[工学]第10螺纹连接

1、螺纹部分螺纹部分第第10 10章联接章联接第第1010章章 螺纹螺纹 前言前言10-1 螺纹连接的基本知识螺纹连接的基本知识 螺纹螺纹参数参数 牙型牙型 主要参数主要参数 分类分类 基本类型基本类型10-2 2 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 预紧预紧 力矩力矩扳手扳手 防松防松10-3 3 单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算 简介简介 失效及设计准则失效及设计准则 受拉松连接的强度计算受拉松连接的强度计算 (紧紧)只受预紧力只受预紧力 横向外载荷横向外载荷 轴向外载荷轴向外载荷 小结小结 受剪螺栓受剪螺栓 材料和许用应力材料和许用应力 10-410-4 螺栓组连接的设计计

2、算与实例分析螺栓组连接的设计计算与实例分析 螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计10-510-5提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施10-6 10-6 螺旋传动螺旋传动 休息休息 静连接静连接动连接动连接运动副运动副(低副、高副等低副、高副等)与动力与动力源组合源组合零件零件构件构件机构机构机器机器静连接静连接动连接动连接(运动副运动副)可拆连接：可拆连接：螺纹连接螺纹连接、键连接、销连接等、键连接、销连接等不可拆连接不可拆连接：铆接、焊接、胶接等：铆接、焊接、胶接等连接连接前前 言言螺纹连接螺纹连接(静静连接连接构件构件)螺旋传动螺旋传动(动动连接连接机构机构)d2螺纹螺纹螺旋线

3、螺旋线:一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等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。速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。10-1 螺纹螺纹参数参数 (一一) 螺纹形成螺纹形成(一一) 螺纹形成螺纹形成 螺纹形成螺纹形成：平面图形沿螺旋线平面图形沿螺旋线形成形成 d2php10-1 螺纹螺纹参数参数 旋向旋向(螺旋线方向螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋：常用右旋，特殊要求时用左旋,比如煤汔罐等危险设备中使用的螺纹。比如煤汔罐等危险设备中使用的螺纹。 问题：旋向判断问题：旋向判断螺纹旋向判断螺纹旋向判断 旋向判断方法旋向判断方法:顺着轴线方向看(轴线垂直

4、放轴线垂直放) 边高边高旋旋 左左边高边高左左旋旋右旋左旋思考：锯齿形螺纹三角形(普通)螺纹矩形螺纹梯形螺纹二、螺纹牙型二、螺纹牙型30 梯形60 普通330 锯齿形矩形连接：效率低、自锁性好。 传动：效率高、自锁性差。螺纹牙形：三角形(普通螺纹)、矩形、梯形、锯齿形等3033060三角形梯形锯齿形矩形单线，用于连接双线或多线，常用于传动 粗牙：一般情况下使用。细牙：d相同，p小， 小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。 用于变载荷场合。 连接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。55 d dd d2 2d d1 1p p1)与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直 径，亦称公称直径2)与外螺纹牙底

5、相重合的假想圆柱面 直径（主要用于强度计算）3) 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，d20.5(d+d1)三、螺纹的主要参数三、螺纹的主要参数4)在中径圆柱面的母线上对应同侧齿廓两 点间的距离5)螺旋线上在中径圆柱面的母线 上的对应两点间的距离6) 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：ph=np 三、螺纹的主要参数三、螺纹的主要参数(续一续一)7)中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴 线的平面间的夹角8) 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9)螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角22 arctan arctandpndph三、螺纹的主要参数三、螺纹

6、的主要参数(续二续二)1、按: 三角形螺纹、管螺纹 连接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹2、按： 内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹4、根据绕行方向： 左旋 右旋如图，常用5、根据： 单头螺纹(n=1)用于连接 双头螺纹(n=2)如图 多线螺纹(n2)用于传动四四 螺纹的分类螺纹的分类(总结总结)潘存云教授研制潘存云教授研制二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件螺栓的结构形式螺栓的结构形式ll0d六角头六角头ldl0小六角头小六角头dl0l1ll1 -座端长度座端长度l0 -螺母端长度螺母端长度二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件

7、件双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件末端末端结构结构头部头部结构结构螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓潘存云教授研制二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件潘存云教授研制地脚螺栓地脚螺栓 潘存云教授研制起吊螺钉起吊螺钉 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓专用螺纹联接专用螺纹联接t 型螺栓型螺栓 六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母圆螺母圆螺母二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有六十余种不同结构的螺母螺母螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧

8、定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓专用螺纹联接专用螺纹联接垫圈垫圈 平垫圈平垫圈薄平垫圈薄平垫圈a型平垫圈型平垫圈b型平垫圈型平垫圈螺母螺母 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件斜垫圈斜垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈作用：增加支撑面积以减作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。伤表面、防松。专用螺纹联接专用螺纹联接 2)双头螺柱双头螺柱两端带螺纹 a型有退刀槽 b型无退刀槽1)螺栓螺栓 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

9、螺母螺纹连接件螺纹连接件4)紧定螺钉紧定螺钉 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)螺钉螺钉螺纹连接件螺纹连接件(续一续一)6)螺母 六角螺母：标准，扁，厚 5)自攻螺钉由螺钉攻出螺纹圆螺母+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，螺母即被锁紧螺纹连接件螺纹连接件(续二续二)7)垫圈螺纹连接件螺纹连接件(续三续三)螺栓 螺栓 ；螺钉 ；双头螺柱 ；紧定螺钉螺母 六角螺母 ；圆螺母 ；糟型螺母垫片 垫片 ；弹簧垫片 ；斜垫片 ；

10、球形垫片五、五、 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 螺栓连接螺栓连接 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 双头螺栓连接双头螺栓连接 螺钉连接螺钉连接 螺钉连接螺钉连接 紧定螺钉、自攻螺钉连接紧定螺钉、自攻螺钉连接 其它连接其它连接 ：地脚螺栓、吊环螺钉：地脚螺栓、吊环螺钉 螺纹连接类型主要根据受力、结构形式、装拆螺纹连接类型主要根据受力、结构形式、装拆要求等进行选择要求等进行选择一、一、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型eaal1 1l1 1铰制孔螺栓铰制孔螺栓孔与螺杆之孔与螺杆之间留有间隙间留有间隙潘存云教授研制潘存云教授研制dd(

11、一一)螺栓连接螺栓连接1、普通螺栓连接、普通螺栓连接特点：特点：孔与杆间有间隙、被连接孔与杆间有间隙、被连接件上无需切制螺纹、装拆方便件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：适用场合：经常装拆的一般场合经常装拆的一般场合2、铰制孔螺栓连接、铰制孔螺栓连接特点：特点：孔与杆间无间隙、被连接孔与杆间无间隙、被连接件上无需切制螺纹、装拆方便件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：适用场合：承受横向载荷的场合承受横向载荷的场合螺纹连接主要类型螺纹连接主要类型a) 普通螺栓连接被连接件不太厚，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，并在工作中不消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较

12、广。b) 精密螺栓连接装配后无间隙，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连接。基孔制过渡配合(h7/m6,h7/n6)。潘存云教授研制一、一、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺钉联接ae ee e双头螺柱联接双头螺柱联接l1 1l1 1h hh hh h1 1h h1 1h h2 2h h2 2d(二二 )双头螺栓、螺钉连接双头螺栓、螺钉连接双头螺栓连接双头螺栓连接特点：特点：孔与杆间有间隙、被连接孔与杆间有间隙、被连接件上无需切制螺纹、装拆方便件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：适用场合：用于被连接件之一较用于被连接件之一较厚

13、、经常装拆的场合厚、经常装拆的场合螺钉连接螺钉连接特点：特点：孔与杆间无间隙、被连接件上孔与杆间无间隙、被连接件上无需切制螺纹、装拆方便无需切制螺纹、装拆方便适用场合：适用场合：被连接件之一较厚，且不被连接件之一较厚，且不常装拆的场合常装拆的场合2、螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被连接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被连接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被连接件中拧出。3、适于被连接件之一较厚(上带螺纹孔)，不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况螺纹连接主要类型螺纹连接主要类型(续一续一)(三三)紧定螺钉连接紧定螺钉连接适用场合：适用场合： 多用于轴

14、上零件的固定，多用于轴上零件的固定，传递较小的力传递较小的力 锥端螺钉连接锥端螺钉连接 平端螺钉连接平端螺钉连接 圆柱端螺钉连接圆柱端螺钉连接特殊连接：地脚螺栓连接 , 吊环螺钉连接4、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。螺纹连接主要类型螺纹连接主要类型(续二续二)(四四) 其他连接其他连接 地脚螺栓连接、地脚螺栓连接、吊环螺栓连接吊环螺栓连接、 t形槽螺栓连接形槽螺栓连接一、一、螺纹连接的螺纹连接的预预紧紧 目的：目的：防止松动防止松动提高可靠性、强提高可靠性、强度、紧密性度、紧密性 螺母拧紧时螺母拧紧时预紧力预紧力f0 拧

15、紧阻力矩拧紧阻力矩 t 的大小：的大小： 螺旋副间的摩擦力矩螺旋副间的摩擦力矩 t1 ： 螺母与支承面间摩擦力矩螺母与支承面间摩擦力矩 t2 ：21ttt)tan(2201vdft)4(0102ddfftctf0f0dftffcvv02 .0,15.0,15.0tan则若t1t22 螺纹连接的预紧和防松二、控制二、控制拧紧力矩拧紧力矩的的方法的的方法t f 拉断、滑扣t不能满足工作要求控制t的大小一般情况凭经验，拧紧即可。方法测量螺栓伸长量：测力矩扳手定力矩扳手冲击扳手支承面测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手三、螺纹连接的防松三、螺纹连接的防松3、靠摩擦力自锁靠摩擦力自锁 不可靠不可靠

16、, 防松防松防松方法防松方法：关键阻止螺旋副相对转动阻止螺旋副相对转动1、螺纹连接按自锁条件设计： v。 静载下不会自行松脱。2、松动原因冲击、振动、变载荷下温度变化较大时螺旋副摩擦力ff减小或瞬时消失松动螺纹连接防松装置螺纹连接防松装置 问题：问题： 为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法？为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法？ 静载荷：静载荷：ff2 2ff3 3ff4 4ff5 510圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。螺螺栓栓杆杆f f螺螺栓栓杆杆f f螺母体螺母体均载螺母均载原理均载螺母均载原理 螺母和螺杆均为拉伸变形，有助于减小两者螺距变化，使受载均匀。加厚螺母加厚螺母潘存

17、云教授研制1015悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母1015内斜与环槽螺母内斜与环槽螺母均载原理相同均载原理相同螺母也受拉螺母也受拉内斜螺母因力的作用点外移可使载荷较大的头几圈螺纹牙容易变形，使载荷上移而改善载荷分布不均。均载均载元件元件悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母内斜螺与环槽螺母内斜螺与环槽螺母都是改变螺母旋合部分的变形性质，使之和螺栓变形性质相同，均为拉伸变形，从而使螺纹牙上载荷分布趋于均匀；钢丝螺套钢丝螺套加工复杂，仅限于用加工复杂，仅限于用在重要场合或大型联接。在重要场合或大型联接。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制支承面不平支承

18、面不平三、减小应力集中三、减小应力集中1.1.增大过渡圆角增大过渡圆角2.2.切制卸载槽切制卸载槽r r四、避免或减小附加应四、避免或减小附加应力力采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构切削加工支承面切削加工支承面潘存云教授研制被联接件变形太大被联接件变形太大3.3.卸载过渡结构卸载过渡结构要从结构、制造与装配精度采取措施。要从结构、制造与装配精度采取措施。(四) 采用提高强度的工艺措施: 1.冷镦螺栓头部和滚压螺纹 疲劳强度(应力集中, 纤维未切断, 冷作) 材料利用率, 成本2.氰化,氮化,喷丸处理疲劳强度潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制五、采用特殊制造工艺五、采用特殊制造工艺冷镦

19、头部、辗压螺纹冷镦头部、辗压螺纹疲劳强度提高疲劳强度提高30% 比车削 表面处理：表面处理： 氰化、氮化也能氰化、氮化也能提高疲劳强度。提高疲劳强度。球面垫圈球面垫圈采用球面垫圈和腰环采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺栓的螺栓可以保证螺栓的装配精度。装配精度。腰环螺栓腰环螺栓tt10-6 螺旋传动: (要求高效率梯形、锯齿形、矩形多线)传递动力调整零件间相对位置螺旋副传动 实现 将回转运动直线运动传导传力调整 螺杆转动并移动，螺母固定：千斤顶螺杆转动，螺母移动：机床进给机构；螺母转动并移动：螺母转动，螺杆移动：防转机构防转机构按按传导螺旋传递运动为主, 高的运动精度用用传力螺旋传力为主, 以小t

20、大的轴向力fa途途调整螺旋调整零件间相对位置细牙m 按按 滑动螺旋=0.30.4，简单，精度低摩擦摩擦滚动螺旋0.9 ，复杂高精度、高效性质性质静压螺旋)(2)(222rrtgdfltgdtfa 1.降速比大 2.可具自锁性 3.机械利益大 1fa tg() d2 /2 4.结构简单, 传动平稳, 噪音低 , 5.磨损大, 低一一. 类型类型:二特点二特点：按用途分三类： 1）传力螺旋传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋 特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁 2）传导螺旋传导螺旋机床进给汇杠传递运动和动力 特点：速度高、连续工作、精度高 3）调整螺旋调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。

21、特点：是受力较小且不经常转动 3、螺旋传动类型螺旋传动按摩擦副的性质分： 1、滑动螺旋滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁缺 点 ：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗大，传动效率低（3040%）传动精度低2、滚动螺旋传动摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环两种 特点：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆运动效率相同，可实现逆传动。 缺点：不自锁，

22、需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺要求高，成本较高。 3、静压螺旋液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开 特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现象，定位精度高，磨损小，寿命长。但螺母结构复杂（需密封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机床中进给和分度机构 二、滑动螺旋的设计计算 1、结构与材料 千斤顶典型结构 2、耐磨性计算 滑动螺旋中磨损是最主要的一种失效形式，它会引起传动精度下降，空间大，并使强度下降。 磨损的影响因素：工作面的比压，螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态 所以耐磨性计算主要限制螺纹工作面上比压p要求小于材料的许用比压当速度相同时，比压大，磨损量大润滑油不被挤出，易形成油膜润滑耐磨性条件： /22phhdqphduqauqp设计公式： 2phqpd2、自锁性验算 vdnparctgdlarctg223、螺杆的强度计算 螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）q与扭矩t的作用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用按弯扭复合强度条件计算第四强度理论 )()(32222tcawtaq4、螺母的螺纹牙强度计算 由于螺母材料的