学习情境9螺纹连接与螺旋传动

1、学习情境9螺纹连接和螺旋传动主讲教师 授课日期 学习情境吴明清任务ii指导教师授课班级螺纹组连接的结构设计和设计计算12模具学时能力目标掌握螺纹联接的基本知识，学会螺纹联接的设计方法,能进行单个螺纹联接的强度计算训练项目知识点设计台式钻床中立柱的螺纹联接螺纹联接的类型、 螺纹联接的结构、 提高螺纹联接强度的措施、单个螺栓联接的强度计算、螺栓组联接的结构设计、螺纹联接的基本知识拓展教学重点1、单个螺栓联接的强度计算和难点 教学方法2、螺栓组联接的结构设计任务驱动教学和典型案例讲解相结合教学准备课件，黑板，多媒体设备等。检测和评职业能力（占70%卜职业素质（30%）；评价成绩采用百分制。教案设计工

2、作过程工作内容课前组织(5min)任务导入(5min)清点学生人数； 检查授课环境； 链接多媒体课件。用视频演示常用螺纹联接的形式及其特点。 提出学习任务：设计台式钻床中立柱的螺纹联接资讯（90min）学习任务：1.选出螺纹联接的标准件；2.完成设计说明书。2.1螺纹的种类和使用螺纹可以按照以下方法分类：1） 根据螺纹在轴向剖面内的形状，分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹及锯齿形螺纹。2） 根据螺纹旋线绕行的方向，分为右旋螺纹和左旋螺纹，如图 10-2所示。机械 制造中一般采用右旋螺纹，只在特殊需要时，才采用左旋螺纹。如煤气罐等危 险设备使用的螺纹。3）根据螺旋线的数目，可分为单线螺纹、双线螺

3、纹和多线螺纹，如图10-2所示。 沿一条螺旋线所形成的螺纹为单线螺纹，多用于联接；沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹为双线螺纹和多线螺纹，多用于传动。为了 制造方便，一般不超过 4线。图 10-32.2螺纹的主要参数以圆柱普通螺纹为例，如图 10-3所示，螺纹的主要参数如下：1）大径d和外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径，一般定义为 螺纹的公称直径。在管螺纹中，其公称直径不是螺纹大径，而是近似等于管子 内径。具体尺寸可以查阅有关国家标准。2）小径d1和外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径，在强度计算中作危险剖面的计算直径。3）中径d2在轴向剖面内牙厚和牙间宽

4、相等处的假想圆柱面的直径。中径近似等于螺纹的平均直径，即 d2 0.5（ d+d1）。中径是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。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对应两点间的轴向距 离。如果螺纹线数为 门，则&门戸。6）螺旋升角2在中径圆柱面上螺旋线的切线和垂直于螺旋线轴线平面的夹角，即在中径圆柱面上螺旋线展开后和底面的夹角，如图10-1所示。=arcta nL二d2nP二 arctan二d2(10-1)7 牙型角a在轴向平面内螺纹牙型两侧边之间的夹角。&牙型斜角B在轴向平面内螺纹牙型两侧边和螺纹轴线垂直平面的夹角。对于

5、对称牙型：二? /2。2.3螺纹联接的基本类型按联接的结构特点，螺纹联接的主要类型有：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉 联接、紧定螺钉联接等。2.3.1螺栓联接及使用2.3.2双头螺柱联接及使用2.3.3螺钉联接及使用2.3.4紧定螺钉联接2.3.5其他螺纹联接及使用 2.4螺纹联接的预紧螺纹联接分为松联接和紧联接，松联接是在装配时不拧紧，只在受到外载时才 受到力的作用，比较少用。紧联接是在装配时需要拧紧，使联接在承受工作载 荷之前，预先受到力的作用，这个力称为预紧力斤。预紧的目的是增加联接的可靠性和紧密性，防止受载后被联接件间出现缝隙和相对滑移，保证正常工作。此外，适当提高预紧力，还能提高螺纹的

6、疲劳强度。2.4.1螺纹联接的拧紧力矩T2 在预紧螺栓联接时，加在扳手上的力矩 矩T和螺母和支撑面之间的摩擦阻力矩T必须克服螺旋副相对转动的摩擦阻力T。即：(10-15)T =F 竺tan(屮 + Pv)2 (10-16 )(10-17 )T f = fc F r f式中：F。一预紧力，N屮 螺纹升角；p 当量摩擦角； d2螺纹中径，mm f c 螺母和被联接件之间的摩擦系数;rf 支撑面间的摩擦半径，rf= （D+do） /4 , mm 对于M10M6的粗牙普通螺纹，无润滑时，可取：3T丁 O.2Fod 灯0一（ io-i8）式中：d螺纹公称中径，mm2.4.2拧紧力矩的控制方法预紧力Fo的

7、大小对普通螺栓的工作有很大影响，预紧力Fo过大，会使联接超载，螺杆静载荷增大、降低螺杆本身强度；预紧力Fo不足，螺纹联接不可靠，甚至导致联接失效。对于一般联接，可凭经验来控制预紧力Fo的大小，但对于重要的联接就需要严格控制其预紧力。一般通过测力矩扳手（图io-12 ）和定力矩扳手（图io-13）控制力矩大小。较精确的方法是测量拧紧时螺栓的伸长变形量。2.4螺纹联接的防松计划和决策（ 5min）1. 进行自愿分组。2. 学习相关知识。3. 明确工作思路。4. 讨论任务实施注意事项。5. 完成任务。6. 检查评价。实施(30min)螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和

8、螺 栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，避免螺栓受各种附加载 荷，便于加工和装配。为此，螺栓组结构设计时应综合考虑以下几方面的问题：1） 联接接合面的几何形状应尽量简单，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，如圆形、环形、矩形、框形、二角形等，如图io-21所示。最好有两个对称轴，以使加工方便、计算容易。通常米用环形或条形接合面，以减少加工量和接合面不平的影响，冋时增加联接的刚度。2）在布置螺栓时，应力求均匀对称、各螺栓受力合理。对于铰制孔用螺栓联接， 不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩载荷时，螺栓应尽量远离对称轴，

9、靠近联接接 合面的边缘，以减小螺栓的受力， 增加联接的可靠性（图1o-21）。如果同时承受 轴向载荷和较大的横向载荷，应采用销、套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷（图 1o-22），以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。3）螺栓的排列应有合理的间距、边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴 线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间 的尺寸可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的 间距t。不得大于表1o-3所推荐的数值。4）分布在冋一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8、等偶数，以便在圆周上钻孔时分度和画线（图1o-21（c）、（g）。同一螺栓组中的螺栓，

10、不管其受力大小，其形状、尺寸、材料等应尽量一致，以便于加工和装配。5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并和螺栓轴线相垂 直。在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座结构（图10-23）。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（图10-24）等。螺纹联接的强度计算螺栓联接强度计算的目的，主要是根据联接的结构形式、材料性质和载荷状态 等条件，分析螺栓的受力和失效形式，然后按相应的计算准则计算螺纹小径di,再按照标准选定螺纹公称直径d和螺距P等。螺栓其余部分尺寸及螺母、垫圈等，一般都可根据公称直径 d直

11、接从标准中选定。本任务中立柱螺栓组受到切削力所形成的轴向力、立柱本身所受的重力，以及切削时对立柱所形成的弯矩。计算时可按纯轴向力计算然后对直径增大20%，对弯矩所形成的弯曲应力进行修正。1. 每个螺栓所承受的载荷2F =p_4zZ为螺栓数目。2. 总的轴向力的计算FF - Fo残余预紧力F。取（0.20.6 ） F。考虑到螺栓扭转剪应力的作用，则螺栓危险截面的强度条件为:3. 设计螺栓的直径考虑到螺栓扭转剪应力的作用，则螺栓危险截面的强度条件为:4 1.3Fqdi24 1.3FqJT R检查和评 价（15min）评定形式比 例评定内容评定标准得分自我 评定20%1. 学习工作态度5分2. 完成

12、任务情况5分3. 出勤情况5分积极【5】；一般【3】；不积极【0】全部【5】；一半【31;没有【1】全勤【51;缺两次【31; 30%【0】巡回指导检查，及时解答学生疑问。 评价有教师评价和学生自评和互评相结合。4.独立工作能力5分强【5】；一般【3】；不强【1】小组评定30%1. 学习工作责任意识5分2. 收集材料、调研能力5分3. 汇报、交流、沟通能力10分4. 团队协作精神10分强【5】；一般【3】；不强【0】 强【5】；一般【3】；不强【1】 强【10】；一般【6】；不强【2】 强【10】；一般【6】；不强【2】教师评定50%1. 集体学习工作过程状态10分2. 计划制定、执行情况10

13、分3. 任务完成情况15分4. 项目学习、实训报告15分积极【10】；一般【6】；较差【2】好【10】；一般【6】；较差【2】 好【15】；一般【10】；较差【5】【0】-【15】计算图示圆柱形压力容器端盖的螺栓联接。己知容器内径D=200m,容器内流体任务拓展（30min）的工作压力p=1.8MPa,螺栓数z=12,容器和容器端盖凸缘厚度均为 18mm拧紧 螺母时不控制预紧力。解:1）确定每个螺栓所受的轴向工作载荷F2 2= 4712(N)p：D =1.8 二 2004z 4 122）计算每个螺栓的总拉力Fq考虑到容器的紧密性要求，取残余预紧力F o=1.6 F，则由式（10-25）计算螺栓的总拉力Fq =F Fo =2.6F =2.6 4712 =12252（ N）3）确定螺栓的公称直径 d螺栓材料选用35号钢，由表10-5查得cs=320MPa螺纹联接件的许用应力和联接 类型有关，见表10-5。若装配时不控制预紧力，则螺栓的