武理工机械设计基础教案09螺纹联接

第十九讲

螺纹联接（一）教学内容1.螺纹的主要参数；2.螺旋副的受力分析、效率和自锁条件；3.熟悉螺纹联接的主要类型；4.螺纹联接的预紧与防松。教学要求1.了解螺纹的主要参数；2.理解螺旋副的受力、效率和自锁条件；3.熟悉螺纹联接的主要类型；4.熟悉螺纹联接的预紧与防松方法。教学的重点和难点重点：螺纹的基本参数，常用螺纹的牙型、特性及其应用；影响螺纹副效率和自锁性的主要参数；螺纹联接的类型、特点及其应用；螺纹放松的方法。难点：螺纹副的受力分析，螺纹的防松原理。教学方式与手段：注意结合平时生活中的实例进行分析，由问题引入知识点。比较螺纹和蜗杆的类似之处，注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。

教学过程组织：复习旧课：单级行星轮系传动比的计算公式，多级行星轮系以及组合行星轮系传动比的计算方法。引入新课：以前我们学过平面低副，还有一种空间低副叫螺旋副。螺旋副是内螺纹和外螺纹联接而成的，今天我们就开始讲螺纹。螺纹的形成：由一动点绕着圆柱螺旋上升形成。螺纹的类型：三角形（普通螺纹）、管螺纹——联接螺纹（精密传动）按牙型矩形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹——传动螺纹螺纹的主要参数：1）外径d（大径）（D）2）内径（小径）d1(D1)3）中径d2

4）螺距P5）导程（S）6）线数n8）牙型角α9）牙型斜角β螺纹副受力分析：分析两个工程实例：（1）用千斤顶提升重物。用千斤顶提升重物时，如何计算手柄上的水平推力FT？（2）拧紧螺母时，若忽略螺母与支撑面间的摩擦力矩，如何计算扳手的拧紧力矩T？1、矩形螺纹(β1

=β2=0°)螺旋副的相对运动可近似看作：——作用在中径的水平推力Ft

推动重物沿螺纹表面的匀速运动，——在水平推力Ft

作用下，重物沿斜面的匀速运动。重物要匀速上升时：摩擦角：ρ=arctanf水平驱动力：F

t=

FQtan(ψ

+ρ）当升角较大，重物要匀速下滑时：水平驱动力：Ft

=

FQtan(ψ

-ρ）驱动力矩：效率和自锁：当ψ

≤ρ时由于摩擦力过大，重物不能自行下滑，而在斜面上保持静止。此种现象称为"自锁"，自锁条件是：ψ

≤ρ重物上升时的效率：2、非矩形螺纹(

β

≠0°)把非矩形螺纹受力问题转化为矩形螺纹受力问题求解，用

fv→

f，用

ρv→

ρ则非矩形螺纹副受力、效率及自锁可表述为：分析：通过受力情况以及效率、自锁的条件，我们可以看到三角形螺纹和梯形螺纹的应用场合。牙型角越大，当量摩擦角大，相应的螺纹力矩增加，因此三角形螺纹效率最低，适合于联接。梯形螺纹效率高，适合于传动。

螺纹联接主要类型：(1)螺栓联接：被连接件不厚且有装配空间时用。普通螺栓连接铰制孔螺栓连接(2)双头螺柱联接：用在被连接件之一较厚，且经常装拆场合。双头螺柱联接螺钉联接(3)螺钉联接：用在被连接件之一较厚，且不常装拆场合。(4)紧定螺钉联接：常用于固定轴上零件。螺纹联接的预紧与防松：1、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紧联接——在装配时需拧紧，即已预先受力，预紧力F’预紧目的：保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求。2防松：(1)防松目的实际工作中，外载荷有振动、有变化、材料高温需变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，因此，必须进行防松。(2)防松原理——消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。(3)防松办法及措施——1）摩擦防松——双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等弹簧垫圈双螺母自锁螺母2）机械防松：开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等。开口销止动垫片串联钢丝3）永久防松：端铆、冲点（破坏螺纹）、点焊4）化学防松——粘合小结：1、​

螺纹的类型与主要参数；2、​

螺纹联接的类型；3、​

螺旋副的受力、效率和自锁条件；4、​

螺纹联接的预紧，以及预紧后的放松措施。作业：教材P206：9-1,9-2,9-3第二十次课螺纹联接（二）教学内容1.螺纹联接的失效形式和计算准则；2.各种螺栓联接的强度计算。教学要求1.了解螺栓的失效形式；2.掌握单种螺栓联接的强度计算方法。教学的重点和难点重点：1．螺栓联接的主要失效形式和设计计算准则；2．螺栓联接的强度计算理论与方法。包括螺栓所受总拉力的确定与紧螺栓联接强度计算公式中系数1.3的物理意义。难点：受轴向载荷的紧螺栓联接的受力分析以及强度计算。（这个问题的关键是解题的思维方式要转变，要由解静定问题转到解静不定问题上来。要从分析螺栓及被连接件的受力—变形关系人手，充分理解变形协调条件，深入掌握螺栓与被连接件的受力—变形关系图。）教学方式与手段：充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。在教学过程中通过各种实例分析螺栓各种受力情况，达到启发学生能灵活应用所学的力学知识分析螺栓的受力情况。注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。

教学过程组织：复习旧课：螺纹的主要类型，螺旋副的效率和自锁条件，螺纹放松的措施。引入新课：对于任何一种零件在进行设计时我们都会关注它的失效与强度，一个小小的螺栓或者螺钉失效所带来的危害也是巨大的。比如1998年，国内某航空公司的一飞机因前起落架不能放下，迫降在上海虹桥机场。事后检查发现由于前起落架的锁连杆上固定螺栓脱落，造成前起落架因不能开锁而不能放下。后来发现螺栓脱落的原因不是螺母脱落，而是螺栓在靠近螺栓头的部位发生了断裂所致。今天我们要讲的就是螺纹联接的失效与强度计算。失效形式与设计准则：1.失效形式和原因a）形式：多数为抗拉疲劳失效，静态失效较少，但严重过载拉断，螺牙剪断，螺纹压溃等可出现。b）失效原因：应力集中应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程2.设计计算准则与思路受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度受载情况：1、普通松螺栓联接：如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无预紧力，只有工作载荷F起拉伸作用，防断。式中：d1——螺杆危险截面直径（mm）[σ]——许用拉应力N/mm2

(MPa)起重机上的吊钩2、普通紧螺栓联接——工作前有预紧力2.1横向载荷的紧螺栓联接计算——主要防止被联接件错动FR为横向载荷，特点：杆孔间有间隙，靠拧紧后正压力由预紧力产生摩擦力来传递外载荷，设所须的预紧力为F0，保证联接可靠（不产生相对滑移）的条件为：工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下：预紧力F0→产生拉伸应力σ复合应力状态螺纹摩擦力矩T1→产生剪应力τ1.3含义——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。用普通螺栓连接承受横向载荷时，螺栓的尺寸较大，怎么办？①采用键、套筒、销承担横向工作载荷，而螺栓仅起连接作用②采用无间隙的铰制孔螺栓2.2受轴向载荷的紧螺栓联接强度计算特点：加载前有预紧力F0、轴向工作载荷F只适于普通螺栓——防断，受F0与F联合作用，如下图中的汽缸盖螺栓。工作特点：工作前拧紧，有F0；Flash动画显示预紧后力和变形的关系工作后加上工作载荷F，工作前、工作中载荷变化，求工作时总载荷FΣ=？Flash动画演示力与变形的情况螺栓刚度:

C1

，被连接件刚度:

C2螺栓初始变形量:

δ

=

F0/C1

，加载后变成：

δ

+δ2=FΣ被连接件初始变形量:

δ1

=

F0/C2

，加载后变成：δ1

–δ2=F0'如图所示：如果轴向载荷为变载荷，还要对螺栓的疲劳强度进行校核。校核公式为：3.铰制孔螺栓连接FR直接作用在螺栓上，使螺栓杆受剪切和挤压。此类螺栓预紧力小，计算时忽略。强度条件：m

：接合面数目d

S

：螺栓杆受剪面直径,即为光杆直径hmin：较小挤压高度设计时，按上述公式分别计算出

dS，取大值。小结：1、​

普通松螺栓联接的强度计算；2、​

受横向载荷的普通紧螺栓联接的受力分析与强度计算；3、​

受轴向载荷的普通紧螺栓联接的受力分析与强度计算；4、​

铰制孔螺栓连接的强度计算。作业：1、起重机卷筒与大齿轮用8个普通螺栓连接在一起，已知卷筒直径D=400mm，螺栓分布圆直径D0=500mm