机械设计第8章：螺纹连接

第八章,引言螺纹的种类及主要参数螺纹副的受力分析与自锁螺纹紧固件与螺纹联接的类型螺纹联接的预紧与防松螺栓联接的设计计算螺栓组联接的设计计算螺旋传动,螺纹联接,第一节,引言螺纹的种类及主要参数螺纹副的受力分析与自锁螺纹紧固件与螺纹联接的类型螺纹联接的预紧与防松螺栓联接的设计计算螺栓组联接的设计计算螺旋传动,标准件,尺寸、结构、材料、精度、公差配合以及制图要求等具有统一标准的零部件，如螺栓、螺钉、螺母、垫圈、铆钉、销、键等连接件以及滚动轴承、联轴器等部件机械产品中使用数量大的零部件由专业厂按照标准进行大批量生产，可降低成本、保证质量和可靠性、提高互换性,联接,与动力源组合,静联接,动联接(运动副),联接件与被联接件的组合,第二节,引言螺纹的种类及主要参数螺纹副的受力分析与自锁螺纹紧固件与螺纹联接的类型螺纹联接的预紧与防松螺栓联接的设计计算螺栓组联接的设计计算螺旋传动,螺纹的形成,螺纹联接件表面形状为螺纹倾斜线绕在圆柱体上形成螺旋线平面图形沿螺旋线形成螺纹,螺旋线,平面图形,螺纹的类型(1),用途,固定螺纹联接螺纹测量螺纹传动螺纹,螺纹的类型(2),螺旋线方向（旋向）,右旋螺纹：常用左旋螺纹：特殊要求,旋向判断,(1)轴线垂直时，右边高右旋左边高左旋(2)右手旋，前进右旋左手旋，前进左旋,螺纹的类型(2),补充（左旋螺纹应用）,螺纹的类型(3),螺旋线数目,单头螺纹：易自锁,多头螺纹：传动能力强,螺纹的类型(4),轴向剖面形状（螺纹牙型）,三角形螺纹：常用于联接矩形螺纹：用于传动梯形螺纹：常用于传动锯齿形螺纹：常用于传动，单向受载,螺纹的类型(5),公（外）螺纹与母（内）螺纹，组合称为螺纹联接,螺纹的类型(5),补充（加工方法）,碾制,Headerblank,Movingdieplate,Fixeddieplate,螺纹的类型(6),圆柱螺纹与圆锥螺纹,母体形状,圆柱螺纹的主要参数,大径d、D：最大直径公称直径小径d1、D1：外螺纹的危险剖面直径强度计算直径中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽宽与牙的宽度相等效率、升角等的计算直径螺距P：相邻两牙轴向距离导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，S=nP,升角：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角牙型角a：螺纹两侧边的夹角,第三节,引言螺纹的种类及主要参数螺纹副的受力分析与自锁螺纹紧固件与螺纹联接的类型螺纹联接的预紧与防松螺栓联接的设计计算螺栓组联接的设计计算螺旋传动,螺纹副（螺旋副）的力学特性,螺纹副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动当螺杆和螺母之间受到轴向力Q时，拧动螺杆或螺母，螺旋面间将产生摩擦力螺纹副的受力决定其效率和自锁条件,斜面摩擦,滑块等速运动所需要的水平力等速上升平衡条件：驱动力：等速下滑平衡条件：维持力：,自锁条件：当时，Ft0，原工作阻力Ft反向作用，作为驱动力时，滑块才能移动结论：当时，滑块自锁,矩形螺纹副的受力、效率及自锁,螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动滑块沿斜面运动假设：1)载荷分布在中线上;2)单面产生摩擦力,螺旋升角,拧紧力,拧紧力矩,防松力,防松力矩,自锁条件,效率,三角螺纹副的受力、效率及自锁,反力摩擦力当量摩擦角,拧紧力拧紧力矩,防松力防松力矩,效率自锁条件,e,1.矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动？2.矩形螺纹和三角螺纹哪一种易自锁，宜用于联接？,第四节,引言螺纹的种类及主要参数螺纹副的受力分析与自锁螺纹紧固件与螺纹联接的类型螺纹联接的预紧与防松螺栓联接的设计计算螺栓组联接的设计计算螺旋传动,常用螺纹紧固件的类型,螺栓双头螺柱螺钉螺母垫圈,标准化,常用螺纹紧固件的材料和精度,性能等级与材料,按机械性能分10级（螺母等级低于螺栓）常用低碳钢和中碳钢变载、冲击用合金钢（特殊场合用有色金属）,螺纹公差和精度,公差：内螺纹G、H,外螺纹e、f、g、h,精度：精密,中等一般用途,粗糙精度要求低,螺纹联接的基本类型（1）,螺栓联接,普通螺栓,工作原理：螺栓受拉承受外载荷应用：被联接件不太厚的常拆卸处,受剪螺栓,工作原理：侧壁受挤压、杆横截面受剪承受外载应用：需精确固定两被联接件的相对位置,螺纹联接的基本类型（2）,双头螺柱联接,工作原理：螺栓受拉承受外载应用：被联接件较厚，且常拆卸处,螺纹联接的基本类型（3）,螺钉联接,工作原理：螺钉受拉承受外载应用：一被联接件较厚，但不常拆卸处,螺纹联接的基本类型（4）,紧定螺钉联接,工作原理螺钉依赖摩擦力承受外载应用定位、传递力、,螺纹联接的基本类型（5）,其它螺纹联接,螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、装拆要求等进行选择,地脚螺栓联接吊环螺栓联接T形槽螺栓联接,螺纹联接的画法,X,X,X,第五节,引言螺纹的种类及主要参数螺纹副的受力分析与自锁螺纹紧固件与螺纹联接的类型螺纹联接的预紧与防松螺栓联接的设计计算螺栓组联接的设计计算螺旋传动,螺纹联接的预紧（拧紧）,拧紧力矩T,T1：螺纹阻力矩T2：摩擦力矩,0.2Fd,12,螺栓轴向拉力被联接件轴向压力,预紧力,目的：提高螺纹联接刚性、紧密性、紧固性；以及防松原理：预紧力和拧紧力矩,拧紧力矩的控制,测力矩扳手：,手柄易变形，而稳定作刻度。手柄变形与T成正比,定力矩扳手：给钢球足够的压紧力,螺纹联接的防松,问题：冲击、震动、变化副间急剧下降,目的：防止螺旋副间的相对转动。,摩擦防松：简便，但不可靠,机械防松：增加元件，可靠,破坏螺纹副：可靠，一次性,弹簧垫圈,对顶螺母,尼龙圈锁紧螺母,开口销,带翅垫片,止动垫片,温度变化，材料蠕变联接松脱,措施：,其他防松,弹簧垫圈,对顶螺母,尼龙圈锁紧螺母,开口销,带翅垫片,止动垫片,冲点法,粘合法,焊点法,螺纹联接的防松,第六节,引言螺纹的种类及主要参数螺纹副的受力分析与自锁螺纹紧固件与螺纹联接的类型螺纹联接的预紧与防松螺栓联接的设计计算螺栓组联接的设计计算螺旋传动,螺纹联接的主要失效形式和设计准则,松动：螺纹紧固件、被联接件拉断：螺纹紧固件（螺栓、螺钉）压溃：螺纹紧固件与被联接件的螺纹牙剪断：螺纹紧固件滑扣：螺纹紧固件与被联接件的螺纹牙磨损,在联接不松滑的条件下，通过强度计算确定螺纹紧固件的直径，避免拉断,螺纹联接设计的内容,选择适当的螺纹联接形式选择螺纹紧固件的材料和精度确定螺纹紧固件的公称尺寸确定防松和拧紧方法,松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力紧螺栓联接：有预紧力，还有工作拉力,松螺栓联接的强度设计,校核,设计,载荷形式轴向拉伸（工作拉力F）失效形式螺栓拉断(静、疲劳)设计准则保证螺栓拉伸强度强度条件：,无其它载荷的紧螺栓联接的强度设计,载荷形式轴向拉伸（预紧力F）、扭力T失效形式螺栓拉断(拉、扭综合作用)设计准则保证螺栓拉伸强度强度条件：e设计计算方法：,螺纹力矩T剪应力,预紧拉力F拉应力,校核式:,设计式:,受横向载荷的紧螺栓联接的强度设计,普通螺栓（受拉螺栓）,铰制孔螺栓（受剪螺栓）,普通螺栓与绞制孔螺栓的失效形式是否相同？,受横向载荷的紧螺栓联接的强度设计,问题：预紧力F应满足的条件?依据：被联接件不滑移界面摩擦力FR,受载荷形式轴向拉伸（预紧力F）、扭力T、横向载荷FR失效形式螺栓拉断(拉扭综合作用)设计准则保证螺栓拉伸强度强度条件：e设计计算方法：,普通螺栓,横向载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓。为何？,受横向载荷的紧螺栓联接的强度设计,绞制螺栓,受载荷形式拧紧过程中:轴向拉伸F、扭力T(预紧力小，计算时可忽略)工作时：横向载荷FR失效形式侧面压溃及螺栓剪切设计准则保证挤压、剪切强度强度条件：pp、设计计算方法：,挤压强度：剪切强度：,受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计,受载荷形式拧紧过程中:轴向拉伸F、扭力T工作时，再承受工作载荷F螺栓所受的总拉力:F0=F+F?,须根据静力平衡方程和变形协调条件求解,受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计,变形协调条件1=b,F0F+FF0=F+F,预紧F,受载F,螺栓,被联接件,拉力F，伸长1,压力F，压缩b,拉力F0,伸长1+1,压力F,压缩b-b,未预紧,未受力、无变形,未受力、无变形,受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计,压缩弹簧受力：F拉伸弹簧受力：F均等于预紧力,受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计,受力变形关系,形变,力F,提高被联接件刚度,c1：螺栓刚度c2：被联接件刚度,受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计,静载荷,螺纹力矩T剪应力,总拉力F0拉应力,校核式:,设计式:,受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计,变载荷,工作载荷在F1F2之间变化；螺栓受力在F01F02之间变化,螺栓拉力变幅,螺栓应力幅,提高螺栓联接强度的措施,改善螺纹牙间受力分配,机理：螺栓受拉：自上而下积累，p逐渐变大,螺母受压：自上而下积累，p逐渐变小,采用内斜螺母：最下面几圈易变形,采用均载装置：钢丝螺套,螺栓p螺母p,螺母采用有色金属等（E小，变形小）,除钢丝螺套，皆采用变形协调条件,内斜螺母,环槽螺母,悬置螺母,提高螺栓联接强度的措施,减小附加应力,措施：改善被联件结构,提高螺栓联接强度的措施,减轻应力集中,主要在加工和结构处理时考虑,提高螺栓联接强度的措施,降低应力幅,措施：通过降低螺栓刚度，提高被联件刚度,第七节,引言螺纹的种类及主要参数螺纹副的受力分析与自锁螺纹紧固件与螺纹联接的类型螺纹联接的预紧与防松螺栓联接的设计计算螺栓组联接的设计计算螺旋传动,螺栓组及其设计,螺栓通常成组使用，构成螺栓组螺栓组采用相同材料和尺寸的螺栓螺栓组的设计主要确定联接形式、螺栓数目及其分布,螺栓组联接的受力分析（1）,假设：（1）被联接件为刚体（2）各螺栓拉伸或剪切刚度相同，F相同（3）螺栓应变没有超出弹性范围,四种典型简单承载情况：,受横向载荷的螺栓组联接,受旋转力矩的螺栓组联接,受轴向载荷的螺栓组联接,受翻转力矩的螺栓组联接,概述,目的：确定最大承载螺栓及其载荷,螺栓组联接的受力分析（2）,轴向载荷,条件：FQ通过螺栓组的对称中心，且平行于螺栓轴线,工作载荷,式中：z螺栓个数,螺栓组联接的受力分析（3）,横向载荷,条件：FR作用线通过螺栓组的对称中心，且垂直于螺栓轴线,(a)受拉螺栓联接,(b)受剪螺栓联接,螺栓受剪力侧壁受挤压,各螺栓受载均等,螺栓组联接的受力分析（4）,(a)受拉螺栓联接,（甲）,(b)受剪螺栓联接,旋转力矩,螺栓组联接的受力分析（5）,翻转力矩,螺栓组联接的受力分析（6）,小结,相同：F0为F与F的组合不同：FQ时各工作载荷相等，M时各工作载荷不等,FQ与M,相同：总载荷仅有F或Fs不同：FR：各载荷相等（F或Fs）,T：,受拉：各载荷相等F,受剪：各载荷不等Fsmax,FR与T,任意载荷状态下螺栓组联接的受力分析,载荷简化至螺栓组的几何形心处分不同类型载荷进行螺栓受力分析，然后叠加确定受力最大的螺栓及其载荷进行强度计算,第八节,引言螺纹的种类及主要参数螺纹副的受力分析与自锁螺纹紧固件与螺纹联接的类型螺纹联接的预紧与防松螺栓联接的设计计算螺栓组联接的设计计算螺旋传动,螺旋传动的作用与特点,1.降速比大2.具自锁性3.机械利益大1Ftan(e)d2/24.结构简单,传动平稳,噪音低5.磨损大,低,螺旋传动利用螺纹副来传递运动和动力，其主要功能是将回转运动变为直线运动，同时传递动力。,螺旋传动的类型（1）,传导螺旋传动,用途,传力螺旋传动,千斤顶、压力机等。承受很大的轴向力，一般为间歇工作，每次工作时间较短，工作速度也不高，并具有自锁能力。,有较高的传动精度，也承受较大的轴向力。如金属切削机床的进给螺旋。常在