《机械设计基础》第十章联接

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1、第十章第十章 联联 接接 (connection)联接联接是指被联接件与联接件的组合。是指被联接件与联接件的组合。 联接件又称联接件又称紧固件紧固件，如螺栓、螺母、销、铆钉等。有，如螺栓、螺母、销、铆钉等。有些联接没有专门的紧固件，如靠被联接件本身变形组成的些联接没有专门的紧固件，如靠被联接件本身变形组成的过盈配合联接、利用分子结合力组成分焊接和粘接等。过盈配合联接、利用分子结合力组成分焊接和粘接等。 联接有可拆的和不可拆的。允许多次拆装而无损于使联接有可拆的和不可拆的。允许多次拆装而无损于使用性能的联接称为用性能的联接称为可拆连接可拆连接，如螺纹联接、键联接和销联，如螺纹联接、键联接和销联接

2、。若不损坏组成零件就不能拆开的联接称为接。若不损坏组成零件就不能拆开的联接称为不可拆联接不可拆联接，如焊接、粘接和铆接。过盈配合联接可做成可拆的，也可如焊接、粘接和铆接。过盈配合联接可做成可拆的，也可以作成不可拆的。以作成不可拆的。10-1 螺螺 纹纹 (screw thread)将一个直角三角形沿底边与将一个直角三角形沿底边与一圆柱体底面圆周复合而绕在圆一圆柱体底面圆周复合而绕在圆柱体上，则其斜边在圆柱体表面柱体上，则其斜边在圆柱体表面形成一条螺旋线。取一平面图形，形成一条螺旋线。取一平面图形，使它沿着螺旋线运动，运动时保使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就持此图形通过圆

3、柱体的轴线，就得到螺纹。按平面图形的形状，得到螺纹。按平面图形的形状，螺纹分为三角形、矩形、梯形、螺纹分为三角形、矩形、梯形、锯齿形等。锯齿形等。一、螺纹的形成一、螺纹的形成 二、螺纹的类型二、螺纹的类型按形成螺纹的图形分：三角形螺纹三角形螺纹矩形螺纹矩形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹梯形螺纹梯形螺纹按螺旋线的旋向分：左旋螺纹左旋螺纹右旋螺纹右旋螺纹按螺旋线的数目分：单线螺纹单线螺纹双线螺纹双线螺纹多线螺纹多线螺纹按螺纹形成表面分：内螺纹内螺纹外螺纹外螺纹按螺纹形成的母体形状分：圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹 三、螺纹的主要参数三、螺纹的主要参数大径大径d与外螺纹牙顶（或内螺纹牙底）相重合的假想圆

4、柱体的直径小径小径d1与外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）相重合的假想圆柱体的直径中径中径d2螺纹牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱体的直径螺距螺距P螺纹相邻两牙型上对应两点间的轴向距离导程导程S同一螺旋线上的相邻两牙在中经线上对应两点间的轴向距离。设螺旋线数为n，则 。升角升角中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角牙型角牙型角轴向剖面内螺纹牙型相邻两侧边间的夹角牙侧角牙侧角牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角22tgdnPdSSnP三、螺纹的受力分析、效率和自锁三、螺纹的受力分析、效率和自锁1、矩形螺纹、矩形螺纹矩形螺纹的牙型斜角0 在轴向载荷作用下螺旋副相对运动时，可看作推动滑块沿螺纹运动

5、。 将矩形螺纹沿中径d2展开可得一斜面，图中为螺旋升角。设Q为轴向载荷，F为作用于中径处的水平推力，N为法向反力，f N为摩擦力，f 为摩擦系数， 为摩擦角。 当推动滑块沿斜面等速上升时，摩擦力向下，故总反力R与Q的夹角为。 由力的平衡条件可知，R、F和Q三力组成力多边形封闭图，由图可得 当推动滑块沿斜面等速下滑时，轴向载荷Q变为驱动力而F变为支持力。由力多边形封闭图可得FQtg（）FQtg（）2、非矩形螺纹、非矩形螺纹非矩形螺纹是指牙型斜角0的三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿型螺纹 在轴向载荷Q作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹大。若把法向力的增加看作摩擦系数的增加，则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为

6、式中f 为当量摩擦系数，即其中为当量摩擦角；为牙型斜角。tgcosffQfQffQcoscos当推动滑块沿斜面等速上升时，可得水平推力驱动力矩驱动力矩用来克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物。 螺纹副的效率是有效功与输入功之比。若按螺旋传动一圈计算，输入功为2T，此时升举滑块（重物）所作的有效功为QS，故螺旋副效率为当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得 当时，F为负值，表明要使滑块下滑必须改变力F的方向，即必须施加推动力。否则单凭轴向载荷Q的作用，无论多大，滑块不会自动下滑。这种现象称为螺旋副的自锁自锁，自锁条件：自锁条件：FQtg（）)(tg2222QddFT)(tgtg2TQSFQtg（）四、机械

7、制造常用螺纹四、机械制造常用螺纹1、三角形螺纹、三角形螺纹普通螺纹紧固连接管螺纹紧密连接粗牙螺纹细牙螺纹以大径d为公称直径 同一公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中螺距最大的螺纹粗牙粗牙螺纹螺纹，其余的螺纹均为细牙螺纹细牙螺纹。 细牙螺纹的升角小，小径大，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、微调机构的调整。 2、矩形螺纹、矩形螺纹当量摩擦因数最小，效率较其他螺纹高压根强度低，难于精确加工，磨损后间隙难以补偿3、梯形螺纹、梯形螺纹牙型侧角15，比三角形螺纹的要小。比矩形螺纹容易切制，有较大的间隙以便存储润滑油4、锯齿型螺纹、锯齿型螺纹牙型侧角3，效率比梯形螺纹

8、高只适合于承受单方向的轴向载荷三角形螺纹用于联接三角形螺纹用于联接矩形、梯形、锯齿型螺纹用于传动矩形、梯形、锯齿型螺纹用于传动 21.5arctgarctg3.039.026Pd26arctgarctg1.7164.103Pd例101 试计算粗牙普通螺纹M10和M68的螺纹升角；说明在静载荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f0.10.15）解解：（1）螺纹升角 由表101查得M10的螺距P1.5mm，中径d29.026mm；M68的P6mm，d264.103mm。对于M10对于M680.1arctgarctg6.59coscos30f （2）自锁性能 普通螺纹的牙型斜角30 ，按摩擦系数f0

9、.1计算，相应的当量摩擦角为，能自锁10-2 螺纹联接的类型及螺纹紧固件螺纹联接的类型及螺纹紧固件 一、螺纹联接基本类型一、螺纹联接基本类型1、螺栓联接螺栓联接 (bolt)被连接件上不必切制螺纹，拆装方便，成本低，应用最广（1）普通螺栓联接普通螺栓联接 装配后孔与杆间有间隙，结构简单，拆装方便，成本低，应用最广。（2）铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接 螺栓杆与孔壁之间没有间隙。适用于承受横向载荷。2、双头螺柱联接双头螺柱联接 (stud)用于较厚的被联接件或为了结构紧凑必须采用盲孔的联接。装配时一端拧入被联接件的螺纹孔中，另一端穿过被联接件的通孔，再拧上螺母。允许多次拆装而不损坏联接零件。

10、3、螺钉联接螺钉联接 (screw)螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中，省去了螺母，结构上比双头螺柱简单。但这种联接不宜经常拆装，以免被联接件的螺纹孔磨损而导致修复困难。4、紧定螺钉联接紧定螺钉联接 (holding screw)用来固定两零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩特殊联接：地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接 二、螺纹紧固件二、螺纹紧固件 1、螺栓螺栓头部形状：六角头，小六角头2、双头螺柱双头螺柱 旋入被联接件螺纹孔的一端称为座端座端，另一端为螺母端螺母端 3、螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉头部形状有内六角头、十字槽半圆头、十字槽沉头等。 紧定螺钉末端要顶住被联接件之一的表面或相应的凹坑，所

11、以末端也有各种形状（锥端、平端、凹端、圆柱端、圆尖端）4、螺母螺母5、垫圈垫圈 螺母的形状有六角的、圆的等，六角螺母又有厚薄的不同，扁螺母用于尺寸受到限制的地方，厚螺母用于经常拆装易于磨损之处。圆螺母常用于轴上零件的轴向固定。增加被联接件的支承面积以减少接触处的压强避免拧紧螺母时擦伤被联接件的表面10-3 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 除个别情况外，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。一、拧紧力矩一、拧紧力矩 螺纹联接的拧紧力矩T，用来克服螺纹副相对转动的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2。式中Q0预紧力；d2螺纹中径；fc螺母与被联接件支承面之间的摩擦