机械设计课件 第5章螺纹联接和螺旋传动

单线螺纹
双线螺纹
连接螺纹 按螺纹作用分 传动螺纹
潘存云教授研制
潘存云教授研制
连接螺纹
传动螺纹
圆柱螺纹
按母体形状分
圆锥螺纹
-----用于一般的连接和传动 圆柱螺纹
-----主要用于管道连接
圆锥螺纹
按螺纹的牙型分
3º 60º 普通螺纹 矩形螺纹 30º
30º
梯形螺纹
锯齿形螺纹
55º 管螺纹
§5 -1
§5-5
设计步骤：
结构设计
螺栓组连接的设计
受力分析
(单)强度计算
确定d 1
确定螺栓的数 目及布置形式
找出受力最 大的螺栓
定出螺栓的尺寸
对不重要的螺栓连接，可用类比法确定，不再进行强度校核。
§5-5
▲ 设计目的：
螺栓组连接的设计
（一）螺栓组连接的结构设计
确定接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各 螺栓和接合面受力均匀、便于加工装配。 ▲ 基本原则： 1. 连接结合面的几何形状常设计成:
用于盲孔 的连接
思考：这两种连接适用在什么场合？各有何特点？ d
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
（二）螺纹连接的基本类型
1. 2. 3. 4. 螺栓连接 螺钉连接 双头螺柱连接 紧定螺钉连接
潘存云教授研制
紧定螺钉
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
二、螺纹紧固件
螺 纹 紧 固 件 螺栓
L L0
f v arctan arctan f v cos
β =30°，当量摩擦系数
f fv = cosβ
，φv
,
自锁性能好，连接可靠
普通螺纹同一公称直径可以有多种螺距，其中螺 距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。
普通螺纹 细牙 粗牙
细牙螺纹
nP tgψ= πd 2
ψ ≤ φv
螺纹连接的预紧
通常螺纹连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。
操作简单,但准确性较差
F
测力矩扳手
LS LM
定力矩扳手
§5-3
螺纹连接的预紧
拧紧力矩 T 愈大则预紧力 F0 也愈大，那么两者之间有何关系呢？
(二) 拧紧力矩T的计算
装配时，F0的大小通过拧紧力矩T来控制。
拧紧力矩：
4. 为便于在圆周上钻孔时的分度和画线，分布在同 一圆周上的螺栓数目，应取成: 4、6、8 等偶数。 同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。
5. 避免螺栓承受附加的弯曲载荷
切削加工支承面
支承面不平
采用凸台或沉孔结构
支承面倾斜
采用斜垫圈
螺栓组的结构设计，还包括合理地选择螺栓组的防松装置。
§5-5
受横向载荷
受转矩
F∑
M
p D
受轴向载荷
受倾覆力矩
(二) 螺栓组连接的受力分析
1．受横向载荷的螺栓组连接
Question：在横向载荷的作用下被连接件之间有何运动趋势？
F∑
F∑
F∑
普通螺栓连接
F∑
铰制孔用螺栓连接
载荷的特点： 载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组的对 称中心。
1．受横向载荷的螺栓组连接 A 若采用铰制孔用螺栓连接 每个螺栓所受工作剪力为：
优点：p ，ψ ， 自锁性更好、连接更可靠；且螺纹深度 浅，强度高。 缺点：不耐磨易滑扣。 应用：薄壁零件、受变载荷的连接和微调机构。 粗牙螺纹
P
P
,由于制造简单，一般连接常用。
P P
粗牙
d
细牙
d
细牙
d
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
（二）螺纹连接的基本类型
1.螺栓连接
d0 孔与螺杆之间 留有间隙
d0
受拉螺栓 受剪螺栓
d 普通螺栓连接
铰制孔用螺栓连接 多用于承受横 向载荷的场合
结构简单，装拆 方便，应用最广
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
（二）螺纹连接的基本类型
1. 螺栓连接 2. 双头螺柱连接 ----可经常拆装 ----不宜经常拆卸 3. 螺钉连接
双头螺柱是如何拧入、拧出的？
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。
3. 螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间
E E
60˚
h
A
C
60˚
d D
C
B
对压力容器等紧密性要求较高的重要连接，螺栓的
间距 t0 不大于表5--4所推荐的数值。
t0
表5-4
d
螺栓间距 t0 工作压力 (MPa)
≤ 1.6
7d
1.6 ~ 4
4.5d
4 ~ 10 10 ~ 16 16 ~ 20 20 ~ 30 t0 (mm) 4.5d 4d 3.5d 3d
螺栓组连接的设计
(二) 螺栓组连接的受力分析
目的： 求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓 连接的强度计算。
假设： 1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 2）螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合； 3）受载后连接接合面仍保持为平面。
典型的螺栓组受载情况：
F∑
F∑
O T
潘存云教授研制
过盈连接简介
A d A-A
A
曲轴过盈连接组件
（二）过盈连接的工作原理
工作原理
轴与孔配合中，轴的实际尺寸大 于孔， 在装配后的配合面上，便产
F
p
p
生了一定的径向正压力。 d 当连接承受轴向力F或转矩T时， 配合面上便产生摩擦阻力或摩擦阻 力矩以抵抗和传递外载荷。
F p
T
p
Mf
轴的尺寸减去孔的尺寸----过盈量 d
D0
T ≈ 0.2 F0 d
d d0
F0
T ≈ 0.2 F0 d 标准扳手长度 L≈15 d， T = FL F0 = 75F
设：拧紧力为F ，则
FL= F×15 d = 0.2 F0 d 若： F = 200N 则： F0 ≈15000 N
若用这个预紧力拧M12以下的钢制螺栓，则很可能 因过载而被拧断。
第二篇
连
接
连接对于机器的制造、安装、维修必不可少。 机械设计人员必须熟悉常用的连接方法及连 接件的结构、类型、性能、适用场合，掌握它 们的设计理论或选用方法。
机械连接的分类：
1.动连接 ---被连接的零件间可以有相对运动的连接 如:各种运动副 2.静连接 ---被连接件之间不许产生相对运动的连接 可拆连接 ---如: 螺纹、键、销连接等 不可拆连接 ---铆、焊、粘接等 （永久连接） 提问： 有没有既是可拆连接又是不可拆连接的连接形式 ？
螺栓 双头螺柱 螺钉、紧定螺钉 专用螺纹连接 螺母 垫圈
A型平垫圈
B型平垫圈
平垫圈
薄平垫圈
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。
弹簧垫圈
斜垫圈
圆螺母用止动垫圈
§5-3
(一) 概述
螺纹连接的预紧
● 预紧力F0 ：螺纹连接在承受工作载荷之前，预先受
到的作用力
● 预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止
∴对于重要的连接，不宜采用< M12 的螺栓。
§ 5-4
螺纹连接的防松 (自学)
（一）防松的目的
思考：连接螺纹一般具有自锁性，为何还要防松？
（二）防松的方法
防松的根本问题 具体方法有三种： 是防止螺纹副发生相对转动
1、摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母 2、机械防松：开口销、止动垫片、串连钢丝 3、永久防松：焊、粘、冲 具体内容见表 5 - 3 Question： 表5-3中串连钢丝防松方法图 b）不正确的原因何在？
本章主要内容有：
1 螺纹连接的基本知识： 螺纹和螺纹连接件的类型、结构、特点，应用场合及 选用原则，要特别注意普通螺栓连接与铰制孔用螺栓连接 在传力、失效形式、结构及强度计算准则上的不同； 2 螺纹连接的强度计算，主要是紧螺栓连接的强度计算。要 求掌握紧螺栓连接力与变形之间的关系、提高螺栓连接强 度的措施； 螺纹连接的防松原理及防松装置； 螺栓组的受力分析、失效分析及强度计算方法；
螺栓的结构形式
d
六角头 L L0 d 小六角头
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
二、螺纹紧固件
螺 纹 紧 固 件 螺栓 双头螺柱
L
L1
L0 d
L1 -----座端长度 L0 -----螺母端长度
二、螺纹紧固件
螺 纹 紧 固 件
头部 结构
螺栓 双头螺柱 螺钉、紧定螺钉
末端 结构
二、螺纹紧固件
螺 纹 紧 固 件 螺栓 双头螺柱 螺钉、紧定螺钉 专用螺纹连接 地脚螺栓
过盈连接简介
（一）过盈连接的特点及应用
特点：
利用零件间的配合过盈来达到连接目的 过盈连接 ---- 干涉配合连接或紧配合连接
过盈连接简介
（一）过盈连接的特点及应用
特点： 利用零件间的配合过盈来达到连接目的 应用：主要用于轴与毂、轮圈与轮芯、滚动轴承与轴 或座孔的连接等。
A d A-A
A
曲轴过盈连接组件
受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。
● 预紧力的确定原则：
碳素钢螺栓：
F0≤(0.6~0.7) σs A1 F0 ≤(0.5~0.6) σs A1
合金钢螺栓：
A1 ---危险截面积， A1 ≈π d21/4
§5-3
● 预紧力控制方法: 1)凭手感经验； 2)测力矩扳手； 3)定力矩扳手； 4)测定伸长量。
d d2 d1
P
S
h