基本內(nèi)容螺紋參數(shù)

1、第10章 聯(lián)接基本內(nèi)容：螺紋參數(shù)；螺紋副的受力分析、效率和自鎖；機(jī)械制造常用螺紋；螺紋聯(lián)接的基本類型和螺紋緊固件；螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松；螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算；螺栓的材料和許用應(yīng)力；提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施；鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接；銷聯(lián)接。基本要求：了解螺紋聯(lián)接的類型和特點(diǎn)；掌握螺紋聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算方法；掌握鍵聯(lián)接的類型及選擇計(jì)算；了解花鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接的特點(diǎn)。重 點(diǎn)：螺紋聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算學(xué) 時(shí)：課堂講授：5學(xué)時(shí)。第一講由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運(yùn)輸?shù)仍?，機(jī)器中有許多零件需要按照一定的要求和方式它們聯(lián)接起來(lái)，而構(gòu)成一個(gè)整體。零件的聯(lián)接方式有多種，通常所謂的聯(lián)接主要是指靜聯(lián)接。螺紋聯(lián)接鍵聯(lián)

2、接（平鍵、花鍵、楔鍵）可拆的聯(lián)接 銷聯(lián)接彈性環(huán)聯(lián)接 聯(lián)接成形聯(lián)接夾緊聯(lián)接等焊接不可拆的聯(lián)接 鉚接粘接過(guò)盈配合在這些聯(lián)接方式中尤其是以螺紋聯(lián)接應(yīng)用最為廣泛，各種類型的機(jī)器設(shè)備中都有這種聯(lián)接方式，如：自行車等。螺紋聯(lián)接的主要特點(diǎn)：§10-1 螺紋參數(shù)一、螺紋的形成二、螺紋的類型和分類按照平面圖形的形狀：螺紋分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等。按照螺旋線的旋向：螺紋分為左旋螺紋和右旋螺紋。機(jī)械制造中一般采用右旋螺紋，有特殊要求時(shí)，才采用左旋螺紋。按照螺旋線的數(shù)目：螺紋還分為單線螺紋和多線螺紋，為了制造方便，螺紋的線數(shù)一般不超過(guò)4。按功能：聯(lián)接螺紋；傳動(dòng)螺紋，調(diào)節(jié)螺紋，阻塞螺紋

3、等按標(biāo)準(zhǔn)：公制螺紋，英制螺紋螺紋有內(nèi)螺紋和外螺紋之分，兩者旋合組成螺旋副或稱螺紋副。按照母體形狀，螺紋分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。三、螺紋的基本參數(shù)：以圓柱螺紋為例，大徑d、D 中徑d2、D2小徑d1、D1 線數(shù)n螺距P 導(dǎo)程S SnP螺紋升角牙型角牙型斜角（牙側(cè)角） 工作高度H§10-2 螺旋副的受力分析、效率和自鎖一、矩形螺紋（0）將矩形螺紋沿中徑d2展開(kāi)可得一斜面，如圖所示。當(dāng)滑塊沿斜面等速上升時(shí)：作用在螺旋副上的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)力矩當(dāng)滑塊沿斜面等速下滑時(shí)：作用在螺旋副上的相應(yīng)力矩當(dāng)滑塊沿斜面等速下滑時(shí)求出的 F值可為正，也可為負(fù)。二、非矩形螺紋 （0）非矩形螺紋是指牙側(cè)角0的三角形螺紋、

4、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。略去螺紋升角的影響，在軸向載荷Fa作用下，非矩形螺紋的法向力比矩形螺紋的大。若把法向力的增加看作摩擦系數(shù)的增加，則非矩形螺紋的摩擦阻力可寫為式中f為當(dāng)量摩擦系數(shù)，即式中p為當(dāng)量摩擦角；為牙側(cè)角。當(dāng)滑塊沿非矩形螺紋等速上升時(shí)，可得水平椎力相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力矩當(dāng)滑塊沿非矩形螺紋等速下滑時(shí)，可得可得相應(yīng)的力矩為與矩形螺紋分析相同，若螺紋升角小于當(dāng)量摩擦角，則螺旋具有自鎖特性，如不施加驅(qū)動(dòng)力矩，無(wú)論軸向驅(qū)動(dòng)力Fa多大，都不能使螺旋副相對(duì)運(yùn)動(dòng)?？紤]到極限情況，非矩形螺紋的自鎖條件可表示為為了防止螺母在軸向力作用下自動(dòng)松開(kāi)，用于聯(lián)接的緊固螺紋必須滿足自鎖條件。 螺旋副的效率：是有效功與輸人

5、功之比。由于過(guò)大的螺紋升角制造困難，且效率增高也不顯著，所以一般角不大于25°用于聯(lián)接的螺紋升角，一般都較小。§10-3 機(jī)械制造常用螺紋一、三角形螺紋普通三角形螺紋多用于緊固聯(lián)接，60°以大徑d為公稱直徑。粗牙與細(xì)牙螺紋的比較：粗牙螺距大，牙的強(qiáng)度高，但有效截面直徑小 細(xì)牙螺距小，牙的強(qiáng)度小，不耐磨，容易滑絲，自鎖性能好。管螺紋用于緊密聯(lián)接。 二、其他螺紋一般用于傳動(dòng)。第二講§10-4螺紋聯(lián)接的基本類型一、基本類型1、螺栓聯(lián)接1）受拉螺栓聯(lián)接：制造和裝拆方便，應(yīng)用廣泛2）鉸制孔螺栓聯(lián)接：螺栓受剪，多用于板狀件的聯(lián)接，有時(shí)兼起定位作用。2、雙頭螺柱聯(lián)接用

6、于被聯(lián)接件之一較厚或受結(jié)構(gòu)限制而不能用螺栓或希望聯(lián)接結(jié)構(gòu)較緊湊的場(chǎng)合。3、螺釘聯(lián)接與雙頭螺柱聯(lián)接相似，但不宜用于時(shí)常裝拆的聯(lián)接，以免損壞被聯(lián)接件的螺紋孔。4、緊定螺釘聯(lián)接用以固定兩個(gè)零件的相互位置，并可傳遞不大的力或轉(zhuǎn)矩。二、螺紋緊固件 標(biāo)準(zhǔn)件螺紋緊固件的品種很多，大都已標(biāo)準(zhǔn)化，其規(guī)格、型號(hào)均已系列化。1螺栓 最常用的有六角頭和小六角頭兩種。2雙頭螺柱 旋入被聯(lián)接件螺紋孔的一端稱為座端，另一端為螺母端，其公稱長(zhǎng)度為L(zhǎng)。3螺釘、緊定螺釘 頭部有內(nèi)六角頭、十字槽頭等多種形式。緊定螺釘末端有平端、錐端、圓尖端等各種形狀。4螺母 形狀有六角形、圓形等。5墊圈 作用是增加被聯(lián)接件的支承面積以減小接觸處的

7、壓強(qiáng)，避免擰緊螺母時(shí)擦傷被聯(lián)接件表面。普通墊圈呈環(huán)狀，有防松作用的墊圈為彈性墊圈。三、性能等級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定螺紋緊固件按機(jī)械性能分級(jí)。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為十級(jí)§10-5 螺栓聯(lián)接的擰緊和防松一、螺栓聯(lián)接的擰緊對(duì)于大多數(shù)螺紋聯(lián)接來(lái)說(shuō)，螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)都必須擰緊，將螺母擰緊預(yù)緊Fo預(yù)緊力預(yù)緊力的大小的影響：增強(qiáng)聯(lián)接的剛性、緊密性和防松能力。提高螺栓的疲勞強(qiáng)度；有利于增大聯(lián)接中的摩擦力。1、擰緊力矩（扳手力矩）T擰緊螺母時(shí)，需要克服螺紋副的螺紋力矩T1和螺母的承壓面力矩T2，因此擰緊力矩 T= T1 T2即：對(duì)于 M10M68的粗牙螺紋，若取 ftg P 0.15，fc015，則上

8、式可簡(jiǎn)化為式中：d為螺紋公稱直徑，mm；Fo為預(yù)緊力，N2、擰緊力矩的控制由于摩擦系數(shù)不穩(wěn)定和加在扳手上的力難于準(zhǔn)確控制，有時(shí)可能擰得過(guò)緊而使螺栓擰斷。對(duì)于要求擰緊的強(qiáng)度螺栓聯(lián)接應(yīng)嚴(yán)格控制其適度的擰緊力，并不宜用小于M12M16的螺栓?？刂茢Q緊力矩方法：通常螺紋聯(lián)接擰緊的程度是憑工人經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定的。使用測(cè)力矩扳手或定力矩扳手裝配時(shí)測(cè)量螺栓的伸長(zhǎng)，規(guī)定開(kāi)始擰緊后的扳動(dòng)角度或圈數(shù)。對(duì)于大型聯(lián)接，還可利用液力來(lái)拉伸螺栓，或加熱使螺栓伸長(zhǎng)到需要的變形量再把螺母擰到與被聯(lián)接件相貼合。二、 螺紋聯(lián)接的防松在靜載荷下，螺紋聯(lián)接具有自鎖條件，同時(shí)螺母、螺栓頭部等承壓面處的摩擦也有防松作用。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷

9、下，或當(dāng)溫度變化大時(shí)，聯(lián)接有可能松動(dòng)，甚至松開(kāi)，這就容易發(fā)生事故。所以在設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)，必須考慮防松問(wèn)題。防松的根本問(wèn)題在于防止螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。具體的防松裝置或方法很多，就工作原理來(lái)看，可分為利用摩擦直接鎖住破壞螺紋副。舉例說(shuō)明見(jiàn)表6.2。第三講§10-6 螺栓聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算 失效形式靜載荷作用下螺栓的損壞多為螺紋部分的塑性變形和斷裂。變載荷作用下螺栓的損壞多為栓桿部分的疲勞斷裂。如果螺紋精度低或聯(lián)接時(shí)常裝拆，很可能發(fā)生滑扣現(xiàn)象。 計(jì)算準(zhǔn)則對(duì)于受拉螺栓對(duì)于受剪螺栓；PP對(duì)于受復(fù)合應(yīng)力作用的螺栓ee一、松螺栓聯(lián)接在螺栓強(qiáng)度計(jì)算中，螺栓螺紋部分危險(xiǎn)截面的面積要用計(jì)算直徑dc計(jì)算

10、，此直徑可根據(jù)螺栓拉斷截面狀況歸納出的經(jīng)驗(yàn)公式確定：dcd1H/6 式中dl一螺紋小徑H螺紋牙形的三角形高度作近似計(jì)算時(shí) dldc這種聯(lián)接只能受靜載荷。如圖示，螺栓在工作時(shí)只受拉力Fa，其螺紋部分的強(qiáng)度條件為： 4Fa/（d12） 式中一松聯(lián)接螺栓的許用拉應(yīng)力。二、緊螺栓聯(lián)接1、受橫向工作載荷的螺栓聯(lián)接采用普通螺栓聯(lián)接靠接合面間的摩擦力傳力由F作用產(chǎn)生的拉應(yīng)力：= 4F/（dc2）由螺紋力矩T1作用產(chǎn)生的剪應(yīng)力：= T1/Wn Wn=（d13）/16； 螺栓材料是塑性的，可根據(jù)第四強(qiáng)度理論計(jì)算螺紋部分強(qiáng)度。 取M10M68三角形螺紋的d2、d1和的平均值，并取tg f 0.15，代人上式，得：

11、0.5得螺栓螺紋部分的強(qiáng)度條件為： F´=Fo預(yù)緊力F的計(jì)算根據(jù)板的平衡條件得: f F0 m ZC FR 或 F0C FR /fmz式中f接合面摩擦系數(shù)，對(duì)于鋼鐵零件，當(dāng)接合面干燥時(shí)，f=010015；當(dāng)接合面沾有油時(shí)，f006010；m接合面數(shù)；z螺栓數(shù)目；C考慮摩擦傳力的可靠系數(shù)，C1l13采用鉸制孔螺栓聯(lián)接：靠螺栓受剪和螺栓與被聯(lián)接件相互擠壓時(shí)的變形來(lái)傳遞載荷。假設(shè)各螺栓所受的工作載荷均為FS，則根據(jù)板的靜力平衡條件得：zFS=FR 或 FS=FR /z第四講2、受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接如圖所示，這種聯(lián)接擰緊后螺栓受預(yù)緊力F， 工作時(shí)還受到軸向工作載荷F的作用。螺栓和被聯(lián)接

12、件都是彈性體。 A）、由圖b擰緊后，根據(jù)靜力平衡條件，螺栓所受拉力應(yīng)與被聯(lián)接件所受壓力大小相等，均為F。以C1和C2分別表示螺栓和被聯(lián)接件的剛度，則螺栓伸長(zhǎng)量：1= F/ C1 被聯(lián)接件縮短量：2= F/ C2 B）由圖c螺栓受工作載荷時(shí)的情況。螺栓總拉力為F0，拉力增量為F0一F，螺栓的伸長(zhǎng)增量為1；被聯(lián)接件隨之放松，其壓力減小為剩余預(yù)緊力F”，壓力減量為F一F”，被聯(lián)接件的縮短減量為2。根據(jù)螺栓的靜力平衡條件得 F0=FF”既螺栓總拉力為工作載荷與被聯(lián)接件給它的剩余預(yù)緊力之和。根據(jù)螺栓與被聯(lián)接件變形與協(xié)調(diào)條件有：1=2螺栓總拉力為預(yù)緊力加上部分工作載荷之和。式中：C1/（C1+C2）相對(duì)剛

13、度系數(shù) 金屬：0.20.3；皮革：0.7；銅皮石棉：0.8；橡膠：0.9。C）由圖d當(dāng)載荷F過(guò)大時(shí)，聯(lián)接出現(xiàn)縫隙，這是不允許的。顯然，F(xiàn)”應(yīng)大于零。以保證聯(lián)接的剛性或緊密性。F無(wú)變化時(shí)：F”（0206）F；F有無(wú)變化時(shí)：F”（0610）F；壓力容器的緊密聯(lián)接： F”（1518）F；且應(yīng)保證密封面的剩預(yù)緊壓力大于壓力容器的工作壓力同理，根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺紋部分的強(qiáng)度條件為： 4×1.3F0 /（dc2） 校核式 §10-7 螺栓的材料和許用應(yīng)力第五講§10-8 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施一、影響螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的因素影響螺栓強(qiáng)度的因素很多，有材料、結(jié)構(gòu)、尺寸參數(shù)、制造和裝配工藝等。就其影響而言，涉及到螺紋牙受力分配、附加應(yīng)力、應(yīng)力集中、應(yīng)力幅、材料、機(jī)械性能、制造工藝等方面。二、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施1、 降低螺栓總拉伸載荷的變化范圍減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件的剛度：使螺栓拉力變化幅減小2、 改善螺紋牙的受力分配各圈螺紋牙的受力也不是均勻的。措施：為了使螺紋牙受力比較均勻，改進(jìn)螺母結(jié)構(gòu)：l）懸置螺母： 2