第十一章螺纹联接与螺旋传动1

9《机械设计基础》教案PAGEPAGE7镇江市高等专科学校教案授课班级：机制、机电、模具、机设、机器人专业授课教师：于明教学内容第11章螺纹连接与螺旋传动授课时间2学时教学目的要求了解机械制造中的常用螺纹类型；常用螺纹的特点和应用；了解螺纹联接的基本类型及预紧和防松。螺栓组联接的结构设计。掌握螺栓组联接的受力分析内容重点1、螺纹的主要参数、标准螺纹联接件的特点、类型、使用方法2、螺栓组联接的受力分析内容难点螺纹的主要参数、螺栓组联接的受力分析主要教学方法讲授法、讨论法、讲练结合法教学注意事项多提问多启发，理论联系实际使用教具及设备多媒体设备过程及时间教学内容及学生活动教学方法开始部分（5分钟）引入：通用零部件的分类，联接用、传动用、轴系部分，螺纹联接在课程设计中的应用。讲授法基本部分（80分钟）§11.1螺纹§11.2螺纹联接的基本类型及螺纹连接件§11.3螺纹联接的预紧和防松§11.4螺栓组联接的结构设计和受力分析采用多媒体图示，对照实物及图片进行详细讲解。结束部分（5分钟）本讲内容小结螺纹的主要参数及类型螺纹连接的方式有哪些？如何防松？螺栓组联接的受力分析提问和讲评作业P317习题12、13课后小结本讲螺栓设计较枯燥，结合模型及实物讲解较佳[教学内容]：螺纹连接与螺旋传动机器是零部件通过联接实现的有机组合体。在机械中，联接是指为实现某种功能，使两个或两个以上的零件相互接触，并以某种方式保证一定的位置关系。如果被联接件间相互位置固定，不能作相对运动，称为静联接，能作相对运动的则称为动联接（如铰链等）。习惯上，机械设计中的联接通常指的是静联接，简称联接。联接的方法很多，有些联接需要专门的联接件，如箱体与箱盖的螺纹联接，轴与轴上零件（如齿轮、带轮）的键联接。联接件又称紧固件，常见的有螺栓、螺母、键、销等；有些联接则不需要专门的联接件。§7.1螺纹基本知识一、螺纹的形成将一直角三角形绕在直径为d2的圆柱表面上，使三角形底边ab与圆柱体的底边重合，则三角形的斜边在圆柱体表面形成一条螺旋线。三角形的斜边与底边的夹角λ，称为螺旋线升角。若取一平面图形，使其平面始终通过圆柱体的轴线并沿着螺旋线运动，则这平面图形在空间形成一个螺旋形体，称为螺纹。ππｄ2Sψ根据平面图形的形状，螺纹可分为三角形、矩形、梯形和锯齿形螺纹等。根据螺旋线的绕行方向，可分为左旋螺纹和右旋螺纹，规定将螺纹直立时螺旋线向右上升为右旋螺纹，向左上升为左旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时，才采用左旋螺纹。根据螺旋线的数目，可分为单线螺纹和等距排列的多线螺纹。为了制造方便，螺纹一般不超过4线。二、螺纹的主要参数要区分不同的螺纹，就要掌握说明螺纹特点的一些参数。以广泛应用的圆柱普通螺纹为例，螺纹的主要参数如下：(1)大径d（外径）（D）——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径——亦称公称直径(2)小径（内径）d1(D1)——与外螺纹牙底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——在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，近似等于螺纹的平均直径d2≈0.5(d+d1)(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：L=nP(7)螺旋升角ψ——在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α——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角；牙型斜角β指螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角。对称牙型三、几种常用螺纹的特点和应用螺纹是螺纹联结和螺旋传动的关键部分，现将机械中几种常用螺纹的特点和应用介绍如下：三角形螺纹牙型角大，自锁性能好，而且牙根厚、强度高，故多用于联接。常用的有普通螺纹、英制螺纹和圆柱管螺纹。（1）普通螺纹：国家标准中，把牙型角α=60°的三角形米制螺纹称为普通螺纹，大径d为公称直径。同一公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹，粗牙螺纹应用最广。细牙螺纹的小径大、升角小，因而自锁性能好、强度高，但不耐磨、易滑扣，适用于薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构的调整。普通螺纹的基本尺寸见教材表。（2）.英制螺纹：牙型角α=55°，以英寸为单位，螺距以每英寸的牙数表示，也有粗牙、细牙之分。主要是英、美等国使用，国内一般仅在修配中使用。2.圆柱管螺纹牙型角α=55°，牙顶呈圆弧形，旋合螺纹间无径向间隙，紧密性好，公称直径为管子的公称通径，广泛用于水、煤气、润滑等管路系统联接中。3.矩形螺纹牙型为正方形，牙型角α=0°，牙厚为螺距的一半，当量摩擦系数较小，效率较高，但牙根强度较低，螺纹磨损后造成的轴向间隙难以补偿，对中精度低，且精加工较困难，因此，这种螺纹已较少采用。4.梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角α=30°（图9-9b），效率比矩形螺纹低，但易于加工，对中性好，牙根强度较高，当采用剖分螺母时还可以消除因磨损而产生的间隙，因此广泛应用于螺旋传动中。5.锯齿形螺纹：锯齿形螺纹工作面的牙侧角为30，非工作面的牙侧角为300，兼有矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点，但只能承受单向载荷，适用于单向承载的螺旋传动。螺纹牙强度高，用于单向受力的传力螺旋；如螺旋压力机、千斤顶等。§7-2螺纹联接的基本类型及螺纹联接件1.螺栓联接被联接件的孔中不切制螺纹，装拆方便。普通螺栓联接，螺栓与孔之间有间隙，由于加工简便，成本低，所以应用最广。为铰制孔用螺栓联接，被联接件上孔用高精度铰刀加工而成，螺栓杆与孔之间一般采用过渡配合，主要用于需要螺栓承受横向载荷或需靠螺杆精确固定被联接件相对位置的场合。2.双头螺柱联接使用两端均有螺纹的螺柱，一端旋入并紧定在较厚被联接件的螺纹孔中，另一端穿过较薄被联接件的通孔。适用于被联接件较厚，要求结构紧凑和经常拆装的场合。3.螺钉联接螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中，结构较简单，适用于被联接件之一较厚，或另一端不能装螺母的场合。但经常拆装会使螺纹孔磨损，导致被联接件过早失效，所以不适用于经常拆装的场合。紧定螺钉联接将紧定螺钉拧入一零件的螺纹孔中，其末端顶住另一零件的表面，或顶入相应的凹坑中。常用于固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。二、标准螺纹联接件螺纹联接件品种很多，大都已标准化。常用的标准螺纹联接件有螺栓、螺钉、双头螺柱、紧定螺钉、螺母和垫圈。普通螺栓六角头：小六角头，标准六角头，大六角头1）螺栓圆柱头（内六角）铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小螺栓粗制精制——机械制造中常用2）双头螺栓——两端带螺纹A型——有退刀槽施入端长度也各有不同。B型——无退刀槽3）螺钉种类繁多半圆头一字槽平圆头十字槽共有按头部形状六角头头部起子槽内六角孔圆柱头一字加十字槽沉头与螺栓区别要求全螺纹要求螺纹部分直径较粗4）紧定螺钉锥端——适于零件表面硬度较低不常拆卸常合末端平端——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适于较轻材料和金属薄板5）自攻螺钉——由螺钉攻出螺纹6）螺母六角螺母：标准，扁，厚圆螺母（与带翅垫圈）+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。螺母粗制精制粗制平垫精制A型普通垫圈斜垫B型——带倒角7）垫圈防松垫圈（弹簧垫圈）——起防松作用带翅垫圈等§7-3螺纹联接的预紧和防松一、螺纹联接的预紧螺纹联接松联接——在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用——轻少用紧联接——在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力QP预紧目的：保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大性，靠摩擦力工作时，增大刚性等。增大刚性：增加联接刚度、紧密性和提高防松能力拧紧力矩TΣ在预紧螺栓联接时，加在扳手上的力矩TΣ必须克服螺旋副中的螺纹力矩T和螺母与支撑面之间的摩擦力矩TfTΣ=T+TfT=F0tan(ф+ρV)d2/2Tf=fc*F0*rf;rf支撑面间的摩擦半径，fc为摩擦系数。TΣ=0.2F0*d*10—3式中：TΣ的单位N.m;d的单位为mm.。预紧力的控制通过测力矩扳手和完力矩扳手控制扳手力矩大小。二、螺纹联接的防松螺纹连接一般具有自锁性，此外螺母及螺栓头部的支撑面上的摩擦力也有防松作用，故拧紧后一般不会松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，以及在高温或温度变化较大时，螺纹钢之间的摩擦力会顺时减小或消失，联接就可能松动。防松的关键就是防松螺旋钢的相对转动。摩擦防松（1）弹簧垫片：如图教材图所示；利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧。（2）对顶螺母：如图教材图所示；增加摩擦放松；（3）自锁螺母：如图教材图所示；增加摩擦放松；机械放松开槽螺母与开口销，螺母与止动垫圈，带翅垫片。变为不可拆联接端铆、冲点（破坏螺纹）、点焊。§7-4螺栓组联接的设计与受力分析1、螺栓组的结构设计2、螺栓组联接的受力分析1、受轴向载荷螺栓组联接，如汽缸螺栓特点：只能用普通螺栓，有间隙，外载/螺栓轴线，螺栓杆受P拉伸作用。单个螺栓工作载荷为