各种连接形式汇总

第九章螺纹联结和螺旋传动任何机械均由若干零件按一定方式相互联接而成。如果相连接的零件其相对位置在工作时按一定的规律进行变化，此种联接称动联接。如果相联接的零件在工作时其相对位置固定不变，此种联接称静联接。根据是否可拆卸，联接还可分为可拆联接和不可拆联接。现将联接分类如下：§9—1机械制造中的常用螺纹一、螺纹的形成1、螺纹的形成将一直角三角形abc绕在直径为d2的圆柱表面上，使三角形底边ab与圆柱体的底边重合，则三角形的斜边amc在圆柱体表面形成一条螺旋线am1c1。三角形abc的斜边与底边的夹角ψ，称为螺纹升角。若取一平面图形，使其平面始终通过圆柱体的轴线并沿着螺旋线运动，则这平面图形在空间形成一个螺旋形体，称为螺纹。2、螺纹的类型(1)按螺纹在轴向剖面内的形状，分为矩形螺纹、三角形螺纹、梯形螺纹及锯齿形螺纹。(2)按螺纹旋线绕行的方向，分为右旋螺纹和左旋螺纹。只有在特殊需要时，才采用左螺纹。比如煤汔罐等危险设备中使用的螺纹。(3)按螺纹的线数，分为单线螺纹和多线螺纹。◇沿一条螺旋线所形成的螺纹为单线螺纹。单线螺纹多用于联接。◇沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹为多线螺纹。多线螺纹多用于传动。◇多线螺纹由于加工制造的原因，线数一般不超过4条。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（危险剖面直径）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)二、螺纹的主要参数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（S）——同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面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：S=nP7）螺旋升角λ——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/SdnParctgdarctg按牙型:三角形螺纹、管螺纹——联接螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹——传动螺纹三.几种常用螺纹的特点和应用§9—2螺旋副的受力分析，效率和自锁一、矩形螺纹（牙型角α=00）受力分析螺纹副中，螺母所受到的轴向载荷Q是沿螺纹各圈分布的，为便于分析，用集中载荷Q代替，并设Q作用于中径d2圆周的一点上。这样，当螺母相对于螺杆等速旋转时，可看作为一滑块(螺母)沿着以螺纹中径d2展开，斜度为螺纹升角ψ的斜面上等速滑动匀速拧紧螺母时，相当于以水平力推力F推动滑块沿斜面等速向上滑动（图教材9-8a）。设法向反力为N，则摩擦力为fN，f为摩擦系数，ρ为摩擦角，ρ=arctanf。由于滑块沿斜面上升时，摩擦力向下，故总反力R与Q的的夹角为ψ+ρ。由力的平衡条件可知，R、F和Q三力组成力封闭三角形，由图可得：Q使滑块等速运动所需要的水平力等速上升：Ft=FQtan(ψ+ρ)等速上升所需力矩：T=Ftd2/2=FQtan(ψ+ρ)d2/2等速下降：Ft=FQtan(ψ—ρ)等速下降所需力矩：T'=Ftd2/2=FQtan(ψ—ρ)d2/22.螺纹的自锁螺母等速松退时的受力分析：观察教材图9—10，此时相当于滑块沿斜面等速下滑，由力的封闭三角形，得：若ψ≤ρ，则Ft≤0，这时必须加一反向作用力Ft才会使滑块下滑，若不加外力，则不论FQ有多大，滑块也不会下滑，这种现象叫自锁。自锁条件：ψ≤ρ3.螺旋副的效率螺旋副效率为有效功W2与输入功W1之比。螺母在力矩T作用下转动一周时，输入功W1=2лT，此时升举重物所作的有效功W2=QS；故螺旋副的效率为：tantan22tantan22212dFdFTSFWWQQQ二、非矩形螺纹螺纹的牙型角α≠0时的螺纹为非矩形螺纹，如教材图9—11所示。非矩形螺纹的螺杆和螺母相对转动时，可看成楔形滑块沿楔形斜面移动；平面时法向反力FN=FQ;平面时摩擦力Ff=fFN=fFQ;楔形面时法向反力F'N=FQ/cosβ；楔形面摩擦力F'f=fF'N=fFQ/cosβ;令f'=f/cosβ称当量摩擦系数。F'f=f'Q；与当量摩擦系数对应的摩擦角称为当量摩擦角，用ρV表示。拧紧螺母时所需的水平推力及转矩：由于矩形螺纹与非矩形螺纹的运动关系相同，将ρV代替ρ后可得：使滑块等速运动所需要的水平力等速上升：Ft=FQtan(ψ+ρV)等速上升所需力矩：T=Ftd2/2=FQtan(ψ+ρV)d2/2等速下降：Ft=FQtan(ψ-ρV)等速下降所需力矩：T=Ftd2/2=FQtan(ψ-ρV)d2/2自锁条件：ψ≤ρV效率为：由于三角形螺纹的β=α/2=300；梯形螺纹β=α/2=150；锯齿形螺纹β=30；矩形螺纹β=00，所以各种螺纹的当量摩擦系数之间有如下关系：fv三角＞fv梯形＞fv锯齿＞fv矩形可见，三角形螺纹的fv大，自锁性能好，且牙根强度高，故常用于联结。梯形、锯齿形及矩形螺纹，多用于传动。Vtantan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)铰制孔用螺栓联接——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dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)§9—3螺纹联结的基本类型及其预紧和防松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(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1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。(a)(b)(a)(b)(a)(b)(a)(b)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——螺纹部分直径较小螺母rdadsk'lskllgd15°~30°辗制末端esrdadsk'lskllgd15°~30°辗制末端esbmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型bmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型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nbXdktldRnbXdktldRltnd90°Rltnd90°R6）螺母六角螺母：标准，扁，厚5）自攻螺钉——由螺钉攻出螺纹emsd~30°15°emsd~30°15°emsd~30°15°emsd~30°15°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DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈7）垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈螺纹联接件精度：A:精度最高，用于要求配合精度高，防止振动的重要联接B:用于受载较大且经常装拆调整或承受变载荷的联接C:一般联接，最常用。三、螺纹联接的预紧和防松1、预紧预紧目的——增加联接的可靠性与紧密性，防止受载后被联接件间出现缝隙与相对滑移。保持正常工作。预紧力F0——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，螺栓已预先受力，预紧力F0预紧过紧——拧紧力F0过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度过松——拧紧力F0过小，工作不可靠预紧力限制扳手拧紧力矩：T∑=T+TfT∑——拧紧力矩T1——螺纹摩擦阻力矩Tf——螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩对于M10---68粗牙普通螺纹：T≈0.2F0*d详细推导预紧力FQ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重要联结若不能严格控制预紧力，而只靠安装经验来拧紧螺栓时，为避免螺栓拉断，通常不宜采用小于M12的螺栓，一般采用M12-M24的螺栓(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)、防松办法及措施上螺母螺栓下螺母上螺母螺栓下螺母1）摩擦防松双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等2、螺纹防松弹簧垫圈自锁螺母——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3）永久防松：端铆、冲点、点焊4）化学防松——粘合(a)正确(b)不正确(a)正确(b)不正确开槽螺母与开口销圆螺母与止动垫圈串联钢丝(a)正确(b)不正确§9—4螺栓联结的强度计算螺栓联接的主要失效形式：受拉螺栓的螺栓杆螺纹部分断裂受剪螺栓的螺栓杆与孔壁贴合面的压溃或螺栓杆被剪断因经常拆卸使螺纹牙间相互磨损而发生滑扣。由于螺纹各部尺寸基本上是根据等强度原则确定的。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，再根据d1查标准选定螺纹大径(公称直径)d及螺距P。一.松螺栓联接(受拉螺栓)：1、特点：在承受工作载荷前，螺栓不受力，在工作时则只承受轴向工作载荷F作用。此联接可能发生的失效形式为螺栓杆的抗断。2、强度条件：F-轴向工作载荷（N）；d1-螺栓小径（mm）；[σ]-松螺栓联接时的许用拉应力（Mpa），求出d1后，应按螺纹标准选取螺纹公称直径d．][421dF][41Fd二、受横向外载荷的紧螺栓联接1.采用普通螺栓如工作时联接受到与螺栓轴线相垂直的外载荷FR的作用。被联接件在预紧力的作用下相互压紧，依靠结合面产生的摩擦力来抗衡外载荷，从而避免产生相对移动。显然，无论工作前还是工作后，螺栓本身仅受装配时由于拧紧螺母而产生的预紧力和螺纹副阻力矩的作用。预紧力使螺栓危险截面上产生拉应力:F0f*z*m≥KFRF0≥KFR/f*z*mz——联接螺栓的数目；m——结合面数目；f——结合面