螺纹连接与螺旋传动

新余高等专科学校作者朱双霞副教授第六章螺纹连接与螺旋传动§6.1螺纹§6.2螺纹联接和螺纹连接件§6.3螺纹联接及其预紧、防松§6.4单个螺栓联接的强度计算§6.5螺栓组的设计与受力分析§6.6提高螺栓连接的强度的措施§6.7螺旋传动新余高等专科学校作者朱双霞副教授教学目的了解和掌握螺纹联接的基本型式及其特点。掌握螺栓联接的设计和强度计算，了解螺旋传动的应用和计算。教学重点与难点重点：掌握螺纹的基本参数，螺纹联接的基本型式及其特点。难点：掌握螺栓联接的设计和强度计算，教学内容新余高等专科学校作者朱双霞副教授如用一个三角形K沿螺旋线运动并使K平面始终通过圆柱体轴线YY-这样就构成了三角形螺纹。同样改变平面图形K，可得到矩形、梯形、锯齿形、管螺纹一、螺纹的形成§6-1螺纹新余高等专科学校作者朱双霞副教授按牙型:三角形螺纹、管螺纹——联接螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹——传动螺纹按位置：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三角形螺纹：粗牙螺纹——用于紧固件细牙螺纹——同样的公称直径下，螺距最小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等根据螺旋线绕行方向：左旋——如图右旋——常用根据螺旋线头数：单头螺纹（n=1）——用于联接双头螺纹（n=2）——如图多线螺纹（n≥2）——用于传动二、螺纹的类型新余高等专科学校作者朱双霞副教授1）外径（大径）d（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）内径（小径）d1(D1)——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径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，d2≈0.5(d+d1)三、螺纹的主要参数新余高等专科学校作者朱双霞副教授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（L）——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新余高等专科学校作者朱双霞副教授7）螺旋升角ψ——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9）牙型斜角β——螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角22/dnParctgdarctgL新余高等专科学校作者朱双霞副教授rvarctgfftgcos1)(vtgtg2)(2)(22dQtgdFTQtgFvv螺旋副的自锁条件为：螺旋副的传动效率为：克服轴向力Q匀速上升所需的圆周力：四、常用螺纹的种类、特点与应用具体见下图新余高等专科学校作者朱双霞副教授锯齿形螺纹三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹新余高等专科学校作者朱双霞副教授一、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，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，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§6—2螺纹联接和螺纹联接件新余高等专科学校作者朱双霞副教授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，适于受载较小情况新余高等专科学校作者朱双霞副教授特殊联接：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。新余高等专科学校作者朱双霞副教授二、螺纹联接件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——螺纹部分直径较小螺母新余高等专科学校作者朱双霞副教授2）双头螺柱——两端带螺纹A型——有退刀槽B型——无退刀槽新余高等专科学校作者朱双霞副教授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;要求全螺纹新余高等专科学校作者朱双霞副教授6）螺母六角螺母：标准，扁，厚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，螺母即被锁紧新余高等专科学校作者朱双霞副教授7）垫圈新余高等专科学校作者朱双霞副教授目的要求：通过讨论螺旋副的效率和自锁,并明确于联接和传动的螺纹类型。教学重点：螺纹联接的自锁条件；结构设计中应注意的问题、及防松方法。紧螺栓的强度计算。教学难点：受轴向载荷的紧螺栓的强度计算。受力分析教学内容：螺旋副的受力分析、自锁、效率；螺纹联接的强度计算；螺纹联接的结构、预紧和防松．第二讲螺纹联接的预紧与防松、螺旋传动新余高等专科学校作者朱双霞副教授一、预紧预紧目的——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，靠摩擦力工作，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预紧力QP——预先轴向作用力（拉力）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，即在承载时，已预先受力，预紧力QP预紧过紧——拧紧力QP过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度过松——拧紧力QP过小，工作不可靠§6—3螺纹联接和预紧和防松新余高等专科学校作者朱双霞副教授扳手拧紧力矩——T=FH·L,拧紧时螺母：T=T1+T2T——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FH—作用于手柄上的力，L——力臂2)(21dtgQTvP)(31202130312dDdDQfTpc)](32)([2120213031221dDdDftgdQTTTcvp)](32)([21202130212dDdDdftgddKcvdKQTP一般K=0.1~0.3——拧紧力矩系数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M10~M14新余高等专科学校作者朱双霞副教授预紧力QP的控制：测力矩板手——测出预紧力矩，如左图定力矩板手——达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑，如右图测量预紧前后螺栓伸长量——精度较高二、螺纹防松新余高等专科学校作者朱双霞副教授1、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。3、防松办法及措施1）摩擦防松双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等新余高等专科学校作者朱双霞副教授弹簧垫圈自锁螺母——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，串联钢丝等新余高等专科学校作者朱双霞副教授3）永久防松：端铆、冲点、点焊4）化学防松——粘合开槽螺母与开口销圆螺母与止动垫圈串联钢丝新余高等专科学校作者朱双霞副教授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点。1、失效形式和原因受拉螺栓——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b）失效原因：应力集中a）失效形式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§6—4单个螺栓联接的强度计算新余高等专科学校作者朱双霞副教授一、松螺栓联接如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无QP，只有工作载荷F起拉伸作用强度条件为：][421dF][41Fd——验算用——设计用d1——螺杆危险截面直径（mm）[σ]——许用拉应力N/mm2(MPa)nS/][σs——材料屈服极限Mpa表4-8N——安全系数，表4-9新余高等专科学校作者朱双霞副教授二、紧螺栓联接——工作前有预紧力QP工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下：预紧力QP→产生拉伸应力σ螺纹摩擦力矩T1→产生剪应力τ复合应力状态:2141dQp)5.0(48.0448.06~1042)(161)(221212312或当dQMMdQddtgdtgdQWPPPvvpT接第四强度理论：3.1322ca∴强度条件为：2143.1dQPca新余高等专科学校作者朱双霞副教授式中：QP——预紧力（N）T1——螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.mm1.3——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2143.1dQPca新余高等专科学校作者朱双霞副教授1、横向载荷的紧螺栓联接计算——主要防止被联接件错动特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力(QP)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：（1）普通螺栓联接RKQfiSPifRKQSPf——接缝面间的摩擦系数i——接缝界面数目KS——防滑系数（可靠性系数）KS=1.1~1.3新余高等专科学校作者朱双霞副教授强度条件验算公式：设计公式：分析：由上式可知，当f=0.2,i=1,KS=1则QP=5R，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2143.1dQPcaPQd23.11新余高等专科学校作者朱双霞副教授2、铰制孔螺栓联接——防滑动特点：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R进行工作][420dR螺栓的剪切强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：PPldR][min0R——横向载荷（N）d0——螺杆或孔的直径（mm）Lmin——被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm），如图所示[τ]——螺栓许用剪应力，MPa，，][P——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，成本较高新余高等专科学校作者朱双霞副教授2、轴向载荷紧螺栓联接强度计算①工作特点：工作前拧紧，有QP；工作后加上工作载荷F工作前、工作中载荷变化②工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F③解决问题：a)保证安全可靠的工作，QP=？b)工作时螺栓总载荷，Q=？④分析：图1，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态新余高等专科学校作者朱双霞副教授图２，拧紧—预紧状态凸缘—压—λm—QP栓杆—拉—λb→QP新余高等专科学校作者朱双霞副教授FQQQppbbbb从图3，加载F后→工作状态栓杆—继续拉—凸缘—放松—ppmmmmQQ从——残余预紧力——总载新余高等专科学校作者朱双霞副教授⑤作图，为了更明确以简化计算（受力变形图）设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比单个紧螺栓联接受力变形图左图——拧紧螺母时,螺栓与被联接件的力与变形右图——将上两图合并，并施加工作载荷F从图线可看出，螺栓受工作载荷F时，螺栓总载荷：PPQFQFQ新余高等专科学校作者朱双霞副教授变形协调条件：凸缘→压力减量PPQQ变形缩小Δλm栓杆→拉力增量PQQ变形缩小Δλb变形协调条件——新余高等专科学校作