zyp第10章联接.

第10章 联 接 §101 螺纹参数 §102 螺旋副的受力分析、效率和自锁 §103 机械制造常用螺纹 §104 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 §105 螺纹联接的预紧和防松 §106 螺纹联接的强度计算 §107 螺栓的材料和许用应力 §108 提高螺栓联接强度的措施 §109 螺旋传动 §1010 滚动螺旋简介 §1011 键联接和花键联接 §1012 销联接 一、螺纹的形成 §101 螺纹参数 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 被连接件、连接件；可拆与不可拆 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 螺纹的牙型 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹 15º 30º 3º 30º 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 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 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 4 双线螺纹单线螺纹 PS S = 2P P S P S =P n线螺纹: S = n P 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 设计：潘存云 外螺纹 内螺纹 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 联接螺纹 传动螺纹螺旋传动 联接螺纹 传动螺纹 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 联接螺纹 传动螺纹 圆柱螺纹 圆锥螺纹 圆柱螺纹圆锥螺纹 管螺纹 设计：潘存云 (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。 设计：潘存云 d1 d2 d (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。 (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 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 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹 轴线的垂线间的夹角。 tg= d2 nP 牙侧角 d2 S S = 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 S P P/2P/2 设计：潘存云 v F d2 S tg =F/Fn F Fa F Fa 螺纹的拧松-螺母在F和Fa 的联合作用下，顺着Fa等速 向下运动。 螺纹的拧紧-螺母在F和Fa 的联合作用下，逆着Fa等速 向上运动。 一、矩形螺纹= 0º §102 螺旋副的受力分析、效率和自锁 展开中径d2 圆柱面得一斜面. 螺旋副在轴向载荷Fa作用 下相对运动，可看作在中 径的水平力F推动滑块(重 物)沿螺纹运动 F -水平推力 Fn -法向反力 Fa -轴向载荷 F=f Fn -摩擦力 f -摩擦系数 d2 FR -总反力 v =tg-1 f -摩擦角=f Fn/Fn =f, Fn FR 定角-由材料确定 F 设计：潘存云 设计：潘存云 + Fn FRv F d2 S 滑块在F、FR 、Fa三力作用 下处于平衡状态 d2 F Fa F Fa 作力多边形 得： F=Fatg(+ ) 驱动力矩： Fa F FR 列出力平衡方程： FR + Fa +F =0 FRFa = + FR =(1 + f ) Fn + Fa -阻力，F - 驱动力， 当螺纹拧紧(滑块上升)时： FR = Fn +F F F -摩擦力, 沿斜面朝下。 设计：潘存云 设计：潘存云 F Fa - FR v FR Fa 当螺纹拧松(滑块下滑)时： FRFa = - 滑块在F、FR 、Fa三力作 用下处于平衡状态 作力多边形可得： F=Fatg(- ) 驱动力矩： d2 F Fa F Fn F - 列出力平衡方程： FR + Fa +F =0 F Fa -阻力，F - 驱动力， F -摩擦力, 沿斜面朝下。 若 ，则T为正值，其方向与螺 母运动方向相反，是阻力； 若 ，则T为负值，方向相反，其 方向与预先假定的方向相反，而与螺母 运动方向相同，成为放松螺母所需外加 的驱动力矩。 提问：当时，若没有力矩T，螺母 在Fa的作用下会运动吗？ 不会！-这种现象称为自锁。 T d2 Fa F F d2 Fa F F T 螺母 螺杆 轴 线 轴线 螺杆 螺母 Fn Fa 二、 非矩形螺纹 0º 矩形螺纹忽略升角的影响时有： Fn=Fa 当 0º 时，摩擦力为： 摩擦系数为f 的非矩形螺纹所产生 的摩擦力与摩擦系数为f ，的矩 形螺纹所产生的摩擦力相当。 称 为当量摩擦角 Fa Fn Fa 故称 f 为当量摩擦系数。 引入参数f 和 就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进 行力的分析。 滑块上升： 滑块下降： 非矩形螺旋的自锁条件： 对于联接螺纹必须满足自锁条件 设计：潘存云 设计：潘存云 0 10 20 30 40 50 20 40 60 80 100 效率 % 定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比： 当一定时，效 率只是螺纹升角的 函数，由此可以绘 出效率曲线. 当一定时，在=45-/2 处效率曲线有极大值 。 对于传动螺旋，一般取： 对于联接螺纹，必须取： 升角过大, 制造困难，且效率增高也不明显。 = 5.7 =(0.30.5)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 0; 螺纹伸出长度a=(0.20.3)d; 螺栓轴线到边缘的距离 e=d+(36) mm 用于经常拆装易磨损之处。 d §104 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 d 设计：潘存云 设计：潘存云 一、 螺纹联接的基本类型 螺栓联接 基 本 类 型 螺钉联接 座端拧入深度H，当螺孔材料为： a e e 双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。 §104 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 钢或青铜 H=d; 铸铁 H=(1.251.5)d 铝合金 H=(1.52.5)d 螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P; 钻孔深度 H2=H1+(0.51)d; 参数l1 、e、a与螺栓相同 l1l1 HH H1H1 H2H2 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。 d 设计：潘存云 一、 螺纹联接的基本类型 螺栓联接 基 本 类 型 螺钉联接 双头螺柱联接 紧定螺钉联接 §104 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 紧定螺钉 二、螺纹紧固件 螺栓 螺 纹 紧 固 件 L L0 d 六角头 L d L0 小六角头 双头螺柱 二、螺纹紧固件 螺栓 螺 纹 紧 固 件 d L0 L1 L L1 -座端长度 L0 -螺母端长度 设计：潘存云 螺钉、紧定螺钉 双头螺柱 二、螺纹紧固件 螺栓 螺 纹 紧 固 件 末端 结构 螺母 六角螺母六角扁螺母六角厚螺母 设计：潘存云 圆螺母 螺钉、紧定螺钉 双头螺柱 二、螺纹紧固件 螺栓 螺 纹 紧 固 件 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 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。 一、 拧紧力矩 一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联 接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。 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； 设轴向力为Fa 或预紧力（不受轴向载荷） fc摩擦系数。 无润滑时取： fc =0.15 rf支撑面摩擦半径。 rf =(dw+d0)/4 d d0 dw T 简化公式： 适用于M10M60的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15, T 0.2 Fa d 预紧应力： =(0.50.7) s §105 螺纹联接的预紧和防松 Fa Fa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取： 通常螺纹联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。 总力矩： 设计：潘存云 测力矩扳手 工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力 的大小。 二、 螺纹联接的防松 联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，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，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 尼龙圈锁紧螺母 F 弹簧垫圈 对顶螺母 定力矩扳手 设计：潘存云 开口销与六 角开槽螺母 2. 采用专门防松元件防松 圆螺母用止动垫圈 止动垫圈 3. 其他方法防松 11.5P 用冲头冲23点 冲点防松法 粘合法防松 涂粘合剂 §106 螺栓联接的强度计算 螺栓联接 的主要失 效形式： 螺栓拉断 螺纹压溃或剪断 滑扣 因经常拆装 螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度 原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分 都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主 要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称 直径d及螺距P等。 一、松螺栓联接 装配时不须要拧紧 强度条件 ： 式中:d1-螺纹小径， mm 二、紧螺栓联接 装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。 螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T的双重作用。 拉应力 ： Fa Fa 力除以面积 切应力： 对于M10M68的普通螺纹，取d1、d2和的平均值， 并取： tg = f =0.15 得： 0.5 当量应力： 强度条件： 分母为抗剪截面系数 设计：潘存云 设计：潘存云 1. 受横向工作载荷的螺栓强度 螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力Fa导致接合面所 产生的摩擦力应大于横向载荷F。 C-可靠性系数，常取C=1.11.3 预紧力Fa ： f-摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.10.15 m-结合面数 上图m=1,下图m=2 若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 则： Fa