第5章螺纹连接和螺旋传动

第二篇连接第二篇连接连接机械动连接运动副机械静连接可拆卸连接不可拆卸连接螺纹连接键、花键、销连接无键连接铆接焊接胶接过盈连接连接的基本类型工作原理形锁合、和摩擦锁合、材料锁合第五章螺纹连接和螺旋传动第六章键、花键、无键和销连接第七章铆接、焊接、胶接和过盈连接第5章螺纹连接和螺旋传动§5－1螺纹§5－2螺纹连接的类型及标准连接件§5－3螺纹连接的预紧§5－5螺纹连接的强度计算§5－7螺栓的材料和许用应力§5－8提高螺栓连接强度的措施§5－9螺旋传动§5－4螺纹连接的防松§5－6螺栓组连接的设计健身增肌二次发育WeiXinTaoBao潘存云教授研制一、螺纹的形成§5－1螺纹d2螺旋线——一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹——一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹详见P62表5-1螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹一般:n≤4PSS=2PPSPS=Pn线螺纹:S=nP单线螺纹多线螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹螺纹副外螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹连接螺纹传动螺纹螺旋传动连接螺纹传动螺纹潘存云教授研制按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹连接螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制圆柱螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制管螺纹(连接管道，分直管和锥管，公称直径为管道直径)ψ(3)中径d2也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。βd1d2d(1)大径d与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。代表螺纹规格，作为公称直径。(2)小径d1与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(4)螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)导程S(6)螺纹升角ψ中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角(7)牙型角α轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。tanψ=πd2nP牙侧角βαβψπd2SS=nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P二、螺纹的主要几何参数SPP/2P/2(8)接触高度h内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。h牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。60˚螺纹的精度等级:A级B级C级公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接用于一般连接，最常用粗牙螺纹应用最广。细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点：不耐磨，易滑扣。应用：薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。Pd粗牙dP细牙dP细牙梯形螺纹：梯形锯齿形30º3º30º为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角β比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。锯齿形螺纹:常用于传动。β=15ºβ=3º粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。螺纹的基本尺寸：直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸mm30.52.6752.459公称直径（大径）粗牙细牙Dd螺距P中径D2d2小径D2d2螺距P40.73.5453.24250.83.5454.1340.350.5615.3504.91881.257.1886.647101.59.0268.3761.25,10.75121.7510.86310.1061.5,1.250.5(14)212.70111.8351.5,116214.70113.835(18)2.516.37615.294202.518.37617.294(20)2.520.37619.29424322.05220.752(27)325.05223.752303.527.72726.2112,1.5,1注：括号内的公称直径为第二系列H=0.866Pd2=d-0.6495Pd1=d-1.0825PD1、d1——内、外螺纹小径D2、d2——内、外螺纹中径D、d——内、外螺纹大径P——螺距标记示例：M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3)M24×1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5)PP/8P/8P/8H/4DdD2d2D1d1P/2P/430˚60˚90˚细牙普通螺纹基本尺寸mm螺距P中径D2、d2小径D1、d10.35d-1+0.773d-1+0.6210.5d-1+0.675d-1+0.4590.75d-1+0.513d-1+0.1881d-1+0.35d-2+0.9181.25d-1+0.188d-2+0.6471.5d-1+0.026d-2+0.3762d-2+0.701d-3+0.8353d-2+0.052d-4+0.752梯形螺纹基本尺寸mm标记示例：Tr48×8(梯形螺纹，直径48，螺距8)Ph3=H4ac第1系列第2系列D2d2D1螺距螺纹牙高牙顶间隙公称直径d中径内螺纹小径126.50.590、10085、95d-6d-12105.50.540、70、8038、42、65d-5d-1086.50.548、5246、50d-4d-842.250.2516、2018d-2d-452.750.2524、2822、26d-2.5d-562.250.532、3630、34d-3d-6内螺纹外螺纹dPR1R2D1D4H1D2d2d3acac30˚H4R2潘存云教授研制潘存云教授研制dd2d1P用螺纹密封的管螺纹普通细牙螺纹管螺纹非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁α=55˚）用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁α=55˚）60˚圆锥管螺纹(米制)公称直径——管子的公称通径。强调与普通螺纹不同55˚55˚非螺纹密封的管螺纹dd2d1Pφ2φ§5－2螺纹连接的类型及标准连接件一、螺纹连接的基本类型螺栓连接基本类型eaal1l1可承受横向载荷。螺纹余留长度l1铰制孔用螺栓静载荷l1=(0.3~0.5)d;变载荷l1=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷l1≥d;铰制孔用螺栓l1≈d;螺纹伸出长度a=(0.2~0.3)d;螺栓轴线到被连接件边缘的距离e=d+(3~6)mm用于经常拆装易磨损之处。潘存云教授研制潘存云教授研制dd孔与螺杆之间留有间隙潘存云教授研制一、螺纹连接的基本类型螺栓连接基本类型螺钉连接座端拧入深度H，当螺孔材料为：aee双头螺柱连接连接件厚，允许拆装。钢或青铜H=d;铸铁H=(1.25~1.5)d铝合金H=(1.5~2.5)d螺纹孔深度H1=H+(2~2.5)P;钻孔深度H2=H1+(0.5~1)d;参数l1、e、a与螺栓相同l1l1HHH1H1H2H2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。§5－2螺纹连接的类型及标准连接件d潘存云教授研制一、螺纹连接的基本类型螺栓连接基本类型螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接紧定螺钉§5－2螺纹连接的类型及标准连接件二、螺纹紧固件螺栓螺纹紧固件螺栓的结构形式LL0d标准六角头LdL0小六角头适用于空间尺寸受限的场合，但支撑面较少，经常装卸，螺栓头易磨圆。dL0L1LL1——座端长度L0——螺母端长度二、螺纹紧固件螺纹紧固件双头螺柱螺栓A型B型刚度大刚度小，应力集中小，疲劳强度好。二、螺纹紧固件螺纹紧固件末端结构头部结构螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓潘存云教授研制二、螺纹紧固件螺纹紧固件潘存云教授研制地脚螺栓起吊螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹连接T型螺栓二、螺纹紧固件螺纹紧固件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有６０余种不同结构的螺母螺母螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹连接六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圆螺母潘存云教授研制其它螺母：潘存云教授研制其它螺母：垫圈平垫圈薄平垫圈A型平垫圈B型平垫圈螺母螺钉、紧定螺钉双头螺柱二、螺纹紧固件螺栓螺纹紧固件斜垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。专用螺纹连接§5－3螺纹连接的预紧预紧力：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。一、概述一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。碳素钢螺栓：F0≤(0.6~0.7)σsA1合金钢螺栓：F0≤(0.5~0.6)σsA1A1——危险截面积，A1≈πd21/4'0212c0f()2FdTTTtgfFr'0212tan()2FdTTT二、拧紧力矩21TTTT1——克服螺纹副相对转动的阻力矩；T2——克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设预紧力为F0或预紧力（不受轴向载荷）fc——摩擦因子。无润滑时取fc=0.15rf——支撑面摩擦半径。rf=(dw+d0)/4;dw为螺母支撑面直径。简化公式适用于M10~M60的粗牙螺纹，f’=0.1－0.2,fc=0.15,T≈0.2F0dF0是由连接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧可靠，应取：总力矩注意：对于重要的连接，应尽可能采用大于M12的螺栓。F0d0dT测力矩扳手预紧力控制方法:F定力矩扳手通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。(1)凭手感经验(2)测力矩扳手(3)定力矩扳手(4)测定伸长量潘存云教授研制LSLMLSLM=Ls+F0/Cb定力矩扳手自锁螺母连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。防松的方法1.利用附加摩擦力防松弹簧垫圈对顶螺母§5－4螺纹连接的防松防松——防止螺旋副相对转动。开口销与六角开槽螺母串联钢丝2.机械防松圆螺母用止动垫圈潘存云教授研制止动垫圈潘存云教授研制潘存云教授研制冲点防松法3.破坏螺旋副防松深1~1.5P用冲头冲2至3点粘合法防松涂粘合剂§5-5螺栓组连接的设计选定螺栓的数目及布置形式确定螺栓连接的结构尺寸参考现有设备用类比法确定不进行强度校核分析各螺栓受力情况找出受力最大的螺栓按单个螺栓的强度计算方法对其进行强度计算不重要连接重要连接螺栓组连接设计方法一、螺栓组连接的结构设计1）目的：合理地确定连接结合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和结合面间受力均匀，便于加工和装配2）设计时应综合考虑的问题：(1)连接接合面的几何形状常设计成轴对称的简