(1.8)--06章 零件的连接机械传动系统设计与实践.pdf

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1、零件的连接导 学导 学p 选择什么样的螺纹连接？p 什么是螺纹连接的预紧和防松？为什么要防松？p 如何保证螺纹连接具有足够的强度？导 学讲课目录CONTENTS零件的连接p 螺纹的类型和参数p 螺旋副的受力与连接性能分析p 螺纹连接类型和螺纹连接件p 螺纹连接的预紧和防松p 螺纹连接的强度计算p 键连接可拆连接：可多次拆装而不损坏组成零件不可拆连接：不损坏组成零件则无法拆装1.学习目标p 熟悉螺纹的类型和参数p 通过学习螺纹连接的类型和螺旋副的受力分析，具备正确选用螺纹连接的能力p 学习螺纹连接的强度计算，掌握螺纹连接的校核导 学p 了解螺纹连接的预紧和防松方法，以及键连接的类型和应用场合2.

2、重 点导 学p 螺纹连接类型和应用场合p 螺纹连接的强度计算p 螺旋副的受力分析和自锁3.难 点p 螺旋副的自锁原理和条件零件的连接螺纹的参数与类型螺纹的参数与类型1.螺纹的形成原理图2 不同平面图形相应的螺纹图1 螺纹的形成原理(a)三角形螺纹 (b)梯形螺纹(c)矩形螺纹 (d)锯齿形螺纹2.螺纹的参数螺纹的参数与类型大径d：与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径（公称直径）中径d2：一假想圆柱的直径，该圆柱母线上的螺纹牙齿的厚度和牙槽宽度相等小径d1：与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径（计算用）2.螺纹的参数螺纹的参数与类型螺距P：相邻两牙对应点间的轴向距离导程S：同一条螺线上相邻两牙在中径

3、线上对应两点间的轴向距离，S=nP，n为螺纹的线数牙型角：在螺纹轴向截面内，螺纹牙两侧边的夹角螺旋升角：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面之间的夹角3.螺纹的类型螺纹的参数与类型根据螺纹所在位置内螺纹（如：螺母、内螺纹孔）外螺纹（如：螺栓、螺钉）内螺纹 锯齿形螺纹3.螺纹的类型螺纹的参数与类型根据螺旋线绕行方向左旋螺纹右旋螺纹 常用 左旋螺纹 右旋螺纹3.螺纹的类型螺纹的参数与类型根据螺纹的线数单线螺纹 连接 多线螺纹 传动单线螺纹 双线螺纹3.螺纹的类型螺纹的参数与类型根据螺纹的牙型三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹牙型为等边三角形，牙型角=60，内外螺纹旋合后留有径向空隙。粗牙螺纹较为常

4、用，细牙螺纹升角小，自锁性较好，强度高。但不耐磨，易滑扣。普通螺纹圆柱管螺纹普通螺纹牙型角60 3.螺纹的类型螺纹的参数与类型根据螺纹的牙型三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹牙型为等腰三角形，牙型角=55，内外螺纹旋合后无径向间隙，以保证配合的紧密性。管螺纹为英制细牙螺纹。普通螺纹圆柱管螺纹牙型角60 3.螺纹的类型螺纹的参数与类型根据螺纹的牙型三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹牙型为正方形，牙型角0，传动效率最高，但牙根强度弱，磨损后间隙难以修复和补偿，已逐渐被梯形螺纹所代替。3.螺纹的类型螺纹的参数与类型根据螺纹的牙型三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角30。传动

5、效率略低于矩形螺纹，但工艺性好，牙根强度高，对中性好，是最常用的传动螺纹。3.螺纹的类型螺纹的参数与类型根据螺纹的牙型三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹牙型为不等腰梯形，兼有矩形螺纹传动效率高、梯形螺纹牙根强度高的特点，但只能用于单向受力。零件的连接螺旋副的受力与连接性能分析螺旋副的受力与连接性能分析1.矩形螺纹的受力分析vFnFRFtFQfF 螺母等速旋转上升相当于滑块沿斜面等速上移拧紧螺母螺旋副的受力与连接性能分析1.矩形螺纹的受力分析vFnFRFQfF tanff为为摩摩擦擦系系数数，为为摩摩擦擦角角Ft拧紧力矩22tQtan()22ddTFFtQtan()FF螺旋副的效率Qtan2t

6、an()F SWWT有效驱动FtFQFR+tQR=0FFF螺旋副的受力与连接性能分析1.矩形螺纹的受力分析螺母等速旋转下降相当于滑块沿斜面等速下降-vFnfFFQFtFtFQFRFRtQtan()FF如果 ，那么Ft 0此时螺旋副具有自锁性自自锁锁条条件件为为：放松螺母2.非矩形螺纹的受力分析螺纹的参数与类型略去升角的影响，在同样轴向载荷作用下，非矩形螺纹的法向力大于矩形螺纹，摩擦力也更大：f当量摩擦系数当量摩擦角 自锁条件：Fn=FQQnQQnn=Qcos 非矩形螺纹自锁性好QQQcoscosFffFfF3.螺旋副特性螺纹的参数与类型p 螺纹升角越大，传动效率越高。但升角大的螺纹制造困难，一

7、般传动用螺纹的升角不超过25，连接螺纹的升角只有1.53.5。p 矩形螺纹效率最高，但加工不便、牙根部强度低。传动螺纹应用最多的是梯形螺纹。锯齿形螺纹主要用于单向受载的起重螺旋和压力螺旋。三角形螺纹主要用来连接。p 螺旋副的自锁性与效率相互制约，能实现自锁，则效率恒低于50%。零件的连接螺纹连接类型和螺纹连接件螺纹连接类型和螺纹连接件1.螺纹连接类型螺栓连接螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接p 被连接件不太厚、可以加工出通孔；p 可从两边进行装配；p 连接孔为光孔，无须切制螺纹；p 结构简单，装拆方便。螺纹连接类型和螺纹连接件1.螺纹连接类型螺栓连接螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接铰制孔用螺栓普

8、通螺栓p 普通螺栓，被连接件通孔与螺栓光杆间存在间隙，螺栓受拉，应用广泛。p 铰制孔用螺栓，螺栓光杆和被连接件通孔间为过渡配合，螺栓受剪切和挤压，用于承受横向载荷或精确固定被连接件相对位置的场合。螺纹连接类型和螺纹连接件1.螺纹连接类型螺栓连接螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接p 一般用于被连接件之一较厚，不易做出通孔的场合。经常装拆很容易使螺纹孔损坏，故宜用在不经常装拆的场合。通孔螺纹孔螺纹连接类型和螺纹连接件1.螺纹连接类型螺栓连接螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接受限制不能采用螺栓连接的场合p 两端均有螺纹，用于需经常装拆，但被连接件之一太厚，不宜做成通孔或结构上。螺纹连接类型和螺纹连接件1

9、.螺纹连接类型螺栓连接螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接p 用于固定两零件的相对位置，如轴和轴上零件的连接p 可传递不大的力或扭矩螺纹连接类型和螺纹连接件2.螺纹连接件p 螺栓头部形状很多，其中以六角头螺栓应用最广。螺栓螺钉、紧定螺钉螺母、圆螺母垫圈双头螺柱p 双头螺柱两端都制有螺纹，在结构上分为A型（有退刀槽）和B型（无退刀槽）两种。螺栓双头螺柱螺纹连接类型和螺纹连接件2.螺纹连接件p 螺钉：有多种头部形状，针对不同拧紧程度，头部有内六角头、十字槽头等p 紧定螺钉：末端有平端、锥端、圆尖端等圆头十字螺钉平头一字螺钉沉头内六角螺钉多种多样的紧定螺钉螺栓螺钉、紧定螺钉螺母、圆螺母垫圈双头螺柱螺纹连

10、接类型和螺纹连接件2.螺纹连接件螺栓螺钉、紧定螺钉螺母、圆螺母垫圈双头螺柱p 螺母：3种厚度，薄型用于尺寸受限场合，厚型用于常装拆易磨损处。p 垫圈：平垫圈增加被连接件的支撑面积，避免擦伤被连接件表面；弹簧垫圈具有防松和加大预紧力的功能p 圆螺母：常与止动垫圈配用，常用于滚动轴承的轴向固定圆螺母止动垫圈平垫圈和弹簧垫圈零件的连接螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松1.螺纹连接的预紧p 预紧：在装配时要适当拧紧螺母p 预紧的作用：增大连接的紧密性和可靠性，提高连接刚性和疲劳特性p 预紧力大小根据载荷性质、连接刚度等工作条件确定p 预紧力过大：可能造成连接件在装配或偶然过载时被拉断所以重要的场

11、合应该控制预紧力，预紧力一般不超过螺纹材料屈服极限s的80%。螺纹连接的预紧和防松1.螺纹连接的预紧21TTT螺纹副相对转动阻力矩螺母与支承面间摩擦力矩拧紧力矩T由两部分组成：对于M8-M64粗牙普通钢制螺纹，预紧力和预紧力矩之间的关系：0.20螺纹连接的预紧和防松1.螺纹连接的预紧测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手拧紧力矩的控制螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松p 冲击、振动、变化p 防止螺旋副间的相对转动p 温度变化，材料蠕变为什么要防松？防松的原理连接松脱螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松螺纹连接的防松摩擦防松机械防松永久防松螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松(1)摩擦

12、防松：结构简便，但不可靠p 对顶螺母：两螺母对顶拧紧后，使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力的作用。适用于平稳、低速和重载的连接螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松p 弹簧垫圈：螺母拧紧后，靠垫圈压平而产生的弹性反力使旋合螺纹间压紧。垫圈弹力不均，冲击、振动下防松效果差，一般用于不甚重要的连接螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松p 尼龙圈锁紧螺母：嵌有尼龙圈的螺母拧在螺栓上后，尼龙圈的内孔涨大，横向压紧螺栓的螺纹，箍紧螺栓实现防松螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松(1)机械防松：比摩擦防松可靠p 开口销与槽形螺母：槽形螺母拧紧后将开口销穿入螺栓尾部小孔和螺母的槽内，并将开口销尾部掰开

13、。适用于较大冲击，振动的调速机械中的连接螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松p 圆螺母用带翅垫片：使垫片嵌入螺栓（轴）的槽内，拧紧螺母后将垫片外翅之一折嵌于螺母的一个槽内圆螺母带翅垫片螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松p 止动垫圈：螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被连接件的侧面折弯贴紧，即可将螺母锁住。螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松p 串联钢丝：用低碳钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺钉串联起来，使其相互制动，使用时须注意钢丝的穿入方向。装拆不便。螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松(3)永久防松：破坏螺纹副，防松可靠，但不可拆卸，不能重复使用端铆冲点涂黏合剂零件的连

14、接螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算松螺栓连接（轴向工作载荷）紧螺栓连接受轴向载荷（普通螺栓）受横向载荷普通螺栓铰制孔螺栓螺纹连接的强度计算1.松螺栓连接强度计算条件为：式中：为螺栓的拉应力；A为危险截面的面积；d1为螺栓危险截面的直径，即螺纹小径；为螺栓材料的许用拉应力。定滑轮上的松螺栓连接21 4FFdA螺纹连接的强度计算螺纹连接的预紧螺纹连接的受载2.紧螺栓连接-受轴向外载荷普通螺栓螺纹连接的强度计算式中：p为流体的压强，z为螺栓组螺栓数；F0为螺栓所受总载荷，F2为螺栓所受总载荷，F1为残余预紧力24pDFz20?FFF21FFF单个螺栓所承受的外加载荷为：单个螺栓所承受的总载荷为：

15、螺纹连接的强度计算需保证被连接件的接合面不出现缝隙，即p 当工作载荷无变化时，取p 当工作载荷有变化时，取1(0.2 0.6)FF1(0.6 1.0)FF1(1.5 1.8)FFp 有紧密性要求（如压力容器），取10F 2.紧螺栓连接-受轴向外载荷普通螺栓螺纹连接的强度计算强度校核公式：a214 1.3Fd这里Fa=F2，系数1.3是考虑螺栓同时受到拉伸和螺纹间摩擦力矩的扭转作用的影响，根据第四强度理论推导而来2.紧螺栓连接-受轴向外载荷普通螺栓螺纹连接的强度计算依靠螺栓预紧后接合面间的摩擦力抵抗横向外载荷。防滑移条件为最大摩擦力大于外载荷 ，即：F0zmfFCF式中，m为被连接件的接合面数；

16、z为螺栓数目；f 为接合面间的摩擦系数；C为可靠性系数，通常取C=1.11.3。3.紧螺栓连接-受横向外载荷作用的普通螺栓螺纹连接的强度计算校核公式：a214 1.3Fd a14 1.3Fd式中，Fa为螺栓所受轴向拉力，等于F03.紧螺栓连接-受横向外载荷作用的普通螺栓设计公式：螺纹连接的强度计算4.紧螺栓连接-受横向外载荷作用的铰制孔螺栓式中：F为单个螺栓所受横向载荷，d0为螺栓杆直径，hmin为螺栓杆与孔壁挤压面最小高度，p为螺栓杆与被连接件中较弱材料的许用挤压应力，为螺栓材料的许用剪切应力靠螺栓杆受剪切及螺栓杆与被连接件受挤压抵抗横向载荷。需满足剪切及挤压强度条件：204FdmpP0mi

17、nFd h零件的连接键连接1.普通平键 工作原理：靠侧面受挤压来传递载荷；工作面：两侧面；非工作面：上、下表面；键连接1.普通平键国标中键的标记方法为：键型 键宽键长+标准号。如：键16100 GB/T 10962003。如果是B、C型号，那么在键字后要加上相应的字符，即“键B”或“键C”。键连接2.导向平键和滑键导向平键常用于轴上零件移动量不大的场合，如速箱中的滑移齿轮；滑键则应用于轴向位移较大处，但对轴的强度影响较大导向平键 滑键键连接3.半圆键有较好的对中性，可在轴上的键槽中绕槽底圆弧摆动，适用于锥形轴与轮毂的连接。不过键槽对轴的强度削弱较大，只适用于轻载连接。键连接4.楔键楔键靠有斜度的键上表面和轮毂槽底面楔紧作用传递扭矩，工作面为键的上下表面；会破坏轴与毂的同轴度，用于对中精度要求不高和低速的场合键连接5.切向键切向键装配时两个键分别自轮毂两端楔入，使两键以其斜面互相贴合，共同楔紧在轴和轮毂之间，承载能力高，主要用在重型机械中。键连接