机械设计基础电子教案 项目四任务一 螺纹联接的设计与应用

授课时数周次教学目标知识目标：（1）掌握螺纹的类型、特点和应用；（2）掌握螺纹联接的类型、特点和应用；（3）理解螺纹联接的预紧与防松；（4）了解螺纹联接简单的结构设计（5）了解螺栓联接的强度计算能力目标：（1）能够根据不同场合选用合适的螺纹联接；（2）能够正确进行螺纹的预紧与防松；素质目标：（1）培养学生良好的学习习惯；（2）培养学生自主学习和探究学习的能力。思政目标通过课程思政知识点“螺纹联接的预紧与防松--螺丝钉精神”的学习，使学生对待机械设计中的每一个小细节都应当存有底线思维、敬畏之心、精益求精之心，这特别能够体现一个工程师的做事态度、技术水平和职业素养，也是决定我们未来事业成败的重要因素。教学重点（1）螺纹的类型、特点和应用；（2）螺纹联接的类型、特点和应用；（3）螺纹联接的预紧与防松。教学难点（1）螺纹联接的结构设计；（2）螺栓联接的强度计算。投影仪、计算机、PPT、黑板等作业教学小结教学过程设计教学组织方法图4-1-1图4-1-1车床切削外螺纹1.螺纹的形成根据螺纹的加工过程，如图4-1-1所示，不难发现螺纹实际上是由圆柱体的旋转运动和车刀在圆柱体表面上的直线运动叠加而成的，该轨迹称为螺旋线。图图4-1-2螺纹的形成如图4-1-2所示，将一直角三角形abc绕在直径为d2的圆柱体上，并使底边ab与圆柱体的底边重合，斜边ac所形成的曲线即为螺旋线。2.螺纹的分类螺纹有内螺纹和外螺纹两种类型，二者共同组成螺纹副用于联接和传动。螺纹有米制和英制两种，在我国除管螺纹外都采用米制螺纹。螺纹轴向剖面的形状称为螺纹的牙型，常用的螺纹牙型有三角形、矩形、梯形、锯齿形和管螺纹等，如图4-1-3所示。其中三角形螺纹主要用于联接，其余多用于传动。按螺纹线绕行方向的不同，螺纹可分为右旋螺纹和左旋螺纹，机械制造中常采用右旋螺纹。根据螺纹线的数目，可将螺纹分为单线螺纹和多线螺纹。3.螺纹的主要参数螺纹的主要几何参数有图4-4）（1）大径d（2）中径d2（3）小径dl（4）螺距p（5）线数n（6）导程s：（7）升角λ:（8）牙型角“、牙型角β实物图片演示介绍相应内容及概念二、螺纹联接的主要类型及应用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。它们的构造特点及应用及主要尺寸关系见表4-1-1。表4-1-1螺纹联接的主要类型、构造、尺寸及应用示，利用多媒体、影像观看类图三、螺纹联接的预紧和防松图1.螺纹联接的预紧：各零件在承受工作载荷前就受到了力的作用，这种方式就称为预紧，这个预加的作用力就称为预紧力。预紧的目的就是：增强联接的紧密性、可靠性，防止受载后被联接件之间出现间隙或发生相对滑移。在装配时，预紧力是借助于测力矩扳手或定力矩扳手控制的，如图4-1-5所示，通过控制拧紧力矩来间接保证预紧力的。拧紧力矩T'用来克服螺旋副及螺母支撑面上的摩擦力矩。预紧时，螺栓杆所受到的拉力称为预紧力F'。实验表明，M10～M68的常用粗牙普通钢制普通螺纹，无润滑时，有近似公式为：T≈0.2Fd式中：T'---拧紧力矩（N.mm）F'---预紧力（N）d----螺纹联接件的公称直径(mm)对于只靠经验而不加严格控制预紧力的重要螺栓,例如压力容器、输气、输油管道等联接螺栓，不宜采用小于M12～M16的紧固件。2.螺纹联接的防松防松的本质：就是防止螺纹副的相对转动，也就是螺栓与螺母间的相对转动(内螺纹与外螺纹之间)。常用的防松方法有三种：摩擦防松、机械防松和永久防松（表4-1-2）。表4-1-2常用防松方法及其特点加加防松方法结构形式特点和应用摩擦防松对顶螺母利用两螺母的对顶作用使螺栓始终受到附拉力和附加摩擦力的作用。结构简单，可用于低速重载场合。弹簧垫圈弹簧垫圈材料为弹簧钢，装配后垫圈被压平，其反弹力能使螺纹间保持压紧力和摩擦力,从而实现防松。自锁螺母螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧后，收口胀开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧。结构简单，防松可靠，可多次装拆而不降低防松性能。机槽形螺母和开口销槽型螺母拧紧后，用开口销穿过螺栓尾部小孔和螺母的槽，也可以用普通螺母拧紧后进行配钻销孔。适用较大冲击、振动的高速机械运动部件的连接。械防松止动垫圈螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被连接件的侧面折弯贴紧，即可将螺母锁住。若两个螺栓需要双联锁紧时，可采用双联止动垫圈，使两个螺母相互制动。结构简单，使用方便，防松可靠。串联钢丝用低碳钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺钉串联起来，使其相互制动。使用时必须注意钢丝的穿入方向。适用于螺钉组连接，放松可靠，但拆装不便。螺栓联接的强度计算，主要是确定螺栓的直径或校核螺栓危险截联接件的其他尺寸，按照等强度的原则及使用经验由标图4-1-6扳手空间图4-1-7螺栓组的布置1.松螺栓联接的强度计算图4-1-8起重机吊钩该螺栓联接在外载荷F作用下其强度条件式为：（4-1-3）或d（4-1-4）式中：d1——螺纹的小径（mm）[σ]许用拉应力（MPa且σ——材料的屈服极限；S——安全系数，安全系数需要根据具体情况，参照有关标准和设计规范进行。2.紧螺栓联接的强度计算（1）承受横向载荷作用时的强度计算 f.Qp.Z.i≥Ks.FΣ或Qp(4-1-5)(4-1-6)螺栓杆的计算应力为式中：Qp——每个螺栓所受的预紧力；图z，i——螺栓组中的螺栓数目及接合面数；f——接合面间的摩擦系数（根据材质的不同而变化Ks——可靠性系数，一般可取Ks=1.1~1.3;FΣ——外载总和。强度验算式为：(4-1-7)(4-1-8)式中：d0——螺杆与孔壁配合部分的直径；Lmin——为螺杆与被联接件孔壁受挤压面的最小高度，按具体要求选取，一般Lmin≥1.25d0。（2）承受轴向载荷时的强度计算图（4-1-9）外载荷我们可以通过对螺栓组的受力分析求得。对于残余预紧力Qp'，一般按螺栓联接要求或重要程度由经验选取，都必须使Qp'>0。在没有资料时，可按下面推荐值选用：=（0.2~0.6）F一般联接，工作载荷稳定；=（0.6~1.0）F一般载荷，工作载荷不稳定；（1.5~1.8）F要求由密封性的联接；≥F地脚螺栓联接3.螺纹紧固件的材料与许用应力（1）材料螺纹连接件常用材料的力学性能见表4-1-3.（2）许用应力表4-1-3螺纹连接件常用材料的力学性能表4-1-4螺纹连接件在静载荷下的许用应力和安全系数例4-1某钢制凸缘联轴器（图4-1-12用6个普通螺栓连接，不控制预紧力。已知螺栓均布在直径D=250mm的圆上，联轴器传递的转矩T=800000N.mm。试确定螺栓的直径。动画演示，利用多媒体、影像观看图4-1-12普通螺栓连接的凸缘联轴器解题分析：此螺纹连接为承受横向载荷的普通螺栓连接，由公式（4-5）求预紧力F、公式（4-1-6）求解螺栓小径。解1）计算螺栓组所受的总圆周力FΣ:（3）计算螺栓小