武漢理工大學機械設計考研課件——螺紋聯(lián)接設計

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,第六章 螺紋聯(lián)接設計,6-1,螺紋的主要參數(shù)及類型,6-2,螺旋副的分析,、效率和自鎖,6-3,螺紋聯(lián)接和螺紋聯(lián)接件,6-4,螺栓聯(lián)接的強度計算,6-5,螺紋聯(lián)接的結構設計,*.,螺紋連接,用螺紋聯(lián)接件（螺栓，螺釘）將兩個以上零件聯(lián)成一體。,聯(lián)接件,螺栓,被聯(lián)接件,*.,本章的主要內(nèi)容,1.,螺紋類型及主要參數(shù),;,螺紋聯(lián)接的主要類型、特點及應用,;,2 .,螺旋副的受力、效率及自鎖,預緊和防松,;,3 .,螺栓的強度計算,;,4 .,螺栓組的結構設計,.,D,p,螺母,墊圈,6-1,螺紋的主要參數(shù)及類

2、型,一,.,螺紋形成原理,將,一,傾斜角為,的直線繞,在圓柱體上就形成一條螺旋線,。取一平面圖形使其沿螺旋線,運動，該平面圖形在空間的軌,跡即為螺紋。,二,常用螺紋類型,按,螺紋繞行方向分類,左旋螺紋,自右下方向左上,方繞行的螺紋,右旋螺紋,自左下方向右上,方繞行的螺紋,左,旋,右,旋,d,2,p,h,d,2,按,螺紋牙分的表面分類,外,螺紋,在圓柱外表面上形成的螺紋，如螺栓,、,螺釘,內(nèi)螺紋,在圓柱空內(nèi)壁上形成的螺紋，如螺母,內(nèi),螺紋,外螺紋,螺桿,螺母,按,螺紋牙的牙型分類,:,普通螺紋,牙型角,=60,，,當量摩擦系數(shù)較大，自鎖性能 好，主要,用于連接,。,圓柱管螺紋,牙型角,=55,，

3、,用于壓力,p,1.57MPa,的,管子,連接,矩形螺紋,牙型角,=0,，,當量摩擦系數(shù)小，效率高，,用于傳動,梯形螺紋,牙型角,=30,，,牙根強度高，效率較高，易保證加工精度，廣泛,用于傳動,。,鋸齒形螺紋,牙型斜角兩邊不相等，工作面,=3,非工作面,= 30,，,效率較三,角形螺紋高，,只能用于單向傳動,。,60,30,普通螺紋,內(nèi),螺紋,p,外,螺紋,d,d,2,d,1,矩形螺紋,內(nèi)螺紋,p,外螺紋,d,1,d,2,d,30,15,內(nèi),螺紋,p,外,螺紋,d,d,2,d,1,梯形螺紋,鋸齒形螺紋,d,d,2,d,1,內(nèi),螺紋,p,外,螺紋,3,30,p,圓柱管螺紋,d,內(nèi),螺紋,d,2

4、,d,1,外,螺紋,55,按,螺紋線,數(shù)分類,單線螺紋,Z=1,，,效率低，自鎖性好，易加工,三線螺紋,Z=3,，,效率高，自鎖性差，難加工,雙線螺紋,Z=2,，,效率較,Z=1,高,單線螺紋,雙線螺紋,三線螺紋,三,.,螺紋的主要參數(shù),以圓柱普通外（內(nèi)）螺紋為例來說明,P,h,P,d,d,2,d,1,1,.,大徑,d,：,外、內(nèi)螺紋的最大直徑，為螺紋的公稱直徑（管螺紋除外）,2,.,小徑,d,1,：,與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱上面的直徑。,在強度計算中常用作危險截面的計算直徑。,3,.,中徑,d,2,：,處于大徑和小徑之間的一個假想圓柱的直徑，在該圓柱的母線,上螺紋牙厚度與牙槽

5、寬度相等。,4,.,螺距,P,：,相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。,5,.,導程,P,h,：,螺紋上任一點沿螺旋線繞一周所移過軸向距離。,P,h,=,zP,。,6,.,升角,：,螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾,角，通常用中徑處的升角,表示。其計算式為：,7,.,牙型角,：,在螺紋軸線平面內(nèi)螺紋牙兩側面的夾角,。,螺紋牙型的側,邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙型斜角,。,對于三角形、,梯形螺紋等對稱牙型，,=/2,。,內(nèi),螺紋,外螺紋,1,.,大徑,d,：,與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相切的圓柱直徑，規(guī)定為螺紋的公,稱直徑（管螺紋除外）。,2,.,小徑,d,1,：,與外螺紋牙底或內(nèi)

6、螺紋牙頂相相切圓柱體直徑。在強度計算中,常用作危險截面的計算直徑。,3,.,中徑,d,2,：,處于大徑和小徑之間的一個假想圓柱的直徑，在該圓柱的母線,上螺紋牙厚度與牙槽寬度相等。,4,.,螺距,P,：,相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。,5,.,導程,P,h,：,螺紋上任一點沿螺旋線繞一周所移過軸向距離。,P,h,=,zP,。,7,.,牙型角,：,在螺紋軸線平面內(nèi)螺紋牙兩側面的夾角,。,螺紋牙型的側,邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙型斜角,。,對于三角形、,梯形螺紋等對稱牙型，,=/2,。,6,.,升角,：,螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾,角，通常用中徑處的升角,表示。其計算式

7、為：,6-2,螺旋副的受力關系、效率和自鎖,一,.,矩形螺紋副,（,牙型角,=0,）,的受力關系及效率,一）擰緊螺母時,相當相當于滑塊沿斜面等速上升運動,d,d,(,),2,2,1,1,t,tan,F,F,T,Q,r,+,l,=,=,擰緊力矩,:,(,),tan,F,F,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,F,R,+,二）松脫螺母時,相當于滑塊沿斜面等速下降,F,t,F,Q,F,f,F,Rn,F,R,v,F,R,F,Q,F,t,-,當滑塊在,F,Q,作用下沿斜面等速下,降時，滑塊上的摩擦力,F,f,沿

8、斜面向上，,斜面對滑塊的總反力,F,R,與,F,Q,之間夾角,為,-,，,由力,三角形可的水平力：,三）螺旋副的自鎖條件,由松脫螺母時,的水平力計算式可知，若,，則,Ft,為負值。表明要使,滑塊在,F,Q,作用下沿斜面等速下滑，必須加一反方向的,水平力,F,t,，,否則不論,F,Q,力有,多大，,滑塊都不會在其作用下自行下滑，即螺母不會在軸向載荷,F,Q,作用下自行松,脫,此現(xiàn)象稱為自鎖。,螺旋副的自鎖條件：,二,.,非矩形螺紋副,（,牙型角,0,）,的受力關系及效率,矩形螺紋副,非矩形螺紋副,F,Q,F,Q,F,Rn,F,Rn,矩形螺紋：,F,Rn,=,F,Q,F,f,=,F,Rn,f,=

9、F,Q,f,摩擦角,=,arctanf,非矩形螺紋：,F,Rn,=,F,Q,/,cos,F,f,=,F,Rn,f,= F,Q,f,/,cos,=,F,Q,f,v,摩擦角,v,=,arctanf,v,效率：,非矩形,螺旋副的自鎖條件：,v,一）螺栓聯(lián)接,螺栓聯(lián)接是利用螺栓穿過被聯(lián)接件的孔，擰上螺,母，將被聯(lián)接件聯(lián)成一體。其被聯(lián)接件的孔內(nèi)不切制螺紋，使用方便。,通常用,被聯(lián)接件不太厚，能從,被聯(lián)接件,兩邊進行裝配的場合。,6-3,螺紋聯(lián)接和螺紋聯(lián)接件,一,.,螺紋聯(lián)接的基本類型,結構特點,：,被聯(lián)接件通孔和螺栓間有間隙,故通孔加工精度要求較低，其,結構簡單、裝拆方便，應用廣泛。,普通螺栓聯(lián)接,1.

10、,普通螺栓（即受拉螺栓）聯(lián)接,受力特點：,d,d,0,F,R,F,R,聯(lián)接承受外載荷時，,螺栓受拉力作用,F,F,2.,鉸制孔用螺栓（即受剪螺栓）聯(lián)接。,結構特點,：,被聯(lián)接件孔和螺栓桿之間常采用基孔制過渡配合,（,H7/m6,，,H7/n6,）。,用于要求精確固定被聯(lián)接件相對位置，并能承受橫向,載荷，但孔的加工精度要求較高。,鉸制孔用螺栓聯(lián)接,普通螺栓聯(lián)接,a,l,1,d,d,0,F,R,F,R,d,d,0,F,R,F,R,F,F,受力特點：,聯(lián)接借助螺栓桿承受橫向外載荷，螺栓受剪力作用。,特點,是：將螺栓一端旋緊在一被聯(lián)接件的螺紋孔內(nèi)，另一端穿過另一,被聯(lián)接件的孔，旋上螺母，從而將被聯(lián)接件

11、聯(lián)成一體。,二）雙頭螺柱聯(lián)接,應用,：用于被聯(lián)接件之一太厚不便穿孔，且需經(jīng)常裝拆,或結構上受限制,不能采用螺栓聯(lián)接的場合。,注意：被聯(lián)接件上螺紋孔底部正確繪制,d,特點：,螺釘聯(lián)接不用螺母，而是直接將螺釘擰入被聯(lián)接件之一的螺紋孔內(nèi)，從而實現(xiàn)聯(lián)接。,三）螺釘聯(lián)接,應用：,用于被聯(lián)接件之一較厚的場合，不經(jīng)常裝拆聯(lián)接的場合。,注意：被聯(lián)接件上螺紋孔底部正確繪制,特點：,緊定螺釘聯(lián)接，是利用,緊定螺釘旋入一零件，并以其末端,頂緊另一零件（或該零件的的凹坑 內(nèi)）來固定兩零件之間的相互位置,四）緊定螺釘聯(lián)接,應用：,可用于傳遞不大的力及轉(zhuǎn),矩，多用于軸和軸上零件的聯(lián)接。,二,.,螺紋聯(lián)接件,緊定螺釘聯(lián)接,

12、一）螺栓,s,e,d,b,l,k,六角頭,螺栓,k,l,b,d,二）雙頭螺栓,兩端均制有螺紋，兩端螺紋可相同（均為粗牙）也可,不同（一端為粗牙，另一端為細牙）。,s,e,d,l,0,l,k,d,P,l,2,六角頭鉸制孔用,螺栓,d,0,三）地腳螺栓,是將機座固定在地基上一種特殊螺栓。,四）螺釘,、,緊定螺釘,螺釘頭部,、,緊定螺釘末端有多種結構型式,地腳螺栓,螺釘頭部結構型式,外六,角頭,內(nèi)六,角頭,一字槽,沉頭,十字槽沉頭,十字槽半圓頭,一字槽圓柱頭,錐端,平端,圓柱端,尖錐,端,緊定螺釘末端結構,五）螺母,六角薄螺母,六角厚螺母,六角槽形螺母,圓螺母,六） 墊圈,平墊圈,斜墊圈,彈簧墊圈,

13、圓螺母用帶翹墊圈,6-4,螺栓聯(lián)接的強度計算,一,.,螺栓聯(lián)接強度計算的目的：,是,確定螺栓的公稱直徑,d,二,.,螺栓聯(lián)接的失效形式及計算準則,2,.,受剪螺栓,（,受橫向載荷的鉸制孔螺,栓）,主要破壞形式為螺栓桿與孔壁,間,壓潰或螺栓桿被剪斷,，計算準則應是,保證,聯(lián)接的擠壓強度和螺栓的剪切強,度,，其中聯(lián)接的擠壓強度對聯(lián)接的可靠,性起決定性的作用。,1,.,受拉螺栓,（,受軸向載荷或橫向載荷,的普通螺栓）,主要破壞形式為,螺栓,桿和螺紋部分可能發(fā)生,塑性變形或斷裂,，,其計算準則是：,保證螺栓的靜力（或,疲勞）拉伸強度。,普通螺栓聯(lián)接,d,d,0,F,R,F,R,F,F,鉸制孔用螺栓聯(lián)接

14、,a,l,1,d,d,0,F,R,F,R,壓潰,剪斷,吊環(huán)螺栓聯(lián)接（松）,F,F,0,氣缸蓋螺栓聯(lián)接（緊）,三,.,螺栓聯(lián)接的強度計算,按,裝配情況螺栓聯(lián)接可分為兩大類,松,螺栓聯(lián)接,裝配時不需擰緊螺母如吊環(huán)螺栓聯(lián)接,緊螺栓聯(lián)接,裝配時必須將螺母擰緊，應用廣泛。,如氣缸蓋螺栓聯(lián)接等。,一）受軸向載荷,（力作用線與螺栓軸線平行）,的螺栓連接,D,p,F,螺栓危險剖面的抗拉強度條件為：,1.,松螺栓聯(lián)接,螺栓受力,工作載荷前，螺栓并不受力,工作時受拉力,F,（,由外加載荷產(chǎn)生）,MPa,校核計算式：,設計計算式：,mm,式中：,d,1,螺栓危險剖面直徑，即螺紋小徑，,mm,；,螺栓的公稱直徑,d,

15、確定,：,根據(jù),d,1,d,1ca,的原則,查普通螺紋基本尺寸（,GB196-,81,）,機械設計課程設計,表,11-1,，確定螺栓的公稱直徑,d,。,松螺栓聯(lián)接的許用應力,，,Mpa,，,螺栓材料的屈服極限,S,松,松螺栓聯(lián)接的安全系數(shù),，,S=1.21.7,吊環(huán)螺栓聯(lián)接,公稱直徑（,mm,）,螺 距（,p,）,mm,中 徑（,d,2,）,mm,小 徑（,d,1,）,mm,第一系列,第二系列,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

16、.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,普通螺紋基本尺寸（,GB196-81,）,課程設計,表,11-1,14,11.835,6-5,螺紋聯(lián)接的結構設計,一,.,螺紋聯(lián)接防松,防松的根本目的在于防止螺紋副間的相對轉(zhuǎn)動。防松的措,施很多，按工作原理可分為如下三類。,1,摩擦防松,這類防松措施是使擰緊的螺紋之間不

17、因外載荷變化而失去壓力，即始終有摩擦阻力防止聯(lián)接松脫。這種方法不十分可靠，故多用于沖擊和振動不劇烈場合。常用的有如下幾種：,彈簧墊圈,雙螺母,尼龍圈鎖緊螺母,2.,機械防松,機械防松的措施是，利用各種止動零件，以阻止擰緊的螺紋零件產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。這類防松方法相當可靠，應用很廣。常用的方法有：,槽形螺母和開口銷,串聯(lián)鋼絲,正確結構,錯誤結構,止動墊圈,3.,粘合防松,將粘合劑涂于螺紋旋合表面，擰緊螺母后，粘合劑能自行固化，防松效果良好。,螺栓與螺母底面的支承面應平整，并與螺栓軸線相垂直，,為減小和避免彎曲應力，被聯(lián)接件,支承面,可經(jīng)機械加工后制成的凸臺或沉頭座或斜面墊圈。,二,.,支承面應平整,凸臺,沉頭座,斜面墊圈,三,.,扳手空間,螺栓排列應有合理的釘距、邊,距，注意留必要的板手空間。板手,空間的具體尺寸可查有關手冊。,L,要有,合理的邊距,要有,合理的間距,D,p,距離過小,e,f,結 束,