武漢理工大學機械設(shè)計考研課件——螺紋聯(lián)接設(shè)計

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,*,,*,第六章 螺紋聯(lián)接設(shè)計,,§,6-1,螺紋的主要參數(shù)及類型,§,6-2,螺旋副的分析,、效率和自鎖,§,6-3,螺紋聯(lián)接和螺紋聯(lián)接件,§,6-4,螺栓聯(lián)接的強度計算,§,6-5,螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計,,*.,螺紋連接,——,用螺紋聯(lián)接件（螺栓，螺釘）將兩個以上零件聯(lián)成一體。,聯(lián)接件,,螺栓,被聯(lián)接件,*.,本章的主要內(nèi)容,1.,螺紋類型及主要參數(shù),;,螺紋聯(lián)接的主要類型、特點及應(yīng)用,;,2 .,螺旋副的受力、效率及自鎖,,,預(yù)緊和防松,;,3 .,螺栓的強度計算,;,4 .,螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計,

2、.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,D,p,,,螺母,墊圈,§,6-1,螺紋的主要參數(shù)及類型,,一,.,螺紋形成原理,,將,一,傾斜角為,λ,的直線繞,,在圓柱體上就形成一條螺旋線,,。取一平面圖形使其沿螺旋線,,運動，該平面圖形在空間的軌,,跡即為螺紋。,,二,．,常用螺紋類型,按,螺紋繞行方向分類,,左旋螺紋,——,自右下方向左上,,方繞行的螺紋,右旋螺紋,——,自左下方向右上,,方繞行的螺紋,,,,,,,,,左,旋,右,旋,,,,,,,,d,2,,,p,h,πd,2,按,螺紋牙分的表面分類,,外,螺紋,——,在圓柱外表面上形成的螺紋，如螺栓,、,螺釘,內(nèi)螺紋,—

3、—,在圓柱空內(nèi)壁上形成的螺紋，如螺母,,,,,,,,,內(nèi),螺紋,,,,,,,,,外螺紋,螺桿,螺母,按,螺紋牙的牙型分類,:,普通螺紋,——,牙型角,α=60o,，,當量摩擦系數(shù)較大，自鎖性能 好，主要,用于連接,。,圓柱管螺紋,—,牙型角,α=55o,，,用于壓力,p,≤1.57MPa,的,管子,連接,矩形螺紋,——,牙型角,α=0o,，,當量摩擦系數(shù)小，效率高，,用于傳動,梯形螺紋,——,牙型角,α=30o,，,牙根強度高，效率較高，易保證加工精度，廣泛,用于傳動,。,鋸齒形螺紋,—,牙型斜角兩邊不相等，工作面,β=3o,,非工作面,β= 30o,，,效率較三,,角形螺紋高，,只能用于單向

4、傳動,。,,60,o,,30,o,普通螺紋,,,,,,,,,,內(nèi),螺紋,p,,,,,,,,,外,螺紋,d,d,2,d,1,矩形螺紋,,,,,,,,,,,,,內(nèi)螺紋,p,,,,,,,,,,,,,,,,,,外螺紋,,d,1,,,d,2,d,,30,o,,15,o,,,,,,,,,,內(nèi),螺紋,p,,,,,,,,,外,螺紋,d,d,2,d,1,梯形螺紋,鋸齒形螺紋,d,d,2,d,1,,,,,,,,,,內(nèi),螺紋,p,,外,螺紋,,,,,,,,,,3,o,,30,o,,,p,圓柱管螺紋,d,,,,,,,,內(nèi),螺紋,d,2,d,1,外,螺紋,,,,,,,,,,,,,,,,55,o,,,按,螺紋線,,數(shù)分類

5、,,單線螺紋,——,Z=1,，,效率低，自鎖性好，易加工,三線螺紋,——,Z=3,，,效率高，自鎖性差，難加工,雙線螺紋,——,Z=2,，,效率較,Z=1,高,單線螺紋,雙線螺紋,三線螺紋,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,三,.,螺紋的主要參數(shù),——,以圓柱普通外（內(nèi)）螺紋為例來說明,,,γ,P,h,,P,,,,α,,,,d,,,,d,2,,d,1,1,.,大徑,d,：,外、內(nèi)螺紋的最大直徑，為螺紋的公稱直徑（管螺紋除外）,2,.,小徑,d,1,：,與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱上面的直徑。,,在強度計算中常用作危險截面的計算直徑。,,3,.,中徑,d,2,：,處于大徑和

6、小徑之間的一個假想圓柱的直徑，在該圓柱的母線,,上螺紋牙厚度與牙槽寬度相等。,,4,.,螺距,P,,：,,相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。,,5,.,導(dǎo)程,P,h,,：,螺紋上任一點沿螺旋線繞一周所移過軸向距離。,P,h,=,zP,。,6,.,升角,λ,,：,螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾,,角，通常用中徑處的升角,λ,表示。其計算式為：,,,,,λ,7,.,牙型角,α,：,在螺紋軸線平面內(nèi)螺紋牙兩側(cè)面的夾角,α,,。,螺紋牙型的側(cè),,邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙型斜角,γ,,。,對于三角形、,,梯形螺紋等對稱牙型，,γ,=α/2,。,內(nèi),螺紋,,,,,,,,,,,,,,

7、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,外螺紋,,,,,,,,,,,,,,,1,.,大徑,d,：,與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相切的圓柱直徑，規(guī)定為螺紋的公,,稱直徑（管螺紋除外）。,2,.,小徑,d,1,：,與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相相切圓柱體直徑。在強度計算中,,常用作危險截面的計算直徑。,3,.,中徑,d,2,：,處于大徑和小徑之間的一個假想圓柱的直徑，在該圓柱的母線,,上螺紋牙厚度與牙槽寬度相等。,4,.,螺距,P,,：,,相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。,5,.,導(dǎo)程,P,h,,：,螺紋上任一點沿螺旋線繞一周所移過軸向距離。,P,h,=,zP,

8、。,7,.,牙型角,α,：,在螺紋軸線平面內(nèi)螺紋牙兩側(cè)面的夾角,α,,。,螺紋牙型的側(cè),,邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙型斜角,γ,,。,對于三角形、,,梯形螺紋等對稱牙型，,γ,=α/2,。,6,.,升角,λ,,：,螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾,,角，通常用中徑處的升角,λ,表示。其計算式為：,,,,§,6-2,螺旋副的受力關(guān)系、效率和自鎖,一,.,矩形螺紋副,（,牙型角,α=0,°,）,的受力關(guān)系及效率,一）擰緊螺母時,——,相當相當于滑塊沿斜面等速上升運動,d,d,(,),2,2,1,1,t,tan,F,F,T,Q,r,+,l,=,=,擰緊力矩,:,(,),tan,F,F,

9、Q,t,r,+,l,=,水平力,:,效率：,F,t,,F,Q,F,t,,,,,,,,,,F,t,,F,Q,F,t,,F,Q,,,,,F,f,,,F,Rn,,F,R,v,,,,λ,,λ,,,ρ,,F,R,,λ,+ρ,二）松脫螺母時,——,相當于滑塊沿斜面等速下降,,,F,t,,F,Q,,,,,,F,f,,,F,Rn,,F,R,v,,,,λ,,λ,,,,ρ,,,F,R,F,Q,,F,t,,,,,λ-,ρ,,當滑塊在,F,Q,作用下沿斜面等速下,,降時，滑塊上的摩擦力,F,f,沿斜面向上，,,斜面對滑塊的總反力,F,R,與,F,Q,之間夾角,,為,λ-,ρ,，,由力,三角形可的水平力：,三）螺旋副的

10、自鎖條件,,由松脫螺母時,的水平力計算式可知，若,λ≤,ρ,，則,Ft,為負值。表明要使,,滑塊在,F,Q,作用下沿斜面等速下滑，必須加一反方向的,水平力,F,t,，,否則不論,F,Q,力有,,多大，,滑塊都不會在其作用下自行下滑，即螺母不會在軸向載荷,F,Q,作用下自行松,,脫,——,此現(xiàn)象稱為自鎖。,螺旋副的自鎖條件：,λ≤,ρ,二,.,非矩形螺紋副,（,牙型角,α≠0,°,）,的受力關(guān)系及效率,矩形螺紋副,非矩形螺紋副,,,F,Q,,F,Q,,F,Rn,,F,',Rn,,γ,矩形螺紋：,F,Rn,=,F,Q,,F,f,=,F,Rn,f,= F,Q,f,,摩擦角,ρ=,arctanf,非矩

11、形螺紋：,F,',Rn,,=,F,Q,/,cos,γ,,F,?,f,=,F,',Rn,,f,= F,Q,f,/,cos,γ=,F,Q,f,v,,摩擦角,ρ,v,=,arctanf,v,效率：,非矩形,螺旋副的自鎖條件：,λ≤,ρ,v,,一）螺栓聯(lián)接,——,螺栓聯(lián)接是利用螺栓穿過被聯(lián)接件的孔，擰上螺,,母，將被聯(lián)接件聯(lián)成一體。其被聯(lián)接件的孔內(nèi)不切制螺紋，使用方便。,通常用,,被聯(lián)接件不太厚，能從,被聯(lián)接件,兩邊進行裝配的場合。,,§,6-3,螺紋聯(lián)接和螺紋聯(lián)接件,一,.,螺紋聯(lián)接的基本類型,結(jié)構(gòu)特點,：,被聯(lián)接件通孔和螺栓間有間隙,故通孔加工精度要求較低，其,,結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，應(yīng)用廣泛。,普

12、通螺栓聯(lián)接,1.,普通螺栓（即受拉螺栓）聯(lián)接,受力特點：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,,,,,d,0,F,R,F,R,聯(lián)接承受外載荷時，,螺栓受拉力作用,F,',F,',2.,鉸制孔用螺栓（即受剪螺栓）聯(lián)接。,結(jié)構(gòu)特點,：,被聯(lián)接件孔和螺栓桿之間常采用基孔制過渡配合,（,H7/m6,，,,,H7/n6,）。,用于要求精確固定被聯(lián)接件相對位置，并能承受橫向,,載荷，但孔的加工精度要求較高。,,鉸制孔用螺栓聯(lián)接,普通螺栓聯(lián)接,,,a,l,1,,,,,,,,,,d,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,0,F,R,F,R,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

13、,,,,,d,,,,,d,0,F,R,F,R,F,',F,',受力特點：,聯(lián)接借助螺栓桿承受橫向外載荷，螺栓受剪力作用。,,特點,是：將螺栓一端旋緊在一被聯(lián)接件的螺紋孔內(nèi)，另一端穿過另一,,被聯(lián)接件的孔，旋上螺母，從而將被聯(lián)接件聯(lián)成一體。,二）雙頭螺柱聯(lián)接,,應(yīng)用,：用于被聯(lián)接件之一太厚不便穿孔，且需經(jīng)常裝拆,或結(jié)構(gòu)上受限制,,不能采用螺栓聯(lián)接的場合。,,注意：被聯(lián)接件上螺紋孔底部正確繪制,d,,,,,,,,,特點：,螺釘聯(lián)接不用螺母，而是直接將螺釘擰入被聯(lián)接件之一的螺紋孔內(nèi)，從而實現(xiàn)聯(lián)接。,三）螺釘聯(lián)接,,應(yīng)用：,用于被聯(lián)接件之一較厚的場合，不經(jīng)常裝拆聯(lián)接的場合。,注意：被聯(lián)接件上螺紋孔底部

14、正確繪制,,,,,,,特點：,緊定螺釘聯(lián)接，是利用,,緊定螺釘旋入一零件，并以其末端,,頂緊另一零件（或該零件的的凹坑 內(nèi)）來固定兩零件之間的相互位置,四）緊定螺釘聯(lián)接,,應(yīng)用：,可用于傳遞不大的力及轉(zhuǎn),,矩，多用于軸和軸上零件的聯(lián)接。,二,.,螺紋聯(lián)接件,緊定螺釘聯(lián)接,一）螺栓,,,s,,e,,,,,,,d,b,l,k,六角頭,螺栓,,,,,,,,,,,,k,l,,b,d,,二）雙頭螺栓,——,兩端均制有螺紋，兩端螺紋可相同（均為粗牙）也可,,不同（一端為粗牙，另一端為細牙）。,,,s,,e,d,l,0,l,,,k,,,,,,,d,P,l,2,六角頭鉸制孔用,螺栓,d,0,,三）地腳

15、螺栓,——,是將機座固定在地基上一種特殊螺栓。,四）螺釘,、,緊定螺釘,——,螺釘頭部,、,緊定螺釘末端有多種結(jié)構(gòu)型式,地腳螺栓,螺釘頭部結(jié)構(gòu)型式,外六,角頭,內(nèi)六,角頭,一字槽,沉頭,十字槽沉頭,十字槽半圓頭,一字槽圓柱頭,,,,錐端,平端,圓柱端,尖錐,端,緊定螺釘末端結(jié)構(gòu),五）螺母,六角薄螺母,六角厚螺母,六角槽形螺母,圓螺母,六） 墊圈,平墊圈,斜墊圈,彈簧墊圈,圓螺母用帶翹墊圈,§,6-4,螺栓聯(lián)接的強度計算,,一,.,螺栓聯(lián)接強度計算的目的：,是,,確定螺栓的公稱直徑,d,二,.,螺栓聯(lián)接的失效形式及計算準則,2,.,受剪螺栓,（,受橫向載荷的鉸制孔螺,,栓）,——,主要破壞形式為

16、螺栓桿與孔壁,,間,壓潰或螺栓桿被剪斷,，計算準則應(yīng)是,,保證,聯(lián)接的擠壓強度和螺栓的剪切強,,度,，其中聯(lián)接的擠壓強度對聯(lián)接的可靠,,性起決定性的作用。,1,.,受拉螺栓,（,受軸向載荷或橫向載荷,,的普通螺栓）,——,主要破壞形式為,螺栓,,桿和螺紋部分可能發(fā)生,塑性變形或斷裂,,，,其計算準則是：,保證螺栓的靜力（或,,疲勞）拉伸強度。,普通螺栓聯(lián)接,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,,,,,d,0,F,R,F,R,F,',F,',鉸制孔用螺栓聯(lián)接,,,a,l,1,,,,,,,,,,d,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,0,F,R,F,R,壓潰,剪斷,吊

17、環(huán)螺栓聯(lián)接（松）,,F,F,0,氣缸蓋螺栓聯(lián)接（緊）,三,.,螺栓聯(lián)接的強度計算,按,裝配情況螺栓聯(lián)接可分為兩大類,,松,螺栓聯(lián)接,——,裝配時不需擰緊螺母如吊環(huán)螺栓聯(lián)接,緊螺栓聯(lián)接,——,裝配時必須將螺母擰緊，應(yīng)用廣泛。,,如氣缸蓋螺栓聯(lián)接等。,一）受軸向載荷,（力作用線與螺栓軸線平行）,的螺栓連接,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,D,p,,,F,螺栓危險剖面的抗拉強度條件為：,1.,松螺栓聯(lián)接,,螺栓受力,,工作載荷前，螺栓并不受力,工作時受拉力,F,（,由外加載荷產(chǎn)生）,MPa,校核計算式：,設(shè)計計算式：

18、,mm,式中：,,d,1,—,,螺栓危險剖面直徑，即螺紋小徑，,mm,；,螺栓的公稱直徑,d,確定,：,根據(jù),d,1,>d,1ca,的原則,查普通螺紋基本尺寸（,GB196-,,81,）,《,機械設(shè)計課程設(shè)計,》,表,11-1,，確定螺栓的公稱直徑,d,。,—,松螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力,，,Mpa,，,——,螺栓材料的屈服極限,S,松,——,松螺栓聯(lián)接的安全系數(shù),，,S=1.2~1.7,吊環(huán)螺栓聯(lián)接,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,公稱直徑（,mm,）,,螺 距（,p,）,,mm,,中 徑（,d,2,）,,mm,小 徑（,d,1,）,,mm,第一系列,第二系列,,,,

19、,8,,1.25,7.188,6.647,,,1.00,7.350,6.917,,,0.75,7.518,7.188,,10,,1.5,9.026,8.376,,,1.25,9.188,8.647,,,1.00,9.350,8.917,,,0.75,9.513,9.188,,12,,1.75,10.863,10.106,,,1.5,11.026,10.376,,,1.25,11.188,10.674,,,1.0,11.350,10.917,,14,2.0,12.701,11.835,,,1.5,13.026,12.376,8,6.647,10,8.376,12,10.106,普通螺紋基本尺寸（

20、,GB196-81,）,《,課程設(shè)計,》,表,11-1,14,11.835,,§,6-5,螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計,一,.,螺紋聯(lián)接防松,,防松的根本目的在于防止螺紋副間的相對轉(zhuǎn)動。防松的措,,施很多，按工作原理可分為如下三類。,,1,．摩擦防松,,這類防松措施是使擰緊的螺紋之間不因外載荷變化而失去壓力，即始終有摩擦阻力防止聯(lián)接松脫。這種方法不十分可靠，故多用于沖擊和振動不劇烈場合。常用的有如下幾種：,彈簧墊圈,,雙螺母,,尼龍圈鎖緊螺母,,,2.,機械防松,,機械防松的措施是，利用各種止動零件，以阻止擰緊的螺紋零件產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。這類防松方法相當可靠，應(yīng)用很廣。常用的方法有：,槽形螺母和開口銷,,串

21、聯(lián)鋼絲,,正確結(jié)構(gòu),錯誤結(jié)構(gòu),,,,,,,,,止動墊圈,,3.,粘合防松,,將粘合劑涂于螺紋旋合表面，擰緊螺母后，粘合劑能自行固化，防松效果良好。,,,螺栓與螺母底面的支承面應(yīng)平整，并與螺栓軸線相垂直，,為減小和避免彎曲應(yīng)力，被聯(lián)接件,支承面,可經(jīng)機械加工后制成的凸臺或沉頭座或斜面墊圈。,二,.,支承面應(yīng)平整,凸臺,沉頭座,斜面墊圈,,,,三,.,扳手空間,,螺栓排列應(yīng)有合理的釘距、邊,,距，注意留必要的板手空間。板手,,空間的具體尺寸可查有關(guān)手冊。,,L,要有,合理的邊距,要有,合理的間距,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,D,p,,,,,,距離過小,e,f,結(jié) 束,