第十章螺纹联接

1、 第十章 螺纹联接10.1 螺 纹n螺纹联接：是利用螺纹零件构成的一种可拆联接。10.1.1 螺纹的分类n一、按照螺纹的旋向及线数n按螺旋线的旋向：左旋螺纹、右旋螺纹；n常用右旋螺纹。n二、按螺旋线的数目：单线螺纹、等距排列的多线螺纹。n单线螺纹自锁性能好；多线螺纹传递效率高。二、按螺纹的牙齿形状三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、 锯齿形螺纹和管螺纹螺纹有内螺纹和外螺纹之分（两者旋合组成螺纹副）；按用途联接螺纹 传动螺纹按母体形状圆柱螺纹 圆锥螺纹其它分类方法10.1.2 螺纹的主要几何参数d-螺纹大径：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径；d1-螺纹小径：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相

2、重合的假想圆柱面的直径；d2-螺纹中径：螺纹的牙厚与牙间宽度相等处的圆柱面直径；p-螺距：螺纹相邻两牙在中径线上两对应点间的轴向距离；n-线数：螺纹的螺旋线数；l-导程：同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应点间的轴向距离；，-牙型角，牙侧角；h-螺纹接触高度：内外螺纹旋和后牙侧重合部分在垂直于螺纹轴线方向上的距离；-螺纹升角：在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角：。22tan = /ldnpd10.1.3 螺纹副的受力分析、效率和自锁 当滑块沿斜面等速上升时，相当于拧紧螺母，驱动力为ft：相应驱动力矩tanffttan22221dfdftt 螺纹副的受力当滑块沿斜面等速下滑

3、时，驱动力为相应驱动力矩自锁条件: tantvff221tan22tvddtffvtf10.1.4 常用螺纹的特点和应用特点：螺纹的牙型角 =2 =60 , ,螺纹牙根部的强度较高，当量摩擦角 大，自锁性能好，用于联接。按螺距的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹。1、三角形螺纹(代号：m gb 192-81) 细牙螺纹与粗牙螺纹的比较细牙螺纹与粗牙螺纹的比较粗牙：常用连接牙形细牙：用于薄壁零件的连接、受动载荷零件的连接及微调装置的调节螺纹优点：升角小，小径大，自锁性能更好，强度高缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。细牙细牙粗牙特点： =0，其传动效率高，多用于传动。但对中性差，牙根强度低，螺纹牙磨损

4、后间隙难以补偿。使传动精度降低，故已被梯形螺纹所代替。 2、矩形螺纹3 梯形螺纹(代号：tgb 192-81)特点： =2=30。比矩形螺纹效率略低，但工艺性好、牙根强度高、对中性好。在螺旋传动中有广泛应用4 、锯齿形螺纹(代号：s jb 923-66)特点：工作边牙侧角 = 3，非工作边牙侧角 = 30它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。10.2 螺纹联接的基本类型和标准螺纹联接件10.2.1 螺纹联接的基本类型1 螺栓联接螺钉联接2 、螺钉联接双头螺柱联接3 、双头螺柱联接 4 、紧定螺钉联接n螺钉的末端顶住零件的表面或顶入该零件的凹坑中

5、，将零件固定，它可以传递不大的扭转载荷。 10.2.2 标准螺纹联接件双头螺柱10.3 螺纹联接的预紧和防松10.3.1 螺纹联接的预紧在实际使用中，绝大多数的螺纹联接都必须在装配时将螺母拧紧，称为紧联接。预紧可以使螺栓在承受工作载荷之前就受到预紧力的作用，以防止联接受载后被联接件之间出现间隙或横向滑移，也可以防松。所需预紧力的大小与工作载荷有关。 、预紧力过大，会使整个联接的结构尺寸增大；也会使联接在装配时因过载而断裂。、预紧力不足，则又可能导致联接失效，重要的螺栓联接应控制预紧力。？预紧力的大小如何控制拧紧螺母时的力矩和预紧力n拧紧螺母时，要克服螺纹副的摩擦力矩t1和螺母与支持面间的摩擦力

6、矩t2，因此拧紧力矩t=t1+t2n式中 f 为螺母与被联接件支承表面间的摩擦系数。2)tan(21dft20213031231ddddfftdfkdfdddddfddtt32)tan(2120213031233102221012tan()23tdddfkdd dd拧紧力矩系数；装配时控制预紧力的方法10.3.2 螺纹联接的防松n方法：、摩擦防松；、机械防松；、破坏螺纹副的永久防松。1) 双螺母1 摩擦防松2) 弹簧垫圈3) 锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母2、机械防松 1) 开口销与六角开槽螺母2) 止动垫圈圆螺母用带翅垫片3) 串联钢丝3) 破坏螺纹副关系10.4 螺栓联接的强度计算n螺栓连接、螺钉

7、连接、双头螺柱连接等的计算方法相同。n螺栓联接都是成组使用的，单个螺栓联接的工作载荷须按螺栓组受力分析求得。n单个螺栓需要考虑强度的部位有：螺纹根部剪切、弯曲，螺杆截面拉伸、扭转等。由于螺栓已标准化，螺纹部分保持与螺杆等强度，因此，计算时只需考虑螺杆断面的强度。10.4 螺栓联接的强度计算n、普通螺栓连接的强度计算n、铰制孔用螺栓连接的强度计算10.4.1 普通螺栓联接的强度计算n在少数场合下，联接在承受工作载荷之前，不需要拧紧螺母，称为松联接松联接。n紧联接紧联接是承受工作载荷之前，螺母必须拧紧到一定程度，使被联接件之间产生足够的预紧力，以便在承受横向载荷时，被联接件间不会因摩擦力不足而发生

8、滑动；或在承受轴向工作载荷时被联接件之间不会出现间隙。1 、松螺栓联接mpa 或mm 421df fd41式中： d1螺纹小径 mm f螺纹承受的轴向工作载荷 n 螺纹材料的许用应力 mpa2 、紧螺栓联接 a.普通螺栓联接1) 只受预紧力 作用的紧螺栓联接frkmfzfszfmrkfs/式中：f 接合面摩擦系数m 接合面数z 螺栓数目ks 可靠性系数螺栓受到横向载荷r的作用 214fd螺栓联接的强度条件为：00/22/zfdtkftkdfzfss 此类螺栓联接中，螺栓除受预紧力f引起的拉应力作用外， 还受到螺纹副间摩擦力矩 t 引起的剪切应力的作用。螺栓受到转矩t的作用 213 . 143

9、. 1dfe螺栓的危险截面处于拉伸和扭转的复合应力状态，而螺栓通常是塑性的，因此按第四强度理论，螺栓联接的强度条件为：322e对于m10m68的普通螺纹钢制螺栓，可取5 . 0/3 . 141fd或式中： 预紧力 n d1 螺纹小径 mm 螺纹材料的许用应力 mpa f上式说明紧螺栓联接可按纯拉伸强度计算，但需将拉伸应力增大30%，以考虑扭剪应力的影响。2 ）受预紧力 及受轴向工作载荷f作用的紧螺栓联接设:缸内总压力为q，螺栓数为z，则zqf f（1） 受力分析螺栓与被联接件不受力，未产生变形预紧力作用下螺栓伸长，被联接件被压缩。加上轴向工作载荷后，螺栓受到的拉力变大，被联接件被放松。“f在受

10、轴向工作载荷的螺栓联接中，螺栓实际承受的总拉伸载荷fff0bffffff 00设 螺栓的刚度为cb,被联接件的刚度为cm。因为所以fffcfcfmbmmbb)/(mbbbcccff)/(0mbbcccfff式中 称为螺栓的相对刚度，它与螺栓和被联接件的材料、结构、尺寸以及工作载荷作用位置、垫片等因素有关。)/(mbbccc相对刚度可以查表得到强度条件式：或：/3 . 14210dfe/3 . 1401fd式中：f0螺栓的总拉力 n d1螺栓的小径 mm 螺栓材料的许用应力 mpa10.4.2 铰制孔螺栓联接的强度计算强度条件：/4min2psspsshdfdf式中：fs单个螺栓所受的横向载荷

11、nds螺栓剪切面直径 mmhmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度 mm螺栓材料的许用剪切应力mpap螺栓和孔壁材料中弱者的许用挤压应力 mpa10.5 螺栓组联接的结构设计10.5.1 联接接合面的设计1 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理（1）对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合。（2) 对于铰制孔螺栓联接的受剪螺栓，在平行于工作载荷方向上成排布置的螺栓数目不应超过八个，以免载荷分布不均。10.5.2 螺栓的数目及布置（3） 对于受弯矩或转矩的螺栓联接，应使螺栓尽量布置在靠近联接接合面的边缘上，以减少螺栓的受力。2 螺栓的布置应有合理的间距和边距，以保证联接的紧密性和装配时扳手所

12、需活动空间3 螺栓的数目及布置应便于螺栓孔的加工分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4,6,8等偶数，以便于在圆周上钻孔时得分度和划线。10.5.3 采用减载装置，减少螺栓的受力结束总结及习题10.6 螺旋传动 10.1 概述螺旋传动主要是变回转运动为直线运动。按其使用要求可分为：(1)传力螺旋：以传递动力为主，如千斤顶，起重器，压力机等(2) 传导螺旋：以传动运动为主，要求有较高的运动精度。(3) 调整螺旋按螺纹副中摩擦性质的不同分为：（1）滑动螺旋：摩擦阻力大、传动效率低、磨损快、运动精度低。但结构简单、制造方便、易于自锁，应用广。（2）滚动螺旋：摩擦阻力小、传动效率高、传动平稳、运动精度高

13、，使用寿命长，但结构复杂、制造困难、成本较高。（3）静压螺旋：传动效率最高、工作平稳、使用寿命长，但结构复杂，制造精度要求高，需附加一套供油系统。用于高精度、高效率的重要传动。10.6.2 滑动螺旋传动的结构和材料1 滑动螺旋传动的结构螺杆：螺母：整体式、剖分式、组合式滑动螺旋传动多采用梯形或锯齿形螺纹，且常用右旋螺纹。传力和调整螺纹要求自锁时，应采用单线螺纹传导螺旋可采用多线螺纹。螺杆和螺母的材料除要求有足够的强度、耐磨性，还要求两者配合时摩擦系数小1一般螺杆可选用q275、45、50号钢;需经热处理以达到高硬度的重要螺杆，则常用合金钢，如t12、 40cr、 65mn钢等2常用螺母材料有铸

14、造锡青铜zcusn10pb1和 zcusn5pb5zn5重载低速时可选用铸造铝青铜zcusn10pb1和zcusn5pb5zn5低速轻载，特别是不经常运转时，可选用耐磨铸铁螺杆和螺母的材料螺旋传动的失效形式主要是螺纹牙磨损、螺纹牙塑性变形和断裂、螺杆的塑性变形和断裂、螺杆失稳等。10.6.3 滑动螺旋传动的设计计算n螺旋传动的设计准则是：n1先根据耐磨性条件确定螺杆的直径和螺母的高度，再校核其他条件n2 对传力较大的传力螺旋，应按螺杆和螺纹牙的强度设计，按耐磨性校核螺母的高度。n3 对要求自锁的，校核其自锁条件n4 对长径比比较大的受压螺杆，校核其稳定性。ssphhdqphzdqp22耐磨性计

15、算主要是限制螺纹接触处的压强 ps设轴向载荷q均匀分布在螺母的z圈螺纹上，则耐磨条件式：一、 耐磨性计算2dh对于梯形螺纹，h=0.5p, 则对于锯齿形螺纹，h=0.75p, 则设： 代入上式得：sphqpd2spqd8 . 02spqd65. 02值查p185按d2和 查国标，选取相应的d和p102dp二、 螺杆强度较核螺杆受轴向力q和摩擦力矩t1的联合作用在危险截面，按第四强度理论得强度条件为 22221231134316etqdd三、螺纹牙强度的校核防止沿螺母螺纹牙根部剪断和弯断的校核式为： 2/6bdzqlbzdqb4自锁条件校核五 螺杆的稳定性校核v45 . 2/qqc式中：q螺杆受

16、到的最大轴向力 qc螺杆的临界压力螺杆的临界压力qc的值与螺杆的柔度 有关il(1)当 100 时,式中: e-螺杆材料的弹性模量 i-螺杆危险截面的轴惯性矩 l-螺杆的最大工作长度,mm441,64mmdi22)/( leiqc-螺杆长度系数 ,与螺杆端部结构有关一端固定、一端自由(如起重器) ，取=2 一端固定、一端铰支(如压力机) ，取=0 . 7 两端铰支(如传导螺杆), 取=1 i-螺杆危险截面的惯性半径， 若 则221,4mmdammdaii,41(2)当 100 时，对于b 380mpa的碳素钢取对于b 480mpa的优质碳素钢(如35、40钢)取(3)对于40的螺杆不用校核412. 130421dqc457. 246121dqc10.4.3 螺栓联接件的材料和许用应力1、 螺纹联接件的材料常用材料：低碳钢，中碳钢，如：q215、q2