(整理)连接方式(法兰、螺纹、卡箍)

连接方式（法兰、螺纹、卡箍）

法兰连接

法兰盘[1]

就是把两个管道、管件或器材，先各自固定在一个法兰盘上，两个法兰盘之间，加上法兰垫，用螺栓连接在一起，完成了连接。有的管件和器材已经自带法兰盘，也是属于法兰连接。

这种连接主要用于铸铁管、衬胶管、非铁金属管和法兰阀门等的连接，工艺设备与法兰的连接也都采用法兰连接。

法兰连接的主要特点是拆卸方便、强度高、密封性能好。安装法兰时要求两个法兰保持平行、法兰的密封面不能碰伤，并且要清理干净。法兰所用的垫片，要根据设计规定选用。

法兰连接是管道施工的重要连接方式。

法兰分螺纹连接（丝接）法兰和焊接法兰。低压小直径有丝接法兰，高压和低压大直径都是使用焊接法兰，不同压力的法兰盘的厚度和连接螺栓直径和数量是不同的。

根据压力的不同等级，法兰垫也有不同材料，从低压石棉垫、高压石棉垫及四氟垫到金属垫都有。

法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。

在工业管道中，法兰连接的使用十分广泛。在家庭内，管道直径小，而且是低压，看不见法兰连接。如果在一个锅炉房或者生产现场，到处都是法兰连接的管道和器材。

法兰连接球阀

常见法兰(6张)

螺纹连接

螺纹连接是一种广泛使用的可拆卸的固定连接，具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点。目录

形成

螺纹

πd2S ψ将一直角三角形绕在直径为d2的圆柱表面上，使三角形底边ab与圆柱体的底边重合，则三角形的斜边在圆柱体表面形成一条螺旋线。三角形的斜边与底边的夹角λ，称为螺旋线升角。若取一平面图形，使其平面始终通过圆柱体的轴线并沿着螺旋线运动，则这平面图形在空间形成一个螺旋形体，称为螺纹。

根据平面图形的形状，螺纹可分为三角形、矩形、梯形和锯齿形螺纹等（见教材图9—2）。根据螺旋线的绕行方向，可分为左旋螺纹和右旋螺纹（见教材图9—3），规定将螺纹直立时螺旋线向右上升为右旋螺纹，向左上升为左旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时，才采用左旋螺纹。根据螺旋线的数目，可分为单线螺纹和等距排列的多线螺纹（见教材图9—4）。为了制造方便，螺纹一般不超过4线。[1]

主要参数

要区分不同的螺纹，就要掌握说明螺纹特点的一些参数。以广泛应用的圆柱普通螺纹为例，螺纹的主要参数如下：[1]

(1)大径d（外径）（D）——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径——亦称公称直径

(2)小径（内径）d1(D1)——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径，在强度计算中作危险剖面的计算直径

(3)中径d2——在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，近似等于螺纹的平均直径d2≈0.5(d+d1)

(4)螺距P——相邻两牙在中径圆柱面的母线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圆柱面的母线上的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：L=nP

(7) 螺旋升角ψ——在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。

(8) 牙型角α——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角；牙型斜角β指螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角。对称牙型

内螺纹中径和小径的极限偏差

特点应用

螺纹是螺纹联结和螺旋传动的关键部分，现将机械中几种常用螺纹（教材图9—2）的特点和应用介绍如下：

1. 三角形螺纹[2]

牙型角大，自锁性能好，而且牙根厚、强度高，故多用于联接。常用的有普通螺纹、英制螺纹和圆柱管螺纹。

(1)普通螺纹：国家标准中，把牙型角α = 60°的三角形米制螺纹称为普通螺纹(教材图9-6)，大径d为公称直径。同一公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹(图9-7b)，粗牙螺纹应用最广。细牙螺纹的小径大、升角小，因而自锁性能好、强度高，但不耐磨、易滑扣，适用于薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构的调整。普通螺纹的基本尺寸见教材表9—1。

(2).英制螺纹：牙型角α = 55°，以英寸为单位，螺距以每英寸的牙数表示，也有粗牙、细牙之分。主要是英、美等国使用，国内一般仅在修配中使用。

2. 圆柱管螺纹

牙型角α = 55°，牙顶呈圆弧形，旋合螺纹间无径向间隙，紧密性好，公称直径为管子的公称通径(图9-8c)，广泛用于水、煤气、润滑等管路系统联接中。

3. 矩形螺纹

牙型为正方形，牙型角α = 0°，牙厚为螺距的一半，当量摩擦系数较小，效率较高，但牙根强度较低，螺纹磨损后造成的轴向间隙难以补偿，对中精度低，且精加工较困难，因此，这种螺纹已较少采用。

受力分析、效率和自锁

§9—2螺旋副的受力分析、效率和自锁[1]

矩形螺纹

（牙型角α=0）

1.受力分析

螺纹副中，螺母所受到的轴向载荷Q是沿螺纹各圈分布的（教材图9-8a），为便于分析，用集中载荷Q代替，并设Q作用于中径d2圆周的一点上（教材图9-8b）。这样，当螺母相对于螺杆等速旋转时，可看作为一滑块(螺母)沿着以螺纹中径d2展开，斜度为螺纹升角l的斜面上等速滑动（教材图9-9）。

匀速拧紧螺母时，相当于以水平力推力F推动滑块沿斜面等速向上滑动（图教材9-8a）。设法向反力为N，则摩擦力为fN，f为摩擦系数，ρ 为摩擦角，ρ = ar ctan f。由于滑块沿斜面上升时，摩擦力向下，故总反力R与Q的的夹角为λ+ρ 。由力的平衡条件可知，R、F和Q 三力组成力封闭三角形，由图可得：

FQyd2使滑块等速运动所需要的水平力

等速上升：Ft=Qtan(ф+ρ)

等速上升所需力矩：

T= Ftd2/2= Qtan(ф+ρ)d2/2

等速下降：Ft=Qtan(ф—ρ)

等速上升所需力矩：

T= Ftd2/2= Qtan(ф—ρ)d2/2

2.螺纹的自锁

螺母等速松退时的受力分析：观察教材图9—10，此时相当于滑块沿斜面等速下滑，由力的封闭三角形，得：若ф≤ρ，则F≤0，这时必须加一反向作用力F才会使滑块下滑，若不加外力，则不论Q有多大，滑块也不会下滑，这种现象叫"自锁"。自锁条件：ф≤ρ

3.螺旋副的效率

螺旋副效率为有效功W2与输入功W1之比。螺母在力矩T作用下转动一周时，输入功W1=2лT，此时升举重物所作的有效功W2=QS；故螺旋副的效率为：η=W2/W1=QS/2лT=tanф/ tan(ф+ρ)。

非矩形螺纹

螺纹的牙型角α≠0时的螺纹为非矩形螺纹，如教材图9—11所示。非矩形螺纹的螺杆和螺母相对转动时，可看成楔形滑块沿楔形斜面移动；

平面时法向反力N=Q; 平面时摩擦力Ff =fN =fQ;

楔形面时法向反力N/=Q/cosβ；楔形面摩擦力Ff! =f N/ =fQ/ cosβ;

令f/ =f/ cosβ称当量摩擦系数。Ff! =f/Q；楔形面和矩形螺纹的摩擦力相比，与当量摩擦系数对应的摩擦角称为当量摩擦角，用ρV 表示。拧紧螺母时所需的水平推力及转矩：由于矩形螺纹与非矩形螺纹的运动关系相同，将ρV代替ρ后可得：

使滑块等速运动所需要的水平力

等速上升：Ft=Qtan(ф+ρV)

等速上升所需力矩：T= Ftd2/2= Qtan(ф+ρV)d2/2

等速下降：Ft=Qtan(ф—ρV)