第5章 螺纹联接与螺旋传动.ppt

联接 联接的目的 便于机器的制造 安装 运输 维修以及提高劳动生产率 机械联接 机械动联接 机器工作时 被联接的零 部 件间可以有相对运动的联接 如机械原理课程中所讨论的各种运动副 机械静联接 机器工作时 被联接的零 部 件间不允许产生相对运动的联接 在机器制造中 联接也通常指机械静联接 机械静联接 可拆联接 如螺纹联接 键联接及销联接等 不可拆联接 焊接 铆钉联接 胶接等 第5章螺纹联接与螺旋传动 一 螺纹的形成 螺纹连接是利用具有螺纹的零件构成的可拆式连接 二 螺纹的结构 1 牙顶和牙底凸起部分的顶部称为牙顶 沟槽部分的底部称为牙底 2 螺纹端部为了便于加工 装配以及防止螺纹端部碰伤损坏 1 按位置 内螺纹 在圆柱体的内表面形成的螺纹外螺纹 在圆柱体的外表面形成的螺纹2 按牙型 三角形螺纹 普通螺纹 管螺纹 用于联接螺纹牙型角较大传动效率低矩形 梯形 锯齿形螺纹 用于传动三角形螺纹 粗牙螺纹 用于一般连接细牙螺纹 同样的公称直径下 螺距最小 自锁性好 适于薄壁细小零件和冲击变载等3 根据螺旋线绕行方向 左旋螺纹右旋螺纹旋向判断 三 螺纹的类型 轴线垂直放 右边高 右旋左边高 左旋 4 根据螺旋线头数 单头螺纹 n 1 用于联接双头螺纹 n 2 用于传动多线螺纹 n 2 用于传动 机械制造常用螺纹 1 大径d 与螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径 亦称公称直径10mm螺丝2 小径d1 与螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径3 中径d2 在轴向剖面内沟槽与凸起宽相等处的假想圆柱面的直径 d2 0 5 d d1 四 螺纹的主要参数 4 螺距P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离5 导程 S 同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两点间的轴向距离6 线数n 螺纹螺旋线数目 一般为便于制造n 4螺距 导程 线数之间关系 S nP 7 螺旋升角 中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角8 牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9 接触高度h 内外螺纹旋合后的接触面的径向高度 即螺纹工作高度 5 2螺纹联接的类型及标准联接件 一 螺纹联接主要类型 1 螺栓联接 螺栓一端有螺纹 一端有螺栓头 a 普通螺栓联接 被联接件不太厚 通孔不带螺纹 螺杆穿过通孔与螺母配合使用 装配后孔与杆间有间隙 结构简单 装拆方便 可多个装拆 应用较广 也称受拉螺栓连接 b 铰制孔螺栓联接 装配后无间隙 孔和螺栓采用基孔制过度配合 主要承受横向载荷 也可作定位用 也称受剪螺栓联接 2 双头螺栓联接 螺杆两端无钉头 但均有螺纹 装配时一端旋入被联接件 另一端配以螺母 适于常拆卸而被联接件之一较厚时 折装时只需拆螺母 而不将双头螺栓从被联接件中拧出 3 螺钉联接 适于被联接件之一较厚 上带螺纹孔 不需经常装拆 一端有螺钉头 不需螺母 适于受载较小情况 特殊联接 地脚螺栓联接 吊环螺钉联接 4 紧定螺钉联接 拧入后 利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置 可传递不大的轴向力或扭矩 二 螺纹联接件 2 双头螺柱 两端带螺纹A型 有退刀槽B型 无退刀槽 1 螺栓普通螺栓 六角头 小六角头 标准六角头 大六角头 内六角铰制孔螺栓 螺纹部分直径较小螺母 4 紧定螺钉锥端 适于零件表面硬度较低不常拆卸常合平端 接触面积大 不伤零件表面 用于顶紧硬度较大的平面 适于经常拆卸圆柱端 压入轴上凹抗中 适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板 3 螺钉结构形状与螺栓类似 但头部形式更多 6 螺母六角螺母 标准 扁 厚 5 自攻螺钉 由螺钉攻出螺纹 圆螺母 止退垫圈 带有缺口 应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中 外舌嵌入圆螺母的槽内 螺母即被锁紧 7 垫圈 5 3螺纹联接的预紧和防松 一 预紧 预紧目的 增强连接的可靠性和紧密性 防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移 预紧力的确定原则 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限 s的80 碳素钢螺栓 F0 0 6 0 7 sA1合金钢螺栓 F0 0 5 0 6 sA1A1 螺栓危险截面的面积 A1 d12 4 预紧力 绝大多数螺纹连接在装配时通常都要拧紧 使之在承受工作载荷前预先受到力的作用 这个预加作用力称为预紧力 预紧力的控制 利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小 拧紧力矩 对顶螺母 适用于低速 平稳 重载的固定装置 2 机械防松 利用便于更换的金属元件 开槽螺母与开口销 止动垫片 串联钢丝等 约束螺纹副 3 破坏螺旋副关系 把螺纹副转变为非螺纹副 从而排除相对运动的可能端铆 冲点 点焊 粘合 普通螺栓连接 受拉螺栓 铰制孔螺栓连接 受剪螺栓 轴向载荷 剪切力 横向载荷 螺栓连接 松螺栓连接 紧螺栓连接 螺栓的受力 螺栓的失效形式 受拉螺栓的失效形式 螺栓杆的塑性变形或断裂 其破坏部位及其出现的概率为 螺纹根部 85 螺栓头与光杆的交接处 15 计算准则 保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度 受剪螺栓的失效形式 螺栓杆和孔壁间压溃或螺栓杆被剪断 计算准则 保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度 5 3单个螺栓联接的强度计算 螺栓连接的强度计算步骤 根据连接类型 连接的装配情况 预紧或不预紧 载荷状态等 确定螺栓的受力按照相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径或校核其强度按照计算出来的直径 小径 查标准得到螺栓的公称直径 五 紧螺栓联接 工作前有预紧力F 工作前拧紧 在拧紧力矩T作用下 预紧力F 产生拉伸应力 螺纹摩擦力矩T1 产生扭转切应力 复合应力状态 接第四强度理论 1 仅承受预紧力的紧螺栓连接 载荷传递 靠被联接件接合面上的摩擦力来传递外载FR 式中 F 预紧力 N T1 螺纹摩擦力矩 起扭剪作用 又称螺纹扭矩 N mm1 3 系数将外载荷提高30 以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度的影响 这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理 大大简化了计算手续 故又称简化计算法 设计公式 强度条件为 预紧力的确定 普通螺栓受横向载荷F时 为保证结合面不发生滑移 靠结合面的摩擦力抵抗F预紧力Fs的大小 根据接合面不发生滑移的条件确定 当f 0 2时 FS 6F结论 横向载荷过大的情况下 不适宜用普通螺栓必须采用普通螺栓时 应配合减载销 键或减载套筒使用减载装置强度按减载零件的剪切 挤压强度条件计算 2 承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接 图示汽缸盖螺栓在汽缸工作前先要拧紧 因此螺栓受到预紧力F0的作用 汽缸工作时 螺栓还要受到由汽缸内部工作压力引起的工作载荷FE的作用 螺栓所受总拉伸载荷 即总拉力 Fa是否等于F0 FE 受力变形图 变形协调条件 F0 F FSF0 F F S 1 b D 1 T FS FS F F F0 F0 Fs Fs F s F s 预紧FS 受载F 螺栓 被联接件 拉力FS 伸长l1 压力FS 压缩lb 拉力F0 伸长l1 l1 压力F S 压缩lb lb 未预紧 未受力 无变形 未受力 无变形 3 铰制孔螺栓联接 特点 螺杆与孔间紧密配合 无间隙 由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷R进行工作 主要失效形式 螺栓杆被剪断 栓杆或孔壁被压溃 螺栓的剪切强度条件为 螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为 R 横向载荷 N d0 螺杆或孔的直径 mm Lmin 被联接件中受挤压孔壁的最小长度 mm 如图所示 螺栓许用剪应力 MPa 螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力 MPa 选用原则 一般用途 通常选用4 8级左右的螺栓 重要场合 要选用高的性能等级 如在压力容器中常采用8 8级的螺栓 螺栓连接的安全系数S 碳素钢5 44 2 52 5 2碳素钢12 5 8 58 58 5 12 5 M6 M16M16 M30M30 M60M6 M16M16 M30M30 M60 不控制预紧力的计算控制预紧力的计算 受