机械设计基础第10章联接剖析

3、双头螺柱联接 结构特点：螺柱两端无钉头， 但均有螺纹， 装配时一端旋入被联接件， 另一端配以螺母。 拆装时只需拆螺母， 而不将双头螺栓 从被联接件中拧出。 适 用：被联接件之一较厚或盲孔 且经常拆卸的连接处。
联接过程
图中尺寸同螺钉联接
4、紧定螺钉联接
结构特点：拧入后，利用杆末端 顶住另一零件表面或旋入零件相 应的缺口中以固定零件的相对位 置。 适用：常用来固定两零件的 相对位置，并可用来传递不 大的力和力矩。
注意：为防止螺母在轴向力作用下自动松开， 用于联接的紧固螺纹必须满足自锁条件。
三、螺旋副效率：
螺旋副的效率问题是由于摩擦引起的： 上升： 若不考虑摩擦： F= Fa tan (ψ) 若考虑摩擦时： F= Fa tan(ψ+') 在同样载荷Fa、 同样牵引速度V、 走过同样距离S情况下 没有摩擦时，需要的输入功 =FS=FaS tan(ψ) 考虑摩擦时，需要的输入功 =FS=FaStan(ψ+')
三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹
1、螺纹受力分析： (忽略升角ψ的影响)
唯一区别：
在同样Fa作用下的法向力: 非矩形螺纹 ＞矩形螺纹
非矩形螺纹法向反力:
Fa Fn cosβ
非矩形螺纹摩擦阻力:
Ff fFn
Fa f ' f f Fa Fa cosβ cosβ
把法向力的增加看成摩擦系数的增加
表10-11
②粗、细螺纹特点、适用范围
粗牙螺纹：广泛应用于螺纹联接中。 细牙螺纹： ψ小（tanψ =nP/πd2）,自锁性能好（ψ≤ ′） 小径大,强度高；但不耐磨损，易滑扣。 应用：薄壁零件、 受动载荷的联接和微调机构的调整。
2、管螺纹 管螺纹广泛用于水、汽、油管路联接中。 管 螺 纹
非螺纹密封的管螺纹： 圆柱管壁α=55° 用螺纹密封的管螺纹： 圆锥管壁α=55°、60°
②精密螺栓联接：
结构特点：装配后无间隙， 螺杆与螺栓孔采用 过渡配合。 （铰制孔用螺栓联接） 应 用：承受垂直于螺栓轴线的 横向载荷，也可定位用。
a=0.2=0.3d； l1=0
2、螺钉联接
联接过程
结构特点：螺钉直接旋入被连接的螺孔，一端有螺钉头 不需螺母，结构比较简单。但不宜经常装拆，以免被连 件的螺纹孔磨损而修复困难。 应用：被联接件之一较厚不宜经常装拆处.
do—螺栓孔直径。
对于M10~M68的普通粗牙螺纹：取f '=tgρ' =0.15 ， fc=0.15 上式简化为： T≈0.2 Fa d (N.mm) d—螺纹公称直径； Fa—预紧力
预紧力和拧紧力矩之间的关系：T≈0.2 Fa d Fa：由螺纹联接要求决定。 一般取螺栓材料屈服极限的 50% ~70%。 人工经验 拧紧力矩的控制：
f ' tgρ f cosβ
'
f′—当量摩擦系数
ρ′ —当量摩擦角
用f′取代f，用ρ′取代ρ，对非矩形螺纹受力分析:
上升： F= Fa tan(ψ+') d2 d2 T F Fa tan( ψ ρ ) 2 2 下滑： F= Fa tan (ψ- ') d2 d2 T F Fa tan( ψ ρ ) 2 2 2、螺纹自锁条件为： ψ≤ ′
拧紧力矩T
T 螺纹副相对转动的阻力矩T1 螺母支承面上的摩擦阻力矩T2 d2 T T1 T2 Fa tan( ψ ρ ) fc Farf 2
Fa—轴向力； d2—螺纹中径；
fc—螺母与被联接件支承面之间的摩擦系数 rf—支承面摩擦半径，rf≈1/4（dw+d0）
dw—螺母支承面的外径
（又称圆锥管螺纹） （锥外+柱内、锥外+锥内） φ=1°47′24″
公称直径——管子通径
带有外螺纹 的管子孔径
二、梯形螺纹锯齿形螺纹 特点：=15º传动的效率高 适用：螺旋传动 三、锯齿形螺纹 特点： =3º 传动的效率最高 适用：单向螺旋传动
例题1 有粗牙普通螺纹M10和M68，说明在静载荷下这 两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f = 0.1~0.15）
§10—4 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件
一、螺纹联接的基本类型 1、螺栓联接 ①普通螺栓联接：
联接过程
结构特点：被连接件不太厚； 通孔不带螺纹； 装配后孔与杆间有间隙 并在工作中不许消失。 优 点：结构简单，加工简便， 成本低，可多次装拆， 应 用：广 泛
孔径 ≈1.1d； a=0.2=0.3d； 静载荷l1≥0.3~0.5d；变 载荷l1≥0.75d； 冲击载荷l1≥d
3.螺纹副:(螺旋副)
内外螺纹旋合
二、螺纹分类
1、按牙型： 2、按旋向：
三角形、梯形、锯齿形 左旋、右旋
详细分析
3、按线数(头数)： 单线、双线、多线 4、母体形状： 5、按作用： 6、按位置： 圆柱螺纹、圆锥螺纹 联接螺纹、传动螺纹 内螺纹、外螺纹
详细分析
三、螺纹的主要几何参数：
1.大径（外径）d（D）— 与外（内）螺纹牙顶（底） 相重合的假想圆柱体直径。（公称直径） 2.小径（内径）d1 (D1) — 与外螺纹牙底相重合的假想 圆柱体直径。 3.中径d2 —假想圆柱面的直径，该圆柱的母线上牙形 沟槽和凸起宽度相等。
第十章
概 §10—1 螺纹参数
联
述
接
教学目标及教学目标
§10—2 螺旋副受力分析、效率和自锁 §10—3 机械制造常用螺纹 §10—4 螺纹联接基本类型及螺纹紧固件 §10—5 螺纹联接的预紧和防松
§10—6 §10—7 §10—8 §10—9
螺纹联接的强度计算 螺纹的材料和许用应力 提高螺纹联接强度的措施 螺旋传动
概
述
联接是指被联接件与联接件的组合。
联 接
静连接:被联接件间不能做相对运动 动连接：被联接件能按一定的运动形式作相对运动 可拆联接 —键联接、销联接、螺纹联接 不可拆联接 —焊接、铆接、粘接
静联接
重点讨论—螺纹联接
一.螺纹的形成
§10—1 螺纹参数
1.螺旋线： 将一倾斜角为Ψ 的直线绕在圆柱体上便形 成一条螺旋线。 2.螺 纹： 取一个平面图形沿螺旋线运动并使 平面始终通过圆柱体轴线就得到螺纹。 改变平面图形形状可得到 : 三角形、梯形、锯齿形、 矩形螺纹。
4.螺距 P —相邻两牙在中径上对应两点间的轴向 距离。 5.导程 S —同一螺旋线上相邻两牙在中径线上 对应两点间的轴向距离。 6.线数 n —螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4 螺距、导程、线数之间关系：S=nP
7.螺旋升角ψ—中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺 旋线轴线的平面的夹角。tanψ =nP/πd2 8.牙型角α—轴向截平面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角 9.牙侧角(牙型斜角)β—牙型侧边与螺纹轴线的垂线间 夹角。对称牙侧角β＝α/2
F
Fa
F +Fa +FR=0
得： 水平推力:
F= Fa tan (ψ+)
相应力矩:
d2 d2 T F Fa tan( ψ ) 2 2
F
松开时：滑块沿斜面等速下滑 F→为维持滑块等速运动所需平衡力
Fa→为驱动力; 水平推力 F Fa
F= Fatan(ψ-)
相应力矩:
d2 d2 T F Fa tan( ψ ） 2 2
§10—10 滚动螺旋简介 §10—11 键联接和花键联接 §10—12 销联接简介 作 业
教学目标 1、知道概念效率、自锁、粗牙螺纹、细牙螺纹、联接螺 纹、传动螺纹。 2、知道影响螺纹副效率(或自锁)的因素；受拉、受剪螺栓 联接的结构特点；防松原理与装置；提高联接螺栓强度 的措施；平键、楔键、花键联接的工作原理、结构、特 点；螺旋传动的计算内容。 3、能判定螺旋线的旋向；分析螺栓组各螺栓的受力，进行 强度计算；选择键联接的类型。 教学重点 1、螺纹参数与类型， 2、螺纹副受力与效率分析， 3、机械制造常用螺纹和螺纹联接类型，拧紧与防松， 4、螺栓联接强度计算与增强措施， 5、螺旋传动，键、花键联接的工作原理及特点。
Fa
FR
ψ
F FR ψ +ρ′ F
Fa
理论上
实际上
FaStan ψ tanψ 效率：η ' FaStan( ψ ρ ) tan( ψ ρ ' )
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① Ψ↑ →自锁性↓、η↑ 但当Ψ＞25°左右时： η↑也不显著， 且大Ψ制造困难；故ψ＜25º 。 而nP↑ → Ψ↑ → η↑： 故：传动：用多线、大螺距螺纹 联接：用单线、小螺距螺纹
np 1 6 o ψ68 arctan arctan 1.707 π d2 64.103π
2、求当量摩擦角' 普通螺纹牙型角 α=600 摩擦系数f 取为：0.1 则当量摩擦角′为： f 0.1 o ρ arctan arctan 6.59 cos β cos30 o 因为: ψ10=3.03o <ρ' ，所以能够自锁。 同理: ψ68=1.707o <ρ' ，所以能够自锁。 牙侧角 =300
F
2、螺纹自锁：
F= Fa tan (ψ -)
①ψ ->0， ψ> ， F >0
说明:滑块在重力作用下下滑， 必须给以止动力F防止加速下滑 ②ψ- ≤ 0， ψ≤ ， F ≤ 0 说明:滑块不能在重力作用下 下滑,必须施加驱动力Ｆ才能 使滑块等速下滑.—自锁现象 如：螺旋千斤顶
Fa
F
二、非矩形螺纹（≠0)
30° 3° 60° 30°
§10—2 螺旋副受力分析、效率和自锁
一、矩形螺纹（=0) 1、螺纹受力分析 ①摩擦角 ρ
Fn Ff FR ρ
F R Fa
外力合力R（F+Fa） 设：滑块在水平面 法向反力Fn 运动作用力为 摩擦力Ff 则：FR与Fn方向之间所夹的锐角ρ—摩擦角 则：Ff = Fntanρ= Fnf 令：f = tanρ f —摩擦系数。
总反力FR
②力学简化：
☆螺母简化为滑块 螺纹副相对运动——看成滑块在斜面上相对运动。 ☆螺旋副受水平推力和轴向载荷作用。
Ψ—螺旋升角， Fa—轴向载荷 F —水平推力， Fn—法向反力 FR —Fn与Ff 的总反力 Ff—摩擦力， ρ—摩擦角 f—摩擦系数 Fa
F
③受力分析：
拧紧时： 滑块沿斜面等速上升 水 平 推 力 F : 驱动力 轴 向 载 荷 Fa : 阻力 fFn、Fn合力 FR : 总反力 若:使滑块等速沿斜面上升， 滑块所受三力平衡：
二、螺纹紧固件 特点:螺纹联接件的结构型式和尺寸都已经标 准化，设计时可以根据有关标准选用。 标准螺纹联接件
§10-5 螺纹联接的预紧和防松
一、螺纹联接的预紧 预紧力： 大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承 受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用 力称为预紧力。 预紧的目的： 增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联 接件间出现缝隙或发生相对移动。 预紧力的控制： 利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。
①利用附加摩擦力防松
对顶螺母:利用两螺母的对顶作用， 使螺栓始终受到附加的拉力和附加 的摩擦力。结构简单，适用于低速 重载场合。 弹簧垫圈:弹簧垫圈材料为弹簧钢， 装配后垫圈被压平，其反弹力能使 螺纹间保持压紧力和摩擦力
解： 1、首先求螺纹升角ψ 由P135表10-1查得： M10： 螺距P=1.5mm， 中径d2=9.026mm； M68： 螺距P=6mm， 中径d2=64.103mm。 M10 螺纹升角： np 1 1.5 ψ10 arctan arctan 3.03o π d2 9.026π M68 螺纹升角：
测力矩扳手或定力矩扳手
测定螺栓伸长：重要联接
注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小 (＜M12) 的螺栓。
二、螺纹联接的防松 1、防松目的 螺纹联接一般都能满足自锁条件不会自动松脱。 当受 冲击、振动或变载荷 高温或温度变化较大 作用时
预紧力、摩擦力逐渐↓或可能瞬时消失 导致联接失效。 2、防松原理 防止螺纹副之间的相对转动。 3、防松办法及措施
′不变时:η与ψ的关系图
② β↑ →f′↑ → ρ′ ↑ → η↓ 、自锁性↑ 故：传动：用梯形、锯齿形螺纹 联接：用三角形螺纹`
f tgρ' cosβ
§10—3
常用螺纹种类
详细内容
机械制造常用螺纹
普通螺纹 紧固联接 管螺纹 紧密联接
一、三角形螺纹 三角形螺纹 1、普通螺纹
定义:α=60º 的三角形米制螺纹 注意:大径d——公称直径 ①普通螺纹种类 同一公称直径有多种螺距 粗牙螺纹——螺距最大 细牙螺纹——其余螺距