螺纹连接和传动

《机械设计》（第八版）濮良贵主编第五章螺纹联接和螺旋传动14第五章螺纹联接和螺旋传动§５—１螺纹：一．类型和应用：1．分类：1）按螺纹位置分：外螺纹——螺纹位于圆柱或圆锥体的外侧内螺纹——螺纹位于圆柱或圆锥体的内侧2）按所起作用分：联接螺纹——用于起联接作用传动螺纹——用于起传动作用3）按制式分：米制、英制2．类型：1）普通螺纹：牙型：等边三角形。牙型角：α＝60°如图a）2）米制锥螺纹：牙型：等腰三角形。牙型角：α＝60°3）管螺纹：牙型：等腰三角形。牙型角：α＝55°4）梯形螺纹：牙型：梯形。牙型角：α＝30°如图b）5）矩形螺纹：牙型：矩形。牙型角：α＝0°6）锯齿形螺纹：牙型：锯齿形。如图c）3．应用：1）起紧固，联接作用──联接螺纹。2）起传动作用──传动螺纹。注：①常用螺纹的类型、特点和应用，见：P.62.表5-1②螺纹已标准化，其基本尺寸可查有关标准。二．螺纹的主要参数：以图5-1的外螺纹为例.1．大径d：螺纹的最大直径（外螺纹牙顶所在的圆柱面直径）。──叫公称直径。2．小径d1：螺纹的最小直径（外螺纹牙底所在的圆柱面直径）。3．中径d2：螺纹轴剖面内牙沟与牙体等宽处的圆柱面直径。d2≈(d+d1)/2.图5-1螺纹及其主要几何参数3°30°0°30°60°hddd21ψP《机械设计》（第八版）濮良贵主编第五章螺纹联接和螺旋传动154．线数n：螺纹的螺旋线数目。单线螺纹：沿一根螺旋线形成的螺纹。多线螺纹：沿多根螺旋线形成的螺纹。5．螺距P：相邻两螺牙对应点间的轴向距离。6．导程S：沿同一条螺旋线转一周移动的轴向距离。S=n*P7．螺纹升角ψ：中径螺旋线的切线与螺纹横截面间的夹角。ψ=arctg(S/πd2)8．牙型角α：螺纹牙型两侧边的夹角。牙侧角β：螺纹牙型侧边与螺纹横截面的夹角。9．接触高度h：螺纹旋合后，内、外螺纹接触面的径向高度。注：①内螺纹参数用大写字母表示。如：D，D1，D2②管螺纹的公称直径为管子的内径。§５—２螺纹联接的类型和标准联接件：一．螺纹联接的基本类型：1．螺纹联接：1）普通螺栓联接：被联接件上的通孔与栓杆间有间隙。P.65.图5-2a.优：通孔加工要求低，装拆方便，应用很广。2）铰制孔螺栓联接：孔与栓杆间为基孔制过渡配合。P.65.图5-2b.优：被联接件的相对位置精确，能承受横向载荷。缺：孔的加工要求较高。2．双头螺柱联接：P.65.图5-3a图5-2b铰制孔螺栓联接图5-2a普通螺栓联接图5-3a双头螺柱联接图5-3b螺钉联接《机械设计》（第八版）濮良贵主编第五章螺纹联接和螺旋传动16适用：被联接件之一太厚、较软，且需经常装拆处。3．螺钉联接：P.65.图5-3b适用：被联接件之一太厚、较软，且不经常装拆处。4．紧定螺钉联接：用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件，达到固定两零件相对位置，可传递不大的力。P.66.图5-4.5．地脚螺栓联接：用于将机座固定在地基上。P.66.图5-5.二．标准螺纹联接件：1．联接件：有螺栓、双头螺栓、螺钉、螺母、垫片等。P.66.表5-2.2．联接件精度：按GB/T3103.1-1982分A、B、C三级。A级：精度最高，用于要求配合精确、防振等重要联接。B级：用于受载大，受变载，经常装拆处。C级：用于一般联接，常用的标准联接件为C级。§５—２螺纹联接的预紧：一．预紧：1．预紧：在装配时将螺纹联接拧紧。2．目的：增强联接的可靠性和紧密性。3．预紧力Fo：预紧时预加在联接上的作用力。推荐值为：碳素钢螺栓：Fo≤(0.6～0.7)σSA1合金钢螺栓：Fo≤(0.5～0.6)σSA1A1──螺栓危险截面面积，A1≈πd12/4.d1──一般为螺纹小径。σS──螺栓材料的屈服限。4．Fo的控制：常用测力矩扳手（P.69.图5-8）或定力矩扳手（P.69.图5-9）.通过控制拧紧力矩来控制Fo.《机械设计》（第八版）濮良贵主编第五章螺纹联接和螺旋传动17图5-10拧紧力矩dDdDoooFo二．拧紧力矩T：要用T来控制Fo，首先应定出T与Fo的关系如下：1．螺旋副中的摩擦力矩T1：2．螺母与支承面间的摩擦力矩T2：3．拧紧力矩T：对M10～M64的常用粗牙普通螺纹，式中诸量为：ψ，d2──螺纹的升角和中径。ψ=1°42′～3°2′，d2≈0.9ddo，Do──栓孔直径，螺母环面外径。do≈1.1d，Do≈1.5dφv──螺纹副当量摩擦角。(f≈0.1～0.2)fc──支承面摩擦系数。fc≈0.15于是，得：T=T1+T2≈0.2Fod（5-7）注：1）用T控制Fo，易于操作，但不准确。2）控制Fo的精确方法是测量螺栓的伸长量。3）Fo过大可导致：①螺杆拉断②螺纹滑牙。§５—４螺纹联接的防松1．螺纹联接的自锁与松脱：1）自锁：∵ψ=1°42′～3°2′＜φv=6.5°～10.5°∴一般普通螺纹联接都自锁。2）松脱：联接在冲击、振动及变载下会逐渐松脱。2．防松：防止螺旋副相对转动。)(tg2dFTV2o12o2o3o3ooc2dDdDFf31T]dDdDf32)(tgd[2FTTT2o2o3o3ocV2o21f155.1tg)2cos/f(tg11V《机械设计》（第八版）濮良贵主编第五章螺纹联接和螺旋传动183．常用防松方法：三种：1）摩擦防松：双螺母，弹簧垫圈，自锁螺母。P.71.表5-3.2）机械防松：开口锁，止动垫圈，串联钢丝。P.71.表5-3.3）铆冲防松：将栓端铆死，或在栓杆与螺母旋合缝处打冲。§５—5螺栓组联接的设计一．螺栓组联接的结构设计：任务：合理确定①接合面的几何形②螺栓的布置形式；目的：①螺栓及接合面受力均匀，加工、装配方便。②使螺栓组对称中心应与接合面形心重合1．接合面应为简几何图形。如：圆形，矩形，三角形等。2．螺栓的布置应使各螺栓受力合理。3．螺栓的排列应有合理的间距和边距。1）边距：应有足够的扳手空间──具体尺寸可查手册。2）间距：紧密性要求较高的联接，间距to的推荐值：P.73.表5-4.4．分布在同一圆周上的螺栓数应取偶数──以便于钻孔时分度和划线。5．避免螺栓受偏心载荷1）粗糙支承面应制凸台或锪沉孔、P.74.图5-132）倾斜支承面应加斜面垫圈、P.74.图5-14图5-13凸台与锪沉孔图5-14斜面垫片二．螺栓组的受力分析：任务：按联接的结构和受载，定出受力最大的螺栓及其所受的力。图5-20b沉头座图5-20a凸台图5-21斜面垫圈《机械设计》（第八版）濮良贵主编第五章螺纹联接和螺旋传动19假设：1）所有螺栓的材料，直径，长度及预紧力都相同。2）螺栓组对称中心与接合面形心重合。3）受载后接合面仍为平面。1．受横向载荷的螺栓组：横向载荷FΣ的作用线垂直螺栓轴线且通过螺栓组对称中心。1）铰制孔螺栓联接：各螺栓所受的横向工作剪力为：F=FΣ/z（5-8）z──螺栓数目2）普通螺栓联接：为避免相对滑动，必须使预紧后接合面间的最大摩擦力≥FΣ，即：f──接合面间的摩擦系数。P.76.表5-5.i──接合面数（上图i=2）。KS──防滑系数。KS=1.1～1.32．受转矩的螺栓组：1）普通螺栓联接：各螺栓的Fo产生的摩擦力fFo对形心O的矩之和应大于T，即：ΣfFori=fFo·Σri≥KST图5-17受转矩的螺栓组联接或：Fo≥KST/f·Σri（5-10）f──接合面的摩擦系数ri──第I个螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离z──螺栓数目Ks──防滑系数，Ks=1.1～1.32）铰制孔螺栓联接：刚性底板相对转动量，即螺栓的剪切变形量正比于到O点的距离。∴9)-(5FoizfFKFKizfFSSo或图5-22受横向载荷的螺栓组联接FFΣΣΣΣFFr图5-23受转矩的螺栓组联接FmaxiFrTimaxrOfFiO《机械设计》（第八版）濮良贵主编第五章螺纹联接和螺旋传动20Fmax/rmax=Fi/ri或Fi=Fmaxri/rmax（5-11）3．受轴向载荷的螺栓组：轴向载荷FΣ的作用线∥螺栓轴线并通过其对称中心→各螺栓均载，∴F=FΣ/Z（5-29）4．受倾覆力矩的螺栓组：图5-19受倾覆力矩的螺栓组联接a．倾覆力矩M作用于通过x-x轴且垂直接合面的平面中，图a）b.已受Fo，但未受倾覆力矩M作用，图b)螺栓：均匀受拉，拉力为Fo地基：均匀受压，压强σP底板：其上Fo的合力与σP的合力相等，底板所受的总作用力为零。c.已受M作用，底板绕O-O轴向右倾侧，图c)在O-O轴左侧：螺栓：拉力由Fo增大到F2地基：挤压应力由σP下降为σP1，右侧压紧σP↗σP2底板：螺栓的合力＞地基的合力，总合力为F，方向向下在O-O轴右侧：螺栓：拉力由Fo减小到F2m13)-(5F12)-(52maxmax2maxmax2maxmaxiiiiirrTTrrFrrFrFLa)xmaxLx图5-25受倾覆力矩的螺栓组联接OOOiMc)b)σOFp1Fσp2FMFmσp22mFFO《机械设计》（第八版）濮良贵主编第五章螺纹联接和螺旋传动21地基：挤压应力由σP增大到σP2底板：螺栓的合力＜地基的合力，总合力Fm方向向上设：底板为刚体，绕O-O倾转时仍为平面，则：Fmax/Lmax=Fi/Li或：Fi=FmaxLi/Lmax1）接合面压应力校核：以避免地基压碎或接合面出现缝隙，σPmax=σP+△σPmax≈zFO/A+M/W≤[σ]P（5-17）σPmin=σP-△σPmax≈ZFO/A–M/W＞0（5-18）A──接合面的有效面积和有效抗弯截面系数W──接合面的有效抗弯截面系数z──螺栓数[σ]P──拉合面材料的许用挤压应力。P.79.表5-6.总述：对实际中的复杂受力状态，可先简化成上述四种受力的组合；再求出各种受力下的螺栓的工作载荷；最后将各工作载荷向量加，求出受载最大的螺栓及其所受的力。§５—6螺纹联接的强度计算：主要破坏形式：螺栓的受载情况不同，其破坏形式也不同。1．受拉螺栓：1）破坏形式：栓杆螺纹部分被拉断。2）设计准则：保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。2．受剪螺栓：1）破坏：①栓杆或孔壁的压溃。②栓杆被剪断。2）准则：保证联接的挤压强度及螺栓的剪切强度。一．松螺栓联接强度计算：P.70.图5-12.1．松螺栓联接：装配时不拧紧的螺栓联接。（受工作载荷前，螺栓不受力）2．强度计算：设联接受载时，螺栓承受工作拉力F1）校核：][d4/F212imaxmax2imaxmaxiiLLMFMLLFLF《机械设计》（第八版）濮良贵主编第五章螺纹联接和螺旋传动222）设计：d1──螺栓危险截面直径(mm)[σ]──螺栓材料的许用拉应力(MPa)二．紧螺栓联接强度计算：紧螺栓联接：装配时拧紧的螺栓联接。1．仅受预紧力的紧螺栓联接：1）预紧力Fo产生的拉应力σ：2）螺纹摩擦力矩T1产生的剪应力τ：∵对M10～M64螺纹：d2/d1≈1.04～1.08，tgφv≈0.17，tgψ≈0.053）计算应力σca：按四强，预紧状态下的σca为：扭转的影响可用将σ增加30%来考虑。4）受横向载荷F作用：工作时，靠Fo在接合面间产生的摩擦力抵抗F，且Fo不受横向载荷F的影响。图5-22承受横向载荷的普通螺栓联接图5-23a)减载销图5-23b)减载套筒①强度条件：][/F4d110)-(5d41/F21o13)-(5d41/F3.13.1321o22ca14)-(5][d4F3.121oca图5-14b减载套筒图5-13普通螺栓联接FFoFo图5-14a减载销F11）-(55.04)(2161)(22112312dFtgdddtgdFoVVo《机械设计》（第八版）濮良贵主编第五章螺纹联接和螺旋传动23②Fo的要求：Fo≥F/ff──接合面摩擦系数，若f=0.2，则Fo≥5F很大。③减载零件：可在接合面上加销、套筒或键。P.81.图5-23.此时，F由减载件承受，螺栓仅需保证联接