機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：第10章 聯(lián)接2

1、第10章聯(lián)接4. 螺紋聯(lián)接的基本類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件 4.1 螺紋聯(lián)接的基本類型 ：螺紋聯(lián)接常用類型有四種，見(jiàn)表10.2。4.2 標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件：見(jiàn)表10.3。5. 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 5.1 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊 ： 1. 擰緊力矩T的計(jì)算：T = T1 + T2 ，其中T1螺紋摩擦副間摩擦阻力矩， T2螺母和被聯(lián)件支承面間摩擦阻力矩。經(jīng)簡(jiǎn)化對(duì)M10M68粗牙螺紋可取 T 0.2Fad 式中： Fa為螺栓受到的軸向載荷，d為螺栓公稱直徑 2. 擰緊力矩控制方法：如圖示，要求不高時(shí)，可用圖a測(cè)力矩扳手；要求高時(shí)，應(yīng)用圖b定力矩扳手；對(duì)大批生產(chǎn)，應(yīng)用風(fēng)扳機(jī)或電動(dòng)定力矩扳手 5.2 螺紋聯(lián)接的防松 ： 三角螺

2、紋都具有自鎖性，一般不會(huì)自行松脫。但在沖擊、振動(dòng)和變載的作用下，仍有松脫可能；高溫的螺紋聯(lián)接，由于溫度變形差異等原因，也可能發(fā)生松脫。因此聯(lián)接設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)考慮防松問(wèn)題。 螺紋聯(lián)接防松的根本目的在于防止螺紋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松方法很多，今將常用的幾種列于表10.5中 表10.2 螺栓聯(lián)接的主要類型類型結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 圖結(jié) 構(gòu) 尺 寸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合螺栓聯(lián)接1)螺尾余留長(zhǎng)度l1 受拉螺栓聯(lián)接： 靜載荷 l1(0.30.5)d 變載荷 l10.75d沖擊、彎曲載荷 l1(0.30.5)d 受剪螺栓聯(lián)接： l1盡可能小2)螺紋伸出長(zhǎng)度 l2 l20.20.3d3)螺栓軸線到被聯(lián)件邊緣距e e = d +(

3、36)mm 無(wú)須在被聯(lián)接件上切螺紋，構(gòu)造簡(jiǎn)單，裝拆方便，應(yīng)用最廣。用于通孔，并能從兩邊裝配的場(chǎng)合，左圖為普通受拉螺栓，孔精度要求低，右圖為鉸制孔螺栓，釘桿同孔配合，需鉸孔加工 螺釘聯(lián)接1)螺紋旋入深度： 當(dāng)螺孔材料為 鋼或青銅 l3d 鑄鐵 l3(1.251.5)d 鋁合金 l3(1.52.5)d2)螺紋孔深度 l4 l3 +(22.5)P3)鉆孔深度 l5 l4 +(0.51)d4)其余尺寸 l1、 l2和e同上 不用螺母，有光整的外露表面，應(yīng)用與雙頭螺柱相似。因螺紋孔中螺紋易磨損，且不容易修復(fù)，所以常用于比較厚的下被聯(lián)接件上，不宜用于常拆卸的場(chǎng)合雙頭螺柱聯(lián)接 螺柱末端旋入并緊固在被聯(lián)接件的

4、螺紋孔中，以保持松緊上面螺母時(shí)螺桿不跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。用于受結(jié)構(gòu)限制不能用螺栓或希望結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合，可多次裝拆，而不損壞被聯(lián)接零件緊定螺釘聯(lián)接d=(0.20.3)d軸轉(zhuǎn)矩大的時(shí)候取大值 緊定螺釘旋入被聯(lián)接件之一的螺孔之中，其末端頂住另一被聯(lián)接件表面（或孔中），達(dá)到固定的目的，并可承擔(dān)小的力或力矩返回表10.3 常用標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件-（1）類型圖 例 和 標(biāo) 記結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn)、應(yīng) 用 和 標(biāo) 記 意 義六角頭螺栓標(biāo)記：螺栓M10 x100 GB5785-86 螺栓主要區(qū)別在于頭部形狀，其中以六角頭螺栓的應(yīng)用最廣，六角頭又有標(biāo)準(zhǔn)頭和小六角頭兩種，小六角頭的尺寸小、重量輕，比較經(jīng)濟(jì)，但不適用于頻繁拆卸的場(chǎng)合。

5、按加工精度不同可分為；粗制和精制兩種，機(jī)械行業(yè)中多用精制螺栓。標(biāo)記意義：粗牙普通螺紋 d=10mm L=100mm 六角頭螺栓 執(zhí)行GB5785-86號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)雙頭螺柱標(biāo)記：螺柱 M10 x50 GB898-88 雙頭螺柱兩端都制有螺紋，結(jié)構(gòu)上分A型和B型兩種，前者有退刀槽，后者中部比較細(xì)，無(wú)須退刀槽。A型多用。根據(jù)旋入端長(zhǎng)度又分為四種規(guī)格； bm = d 用于鋼或青銅制的螺紋孔中 bm =1.25 d 用于鑄鐵制的螺紋孔中 bm =1.5 d 用于鑄鐵制的螺紋孔中 bm =2 d 用于鋁合金制的螺紋孔中 標(biāo)記意義：粗牙普通螺紋 d=10mm L=50mm雙頭螺柱 執(zhí)行GB898-88號(hào)國(guó)家標(biāo)

6、準(zhǔn) 螺釘標(biāo)記；螺釘M10 x50 GB67-85 螺釘頭部常見(jiàn)的有：半圓頭、平圓頭、圓柱頭和沉頭四種。頭部起子槽口常有：一字槽、十字槽和內(nèi)六角孔三種。其中十字槽螺釘頭部強(qiáng)度高，對(duì)中性好，便于自動(dòng)裝配多用。內(nèi)六角孔螺釘能承受比較大的扳手力矩，聯(lián)接強(qiáng)度高，可代替六角頭螺栓，用于要求結(jié)構(gòu)緊湊，外觀要求美觀的場(chǎng)合。一字槽螺釘在機(jī)械中少用，常用于木器等聯(lián)接。 標(biāo)記意義：粗牙普通螺紋 d=10mm L=50mm圓頭螺釘 執(zhí)行GB67-85號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 緊定螺釘標(biāo)記；螺釘M10 x30 GB71-85 緊定螺釘一般通體加工螺紋。其末端形式主要有三種類型：錐端、平端和圓柱端。錐端適用于被聯(lián)接件表面硬度比較低或不

7、經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合；平端接觸面積較大，不會(huì)因聯(lián)接而損傷零件表面，常用于頂緊硬度較大的表面或經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合；圓柱端常用于需要在被聯(lián)接表面鉆凹坑，螺釘緊定在凹坑中的情況下，適用于緊定空心軸上的零件。 緊定螺釘?shù)穆菁y起子口一般都采用一字槽口。 標(biāo)記意義；粗牙普通螺紋 d=10mm L=30mm 錐端緊定螺釘 執(zhí)行GB71-85號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)續(xù)表表10.3 常用標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件-（2）類型圖 例 和 標(biāo) 記結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn)、應(yīng) 用 和 標(biāo) 記 意 義六角螺母和圓螺母 標(biāo)記1；螺母M10 GB41-86 標(biāo)記2；圓螺母M16x1.5 GB812-88 六角螺母應(yīng)用最為廣泛，根據(jù)螺母的厚度不同可以分為：標(biāo)準(zhǔn)螺母、扁

8、螺母和厚螺母三種規(guī)格。扁螺母常用于螺栓受剪切力或空間尺寸受到限制的場(chǎng)合；厚螺母用在經(jīng)常拆卸，螺紋容易磨損的場(chǎng)合；一般主要選用標(biāo)準(zhǔn)螺母。螺母制造精度和螺栓相同，分別與相同精度螺栓組配。圓螺母常與止動(dòng)墊片一起配合使用（其結(jié)構(gòu)見(jiàn)10.5.2），一般是用在軸上的零件固定用，例如軸承等固定。 標(biāo)記1意義；粗牙普通螺紋d=10mm 六角螺母 執(zhí)行GB41-86號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)記2意義；細(xì)牙普通螺紋 d=16mm 圓螺母 執(zhí)行GB812-88號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 墊圈 標(biāo)記；墊圈10 GB97.2-85 墊圈是螺紋聯(lián)接中不可缺的附件，起保持支承表面、增大被聯(lián)接件剛度、使支承表面與螺栓軸線相垂直等作用，還有的墊圈可以起到

9、防止松脫的作用（見(jiàn)10.5.2）。同螺栓一樣，按加工精度的不同，分為粗制和精制兩種。精制墊圈又分A型（平墊圈左圖）和B型（平墊圈右圖）。斜墊圈用于支承面和孔軸線不垂直，特別是型鋼的聯(lián)接。 標(biāo)記意義；螺紋公稱直徑d=10mm A型墊圈 執(zhí)行GB97.2-85號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 返回11頁(yè)表10.5 常用的防松方法-1通過(guò)在螺旋副內(nèi)附加摩擦力防松示例圖使用說(shuō)明和優(yōu)缺點(diǎn) 彈簧墊片防松上圖為彈簧墊片自然狀態(tài)，它用彈簧鋼制造，裝配后被壓平，其恢復(fù)原狀的反彈力使螺紋間增加了正壓力和摩擦力。另外，其開(kāi)口處刃口也有阻止螺母和螺桿相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)、防松作用。本方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，外廓小；但螺桿受到附加彎矩作用對(duì)強(qiáng)度不利，同

10、時(shí)沖擊振動(dòng)時(shí)也不很可靠，勿用重要場(chǎng)合對(duì)頂螺母防松利用兩螺母的對(duì)頂作用，增加其間螺紋的附加拉力，從而使螺母和螺桿間正壓力增加，也就增加了它們之間的附加摩擦力，使螺母不易松脫。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本很低，同彈簧墊片相比，沒(méi)有螺桿上附加彎矩的作用，螺桿壽命可以提高，同時(shí)該方式不受外載荷變化的影響，即使外載荷消失，其間仍保持頂緊力。但該方式結(jié)構(gòu)比較龐大，適用低速重載場(chǎng)合 橢圓收口螺母這是一種特殊螺母，螺母的上端制成橢圓收口狀，當(dāng)擰緊螺母后，收口端因螺桿的撐擠作用而脹開(kāi)，使螺紋副橫向壓緊，螺母緊緊抱壓在螺桿上，增加了螺紋間的壓力和摩擦力。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，可多次拆裝不降低防松性能。缺點(diǎn)是，螺母

11、的制造成本較高，擰緊螺母時(shí)稍顯困難。適用于較重要的聯(lián)接。需注意：有橢圓收口的一面應(yīng)作為螺母上表面通過(guò)用專用防松元件機(jī)械式防松示例圖使用說(shuō)明和優(yōu)缺點(diǎn) 開(kāi)口銷和槽形螺母防松螺母上端開(kāi)有垂直于軸線的若干槽，螺母擰緊后，找一合適的槽位,在螺柱上垂直于螺桿軸線方向打一通孔，將開(kāi)口銷穿過(guò)槽和通孔，從另端劈分折向兩邊。使螺桿和螺母不會(huì)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。有時(shí)也用普通螺母擰緊后再配鉆開(kāi)口銷孔。其優(yōu)點(diǎn)是；防松可靠，缺點(diǎn)是；螺桿要鉆孔，對(duì)強(qiáng)度有較大影響。適用于有振動(dòng)高速機(jī)械上 圓螺母配翅形墊片防松下圖是翅形墊片 的形狀，其孔內(nèi)有一凸塊，螺紋沿軸線方向開(kāi)有一相應(yīng)形狀的凹槽，裝配時(shí)，先將墊片沿槽裝入，旋緊圓螺母后，找墊片外圓周

12、上某一合適的凸塊，將其向上折入圓螺母外圓周上的四個(gè)開(kāi)口之一，保證了螺母相對(duì)螺桿不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而防止了松脫。它不需打孔，對(duì)螺桿強(qiáng)度削弱較小，但也要在螺紋上開(kāi)槽，對(duì)螺紋的壽命和耐磨性等也有影響。常用于軸上螺紋聯(lián)接的防松 帶翅止動(dòng)墊片防松此種墊片一般比較大，外觀一端有一個(gè)較大的凸塊，使用時(shí)通常用在位于被聯(lián)接件邊緣的螺孔，將墊片放入螺桿中，壓緊螺母后，找一個(gè)螺母靠?jī)?nèi)部的六角平面，將墊片向上折起，貼緊在平面上，另端凸塊在被聯(lián)接件邊緣處折下，防止了兩者的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是不損壞螺紋和螺母，應(yīng)用方便。缺點(diǎn)是墊片比較大，結(jié)構(gòu)上不美觀，使用不靈活，一般只能用于邊緣的聯(lián)接，常用在機(jī)座的聯(lián)接上轉(zhuǎn)續(xù)表粘結(jié)式、焊接式防

13、松粘結(jié)式：就是在擰螺母之前將螺柱上涂上強(qiáng)力粘結(jié)劑，然后迅速將螺母擰緊。隨著粘結(jié)劑的固化，螺母和螺柱之間就無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)了。焊接法：螺母和螺柱擰緊后，將螺母上部用點(diǎn)若干點(diǎn)焊點(diǎn)，防止了兩者相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。此兩種方式、時(shí)間用久后仍有可能松脫，重要場(chǎng)合還應(yīng)注意。這樣兩種方式都是損害螺紋的，不推薦使用，只有在重要場(chǎng)合，松脫可能帶來(lái)嚴(yán)重危害，且更換較容易的條件下，或簡(jiǎn)單機(jī)械上才有應(yīng)用。不適用經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合沖點(diǎn)式防松這屬于破壞式防松方法。裝配完畢后，為阻止松脫，可以用尖沖將螺母上部螺柱上螺紋沖倒若干個(gè)點(diǎn)。顯然這種方法是以損壞螺紋為代價(jià)的，因此不適用常拆卸的螺紋說(shuō)明和優(yōu)缺點(diǎn)示例圖其他防松返回11頁(yè)表10.5 常用的防松方

14、法-2第10章聯(lián)接6. 螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 6.1 單個(gè)螺栓聯(lián)接的失效形式和強(qiáng)度計(jì)算： 1.單個(gè)螺栓聯(lián)接的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則 (1)普通受拉螺栓常見(jiàn)螺桿小徑拉斷失效，部位如圖10.8。其中八成以上在螺母支承面第一圈處拉斷，故常認(rèn)定小徑斷面為危險(xiǎn)截面。 (2)鉸制孔用螺栓常見(jiàn)螺栓桿部受剪切斷裂或孔(桿)面壓潰。 (3)經(jīng)常拆裝的螺栓磨損滑扣失效，?？刂剖褂脳l件防止發(fā)生。 2.單個(gè)螺栓聯(lián)接的分類和強(qiáng)度計(jì)算 ： (1)松螺栓聯(lián)接：指工作前無(wú)須擰緊的聯(lián)接，見(jiàn)圖10.9起重裝置上的滑輪架。螺桿只承受工作拉力F，屬力學(xué)中桿件單純受拉的情況，該桿件的直徑可以近似認(rèn)為是螺紋的最危險(xiǎn)截面直徑小徑d1。其強(qiáng)度計(jì)算

15、公式如上 (2)緊螺栓聯(lián)接：工作前需施加力矩?cái)Q緊的聯(lián)接。為螺栓聯(lián)接最常見(jiàn)的形式。根據(jù)其承載形式的不同，又可分多種類型，其強(qiáng)度計(jì)算也有差別： 單純預(yù)緊狀態(tài)的普通受拉螺栓，如圖10.10a：因擰緊螺栓時(shí)需施加擰緊力矩T1，使螺桿危險(xiǎn)截面上產(chǎn)生扭剪應(yīng)力，而當(dāng)螺桿擰緊后其內(nèi)有軸向拉力Fa ，使截面上產(chǎn)生正應(yīng)力。故螺桿危險(xiǎn)截面是處在正應(yīng)力和扭剪應(yīng)力共同作用的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。強(qiáng)度計(jì)算須同時(shí)考慮兩者影響。 公式推導(dǎo)為：松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算公式: 或螺栓材料的許用應(yīng)力，查表10.8 F螺紋部分受到軸向拉力 ,(N) d1螺紋的小徑 （mm） 單純預(yù)緊狀態(tài)的普通受拉螺栓強(qiáng)度計(jì)算公式:Fa所生正應(yīng)力T1所生剪應(yīng)力代入

16、常用M10M68平均參數(shù)，取tg=f=0.15 得利用第四強(qiáng)度理論結(jié)論：強(qiáng)度公式為： 或 6. 螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 6.1 單個(gè)螺栓聯(lián)接的失效形式和強(qiáng)度計(jì)算：2.單個(gè)螺栓聯(lián)接的分類和強(qiáng)度計(jì)算 ：(2)緊螺栓聯(lián)接： 受橫向載荷的普通受拉緊螺栓 ，如圖10.10b：應(yīng)用廣泛的聯(lián)接形式。擰緊的螺栓靠被聯(lián)件表面上的摩擦力承擔(dān)橫向外載荷FR。故其為保持橫向載荷平衡所需要的預(yù)緊力Fa和螺栓所承擔(dān)的橫向外載荷FR是有關(guān)的，可用摩擦力和外載荷的平衡條件求取。過(guò)程如上。 第10章聯(lián)接由受橫向載荷普通受拉緊螺栓靜力平衡條件mFafCFR ，即：FaCFR/mf 式中：m為摩擦面數(shù)，f 摩擦面上摩擦系數(shù)， C為可靠

17、性系數(shù)，以確保摩擦表面間無(wú)滑動(dòng)，一般可取C=1.11.3之間。常取C=1.2。 將求得的所需預(yù)緊力代入緊螺栓式中計(jì)算強(qiáng)度 或 上方式雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)也突出：如設(shè)f =0.15，C =1.2，m =1，代入公式中得 Fa=8FR ，即螺栓需要的預(yù)緊力是其橫向載荷的8倍，即須取較大螺栓才可滿足強(qiáng)度要求，無(wú)疑造成對(duì)零件和材料的浪費(fèi)。 為減小零件尺寸，可用減載銷、套筒或鍵傳遞橫向力如圖10.12。具有這種減載件的緊螺栓聯(lián)接，其強(qiáng)度按銷、套筒和鍵的強(qiáng)度條件計(jì)算，可忽略結(jié)合面上的摩擦力。 但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配比較麻煩。為兼顧二者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)踐中常采用“絞制孔螺栓，釘桿和釘孔公稱尺寸一致，裝配時(shí)緊密配合。

18、因釘孔需要用絞刀制造，所以稱為絞制孔螺栓，如圖10.16第10章聯(lián)接6. 螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 6.1 單個(gè)螺栓聯(lián)接的失效形式和強(qiáng)度計(jì)算：2.單個(gè)螺栓聯(lián)接的分類和強(qiáng)度計(jì)算 ：(2)緊螺栓聯(lián)接： 受軸向工作載荷的普通受拉緊螺栓(圖10.10c) ：在擰緊的螺栓上(受預(yù)緊力Fa)又加沿螺桿軸線工作載荷F。圖10.13壓力容器法蘭螺栓是其常見(jiàn)應(yīng)用。 該聯(lián)接應(yīng)保證螺栓受工作載荷后，被聯(lián)接件間保持足夠的壓緊力，以防漏氣。因螺栓是變形體，施加工作載荷后，螺栓上承受的總工作拉力并不等于預(yù)緊力和工作載荷的簡(jiǎn)單疊加，需要考慮變形因素進(jìn)行分析。 a)用圖10.14說(shuō)明各力之間的關(guān)系：圖a是未擰緊狀態(tài)表示各件的原始長(zhǎng)；圖b是擰緊后但未承擔(dān)工作載荷的情況。螺桿及被聯(lián)接件間僅承受預(yù)緊力Fa，螺桿伸長(zhǎng)變形量b0，被聯(lián)件壓縮變形量c0；圖c螺栓上又施加軸向工作載荷F，螺桿進(jìn)一步伸長(zhǎng)，增加變形量，這給原本壓縮變形的被聯(lián)接件提供了些許變形恢復(fù)空間，其內(nèi)部壓緊力也同步減少，下降到了殘余預(yù)緊力FP。很明顯，此時(shí)螺桿上的總載荷F應(yīng)為工作載荷F和殘余預(yù)緊力FP的和；圖d是工作載荷進(jìn)一步增加，螺桿上變形增量大到超過(guò)了被聯(lián)接件原先的壓縮變形量，被聯(lián)接件壓縮變形完全恢