《机械设计基础》第五章螺纹联接及螺旋机构

第五章螺纹联接及螺旋机构§5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型§5.2螺旋副的受力分析、效率和自锁§5.3螺纹联接和螺纹联接件§5.4螺栓联接的强度计算§5.5设计螺纹联接时应注意的问题5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型螺纹联接和螺旋机构都是利用螺纹零件工作的。前者起紧固作用，要求保证联接强度及紧密性；后者是传动零件，要求保证传动精度、效率和磨损寿命等。联接不可拆联接：焊接、铆接、胶接等。可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型一、螺纹的形成根据平面图形的形状，螺纹可分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。外螺纹、内螺纹5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型按螺旋线的绕行方向，可分为左旋和右旋。按螺旋线的数目，可分为单线、双线、三线或多线螺纹。单线螺纹通常用于联接，也用于传动；双线、三线、四线螺纹多用于传动。5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型二、螺纹的主要参数⑴大径d——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径，亦称公称直径，通常以公称直径表示螺纹大小,如：M25；⑵小径d1——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体的直径,即危险剖面直径,(计算直径)；⑶中径d2——在轴向剖面内，母线通过牙厚等于牙槽宽的假想圆柱体直径,即几何直径；5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型⑷螺距P——相邻两牙对应两点间的轴向距离；⑸导程Ph——同一条螺旋线上的相邻两牙对应两点间的轴向距离(单线：Ph=P，多线Ph=n·P)；⑹螺旋升角——在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线平面的夹角:2tanhPd⑺牙型角——轴向截面内，螺纹牙型相邻两侧边的夹角；螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角称为牙侧角，对称牙型的牙侧角25.1螺纹的形成、主要参数及常用类型主要用于联接5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型主要用于传动5.2螺旋副的受力分析、效率和自锁一、矩形螺纹等速上升tan()FQ等速下降tan()FQ当拧紧螺母时，螺母转一周所需的输入功为122tan()AFdQd等速上升等速下降5.2螺旋副的受力分析、效率和自锁此时举起重物所做的有效功为22tanAQSQd旋转螺母而举起重物时，螺旋副的效率为21tantan()AA令tantan()0dddd当时，螺旋副的效率最高。一般取45220~45自锁条件：5.2螺旋副的受力分析、效率和自锁二、三角形螺纹2sin2cosQQN2cosfvfFfNQfQ当量摩擦系数cosvff三角形螺纹的摩擦阻力大于矩形螺纹各力之间的关系及效率公式等都与矩形螺纹中的分析相似，只需将f和相应的改为和即可。vfv力的关系tan()vFQ自锁条件v效率tantan()v5.3螺纹联接和螺纹联接件一、螺纹联接的基本类型1、螺栓联接铰制孔螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接铰制孔螺栓联接多采用基孔制过渡配合被联接件必须打成通孔5.3螺纹联接和螺纹联接件2、双头螺柱联接3、螺钉联接4、紧定螺钉联接5.3螺纹联接和螺纹联接件5.4螺栓联接的强度计算螺栓联接的计算，通常是先根据联接的装配情况、外载荷的大小和方向以及是否需要在外载荷作用下补充拧紧等来确定螺栓的受力，然后再按强度条件确定螺栓危险截面的尺寸。螺栓的其他尺寸以及螺母、垫圈的尺寸均可随之由标准选定。5.4螺栓联接的强度计算一、松螺栓联接强度条件为214[]QQAd14[]Qd5.4螺栓联接的强度计算二、紧螺栓联接1.受横向载荷的紧螺栓联接为防止相对滑动，要满足如下条件：pspsfQziKFQKFfziFFi—接合面数目（摩擦工作面）；QP—单个螺栓预紧力Ks—安全系数，一般取1.1～1.35.4螺栓联接的强度计算拧紧螺母时，危险截面上既有拉应力，又有扭转切应力，根据第四强度理论，对于普通螺栓，其螺纹部分的强度条件：FF设计式为：pQd3.1412141.3()cpQd校核式为：5.4螺栓联接的强度计算min0d铰制孔螺栓连接pspdFmin04/20dmF剪切强度失效形式：挤压强度d0——杆抗剪面直径m——抗剪面数目[τ]——许用剪应力[σp]-螺栓或孔壁较弱的材料螺栓剪断接触表面压溃5.4螺栓联接的强度计算减荷装置5.4螺栓联接的强度计算2.受轴向载荷的紧螺栓联接虽然，这种螺栓是在受预紧力Qp的基础上，又受工作拉力Q。但是，螺栓的总拉力pQQFp气缸螺栓连接图D2/4pDFz预紧力－Qp单个螺栓工作拉力Q：5.4螺栓联接的强度计算LTLTPQ预紧时受工作载荷后()LLQ)('TTpQQ’p－残余预紧力螺栓：被联接件：TpQFQFPQ螺栓的总拉力为aL'pQQFQpPQPQPQFQ0QPQPQ强度条件验算公式：211.3[]4caQd11.34[]Qd设计公式：5.4螺栓联接的强度计算5.4螺栓联接的强度计算可用载荷变形图分析各力之间的关系。螺栓的刚度：CL被联接件的刚度：CTTT力变形LPQ力变形o力变形oPQQ0QTTLbPQLLCtanTTCtanQCCCQTLLLLL变形协调条件：螺栓总拉力：TLpQFQ5.4螺栓联接的强度计算3.预紧力与拧紧力矩为获得一定的预紧力Q0，所需的拧紧力矩T由两部分组成：一部分由克服螺纹中的摩擦阻力矩T1，另一部分用于克服螺母与支承面的摩擦阻力矩Tf，即T=T1+Tf。2210tan()22vddTFQ0ffTQfr200tan()2vfdTQQfr5.4螺栓联接的强度计算12图4-12测力矩扳手123412图4-12测力矩扳手123412图4-12测力矩扳手123412图4-12测力矩扳手1234预紧力QP的控制：测力矩板手——测出预紧力矩，如上图定力矩板手——达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑，如下图测量预紧前后螺栓伸长量——精度较高5.5设计螺纹联接时应注意的问题一、螺纹联接的防松根本问题：防止螺纹副在受载时发生相对转动。对顶螺母防松弹簧垫圈防松自锁螺母防松槽形螺母与开口销防松止动垫圈防松串联钢丝防松5.5设计螺纹联接时应注意的问题5.5设计螺纹联接时应注意的问题5.5设计螺纹联接时应注意的问题5.5设计螺纹联接时应注意的问题5.5设计螺纹联接时应注意的问题（1）螺栓组的布置应尽可能对称，以使接合面受力比较均匀，一般都将接合面设计成对称的简单几何形状，并应使螺栓组的对称中心与接合面的形心重合，如图所示.1.螺纹连接结构设计5.5设计螺纹联接时应注意的问题（2）螺栓布置要有合理的距离。在布置螺栓时，螺栓中心线与机体壁之间、螺栓相互之间的距离，要根据扳手活动所需的空间大小来决定.如下图扳手空间（3）分布在同一圆周上的螺栓数，应取为4、6、8等易于等分的数目，以便于加工。5.5设计螺纹联接时应注意的问题2.避免附加弯曲应力a)螺栓受偏心载荷eFb)被联接件刚度不够5.5设计螺纹联接时应注意的问题5.5设计螺纹联接时应注意的问题3.采用均载螺母第一圈：Δp最大，受力最大第8~10圈后几乎不受力各圈受载不均P:螺距5.5设计螺纹联接时应注意的问题∴采用加高螺母不能提高联接强度。常用方法（变形一致）——减小螺栓螺母螺距变化差5.5设计螺纹联接时应注意的问题4.降低螺栓刚度，增加被联接件刚度措施：1）↑螺栓长度↓光杆直径采用细长/空心螺栓2）增加被联接件刚度a)用密封垫片b)用密封环密封垫片密封环pQpQ0Q'pQQ5.5设计螺纹联接时应注意的问题减小螺栓刚度、增大被连接件刚度，同时增加预紧力