河海大学机械设计 联接

1、第10章 联接,用一个平面形K沿螺旋线运动并使K平面始终通过圆柱体轴线YY，这样就构成螺纹。改变平面图形K，可得到三角形、矩形、梯形、锯齿形、管螺纹等,一、螺纹的形成,螺旋线：将一倾斜角为的直线绕在圆柱体上就形成一条螺旋线,101 螺 纹 参 数,二、螺纹的主要参数,d 螺纹大径，公称直径,d1 螺纹小径,d2 螺纹中径,n 螺纹线数,p 螺距,s 导程，s = np, 升角, 牙型角, 牙侧角,102 螺纹副受力分析、效率和自锁,一、矩形螺纹（= 0o),螺纹受力分析,Fa,螺旋副驱动力矩,螺纹受力分析,F,Fn,Fr,v,Fa,-,螺旋副驱动力矩,Fn,矩形螺纹和非矩形螺纹法向力比较,略去

2、螺纹升角的影响，在轴向力的作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹大。若把法向力的增加看成摩擦系数的增加，则：,二、非矩形螺纹（ 0o),非矩形螺纹摩擦阻力,式中 为当量摩擦系数，即,非矩形螺纹等速上升,相应驱动力矩,相应驱动力矩,非矩形螺纹等速下滑,螺旋副的自锁条件为：,螺旋副的传动效率为：,一、按牙型:,螺纹的类型,三角形螺纹联接螺纹,矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹,103 机械制造常用螺纹,1）普通三角螺纹：牙型角为60。摩擦大、强度高，主要用于联接。,2）管螺纹：分布在锥形管上，用于有紧密性要求的管件联接， 管螺纹的尺寸规格直接采用相应管子的尺寸规格。,1、三角形螺纹,相同公称直径按螺距大

3、小,2）粗牙：一般联接用，应用最广,1）细牙：同样的公称直径下，螺距小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载,1）普通细牙三角螺纹,2）非螺纹密封管螺纹：圆柱管壁，牙型角为55,3）螺纹密封管螺纹：圆锥管壁，牙型角为55,4）60圆锥管螺纹,有四种,牙型角为0，传动效率高，用作传动螺纹。但压根强度较低，螺旋副磨损后，间隙难以修复,牙型角为30，摩擦小，效率高，是应用最广泛的一种传动螺纹。,2、矩形螺纹,3、梯形螺纹,牙型为不等腰梯形，主要用于传动。两侧牙型斜角分别为3和30。前者的侧面用来承受载荷，可得到较高效率；后者的侧面用来增加牙根强度。适用于单向受载的传动螺旋。这种螺纹兼有矩形螺纹传动效

4、率高、梯形螺纹牙根强度高的特点。,4、锯齿形螺纹,内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹,外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹,左旋,右旋,二、按位置：,三、根据螺旋线绕行方向：,四、根据螺旋线头数：,单头螺纹（n=1） 双头螺纹（n=2） 多线螺纹（n2）,104 螺纹联接的基本类型及螺纹联接件,一、螺纹联接主要类型,1、螺栓联接,a) 普通螺栓联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中间隙不许消失，结构简单，装拆方便，可多次装拆，应用较广。,b) 精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接。,

5、2、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。,3、螺钉联接适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况,特殊联接：地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接,4、紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。,二、螺纹联接件,2）双头螺柱两端带螺纹 A型有退刀槽 B型无退刀槽,1）螺栓 普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角头，大六角头, 内六角 铰制孔螺栓螺纹部分直径较小

6、,4）紧定螺钉 锥 端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 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轻材料和金属薄板,3）螺钉： 与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹,6）螺母：六角按厚度的不同，分为标准、厚、薄型螺母,5）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹,圆螺母+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,7）垫圈,放置在螺母和被联接件之间，起保护支承表面等作用。斜垫圈为用于倾斜支承面的垫圈。,弹簧垫圈是用于防松的一种垫圈,一、预紧,1、预紧目的保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性

7、要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大联接刚度、紧密性和提高防松能力等。,螺纹联接,预紧过紧预紧力过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 预紧过松预紧力过小，工作不可靠,105 螺纹联接的预紧和防松,松联接,紧联接,拧紧时螺母：T=T1+T2 T拧紧力矩 T1螺纹摩擦阻力矩 T2螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩,由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接不宜小于M10M14,对于M10M68的粗牙螺纹：,2、拧紧力矩,3、预紧力的控制： 测力矩板手测出预紧力矩 定力矩板手达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑,扳手拧紧力矩T=FHL,FH作用于手柄上的力，L力臂,1

8、、防松目的 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕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，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故,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。,1）摩擦防松,双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等,二、螺纹防松,3、防松办法及措施,弹簧垫圈,自锁螺母螺母一端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧,双螺母,圆螺母与止动垫圈,串联钢丝,2）机械防松 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，轴用带翅垫片，止

9、动垫片，串联钢丝等,开槽螺母与开口销,3）永久防松：铆接、冲点、点焊 4）化学防松粘合,106 螺栓联接的强度计算,针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。,1、失效形式,受拉螺栓螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂 受剪螺栓螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断,工程中螺栓联接多数为疲劳失效,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,2、设计计算准则与思路,、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,强度条件为：,验算用,设计用,式中：d1 螺杆危险截面直径（m

10、m） 许用拉应力 (MPa),二、铰制孔螺栓联接,特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷F进行工作,螺栓的剪切强度条件为：,式中： F -横向载荷（N） d0-螺杆或孔的直径（mm） 螺栓许用剪应力，MPa,螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：,式中： 被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm） 螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，MPa,铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工精度较高，成本较高,三、紧螺栓联接（工作前有预紧力）,工作前要进行预紧，螺栓处于复合应力状态:,1）预紧力产生拉伸应力,2）螺纹阻力矩产生剪应力,按第四强度理论：,式中：Fa 轴

11、向拉力或预紧力（N） T 螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.mm 1.3系数将外载荷提高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，故又称简化计算法, 强度条件为：,1、横向载荷的紧螺栓（防止被联接件相对滑动）,特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力（F0）产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠(不产生相对滑移)的条件为：,式中： f接缝面间的摩擦系数 m接缝界面数目 C防滑系数（可靠性系数） C=1.11.3,分析：由上式，当f=0.15，m=1，C=1.2，则Fa8F，说明这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠

12、,为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力 可采用如下减载装置： a)减载销 b)减载套筒 c)减载键,螺栓所受的总拉力：,Fa = F0+ FE,?,此时，联接中各零件的受力关系属静不定问题,未知力有两个：,Fa 总拉力,FR 残余预紧力,须根据静力平衡方程和变形协调条件求解,2、轴向载荷的紧螺栓（防止接合面出现缝隙）,变形协调条件： b = c = ,静力平衡条件： Fa = FR + FE,螺栓 总拉力,残余 预紧力,轴向 外载荷,(a),(b),(c),螺栓刚度: kb = F0/b0,被联接件刚度: kc = F0/c0,当kc kb时， 相对刚度系数0， Fa F0,当kc

13、kb时， 相对刚度系数1， Fa F0+FE,强度条件：,注意：对于普通螺栓联接，无论联接是受横向工作载荷还是轴向工作载荷，螺栓本身总是受拉力作用,1）无特殊要求时 FR =（0.20.6) FE,2）变载作用时 FR =（0.61.0) FE,3）有紧密性要求时 FR =（1.51.8) FE,残余预紧力应满足下列要求：,一般的计算过程： FE FR Fa e,107 螺栓的材料和许用应力,国家标准规定了螺纹联接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级，螺母的性能等级分为 7级。 在一般用途的设计中，通常选用4.8级左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹联接件，要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8