第十章+联接课件.ppt

1、第十章 螺纹连接与螺旋传动引言 由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼此联接。机械零件之间的联接分为：被联接件之间相互完全固定。被联接件之间能产生一定的相对运动。例如：运动副。静联接：动联接：本课程介绍的联接主要是静联接。联接的类型：螺纹联接键联接、花键联接、销联接弹性环联接等铆接焊接粘接联接可拆联接不可拆联接过盈联接（介于两者之间）10.1 螺 纹n10.1.1 10.1.1 螺纹的分类螺纹的分类一、螺纹的形成、旋向及线数n按螺旋线的旋向：按螺旋线的旋向：左旋螺纹,右旋螺纹；n按螺旋线的数目：按螺旋线的数目：单线螺纹、多线螺纹。螺纹的旋向与线数 二、螺纹的分类1

2、1、按螺纹的牙齿形状：、按螺纹的牙齿形状：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和管螺纹。2 2、按用途分、按用途分连接螺纹 传动螺纹3 3、按母体形状分、按母体形状分圆柱螺纹 圆锥螺纹d-d-螺纹大径螺纹大径d d1 1-螺纹小径螺纹小径d d2 2-螺纹中径螺纹中径n-n-线数线数p-p-螺距螺距s-s-导程导程-螺纹升角螺纹升角，-牙型角，牙侧角牙型角，牙侧角h-h-螺纹接触高度螺纹接触高度 10.1.2 螺纹的主要几何参数)arctan()arctan(22dnpds10.1.3 螺纹副的受力分析、效率和自锁 螺纹副的受力螺纹副的受力 拧紧时：tantvFF21tan2vdTF松脱

3、时：tantvFF21tan2vdTFtantanv 螺纹副的效率螺纹副的效率 拧紧时：松脱时：tan()tanv自锁条件：自锁条件：varctan(/cos)vf其中：其中：螺纹副效率与升角的关系10.1.4 常用螺纹的特点和应用特点：特点：螺纹的牙型角 =2=2=60=60,螺纹牙根部的强度较高，当量摩擦角 大，自锁性能好，用于联接用于联接。按螺距的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹。1、三角形螺纹(代号：M GB192-81)细牙螺纹与粗牙螺纹的比较粗牙：粗牙：常用连接牙形。细牙：细牙：用于薄壁零件的连接、受动载荷零件的连接及微调装置的调节螺纹。优点：升角小，小径大，自锁性能更好，强度高。缺点：

4、牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。细牙细牙细牙细牙粗牙粗牙 特点：特点：牙形角=0，其传动效率高，多用于传动。但对中性差，牙根强度低，螺纹牙磨损后间隙难以补偿。使传动精度降低，故已被梯形螺纹所代替。2、矩形螺纹3、梯形螺纹(代号：Tr GB 192-81)特点：=2=30。比矩形螺纹效率略低，但工艺性好牙根强度高、对中性好。在螺旋传动中有广泛应用。4、锯齿形螺纹(代号：S JB 923-66)特点：特点：工作边牙侧角=3，非工作边牙侧角=30它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。(5)圆柱管螺纹 特点：用于管件连接的，三角螺纹,=55，拧紧后 无

5、径向间隙，密封好（6）圆锥螺纹特点：三角螺纹,密封好，拧紧后无间隙，用于高温高压密封管路连接。=55，1：16锥管 普通螺栓连接普通螺栓连接 铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接 螺栓和孔壁有间隙孔螺栓和孔壁有间隙孔的加工精度低。的加工精度低。铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接螺杆与孔用过渡配合，螺杆与孔用过渡配合，承受轴向载荷孔需精承受轴向载荷孔需精制。制。可起定位作用。可起定位作用。1、螺栓连接螺栓连接 10.2 螺纹联接的基本类型和标准螺纹联接件特点：特点：被连接件不宜做被连接件不宜做成通孔。成通孔。不宜经常拆卸。不宜经常拆卸。拧入深度：拧入深度：铜或青铜：铜或青铜：H=d铸铸

6、 铁：铁：H=1.251.5d铝铝 合合 金：金：H=1.52.5d2、螺钉连接螺钉连接拧入深度拧入深度钻孔深度特点：特点：被连接件不宜被连接件不宜做成通孔又需要经常做成通孔又需要经常拆卸或用螺钉无法安拆卸或用螺钉无法安装。装。拧入深度：拧入深度：铜或青铜：铜或青铜：H=d铸铸 铁：铁：H=1.251.5d铝铝 合合 金：金：H=1.52.5d3、双头螺柱连接、双头螺柱连接 4、紧定螺钉连接、紧定螺钉连接旋入被连接件的螺旋入被连接件的螺纹孔中，顶住另一纹孔中，顶住另一被连接件的表面或被连接件的表面或凹坑。凹坑。固定两个零件或传固定两个零件或传递不大的力矩。递不大的力矩。5、其它特殊结构的螺纹连

7、接地脚螺栓吊环螺钉T型槽螺栓二二、标准螺纹连接件、标准螺纹连接件各种螺栓各种螺栓双头螺柱双头螺柱各种螺钉各种螺钉各种螺钉各种螺钉紧定螺钉的紧定螺钉的头部和末端头部和末端各种螺母与垫片各种螺母与垫片10.3 螺纹连接的预紧和防松10.3.1 10.3.1 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧 预紧可使联接在承受工作载荷之前就受到预紧力F的作用，以防止联接受载后被联接件之间出现间隙或横向滑移。预紧也可以防松。预紧力过大预紧力过大会使整个联接的结构尺寸增 大；也会使联接螺栓在装配时因过载而断裂。预紧力不足预紧力不足则又可能导致联接失效。重要的螺栓联接应控制预紧力 预紧的目的装配时控制预紧力的方法装配时控制预

8、紧力的方法测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手 拧紧螺母时的力矩和预紧力n拧紧螺母时，要克服螺纹副的摩擦力矩T1和螺母与支持面间的摩擦力矩T2，因此拧紧力矩 T=T1+T2n式中f为螺母与被联接件支承表面间的摩擦系数。2)tan(21dFT20213031231dDdDFfTdFKdFdDdDdfddTt32)tan(2120213031233102221012tan()23tDddfKdd Dd 拧紧力矩系数；对于M10-M68粗牙三角螺纹有：T0.2Fd 10.3.2 螺纹联接的防松1 1、摩擦防松、摩擦防松1)双螺母防松2)弹簧垫圈防松 3)锁紧螺母防松尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母2

9、、机械防松 1)1)开口销与六角开槽螺母防松开口销与六角开槽螺母防松 2)止动垫圈防松圆螺母用带翅垫片圆螺母用带翅垫片3）圆螺母翅型垫片防松4)串联钢丝防松3、破坏螺纹副关系防松10.4 螺栓连接的强度计算普通螺栓设计准则：保证螺栓的拉伸强度普通螺栓设计准则：保证螺栓的拉伸强度铰制孔螺栓设计准则：保证螺栓的拉伸强度、铰制孔螺栓设计准则：保证螺栓的拉伸强度、剪切强度和挤压强度剪切强度和挤压强度螺栓连接的强度计算，对于螺钉等其他螺纹螺栓连接的强度计算，对于螺钉等其他螺纹连接方式也同样适用连接方式也同样适用计算内容 根据强度条件确定螺栓直径，选取合理的参数失效形式：受拉螺栓，螺杆的疲劳断裂、塑性变形

10、，位置 受剪螺栓，螺杆被剪断，螺杆和孔壁的贴合面被压溃单个螺栓连接的强度计算65%20%15%10.4.1 10.4.1 普通螺栓连接的强度计算普通螺栓连接的强度计算 1、松螺栓连接MPa 或mm 214dF Fd41式中：式中：d1螺纹小径 mm F螺纹承受的轴向工作载荷 N 螺纹材料的许用应力 MPa松螺栓连接的设计计算2、紧螺栓连接 a.普通螺栓联接1)1)只受预紧力只受预紧力 作用的紧螺栓连接作用的紧螺栓连接FRKmFzfszfmRkFs/式中：式中：f 接合面摩擦系数 m 接合面数 z 螺栓数目 ks 可靠性系数靠摩擦力传递横向载荷的紧螺栓连接00/22/zfDTkFTkDFzfss

11、 靠摩擦力传递转矩的紧螺栓连接 213.143.1dFe螺栓的危险截面处于拉伸和扭转的复合应力状态，而螺栓通常是塑性的，因此按第四强度理论，螺栓联接的强度条件为：322e 对于M10M68的普通螺纹钢制螺栓，可取5.0/3.141Fd或或式中：式中：预紧力 N d1 螺纹小径 mm 螺纹材料的许用应力 MPa F上式说明紧螺栓连接可按纯拉伸强度计算，但需将拉伸应力增大30%，以考虑扭剪应力的影响。2）受预紧力 及受轴向工作设:缸内总压力为Q，螺栓数为z，则每个螺栓所受的工作载荷为：zQF F载荷F 作用的紧螺栓联接在受轴向工作载荷的螺栓联接中，螺栓实际承受的总拉伸载荷FFF0n图a）联接还没有

12、拧紧时的情况图b)联接拧紧后螺栓受到预紧力 而伸长了 ，被联接件受到预紧力 而缩短了n图c)在联接承受轴向载荷F时，螺栓的伸长量增了 被连接件的变形量减少了FbFmbbm m根据变形协调条件：根据变形协调条件：bFFFFFF 00设：螺栓的刚度为Cb,被联接件的刚度为Cm。因为所以FFFCFCFmbmmbb/()bbbmFF CCC0/()bbmFFF CCC 式中 称为相对刚度系数，它与螺栓和被联接件的材料、结构、尺寸以及工作载荷作用位置、垫片等因素有关。)/(mbbCCC 相对刚度系数查表得到。为保证被联接件的接合面不出现缝隙，的值查p181。0F F螺栓的相对刚度螺栓的相对刚度剩余预紧力

13、剩余预紧力FF2.0 强度条件式：强度条件式：或：或：/3.14210dFe/3.1401Fd 式中：式中：F0螺栓的总拉力 N d1螺栓的小径 mm 螺栓材料的许用应力 MPa10.4.2 铰制孔螺栓联接的强度计算强度条件：强度条件：/4min2psspsshdFdF式中：式中：Fs单个螺栓所受的横向载荷 N ds螺栓剪切面直径 mm hmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度 mm 螺栓材料的许用剪切应力 MPa p螺栓和孔壁材料中弱者的许用挤压应力 MPa10.4.3 10.4.3 螺栓连接件的材料和许用应力螺栓连接件的材料和许用应力 1 1、螺纹连接件的材料、螺纹连接件的材料 常用材料：低碳

14、钢，中碳钢，如：Q215、Q235、10、35和45号钢 重要和特殊用途的螺纹联接件可采用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi。2 2、螺纹连接件的许用应力可由螺纹连接件的许用应力可由p182p182表中查得。表中查得。一、一、改善螺纹牙间的载荷分布改善螺纹牙间的载荷分布10.4.4 10.4.4 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施 均载螺母实例二、降低螺栓所受的总拉力F0n当和一定时，越小，则螺栓所受到当和一定时，越小，则螺栓所受到的总拉力就越小。的总拉力就越小。FF/()bbmCCC0F减小螺栓刚度的结构减小螺栓刚度的结构 用用O O形密封圈密封形密封圈密封降低螺栓刚度

15、有利于减少螺栓所受的总拉力降低螺栓刚度有利于减少螺栓所受的总拉力三、避免或减小附加应力三、避免或减小附加应力 四、减少应力集中10.5 10.5 螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计10.5.1 10.5.1 连接接合面的设计连接接合面的设计 1 1、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理 （1）对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和连接接合面的形心重合。（2）对于铰制孔螺栓连接的受剪螺栓，在平行于工作载荷方向上成排布置的螺栓数目不应超过 8 个，以免载荷分布不均。10.5.2 螺栓的数目及布置（3）对于受弯矩或转矩的螺栓连接，应使螺栓尽量布置在靠近连接接合面的边缘上，

16、以减少螺栓的受力。2、螺栓的布置应有合理的间距和边距，以保证连接的紧密性和装配时扳手所需活动空间。3、螺栓的数目及布置应便于螺栓孔的加工 分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4,6,8等偶数，以便于在圆周上钻孔时的分度和划线。10.5.3 10.5.3 采用减载装置，减少螺栓的受力采用减载装置，减少螺栓的受力10.6 螺 旋 传 动n10.6.1 10.6.1 概概 述述n螺旋传动的特点：螺旋传动的特点：螺旋传动主要是变回转运动为直线运动。分 类按其用途可分为三类 (1)(1)传力螺旋：传力螺旋：以传递动力为主。如千斤顶、起重器、压力机等。螺旋千斤顶 以传递运动为主，要求有较高的运动精度。(2)

17、、传导螺旋(3)(3)调整螺旋调整螺旋用于调整固定零件间的相对位置。这种螺旋不经常转动，一般在空载下调整。按螺纹副中摩擦性质的不同分类特点：特点：摩擦阻力大、传动效率低、磨损快、运动精度低。但结构简单、制造方便、易于自锁，应用广。（1）滑动螺旋（2）滚动螺旋 特点：特点：摩擦阻力小、传动效率高、传动平稳、运动精度高，使用寿命长，但结构复杂、制造困难、成本较高。滚珠螺旋传动滚珠螺旋传动 特点：特点：传动效率最高、工作平稳、使用寿命长，但结构复杂，制造精度要求高，需附加一套供油系统。用于高精度、高效率的重要传动。（3）静压螺旋 滑动螺旋传动的结构和材料1、滑动螺旋传动的结构 螺杆：螺杆：当螺杆短而

18、粗且垂直分布时（如：起重的传力螺旋），可以利用螺母本身作为支撑。而当螺杆细而长且水平布置时（如：机床的丝杠），应在螺杆的两端或中间附加支撑。螺母（整体式、剖分式、组合式）剖分式螺母剖分式螺母组合式螺母组合式螺母n 滑动螺旋传动多采用梯形或锯齿形螺 纹，且常用右旋螺纹。n 传力和调整螺纹要求自锁时，应采用 单线螺纹。n 传导螺旋可采用多线螺纹。螺纹牙形与线数的选择n 螺杆和螺母的材料除要求有足够的强度、耐磨性，螺杆和螺母的材料除要求有足够的强度、耐磨性，还要求两者配合时摩擦系数小。还要求两者配合时摩擦系数小。n 1、一般螺杆可选用Q275、45、50号钢;(需经热处理以达到高硬度的重要螺杆，则常

19、用合金钢，如 T12、40Cr、65Mn钢等)n 2、常用螺母材料有铸造锡青铜ZCuSn10Pb1和 ZCuSn5Pb5Zn5 (重载低速时可选用铸造铝青铜ZCuSn10Pb1和ZCuSn5Pb5Zn5)n 低速轻载，特别是不经常运转时，可选用耐磨铸铁低速轻载，特别是不经常运转时，可选用耐磨铸铁.2、螺杆和螺母的材料螺旋传动的主要失效形式：螺旋传动的主要失效形式：螺纹牙磨损、螺纹牙塑性变形和断裂、螺杆的塑性变形和断裂、螺杆失稳等。主要设计：主要设计：螺杆的直径和螺母的高度10.6.3 滑动螺旋传动的设计计算螺旋传动的设计准则n1、先根据耐磨性条件确定螺杆的直径和螺母的高度，再校核其它条件；n2

20、、对传力较大的传力螺旋，应按螺杆和螺纹牙的强度设计，按耐磨性校核螺母的高度；n3、对有自锁要求的，应校核其自锁条件；n4、对长径比比较大的受压螺杆，校核其稳定性。ssphHdQphzdQp22n 耐磨性计算主要是限制螺 纹接触处的压强psn 设轴向载荷Q均匀分布在螺母的z圈螺纹上，则耐磨条件式：一、耐磨性计算2dH对于梯形螺纹，h=0.5p,则：对于锯齿形螺纹，h=0.75p,则：设：代入上式得：sphQpd2spQd8.02spQd65.02值由p185查表获得。按d2和 查国标，选取相应的d和p。210dp二、螺杆的强度较核 螺杆受轴向力Q和摩擦 力矩T1的联合作用，在危险截面，按第四强度

21、理论得强度条件为：22221231134316eTQdd三、螺纹牙强度的校核防止沿螺母螺纹牙根部剪断和弯断的校核式为：2/6bdzQlbzdQb 四、自锁条件校核 其中：螺纹升角其中：螺纹升角 当量摩擦角：当量摩擦角：v22arctan(/)arctan(/)sdnpdarctanarctancosvVff 螺杆的临界压力Qc的值与螺杆的柔度有关il五、螺杆的稳定性校核 式中：式中：Q 螺杆受到的最大轴向力；Qc 螺杆的临界压力。稳定性条件：稳定性条件：/2.5 4cQQ -螺杆长度系数螺杆长度系数 ,与螺杆端部结构有关与螺杆端部结构有关一端固定、一端自由(如起重器)，取=2 一端固定、一端铰

22、支(如压力机)，取=0.7 两端铰支(如传导螺杆),取=1 i-螺杆危险截面的惯性半径，若 则：221,4mmdAmmdAIi,41(1)当 100 时：式中式中:E-螺杆材料的弹性模量；I-螺杆危险截面的轴惯性矩：-螺杆的最大工作长度,mm22)/(lEIQc441,64mmdIl(2)(2)、当、当100 100 时：时：对于B380MPa的碳素钢取：对于B480MPa的优质碳素钢(如35，40钢)取：(3)(3)、对于、对于 4040的螺杆，不用稳定性校核。的螺杆，不用稳定性校核。412.130421dQc457.246121dQc习题1利用普通螺栓连接方式将钢板利用普通螺栓连接方式将钢

23、板1和钢板和钢板2连接起来，并连接起来，并注意防松。注意防松。12122 2 有一普通螺纹联接有一普通螺纹联接,需控制预紧力需控制预紧力,每个螺栓所受轴向工每个螺栓所受轴向工作载荷为作载荷为3.8KN,螺栓材料为螺栓材料为45钢钢,其许用应力为其许用应力为,采用采用M16的螺栓的螺栓,螺栓小径螺栓小径d d1 1=13.835mm=13.835mm,F=1.6F,试校核此螺试校核此螺栓连接的强度栓连接的强度解：螺栓所受的总拉力解：螺栓所受的总拉力NFFFFFF988038006.26.26.10 MpaMPadFe12044.853.142103 3 用用M12的螺栓连接两块钢板，其厚度的螺栓

24、连接两块钢板，其厚度分别为分别为20mm和和60mm，在厚度为，在厚度为20mm的板上钻的孔，试设计此螺钉连接。的板上钻的孔，试设计此螺钉连接。解解:作用在气缸盖上的总压力为作用在气缸盖上的总压力为:NDpApQ93.3141542001422每个螺栓的轴向工作载荷为:NQF99.3926893.314158NFFFFFF57.1099599.39268.28.28.10 MpaMPadF12044.853.14210mmFd31.123.1401NFCCCFFmbb4.981799.39263.057.1099505 5 螺纹连接螺纹连接为什么为什么要防松？有哪几类防松方法？要防松？有哪几类

25、防松方法？答：（螺纹联接都具有自锁性，在静载荷和工作温度变答：（螺纹联接都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时不会自动松脱。）但在冲击、振动和变载荷化不大时不会自动松脱。）但在冲击、振动和变载荷的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，联接仍有可的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，联接仍有可能松脱。高温的螺纹联接，由于温度变形差异等原因，能松脱。高温的螺纹联接，由于温度变形差异等原因，也有可能发生松脱现象。因此必须考虑防松。也有可能发生松脱现象。因此必须考虑防松。防松的方法有：摩擦防松（如双螺母、弹簧垫圈、锁防松的方法有：摩擦防松（如双螺母、弹簧垫圈、锁紧螺母）；机械防松（如开口销与六角开槽螺母

26、、止紧螺母）；机械防松（如开口销与六角开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝）；永久性防松（如冲点铆住、粘动垫圈、串联钢丝）；永久性防松（如冲点铆住、粘接）。接）。解解:KNrfTKFziif4.62125415.02002.11mmFd15.63.141所以,螺双的公称直径取M8解:螺栓所承受的预紧力为:螺栓应满足的强度条件为:zrfTKFziif215515.015002.11,3.1421dF215515.015002.13.1421zdF解得 Z=4.78,取 z=68 下图为螺栓与被联接件的受力变形图，在图上标出预紧力F，螺栓所受工作载荷F，螺栓所受的总拉力F0，螺栓总的伸长变形量 及受载后被联接件的变形0b0m指出下列螺纹连接的结构错误指出下列螺纹连接的结构错误例题例题 1 1 例题 2