機械設(shè)計基礎(chǔ)與項目實踐 課件 模塊11 螺紋聯(lián)接的設(shè)計

第十一模塊

螺紋聯(lián)接的設(shè)計螺紋聯(lián)接是由螺紋聯(lián)接件（緊固件）與被聯(lián)接件構(gòu)成，是一種應(yīng)用廣泛的可拆聯(lián)接。螺紋聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、聯(lián)接可靠等特點。螺紋聯(lián)接件大部分以標準化，應(yīng)根據(jù)國家標準選用。本模塊中，我們要設(shè)計沖床傳動系統(tǒng)中的螺紋聯(lián)接。如圖11-1所示。圖11-1減速器箱體用螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接設(shè)計的內(nèi)容包括——選擇螺紋聯(lián)接的類型、設(shè)計螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)。任務(wù)1選擇螺紋聯(lián)接的類型任務(wù)2設(shè)計螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)工作任務(wù)學習目標掌握常用螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用特點掌握常用螺紋聯(lián)接件及其選擇掌握螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計要點掌握螺紋聯(lián)接的防松措施第十一模塊

螺紋聯(lián)接的設(shè)計11.0預(yù)備知識11.0.1螺紋的形成及類型11.0.2螺紋的主要參數(shù)螺紋零件常用于螺紋聯(lián)接和螺旋傳動。螺紋聯(lián)接要求聯(lián)接可靠，具有足夠的聯(lián)接強度、剛度和自鎖性。螺旋傳動除應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)具有較高的傳動精度和傳動效率，要求耐磨性好，壽命長。11.0.1螺紋的形成及類型在圓柱外表面或內(nèi)表面切出的牙形部分稱為螺紋。前者稱為外螺紋，后者稱為內(nèi)螺紋。內(nèi)外螺紋共同組成螺紋副。1.螺紋形成螺紋的形成如圖11-2所示，將一直角三角形（底邊長為）繞在一圓柱體（直徑為d2）上，使三角形底邊與圓柱體底面圓周重合，則此三角形斜邊在圓柱體表面所形成的空間曲線稱為螺旋線。圖11-2螺紋的形成11.0.1螺紋的形成及類型2.螺紋類型根據(jù)螺紋的牙型，可將螺紋分為三角螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋，三角螺紋用于聯(lián)接，矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋用于傳動，其特點和應(yīng)用見表11-1。11.0.1螺紋的形成及類型表11-1常用螺紋的類型、特點和應(yīng)用螺紋類型牙型圖特點和應(yīng)用三角螺紋普通螺紋普通螺紋的牙型為等邊三角形，牙型角α=60o，當量摩擦因數(shù)較大，自鎖性能好，廣泛用于聯(lián)接。同一公稱直徑，按螺距大小分粗牙和細牙。粗牙的螺距較大，螺紋牙強度較高，經(jīng)濟性好，其應(yīng)用最為廣泛；細牙的螺距較小，自鎖性能比粗牙好，多用于薄壁零件或受變載、沖擊和振動的聯(lián)接及微調(diào)機構(gòu)中。管螺紋管螺紋的牙型為等腰三角形，牙型角α=55o，可分為圓柱管螺紋和圓錐管螺紋，圓柱管螺紋廣泛用于低壓的水和煤氣管道、潤滑系統(tǒng)管道、電線管道的聯(lián)接。圓錐管螺紋分布在1:16的圓錐管壁上，其密封性良好，適用于對密封要求較高的場合，如用作高溫、高壓系統(tǒng)中管道、閥門等的螺紋聯(lián)接。11.0.1螺紋的形成及類型表11-1常用螺紋的類型、特點和應(yīng)用螺紋類型牙型圖特點和應(yīng)用矩形螺紋矩形螺紋的牙型為正方形，牙型角α=0o，傳動效率高于其他螺紋，但精確制造困難，螺紋副磨損后的間隙難以補償或修復(fù)，對中精度低，牙根強度弱，應(yīng)用不多。梯形螺紋梯形螺紋的牙型為等腰梯形，牙型角α=30o，牙根強度高、工藝性好、對中性好，采用剖分螺母時可以調(diào)整螺紋副間隙，廣泛應(yīng)用于傳動螺紋。鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋的牙型為不等腰梯形，工作面的牙側(cè)角α=3o，非工作面的牙側(cè)角α=30o，具有矩形螺紋傳動效率高和梯形螺紋牙根強度高的特點，主要用于單向受力的傳力螺旋。11.0.2螺紋的主要參數(shù)螺紋副由外螺紋和內(nèi)螺紋相互旋合組成?，F(xiàn)以圓柱螺紋為例介紹螺紋的主要幾何參數(shù)，見圖11-3。（1）大徑d。是與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相切的假想圓柱面的直徑，在標準中定為螺紋的公稱直徑。（2）小徑d1。是與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相切的假想圓柱面的直徑，在強度計算中常作為螺桿危險截面的計算直徑。（3）中徑d2。是一個假想圓柱面的直徑，該圓柱面的母線通過牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方。中徑近似于螺紋的平均直徑，d2≈（d+d1）/2。中徑是確定螺紋幾何參數(shù)和配合性質(zhì)的直徑。11.0.2螺紋的主要參數(shù)螺紋副由外螺紋和內(nèi)螺紋相互旋合組成?，F(xiàn)以圓柱螺紋為例介紹螺紋的主要幾何參數(shù)，見圖11-3。（1）大徑d。是與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相切的假想圓柱面的直徑，在標準中定為螺紋的公稱直徑。（2）小徑d1。是與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相切的假想圓柱面的直徑，在強度計算中常作為螺桿危險截面的計算直徑。（3）中徑d2。是一個假想圓柱面的直徑，該圓柱面的母線通過牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方。中徑近似于螺紋的平均直徑，d2≈（d+d1）/2。中徑是確定螺紋幾何參數(shù)和配合性質(zhì)的直徑。11.0.2螺紋的主要參數(shù)圖11-3圓柱普通螺紋的主要參數(shù)11.0.2螺紋的主要參數(shù)（4）線數(shù)n。螺紋的螺旋線數(shù)目。沿一根螺旋線形成的螺紋稱為單線螺紋；沿兩根以上的等距螺旋線形成螺紋稱為多線螺紋。常用的聯(lián)接螺紋要求自鎖性，故多用單線螺紋；傳動螺紋要求傳動效率高，故多用雙線或單線螺紋。為了便于制造，一般用線數(shù)n≤4。（5）螺距P。螺紋相鄰兩個牙形上對應(yīng)點間的軸向距離。（6）導(dǎo)程L。同一條螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。單線螺紋L=P；多線螺紋S=nP。（7）螺紋升角λ。在中徑圓柱面上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。11.0.2螺紋的主要參數(shù)（8）牙形角α。螺紋軸相截面內(nèi)，螺紋牙形兩側(cè)邊的夾角。（9）牙側(cè)角β。在螺紋牙型上，牙側(cè)與螺紋軸線的垂直平面的夾角。對稱牙型的牙側(cè)角β=α/2。（10）接觸高度h。在兩個相互配合的螺紋的牙型上，牙側(cè)重合部分在垂直于螺紋軸線方向上的距離。常用作螺紋工作高度。此外，根據(jù)螺旋線的旋向不同，螺紋分為右旋螺紋和左旋螺紋，一般采用右旋螺紋，左旋螺紋只用于有特殊要求的場合。11.1任務(wù)1——選擇螺紋聯(lián)接的類型【任務(wù)描述與分析】如圖11-1所示，沖床傳動系統(tǒng)中的齒輪減速器，其箱體由箱蓋和箱座兩部分組成，并采用螺紋聯(lián)接。聯(lián)接處在箱體的凸緣處，厚度不大。本任務(wù)要選擇螺紋聯(lián)接的類型，具體內(nèi)容包括：1）螺紋聯(lián)接的基本類型及應(yīng)用特點；2）常用螺紋聯(lián)接件及選用。圖11-1減速器箱體用螺紋聯(lián)接【相關(guān)知識與技能】

11.1任務(wù)1——選擇螺紋聯(lián)接的類型11.1.1螺紋聯(lián)接的基本類型及應(yīng)用特點11.1.2常用螺紋聯(lián)接件及選用11.1.3選擇沖床傳動系統(tǒng)中螺紋聯(lián)接的類型11.1.1螺紋聯(lián)接的基本類型及應(yīng)用特點

螺紋聯(lián)接的基本類型包括：螺栓聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接、螺釘聯(lián)接、緊定螺釘聯(lián)接。各類螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用特點見表11-2。表11-2螺紋聯(lián)接的基本類型類型構(gòu)造特點及應(yīng)用螺栓聯(lián)接被聯(lián)接件的孔不需切割螺紋，因而不受被聯(lián)接件材料的限制。普通螺栓聯(lián)接，被聯(lián)接件上的孔和螺栓桿之間有間隙，故孔的加工精度可以較低。其結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，應(yīng)用廣泛。通常用于被聯(lián)接件不太厚，且有足夠裝配空間的情況。鉸制孔用螺栓聯(lián)接。孔和螺栓桿之間常采用基孔制過渡配合，因而，孔的加工精度要求較高。一般用于需螺栓承受橫向載荷或需靠螺栓桿精確固定被聯(lián)接件相對位置的場合。11.1.1螺紋聯(lián)接的基本類型及應(yīng)用特點表11-2螺紋聯(lián)接的基本類型類型構(gòu)造特點及應(yīng)用雙頭螺柱聯(lián)接這種聯(lián)接用于被聯(lián)接之一太厚，且需經(jīng)常裝拆或結(jié)構(gòu)上受到限制不能采用螺栓聯(lián)接的場合。螺釘聯(lián)接不用螺母，直接將螺栓(或螺釘)旋入被聯(lián)接件之一的螺紋孔內(nèi)而實現(xiàn)聯(lián)接。也是用于被聯(lián)接件較厚的場合，但由于常常裝拆容易使螺紋孔損壞，所以不宜用于需經(jīng)常裝拆的場合。緊定螺釘聯(lián)接利用緊定螺釘旋入并穿過一零件，以其末端壓緊或嵌入另一零件，用以固定兩零件之間的相對位置，并可傳遞不大的力或扭矩。多用于軸上零件的聯(lián)接。11.1.2常用螺紋聯(lián)接件及選用1.螺紋聯(lián)接件的類型

螺紋聯(lián)接件的品種很多，大都已標準化，根據(jù)使用要求合理選擇其規(guī)格、型號后即可外購。機械制造中常用的螺紋緊固件的類型很多，除了有螺栓、雙頭螺柱、螺釘外，還有螺母和墊圈等。常用標準螺紋聯(lián)接件見下表11-3所示。表11-3常用螺紋聯(lián)接件螺栓螺柱螺釘11.1.2常用螺紋聯(lián)接件及選用1.螺紋聯(lián)接件的類型

螺紋聯(lián)接件的品種很多，大都已標準化，根據(jù)使用要求合理選擇其規(guī)格、型號后即可外購。機械制造中常用的螺紋緊固件的類型很多，除了有螺栓、雙頭螺柱、螺釘外，還有螺母和墊圈等。常用標準螺紋聯(lián)接件見下表11-3所示。表11-3常用螺紋聯(lián)接件緊定螺釘圓螺母與止動墊圈墊圈11.1.2常用螺紋聯(lián)接件及選用2.螺紋聯(lián)接件的材料及等級螺紋緊固件有兩類等級，一類是產(chǎn)品等級，另一類是機械性能等級。1）產(chǎn)品等級根據(jù)國家標準規(guī)定，螺紋緊固件分為三個精度等級，其代號為A、B、C。A級精度最高，用于要求配合精確，防止振動等重要零件的聯(lián)接；B級精度多用于受載較大且經(jīng)常裝拆或受變載荷的聯(lián)接；C級精度多用于一般的螺紋聯(lián)接。2）機械性能等級和材料螺紋緊固件的常用材料為Q215、Q235、10、35和45號鋼，對于重要的螺紋緊固件，可采用15Cr、40Cr等。對于特殊用途（如防銹蝕、防磁、導(dǎo)電或耐高溫等）的螺紋緊固件，可采用特種鋼或銅合金、鋁合金等。彈簧墊圈用65Mn制造，并經(jīng)熱處理和表面處理。11.1.2常用螺紋聯(lián)接件及選用國家標準規(guī)定，螺栓、螺柱、螺釘?shù)臋C械性能等級標記代號由兩個數(shù)字表示，中間用小數(shù)點“.”隔開，小數(shù)點前的數(shù)字為σb的1/100，(σb為抗拉強度)；小數(shù)點后的數(shù)字為10×σs/或10×σ02/(σs為屈服點，σ02為屈服強度)。緊定螺釘依靠末端表面起緊定作用，墊圈也是依靠表面起作用，所以國家標準規(guī)定它們的機械性能用表面硬度表示。緊定螺釘?shù)臋C械性能等級代號由字母和數(shù)字兩部分組成：數(shù)字代表最小維氏硬度（HVmin）的1/10；用字母H表示。3.螺紋聯(lián)接件選用基本原則1）考慮聯(lián)接部分的結(jié)構(gòu)，受載情況、裝拆要求、外觀等；2）選用時注意所用螺母的性能等級不能低于與其相配螺栓的性能等級。11.1.3選擇沖床傳動系統(tǒng)中螺紋聯(lián)接的類型1.設(shè)計要求分析聯(lián)接處在箱體的凸緣處，厚度不大。且應(yīng)便于裝拆。2.設(shè)計步驟設(shè)計項目計算及說明結(jié)果1、選擇螺紋聯(lián)接的類型聯(lián)接處在箱體的凸緣處，厚度不大。采用普通螺栓聯(lián)接2、選用螺紋聯(lián)接件的類型減速器箱體屬于一般的通用機械。采用C級六角頭螺栓【任務(wù)描述與分析】減速器箱蓋與箱座要采用螺栓組聯(lián)接，以確定結(jié)合面的幾何形狀，螺栓的布置形式，確定螺栓的數(shù)目，選用防松裝置。本任務(wù)要設(shè)計螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，具體內(nèi)容包括：1）結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個方面；2）螺紋聯(lián)接的防松。

11.2任務(wù)2——設(shè)計螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)【相關(guān)知識與技能】

11.2任務(wù)2——設(shè)計螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)11.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個方面11.2.2螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松11.2.3設(shè)計沖床傳動系統(tǒng)中螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)11.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個方面1、聯(lián)接接合面應(yīng)盡量設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀，圖11-4所示，盡量對稱布置，使螺栓組的幾何中心與接合面的形心重合，便于加工和裝配，接合面受力也比較均勻。圖11-4螺紋聯(lián)接接合面常見形狀11.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個方面2、為便于鉗工劃線、鉆孔，螺栓應(yīng)布置在同一圓周上，螺栓數(shù)目取易等分的數(shù)字，如3、4、6、8、12等，同一組螺栓的材料直徑和長度應(yīng)盡量相同，以簡化結(jié)構(gòu)和便于裝配。3、應(yīng)有合理的釘距、邊距和足夠的板手空間，如圖11-5所示。圖11-5扳手空間11.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個方面4、被聯(lián)接件上的支承面應(yīng)做成凸臺或沉頭座，以免引起偏心載荷而削弱螺栓的強度，如圖11-6所示。圖11-6被聯(lián)接件上的支承面結(jié)構(gòu)a)凸臺b)沉頭座11.2.2螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松1.螺紋聯(lián)接的預(yù)緊工程實際中，絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都必須擰緊，使聯(lián)接在承受工作載荷前就預(yù)先受到預(yù)緊力的作用，稱為預(yù)緊。需預(yù)緊的螺紋聯(lián)接稱為緊聯(lián)接，少數(shù)螺紋聯(lián)接不需要預(yù)緊的稱為松聯(lián)接。預(yù)緊的目的是為了增強聯(lián)接的可靠性、緊密性和剛性，提高防松能力，防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)間隙或發(fā)生相對位移，對于受變載荷的螺紋聯(lián)接還可提高其疲勞強度。但過大的預(yù)緊力可能會使螺栓在裝配時或在工作中偶然過載時被拉斷。因此對重要的螺紋聯(lián)接，為了保證所需的預(yù)緊力，又不使聯(lián)接螺栓過載，在裝配時應(yīng)控制預(yù)緊力，通常是利用控制擰緊螺母時的擰緊力矩來控制預(yù)緊力的大小。11.2.2螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松工程實際中，常用指針式扭力扳手或預(yù)置式扭力扳手來控制擰緊力矩。如圖11-7（a）所示，指針式扭力扳手可由指針直接讀出擰緊力矩的數(shù)值。如圖11-7（b）所示，預(yù)置式扭力扳手可利用螺釘調(diào)整彈簧的壓緊力，預(yù)先設(shè)置擰緊力矩的大小，當扳手力矩過大時，彈簧被壓縮，扳手卡盤與圓柱銷之間打滑，從而控制預(yù)緊力矩不超過規(guī)定值。圖11-7指針式扭力扳手或預(yù)置式扭力扳手（a）指針式扭力扳手（b）預(yù)置式扭力扳手1—扳手卡盤2—圓柱銷3—彈簧4—螺釘（a）（b）11.2.2螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松2.防松方法常用的螺紋聯(lián)接件都是單線螺紋，自鎖性好，在靜載荷、工作溫度變化不大時，螺紋聯(lián)接件不會松脫，但在沖擊、振動和變載荷作用下，或溫度變化較大時，螺紋聯(lián)接有可能逐漸松脫，引起聯(lián)接失效，從而影響機器的正常運轉(zhuǎn)，甚至導(dǎo)致嚴重的事故。因此，設(shè)計時必須采取有效的防松措施。防松的目的是在螺紋擰緊后防止螺旋副間再相對運動。按防松裝置的工作原理不同可分為摩擦防松、機械防松、永久防松三類，其結(jié)構(gòu)形式、特點和應(yīng)用見表11-4所示。機械防松是利用金屬元件直接約束螺紋聯(lián)接件防止其相對轉(zhuǎn)動，防松效果比較可靠，適用于受沖擊、振動的場合和重要的聯(lián)接。永久防松常用于裝配后不再拆卸的場合。11.2.3