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1、第七章螺纹连接与螺旋传动为了便于机器的制造、安装、维修和运输，在机器和设备的各零、部件间广泛采用各种联接。联接分可拆联接和不可拆联接两类。不损坏联接中的任一零件就可将被联接件拆开的联接称为可拆联接，这类联接经屡次装拆仍无损于使用性能，如螺纹联接、链联接和销联接等。不可拆联接是指至少必须毁坏联接中的某一局部才能拆开的联接，如焊接、钾钉联接和粘接等。螺纹联接和螺旋传动都是利用具有螺纹的零件进行工作的，前者作为紧固联接件用，后者则作为传动件用。本章主要讨论螺纹联接的结构、计算和设计，重点介绍单个螺栓联接的强度计算、螺栓组的受力分析及提高螺栓联接强度的措施。一、教学要求1 .掌握螺纹连接的根本类型、掌
2、握螺纹连接的预紧和防松；2 .掌握单个螺栓连接的强度计算；3 .了解螺栓组连接的受力分析，能够根据的条件合理的选择螺栓连接。二、教学重点与难点1 .螺栓连接的根本类型；2 .单个螺栓连接的强度计算；3 .螺栓组的设计计算是本章的难点。7.1螺纹连接的根本知识7.1.1螺纹的类型按牙型：三角形螺纹、管螺纹一一联接螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹一一传动螺纹，如图7.1按位置：内螺纹一一在圆柱孔的内外表形成的螺纹外螺纹一一在圆柱孔的外外表形成的螺纹三角形螺纹：粗牙螺纹一一用于紧固件细牙螺纹一一同样的公称直径下，螺距最小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等根据螺旋线绕行方向：左旋一一不常用右旋一一常用
3、，如图7.2根据螺旋线头数：单头螺纹（n=D用于联接双头螺纹5=2）如图多线螺纹（nN2）用于传动如图7.37.1.2螺纹的主要参数现以图7.4所示的圆柱普通螺纹为例说明螺纹的主要几何参数。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，在有关螺纹的标准中称为公称直径。外螺纹GR 57686 a- 30*, #=15*螺统的牙（H锯曲图7,2螺纹的旋向图？二蝶纹的线数、筹距和导程图九4摒坑的主要几何季数、内螺坟内螺蚊2、小径出与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径，是螺纹的最小直径，常作为强度计算直径。3、中径dz在螺纹的轴向剖面内，牙厚和牙槽宽相等处的假想圆柱体的直径。
4、守百外螺纹GB1921未林准化，尸二/仇.正件由，“=Fl一相a）三角瘩b）矩形一内螺蛟内螺纹4、螺距P螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。5、导程S同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。设螺纹线数为n,则对于单线螺纹无、M外螺纹.吸Q4314T63=33%后31隹3小有S=P,对于多线螺纹则有S=nP。如图7.3所示。6、升角人在中径Cb的圆柱面上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，由图7.4可得snptan人二二_兀 d (7.1)兀d227、牙型角a、牙型斜角B在螺纹的轴向剖面内，螺纹牙型相邻两侧边的夹角称为牙型角ao牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为
5、牙型斜角B,对称牙型的B=a2,如图7,1所示。7.1.3常用螺纹的特点及应用1、普通螺纹即米制三角形螺纹，其牙型角a=60,螺纹大径为公称直径，以mm为单位。同一公称直径下有多种螺距,其中螺距最大的称为粗牙螺纹,其余的称为细牙螺纹,如图7.5所示。图7.5粗牙螺纹与细牙螺纹普通螺纹的当量摩擦系数较大，白锁性能好,螺纹牙根的强度高,广泛应用于各种紧固联接。一般联接多用粗牙螺纹。细牙螺纹螺距小、升角小、白锁性能好,但螺牙强度低、耐磨性较差、易滑脱,常用于细小零件、薄壁零件或受冲击、振动和变载荷的联接,还可用于微调机构的调整。2、管螺纹管螺纹是英制螺纹，牙型角55。，公称直径为管子的内径。按螺纹是
6、制作在柱面上还是锥面上,可将管螺纹分为圆柱管螺纹和圆锥管螺纹。前者用于低压场合,后者适用于高温、高压或密封性要求较高的管联接。3、矩形螺纹牙型为正方形，牙型角a=0。其传动效率最高，但精加工较困难，牙根强度低，且螺旋副磨损后的间隙难以补偿.使传动精度降低。常用于传力或传导螺旋。矩形螺纹未标准化，已逐渐被梯形螺纹所替代。4、梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角a=30oO其传动效率略低于矩形螺纹，但工艺性好，牙根强度高，螺旋副对中性好,可以调整间隙。广泛用于传力或传导螺旋,如机床的丝杠、螺旋举重器等。5、矩齿形螺纹工作面的牙型斜角为3,非工作面的牙型斜角为30。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度
7、高的特点,但仅能用于单向受力的传力螺旋。7.1. 4螺纹连接的根本类型合理选择螺纹连接需要了解螺纹联接类型的特点及应用场合。正确选用连接类型,熟悉常用连接件的有关国家标准是设计螺纹连接所必须掌握的根本知识。螺纹连接是由带螺纹的零件，即螺微愍牛盥蓍眼混蠲举常用联接的根本类型：螺栓联接、福斌杨朕接、螺钉联接表7-1螺纹连献熄杏类八型曲合金M生笔触关系蜿坟孔撇度A+7-2,5aFi】/*同上紧霾瞬玛懒：，在裱联接件之一的事较孔中，用于暖结构限制而不能用三三结构税常耍的场合牯孔解度9小/57技操鼠余留长度31受杭眼拴联械，岸或荷仇3Y)53支就荷JJ.7：珅击、理曲就芮壮受的典他联接.j号可幽小胸趾伸
8、出出庭也入Q*063婚蟀郑!蝌期荚惬接样边般的龙离尸一43-Cmm不用嵋母，而且能有比整的外集:S面.应用与球头柱舵倍相做宜不宜用干时常装拆的联接*目弟损鹤逸辞编制蟠我.使用不受板麻屋件材料的限制，构造简单，陵拆方死，地用亲广,用瑞蕊跳酸一醐翅辔其木住另一款联接作的外表腐恶人相觉的杭中，以国定两个零件的相互位首,井可借建不大的力或转期件7.1. 5标准螺纹连接件常用的有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母和垫圈等。图7.7双头螺柱图7.6螺栓7.2螺纹连接的预紧与防松内六角圆在去7.2.1螺纹连接的预紧螺纹联接：松联接一一在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用紧联接一-在装配时需拧紧，即在承载时，已
9、预先受力，预紧力FO六角螺蟀六葩q加母h字将埠角健理图7.9螺预紧目的一一保持正常工作。如汽缸螺检联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大刚性等。十字槽道头疑尖号图7.8螺钉、紧定螺钉的头部和末增大刚性一一增加联接刚度、紧密性和提高防松能力预紧力FO一预先轴向作用力（拉力）预紧过紧一一拧紧力QP过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度过松一一拧紧力QP过小，工作不可靠预紧力的控制：测力矩板手一一测出预紧力矩，如图7.IOa定力矩板手一一到达固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑，如图7.IOb图7.10控制拧紧力矩用的扳手扳手力矩为T=KF（7-2）O式中F。为预紧力，单位为N；
10、d为螺纹的公称直径，单位为mm；K为拧紧力矩系数7.2.2螺纹连接的防松1、防松目的实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故2、防松原理消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。3.防松方法按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松、永久防松和化学防松4大类。常用的防松方法如表7-2所列。7.3单个螺栓连接的强度计算单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的根底。根据联接的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪
11、螺栓。针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算的依据和出发点。螺栓连接的失效形式和原因1 .失效形式工程中螺栓联接多数为疲劳失效受拉螺栓一一螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓一一螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断2 .失效原因：应力集中应力集中促使疲劳裂纹的发生和开展过程3、设计计算准则与思路受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度表7-2常用的防松方法苒镶壁阙尼蛇圈锁紧螺母弹簧垫阍材料为弹簧钢.装配后龈 脑被压平I其反弹力能使螺线向保特 压器力和摩摞力对覆螺母利用商攫母的对顶作用使嚼桂始震受刘睹
12、加拉力和附加摩擦上 的作 螺母中或M尼企圈，拧上后尼龙 用口堵构简单，可用f低速重 载场圈内孔被肥大而箍塞塞.桂 合槽形爆母和开口销 圆螺母用带翅单片情形螺母拧第后，用开口销穿过爆一向垫片内翅嵌入黑山痴病内，拧 拴尾部小孔和爆母的楷，也可以用普紧螺母后聘络片外翅之一折嵌于螺 通螺母拧紧后再度朝开if销孔 母的一个摘内土动垫 片将军片圻边以固定蛹母和被正 楼件的相对位置徵*台刊冲点怯防松用冲去加2a 3点粘合法防松用粘合剂除于煤改施合表间，拧 紫熙母后粘合剂能自行固化，防松 效果律好用于嬖栓蛆、螺钉自4 连接的防松永久防松焊接不IE稳 申战钢堤7.3.1受拉螺栓连接1、松螺栓联接这种联接在承受工
13、作载荷以前螺栓不拧紧，即不受力，如图7T1所示的起重吊钩尾部的松螺接联接。螺栓工作时受轴向力F作用，其强度条件为为松图7. 11松螺栓连接FFO=-(7-(7-3)ARd2/4式中di为螺栓危险截面的直径(即螺纹的小径)，单位为mm；联接的螺拴的许用拉应力，单位为MPa由上式可得设计公式为(7-4)计算得出dl值后再从有关设计手册中查得螺纹的公称直径do2、紧螺栓联接只受预紧力的紧螺栓联接工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下：复合应力状态：预紧力FO一产生拉伸应力。螺纹摩擦力矩Tl一产生剪应力T按笫四强度理论：Oi辰而+3ITI=1纥1.3R),强度条件为：0=V0e兀,设计公式为：ddi41由此可
14、见，紧联接螺栓的强度也可按纯拉伸计算，但考虑螺纹摩擦力矩T的影响，需将预紧力增大30%。承受横向外载荷的紧螺栓联接一一主要防止被联接件错动特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力(F)产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠(不产生相对滑移)的条件为：FOfS假设考虑联接的可靠性及接合面的数目，上式可改成Ffin二KF0/?图7.12受横向外载荷的普通螺栓连接_KFFO二11tfrn式中FR为横向外载荷，单位为N；f为接合面间的摩擦系数，；m为接合面的数目；Kf为可靠性系数，取Kf=LlSL3。1.3F强度校核公式为：O=VQe兀，一di41设计公式为：d1兀白承受轴向静载荷的紧螺栓联接这种受力形式的紧
15、螺栓联接应用最广，也是最重要的一种螺栓联接形式。图7.13所示为气缸端盖的螺栓组，其每个螺栓承受的平均轴向工作载荷为Lp兀。2F二4z式中P为缸内气压；D为缸径；Z为螺栓数图7.13气缸盖螺栓连接图7.14螺栓的受力与变形图7.14所示为气缸端盖螺栓组中一个螺栓联接的受力与变形情况。假定所有零件材料都服从胡克定律，零件中的应力没有超过比例极限。图7.14a所示为螺栓未被拧紧，螺栓与被联接件均不受力时的情况。图7.14b所示为螺栓被拧紧后，螺栓受预紧力F0,被联接件受预紧压力F。的作用而产小压缩变形31的情况。图7.14C所示为螺栓受到轴向外载荷(由气缸内压力而引起的)F作用时的情况，螺栓被拉伸，
