分廣泛。2、絞制孔用螺栓連接示意圖特點(diǎn)Ø 鉸制孔用螺栓聯(lián)接的被聯(lián)接件通孔與螺栓桿之間采用基孔制過(guò)渡配合；Ø 聯(lián)接能精確固定被聯(lián)接件的相對(duì)位置，并能承受橫向載荷；Ø 對(duì)孔的加工精度要求較高。3、雙頭螺柱聯(lián)接示意圖特點(diǎn)Ø 雙頭螺柱聯(lián)接適用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓聯(lián)接（如其中魔衣連接件較厚），且需要經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。4、螺釘聯(lián)接示意圖特點(diǎn)Ø 螺釘直接擰入被聯(lián)接件的螺紋孔中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。Ø 當(dāng)要經(jīng)常拆卸時(shí)，易使螺紋孔磨損，故多用于受力不大，不需經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。

9、5、緊定螺釘聯(lián)接示意圖2、 標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件1、六角頭螺栓示意圖特征Ø 普通六角頭螺栓的種類很多，應(yīng)用最廣。Ø 精度分為、三級(jí)，通用機(jī)械中多用級(jí)。Ø 螺桿部可制出一段螺紋或全螺紋，螺紋有粗牙和細(xì)牙之分。Ø 六角頭螺栓的基本尺寸可查書(shū)本.2、雙頭螺柱示意圖3、螺釘示意圖特征Ø 螺釘頭部形狀有圓頭、盤頭、六角頭、圓柱頭和沉頭等。Ø 頭部起子槽有一字槽、十字槽和內(nèi)六角槽等形式。4、緊定螺釘示意圖特征Ø 緊定螺釘?shù)哪┒诵螤钣绣F端、平端和圓柱端等。Ø 錐端適用于表面硬度較低的被緊定零件；Ø 平端接觸面積大，常用于頂緊

10、硬度較大的平面場(chǎng)合；Ø 圓柱端壓入軸上的凹坑中，適用于緊定空心軸上的零件位置。5、自攻螺釘示意圖特征Ø 螺釘?shù)念^部形狀有平頭、盤頭、半沉頭、沉頭等。Ø 頭部起子槽有一字槽、十字槽等形狀。Ø 末端形狀有錐端和平端兩種。Ø 多用于聯(lián)接金屬薄板、輕合金或塑料零件。Ø 螺釘材料一般用滲碳鋼，熱處理后表面硬度不低于45HRC。6、六角螺母示意圖特征Ø 根據(jù)螺母厚度的不同，螺母分為標(biāo)準(zhǔn)螺母和薄型螺母兩種。Ø 薄型螺母常用于受剪力的螺栓上或空間尺寸受限制的場(chǎng)合。Ø 螺母的制造精度與螺栓相同，分為、三級(jí)，分別與相同級(jí)別的

11、螺栓配用。7、圓螺母示意圖特征Ø 圓螺母常與止動(dòng)墊圈配用，裝配時(shí)將墊圈內(nèi)舌插入軸上的槽內(nèi)，而將墊圈的外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊。Ø 常作為滾動(dòng)軸承的軸向固定用。8、墊圈示意圖3、 螺紋聯(lián)接件的性能等級(jí)和材料 1、螺栓、螺釘、螺柱的性能等級(jí)2、螺母的性能等級(jí)備注Ø 螺紋聯(lián)接件的性能等級(jí)和材料亦可查書(shū)本.Ø 注意觀察性能等級(jí)和抗拉強(qiáng)度極限和屈服極限的關(guān)系。§5-4 螺栓聯(lián)接的計(jì)算Ø 計(jì)算思路：工作情況分析失效形式設(shè)計(jì)準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1、 松螺栓連接：例圖特點(diǎn)Ø 裝配時(shí)，不需要擰緊；Ø 在加上外載荷前，螺栓不受力；

12、Ø 只能承受軸向靜載荷；Ø 應(yīng)用不太廣泛，主要有起重吊鉤、起重滑輪。失效形式受拉斷裂螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為2、 緊螺栓聯(lián)接特點(diǎn)Ø 裝配時(shí)，需要擰緊；Ø 承受工作載荷前，螺栓已受預(yù)緊力；Ø 既能承受靜載荷也能承受變載荷。1、受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接例圖受力特點(diǎn)Ø 工作載荷垂直于螺栓軸線；Ø 螺栓桿與孔有間隙；Ø 工作載荷靠被聯(lián)接件接觸面間的摩擦力傳遞；Ø 施加工作載荷前后螺栓所受的拉力不變，均等于預(yù)緊力.失效形式Ø 被聯(lián)接件之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng);Ø 螺栓被拉斷。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則&

13、#216; 防止被聯(lián)接件之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，即接觸面間產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于工作載荷Ø 防止拉斷，即要滿足強(qiáng)度條件：討論可見(jiàn)，防滑需要的預(yù)緊力很大，小螺栓容易被拉斷，可以通過(guò)以下一些措施來(lái)減小所需預(yù)警力：鉸制孔用螺栓聯(lián)接例圖受力特點(diǎn)Ø 工作載荷F垂直于螺栓軸線；Ø 螺栓桿與孔間有過(guò)渡配合；Ø 工作載荷主要靠螺栓桿的剪切及螺栓桿與被聯(lián)接件的擠壓來(lái)傳遞；Ø 施加工作載荷前后螺栓所受的拉力不變，均等于預(yù)緊力，預(yù)緊力較小。失效形式Ø 螺栓桿被剪斷；Ø 螺栓桿和孔壁間被壓潰。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則防止壓潰或剪斷：2、受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接例圖D

14、2D1FE受力特點(diǎn)Ø 工作載荷平行于螺栓軸線；Ø 加上工作載荷后，被聯(lián)接件的接觸面之間仍須保持有一定的壓緊力。螺栓組中的單個(gè)螺栓受載情況分析單個(gè)螺栓受力變形圖單個(gè)螺栓受力變形線圖關(guān)系式螺栓總拉力、載荷、剩余預(yù)緊力之間的關(guān)系：剩余預(yù)緊力的確定原則設(shè)計(jì)計(jì)算步驟Ø 根據(jù)受力情況，求出工作載荷；Ø 根據(jù)聯(lián)接的工作要求，選??；Ø 根據(jù)關(guān)系式計(jì)算螺栓總拉力：Ø 根據(jù)強(qiáng)度條件，計(jì)算尺寸，這里類似受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接，采用當(dāng)量拉應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算：3、 螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力普通螺栓許用應(yīng)力可查書(shū)本查表.鉸制孔用螺栓許用應(yīng)力可查書(shū)本查表.用表注意

15、16; 區(qū)分緊聯(lián)接與松聯(lián)接；Ø 區(qū)分靜載荷與變載荷；Ø 區(qū)分碳素鋼與合金鋼。特點(diǎn)觀察Ø 緊螺栓聯(lián)接的許用拉應(yīng)力與螺栓直徑有關(guān)，在預(yù)緊力不能控制的重要螺栓聯(lián)接時(shí)，不采用.Ø 試湊法：設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，先假定一個(gè)螺栓直徑查出許用應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算求得螺紋小徑由查螺紋基本尺寸表得其公稱直徑應(yīng)與假定直徑相適應(yīng)，如相差較大，則應(yīng)重新假定計(jì)算直至適合為止。4、 舉例題目Ø 一汽缸凸緣上的螺栓聯(lián)接，已知汽缸內(nèi)徑,缸內(nèi)氣體壓力，螺栓個(gè)數(shù)，螺栓材料性能為級(jí)，試確定螺栓的直徑。解題過(guò)程：本螺栓聯(lián)接為受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接。1、 確定螺栓所受的總工作載荷.2、 每個(gè)螺栓所受工作

16、載荷.3、 螺栓的剩余預(yù)緊力.考慮汽缸有緊密性要求,取4、 每個(gè)螺栓所受的總拉力.5、 計(jì)算螺栓的直徑（試湊法）：Ø 假定螺栓直徑；Ø 由于材料性能等級(jí)為，由表得：；Ø 由表得：；Ø .6.由表，取，大徑，與假設(shè)一致，故采用精制螺栓。§5-5 設(shè)計(jì)螺栓連接時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題一、防松：Ø 防松的根本問(wèn)題，在于防止螺旋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。Ø 幾類防松方法：摩擦防松自鎖螺母示意圖原理螺母一端制成非圓形收口或開(kāi)縫后徑向收口。當(dāng)螺母擰緊后，收口漲開(kāi)，利用收口的回彈力使旋合螺紋間壓緊。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，防松可靠，可多次裝卸而不降低防松性能。對(duì)頂螺母示意圖原理兩螺母對(duì)頂擰緊后，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于平穩(wěn)、低速和重載的固定裝置的聯(lián)接。彈簧墊圈示意圖原理螺母擰緊后，靠墊圈壓平而產(chǎn)生的彈性反力使旋合螺紋間壓緊。同時(shí)，墊圈斜口的尖端抵住螺母與被聯(lián)接件的支承面也有防松作用。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但在振動(dòng)沖擊載荷作用下，防松效果較差，一般用于不甚重要的聯(lián)接。注意墊圈的畫法：墊圈斜口的尖端指向左上方。機(jī)械防松開(kāi)口銷與槽形螺母示意圖原理六角開(kāi)槽螺母擰緊后，將開(kāi)口銷穿入螺栓尾部小孔和螺母的槽內(nèi)，并將開(kāi)口銷尾部掰開(kāi)與螺母?jìng)?cè)面貼緊。特點(diǎn)適用于有較大沖擊、振動(dòng)的高速機(jī)械中運(yùn)動(dòng)部件的聯(lián)接。止動(dòng)墊圈與圓螺母示意圖原