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1、长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,第7章 螺纹连接,71 螺纹连接的基本知识,72 螺纹连接的预紧和防松,73 单个螺栓连接的强度计算,74 螺栓组连接的结构设计,76 提高螺栓联接强度的措施,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,一、螺纹的形成,71 螺纹连接的基本知识,螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。,螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。,螺纹,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角
2、形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,螺纹的牙型,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,一般:n 4,双线螺纹,单线螺纹,S=2P,S=P,n线螺纹:S
3、=n P,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,联接螺纹传动螺纹,螺旋传动,长沙航空职院专用 作者：潘存云教
4、授,联接螺纹,传动螺纹,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,联接螺纹传动螺纹,圆柱螺纹圆锥螺纹,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,圆柱螺纹,圆锥螺纹,管螺纹,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,(3)中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,(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。,(2)小径 d1 与外螺纹牙底(或内
5、螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。,(4)螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,(5)导程S,(6)螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角,(7)牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。,牙侧角,S=nP,同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P,二、螺纹的主要几何参数,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,三、机械制造常用螺纹,三角形螺纹,普通螺纹=60,管螺纹=55,普通螺纹以大径d为公称直径，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。,粗牙螺纹应用最广,细牙螺纹
6、的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高，,缺点：不耐磨易滑扣。,应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,用螺纹密封的管螺纹,普通细牙螺纹,管螺纹,非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁=55）,用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁=55）,60圆锥管螺纹,公称直径管子的公称通径。强调与普通螺纹不同,非螺纹密封的管螺纹,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,梯形螺纹：,为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。,锯齿形螺纹:,=15,
7、=3,粗牙普通螺纹的基本尺寸见P135表10-1 后面有图,螺纹的基本尺寸：,细牙普通螺纹的基本尺寸见P136表10-2,梯形螺纹的基本尺寸见P136表10-3,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,表7-1 直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm,标记示例：M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3),M24X1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5),长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,表7-3 梯形螺纹基本尺寸 mm,标记示例：Tr48X8(梯形螺纹，直径48，螺距8),长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,四、螺纹
8、联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,可承受横向载荷。,螺纹余留长度l1,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,静载荷l1=(0.30.5)d;,变载荷l1=0.75d;,冲击载荷或弯曲载荷l1 d;,铰制孔用螺栓l1 0;,螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36)mm,用于经常拆装易磨损之处。,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,四、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,座端拧入深度H，当螺孔材料为：,双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。,钢或青铜 H=d;,铸铁 H=(1.251.5)d,铝合金 H=(1.52.5)d,螺纹
9、孔深度 H1=H+(22.5)P;,钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;,参数l1、e、a与螺栓相同,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。,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,四、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,双头螺柱联接,紧定螺钉联接,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,五、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,双头螺柱,五、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,五、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,长沙航空职院专用 作者
10、：潘存云教授,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,五、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有六十余种不同结构的螺母,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,其它螺母：,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,其它螺母：,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,垫圈,平垫圈,薄平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,五、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,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。,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,一、拧紧力矩,一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要
11、的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。,T1 克服螺纹副相对转动的阻力矩；,T2 克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；,设轴向力为Fa 或预紧力（不受轴向载荷）,fc 摩擦系数。无润滑时取：fc=0.15,rf 支撑面摩擦半径。rf=(dw+d0)/4,简化公式：适用于M10M60的粗牙螺纹，f=0.15,fc=0.15,T 0.2 Fa d,预紧应力：,=(0.50.7)s,72 螺纹连接的预紧和防松,Fa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：,通常螺纹联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。,总力矩
12、：,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,测力矩扳手,工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。,二、螺纹联接的防松,联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。,防松的方法,1.利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,定力矩扳手,设计：潘存云,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,开口销与六角开槽螺母,串联钢丝,2.采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,潘存云
13、教授研制,止动垫圈,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,3.其他方法防松,涂粘合剂,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,73 单个螺栓联接的强度计算,螺栓联接的主要失效形式：,螺栓拉断,螺纹压溃或剪断,滑扣 因经常拆装,螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。,一、松螺栓联接 装配时不须要拧紧,强度条件：,式中:d1 螺纹小径，mm,二、紧螺栓联接 装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。,螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T的双重作用。
14、,拉应力：,力除以面积,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,切应力：,对于M10M68的普通螺纹，取d1、d2和的平均值，并取：tan=f=0.15,得：0.5,当量应力：,强度条件：,分母为抗剪截面系数,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,1.受横向工作载荷的螺栓强度,螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力Fa导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。,C 可靠性系数，常取C=1.11.3,预紧力Fa：,f 摩擦系数，对钢与铸铁，取:f=0.10.15,m 结合面数 上图m=1,下图m=2,若取 f=0.15，C=1.2,m=1,则：,Fa 8F,结构尺寸大,长沙航空职
15、院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,2.受轴向工作载荷的螺栓强度,改进措施：1.采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用,2.采用无间隙的铰制孔螺栓。,设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,特别注意，轴向载荷：,Fa F0+FE,加预紧力后螺栓受拉伸长b0,被联接件受压缩短C0,加载 FE 后:,螺栓总伸长量增加为:,总拉力为：,被联接件压缩量减少为：,残余预紧力减少为：FR,很显然:FRF0 被联接件放松了,+b0,C0-,长沙航空职
16、院专用 作者：潘存云教授,104 螺栓组连接的结构设计,1.连接接合面的集合形状通常设计成轴对称的简单集合形状,2.螺栓的布置应使螺栓的受力合理,3.螺栓的排列应有合理的间距、边距,4.同一螺栓组连接中各螺栓的直径和材料均应相同,5.避免螺栓承受偏心载荷,要减少载荷相对与螺栓轴心线的偏距,保证螺母或螺栓头部支承面平整并与螺栓轴线相垂直,被连接件上应设置凸台、沉头座或采用斜面垫圈,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,106 提高螺栓联接强度的措施,承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：,疲劳断裂,容易断裂部位：,一、降低螺栓总拉伸载荷的Fa变化范围,轴向工作载荷FE的变化范围:0 FE,总拉伸载荷的
17、Fa变化范围:,kb 或 kc,Fa变化范围,提高螺栓联接强度的措施,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,1.采用柔性结构,2.有密封要求时，采用金属薄垫片,3.或者采用O形密封圈,宜采取措施:,因密封采用软垫片将降低被联接件的刚度，这时可采用,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,二、改善螺纹牙间的载荷分布,措施:采用悬置(均载)螺母。,加厚螺母不能提高联接强度。,F=F1+F2+F3+F4+F5,F1F2F3F4F5,螺母体,假设螺母为刚体，则螺纹牙变形与普通螺木相同。但实际上螺母也是弹性体，受载也被拉长，变形螺纹牙产生回弹，从而减小两者螺距变化，使受载均匀。,10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,三、减小应力集中,1.增大过渡圆角,2.切制卸载槽,四、避免或减小附加应力,3.卸载过渡结构,要从结构、制造与装配精度采取措施。,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,五、采用特殊制造工艺,冷镦头部、辗压螺纹,表面处理：氰化、氮化也能提高疲劳强度。,长沙航空职院专用 作者：潘存云教授,本 章 重 点,(1)了解螺纹的类型和主要参数以及螺纹联接的基本类型。(2)了解螺栓联接的预紧，防松和螺旋传动的特点、类型。,
