機械設(shè)計基礎(chǔ)：第10章 聯(lián)接2

1、第10章聯(lián)接4. 螺紋聯(lián)接的基本類型和標準聯(lián)接件 4.1 螺紋聯(lián)接的基本類型 ：螺紋聯(lián)接常用類型有四種，見表10.2。4.2 標準聯(lián)接件：見表10.3。5. 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 5.1 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊 ： 1. 擰緊力矩T的計算：T = T1 + T2 ，其中T1螺紋摩擦副間摩擦阻力矩， T2螺母和被聯(lián)件支承面間摩擦阻力矩。經(jīng)簡化對M10M68粗牙螺紋可取 T 0.2Fad 式中： Fa為螺栓受到的軸向載荷，d為螺栓公稱直徑 2. 擰緊力矩控制方法：如圖示，要求不高時，可用圖a測力矩扳手；要求高時，應(yīng)用圖b定力矩扳手；對大批生產(chǎn)，應(yīng)用風(fēng)扳機或電動定力矩扳手 5.2 螺紋聯(lián)接的防松 ： 三角螺

2、紋都具有自鎖性，一般不會自行松脫。但在沖擊、振動和變載的作用下，仍有松脫可能；高溫的螺紋聯(lián)接，由于溫度變形差異等原因，也可能發(fā)生松脫。因此聯(lián)接設(shè)計時一般應(yīng)考慮防松問題。 螺紋聯(lián)接防松的根本目的在于防止螺紋副的相對轉(zhuǎn)動。防松方法很多，今將常用的幾種列于表10.5中 表10.2 螺栓聯(lián)接的主要類型類型結(jié) 構(gòu) 簡 圖結(jié) 構(gòu) 尺 寸結(jié)構(gòu)特點和應(yīng)用場合螺栓聯(lián)接1)螺尾余留長度l1 受拉螺栓聯(lián)接： 靜載荷 l1(0.30.5)d 變載荷 l10.75d沖擊、彎曲載荷 l1(0.30.5)d 受剪螺栓聯(lián)接： l1盡可能小2)螺紋伸出長度 l2 l20.20.3d3)螺栓軸線到被聯(lián)件邊緣距e e = d +(

3、36)mm 無須在被聯(lián)接件上切螺紋，構(gòu)造簡單，裝拆方便，應(yīng)用最廣。用于通孔，并能從兩邊裝配的場合，左圖為普通受拉螺栓，孔精度要求低，右圖為鉸制孔螺栓，釘桿同孔配合，需鉸孔加工 螺釘聯(lián)接1)螺紋旋入深度： 當(dāng)螺孔材料為 鋼或青銅 l3d 鑄鐵 l3(1.251.5)d 鋁合金 l3(1.52.5)d2)螺紋孔深度 l4 l3 +(22.5)P3)鉆孔深度 l5 l4 +(0.51)d4)其余尺寸 l1、 l2和e同上 不用螺母，有光整的外露表面，應(yīng)用與雙頭螺柱相似。因螺紋孔中螺紋易磨損，且不容易修復(fù)，所以常用于比較厚的下被聯(lián)接件上，不宜用于常拆卸的場合雙頭螺柱聯(lián)接 螺柱末端旋入并緊固在被聯(lián)接件的

4、螺紋孔中，以保持松緊上面螺母時螺桿不跟隨轉(zhuǎn)動。用于受結(jié)構(gòu)限制不能用螺栓或希望結(jié)構(gòu)緊湊的場合，可多次裝拆，而不損壞被聯(lián)接零件緊定螺釘聯(lián)接d=(0.20.3)d軸轉(zhuǎn)矩大的時候取大值 緊定螺釘旋入被聯(lián)接件之一的螺孔之中，其末端頂住另一被聯(lián)接件表面（或孔中），達到固定的目的，并可承擔(dān)小的力或力矩返回表10.3 常用標準螺紋聯(lián)接件-（1）類型圖 例 和 標 記結(jié) 構(gòu) 特 點、應(yīng) 用 和 標 記 意 義六角頭螺栓標記：螺栓M10 x100 GB5785-86 螺栓主要區(qū)別在于頭部形狀，其中以六角頭螺栓的應(yīng)用最廣，六角頭又有標準頭和小六角頭兩種，小六角頭的尺寸小、重量輕，比較經(jīng)濟，但不適用于頻繁拆卸的場合。

5、按加工精度不同可分為；粗制和精制兩種，機械行業(yè)中多用精制螺栓。標記意義：粗牙普通螺紋 d=10mm L=100mm 六角頭螺栓 執(zhí)行GB5785-86號國家標準雙頭螺柱標記：螺柱 M10 x50 GB898-88 雙頭螺柱兩端都制有螺紋，結(jié)構(gòu)上分A型和B型兩種，前者有退刀槽，后者中部比較細，無須退刀槽。A型多用。根據(jù)旋入端長度又分為四種規(guī)格； bm = d 用于鋼或青銅制的螺紋孔中 bm =1.25 d 用于鑄鐵制的螺紋孔中 bm =1.5 d 用于鑄鐵制的螺紋孔中 bm =2 d 用于鋁合金制的螺紋孔中 標記意義：粗牙普通螺紋 d=10mm L=50mm雙頭螺柱 執(zhí)行GB898-88號國家標

6、準 螺釘標記；螺釘M10 x50 GB67-85 螺釘頭部常見的有：半圓頭、平圓頭、圓柱頭和沉頭四種。頭部起子槽口常有：一字槽、十字槽和內(nèi)六角孔三種。其中十字槽螺釘頭部強度高，對中性好，便于自動裝配多用。內(nèi)六角孔螺釘能承受比較大的扳手力矩，聯(lián)接強度高，可代替六角頭螺栓，用于要求結(jié)構(gòu)緊湊，外觀要求美觀的場合。一字槽螺釘在機械中少用，常用于木器等聯(lián)接。 標記意義：粗牙普通螺紋 d=10mm L=50mm圓頭螺釘 執(zhí)行GB67-85號國家標準 緊定螺釘標記；螺釘M10 x30 GB71-85 緊定螺釘一般通體加工螺紋。其末端形式主要有三種類型：錐端、平端和圓柱端。錐端適用于被聯(lián)接件表面硬度比較低或不

7、經(jīng)常拆卸的場合；平端接觸面積較大，不會因聯(lián)接而損傷零件表面，常用于頂緊硬度較大的表面或經(jīng)常拆卸的場合；圓柱端常用于需要在被聯(lián)接表面鉆凹坑，螺釘緊定在凹坑中的情況下，適用于緊定空心軸上的零件。 緊定螺釘?shù)穆菁y起子口一般都采用一字槽口。 標記意義；粗牙普通螺紋 d=10mm L=30mm 錐端緊定螺釘 執(zhí)行GB71-85號國家標準轉(zhuǎn)續(xù)表表10.3 常用標準螺紋聯(lián)接件-（2）類型圖 例 和 標 記結(jié) 構(gòu) 特 點、應(yīng) 用 和 標 記 意 義六角螺母和圓螺母 標記1；螺母M10 GB41-86 標記2；圓螺母M16x1.5 GB812-88 六角螺母應(yīng)用最為廣泛，根據(jù)螺母的厚度不同可以分為：標準螺母、扁

8、螺母和厚螺母三種規(guī)格。扁螺母常用于螺栓受剪切力或空間尺寸受到限制的場合；厚螺母用在經(jīng)常拆卸，螺紋容易磨損的場合；一般主要選用標準螺母。螺母制造精度和螺栓相同，分別與相同精度螺栓組配。圓螺母常與止動墊片一起配合使用（其結(jié)構(gòu)見10.5.2），一般是用在軸上的零件固定用，例如軸承等固定。 標記1意義；粗牙普通螺紋d=10mm 六角螺母 執(zhí)行GB41-86號國家標準 標記2意義；細牙普通螺紋 d=16mm 圓螺母 執(zhí)行GB812-88號國家標準 墊圈 標記；墊圈10 GB97.2-85 墊圈是螺紋聯(lián)接中不可缺的附件，起保持支承表面、增大被聯(lián)接件剛度、使支承表面與螺栓軸線相垂直等作用，還有的墊圈可以起到

9、防止松脫的作用（見10.5.2）。同螺栓一樣，按加工精度的不同，分為粗制和精制兩種。精制墊圈又分A型（平墊圈左圖）和B型（平墊圈右圖）。斜墊圈用于支承面和孔軸線不垂直，特別是型鋼的聯(lián)接。 標記意義；螺紋公稱直徑d=10mm A型墊圈 執(zhí)行GB97.2-85號國家標準 返回11頁表10.5 常用的防松方法-1通過在螺旋副內(nèi)附加摩擦力防松示例圖使用說明和優(yōu)缺點 彈簧墊片防松上圖為彈簧墊片自然狀態(tài)，它用彈簧鋼制造，裝配后被壓平，其恢復(fù)原狀的反彈力使螺紋間增加了正壓力和摩擦力。另外，其開口處刃口也有阻止螺母和螺桿相對轉(zhuǎn)動、防松作用。本方法結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，外廓?。坏輻U受到附加彎矩作用對強度不利，同

10、時沖擊振動時也不很可靠，勿用重要場合對頂螺母防松利用兩螺母的對頂作用，增加其間螺紋的附加拉力，從而使螺母和螺桿間正壓力增加，也就增加了它們之間的附加摩擦力，使螺母不易松脫。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，成本很低，同彈簧墊片相比，沒有螺桿上附加彎矩的作用，螺桿壽命可以提高，同時該方式不受外載荷變化的影響，即使外載荷消失，其間仍保持頂緊力。但該方式結(jié)構(gòu)比較龐大，適用低速重載場合 橢圓收口螺母這是一種特殊螺母，螺母的上端制成橢圓收口狀，當(dāng)擰緊螺母后，收口端因螺桿的撐擠作用而脹開，使螺紋副橫向壓緊，螺母緊緊抱壓在螺桿上，增加了螺紋間的壓力和摩擦力。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，可多次拆裝不降低防松性能。缺點是，螺母

11、的制造成本較高，擰緊螺母時稍顯困難。適用于較重要的聯(lián)接。需注意：有橢圓收口的一面應(yīng)作為螺母上表面通過用專用防松元件機械式防松示例圖使用說明和優(yōu)缺點 開口銷和槽形螺母防松螺母上端開有垂直于軸線的若干槽，螺母擰緊后，找一合適的槽位,在螺柱上垂直于螺桿軸線方向打一通孔，將開口銷穿過槽和通孔，從另端劈分折向兩邊。使螺桿和螺母不會相對轉(zhuǎn)動。有時也用普通螺母擰緊后再配鉆開口銷孔。其優(yōu)點是；防松可靠，缺點是；螺桿要鉆孔，對強度有較大影響。適用于有振動高速機械上 圓螺母配翅形墊片防松下圖是翅形墊片 的形狀，其孔內(nèi)有一凸塊，螺紋沿軸線方向開有一相應(yīng)形狀的凹槽，裝配時，先將墊片沿槽裝入，旋緊圓螺母后，找墊片外圓周

12、上某一合適的凸塊，將其向上折入圓螺母外圓周上的四個開口之一，保證了螺母相對螺桿不會發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而防止了松脫。它不需打孔，對螺桿強度削弱較小，但也要在螺紋上開槽，對螺紋的壽命和耐磨性等也有影響。常用于軸上螺紋聯(lián)接的防松 帶翅止動墊片防松此種墊片一般比較大，外觀一端有一個較大的凸塊，使用時通常用在位于被聯(lián)接件邊緣的螺孔，將墊片放入螺桿中，壓緊螺母后，找一個螺母靠內(nèi)部的六角平面，將墊片向上折起，貼緊在平面上，另端凸塊在被聯(lián)接件邊緣處折下，防止了兩者的相對轉(zhuǎn)動。優(yōu)點是不損壞螺紋和螺母，應(yīng)用方便。缺點是墊片比較大，結(jié)構(gòu)上不美觀，使用不靈活，一般只能用于邊緣的聯(lián)接，常用在機座的聯(lián)接上轉(zhuǎn)續(xù)表粘結(jié)式、焊接式防

13、松粘結(jié)式：就是在擰螺母之前將螺柱上涂上強力粘結(jié)劑，然后迅速將螺母擰緊。隨著粘結(jié)劑的固化，螺母和螺柱之間就無法轉(zhuǎn)動了。焊接法：螺母和螺柱擰緊后，將螺母上部用點若干點焊點，防止了兩者相對轉(zhuǎn)動。此兩種方式、時間用久后仍有可能松脫，重要場合還應(yīng)注意。這樣兩種方式都是損害螺紋的，不推薦使用，只有在重要場合，松脫可能帶來嚴重危害，且更換較容易的條件下，或簡單機械上才有應(yīng)用。不適用經(jīng)常拆卸的場合沖點式防松這屬于破壞式防松方法。裝配完畢后，為阻止松脫，可以用尖沖將螺母上部螺柱上螺紋沖倒若干個點。顯然這種方法是以損壞螺紋為代價的，因此不適用常拆卸的螺紋說明和優(yōu)缺點示例圖其他防松返回11頁表10.5 常用的防松方

14、法-2第10章聯(lián)接6. 螺紋聯(lián)接的強度計算 6.1 單個螺栓聯(lián)接的失效形式和強度計算： 1.單個螺栓聯(lián)接的失效形式和計算準則 (1)普通受拉螺栓常見螺桿小徑拉斷失效，部位如圖10.8。其中八成以上在螺母支承面第一圈處拉斷，故常認定小徑斷面為危險截面。 (2)鉸制孔用螺栓常見螺栓桿部受剪切斷裂或孔(桿)面壓潰。 (3)經(jīng)常拆裝的螺栓磨損滑扣失效，?？刂剖褂脳l件防止發(fā)生。 2.單個螺栓聯(lián)接的分類和強度計算 ： (1)松螺栓聯(lián)接：指工作前無須擰緊的聯(lián)接，見圖10.9起重裝置上的滑輪架。螺桿只承受工作拉力F，屬力學(xué)中桿件單純受拉的情況，該桿件的直徑可以近似認為是螺紋的最危險截面直徑小徑d1。其強度計算

15、公式如上 (2)緊螺栓聯(lián)接：工作前需施加力矩擰緊的聯(lián)接。為螺栓聯(lián)接最常見的形式。根據(jù)其承載形式的不同，又可分多種類型，其強度計算也有差別： 單純預(yù)緊狀態(tài)的普通受拉螺栓，如圖10.10a：因擰緊螺栓時需施加擰緊力矩T1，使螺桿危險截面上產(chǎn)生扭剪應(yīng)力，而當(dāng)螺桿擰緊后其內(nèi)有軸向拉力Fa ，使截面上產(chǎn)生正應(yīng)力。故螺桿危險截面是處在正應(yīng)力和扭剪應(yīng)力共同作用的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。強度計算須同時考慮兩者影響。 公式推導(dǎo)為：松螺栓聯(lián)接強度計算公式: 或螺栓材料的許用應(yīng)力，查表10.8 F螺紋部分受到軸向拉力 ,(N) d1螺紋的小徑 （mm） 單純預(yù)緊狀態(tài)的普通受拉螺栓強度計算公式:Fa所生正應(yīng)力T1所生剪應(yīng)力代入

16、常用M10M68平均參數(shù)，取tg=f=0.15 得利用第四強度理論結(jié)論：強度公式為： 或 6. 螺紋聯(lián)接的強度計算 6.1 單個螺栓聯(lián)接的失效形式和強度計算：2.單個螺栓聯(lián)接的分類和強度計算 ：(2)緊螺栓聯(lián)接： 受橫向載荷的普通受拉緊螺栓 ，如圖10.10b：應(yīng)用廣泛的聯(lián)接形式。擰緊的螺栓靠被聯(lián)件表面上的摩擦力承擔(dān)橫向外載荷FR。故其為保持橫向載荷平衡所需要的預(yù)緊力Fa和螺栓所承擔(dān)的橫向外載荷FR是有關(guān)的，可用摩擦力和外載荷的平衡條件求取。過程如上。 第10章聯(lián)接由受橫向載荷普通受拉緊螺栓靜力平衡條件mFafCFR ，即：FaCFR/mf 式中：m為摩擦面數(shù)，f 摩擦面上摩擦系數(shù)， C為可靠

17、性系數(shù)，以確保摩擦表面間無滑動，一般可取C=1.11.3之間。常取C=1.2。 將求得的所需預(yù)緊力代入緊螺栓式中計算強度 或 上方式雖結(jié)構(gòu)簡單，但缺點也突出：如設(shè)f =0.15，C =1.2，m =1，代入公式中得 Fa=8FR ，即螺栓需要的預(yù)緊力是其橫向載荷的8倍，即須取較大螺栓才可滿足強度要求，無疑造成對零件和材料的浪費。 為減小零件尺寸，可用減載銷、套筒或鍵傳遞橫向力如圖10.12。具有這種減載件的緊螺栓聯(lián)接，其強度按銷、套筒和鍵的強度條件計算，可忽略結(jié)合面上的摩擦力。 但缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配比較麻煩。為兼顧二者的優(yōu)點，實踐中常采用“絞制孔螺栓，釘桿和釘孔公稱尺寸一致，裝配時緊密配合。

18、因釘孔需要用絞刀制造，所以稱為絞制孔螺栓，如圖10.16第10章聯(lián)接6. 螺紋聯(lián)接的強度計算 6.1 單個螺栓聯(lián)接的失效形式和強度計算：2.單個螺栓聯(lián)接的分類和強度計算 ：(2)緊螺栓聯(lián)接： 受軸向工作載荷的普通受拉緊螺栓(圖10.10c) ：在擰緊的螺栓上(受預(yù)緊力Fa)又加沿螺桿軸線工作載荷F。圖10.13壓力容器法蘭螺栓是其常見應(yīng)用。 該聯(lián)接應(yīng)保證螺栓受工作載荷后，被聯(lián)接件間保持足夠的壓緊力，以防漏氣。因螺栓是變形體，施加工作載荷后，螺栓上承受的總工作拉力并不等于預(yù)緊力和工作載荷的簡單疊加，需要考慮變形因素進行分析。 a)用圖10.14說明各力之間的關(guān)系：圖a是未擰緊狀態(tài)表示各件的原始長；圖b是擰緊后但未承擔(dān)工作載荷的情況。螺桿及被聯(lián)接件間僅承受預(yù)緊力Fa，螺桿伸長變形量b0，被聯(lián)件壓縮變形量c0；圖c螺栓上又施加軸向工作載荷F，螺桿進一步伸長，增加變形量，這給原本壓縮變形的被聯(lián)接件提供了些許變形恢復(fù)空間，其內(nèi)部壓緊力也同步減少，下降到了殘余預(yù)緊力FP。很明顯，此時螺桿上的總載荷F應(yīng)為工作載荷F和殘余預(yù)緊力FP的和；圖d是工作載荷進一步增加，螺桿上變形增量大到超過了被聯(lián)接件原先的壓縮變形量，被聯(lián)接件壓縮變形完全恢