第47次课机械零件、联接.doc

课 时 授 课 计 划
第四十七次课
【教学课题】 §9-1 螺纹§9-2螺纹联接及预紧和防松
【教学目的】：掌握螺纹联接的基本类型，理解螺纹联接的预紧与防松
难点：
【教学重点及处理方法】：掌握螺纹联接的基本类型
处理方法：详细讲解

【教学难点及处理方法】：螺纹联接的防松方法

处理方法：分析讲解

【教学方法】: 讲授法

【教具】：挂图

【时间分配】： 引入新课 5min
新课 80 min
小结、作业 5min
第47次课
【提示启发 引出新课】
在机械中，为了便于机械的制造、安装、运输、维修等，广泛地采用各种联接。
【新课内容】
第八章 机械零件设计概论
一、机械零件设计时应满足的基本要求：
l 满足预定功能的要求
l 满足预定寿命的要求
l 满足零件工艺性的要求
l 满足经济性要求
l 满足标准化的要求
l 造型美观，减少污染
二、零件设计的方法：
Ø 理论设计 据设计理论和实验数据进行的设计。
Ø 经验设计 根据某类零件的设计与使用实践归纳出的经验公式或类比的办法进行的设计。
Ø 计算机辅助设计 用电子计算机和绘图机来辅助设计人员进行的设计。
Ø 模型实验设计 先按初步设计的零件做成小尺寸的模型，再经过实验修正的设计。
三、机械零件设计的步骤：
l 根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷；
l 根据零件的工作条件，选择合适的材料；
l 根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构；
l 根据可能的失效形式，计算零件的主要参数和尺寸；
l 根据工艺性和标准化等原则，进行零件的结构设计；
l 仔细校核，判断结构的合理性；
l 绘制零件结构图及编写有关说明。
三、机械零件的主要失效形式：
1、断裂
延性断裂：断裂前有塑性变形和变形能消耗。
脆性断裂：断裂前无宏观塑性变形。
2、变形过大
弹性变形、塑性变形。
3、零件表面破坏
腐蚀、磨损、接触疲劳。
4、破坏正常工作条件引起的失效
打滑、振动……
四、机械零件的设计计算准则：
1、强度准则
强度是机械零件首先应满足的基本要求。强度是指零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面损伤的能力。为了保证零件具有足够的强度，计算时，应使其在载荷作用下零件危险剖面或工作表面的工作应力s不超过零件的许用应力[s]，即：
                           s≤[s]
强度是指零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面损伤的能力。
强度条件的安全系数表达式：

——零件的工作应力
—零件的极限应力
S——零件的工作安全系数
[S]——零件的许用安全系数
——零件的许用应力

强度条件的应力表达式：

强度分析的内容：
l 判定零件的工作应力类型并计算工作应力；
l 根据工作应力的类型，确定材料相应的极限应力 ；
l 对极限应力进行修正，得到 ；
l 确定许用安全系数[S]值；
l 进行强度计算。
2、刚度准则
刚度是零件受载后抵抗弹性变形的能力。为了保证零件具有足够的刚度，设计时应使零件在载荷作用下产生的弹性变形量y（广义地代表任何形式的弹性变形量）小于或等于按机器工作性能所允许的极限值，即许用变形量[y]，其表达式为：
                           y≤[y]
3、寿命准则

影响零件寿命的主要因素是磨损、疲劳和腐蚀。迄今为止，还没有提出关于腐蚀寿命的计算方法，因而也无法列出其计算准则。
4、振动稳定性准则
对易于失稳的高速机械应进行振动分析和计算，以确保零件及系统的振动稳定性。
5、散热性准则
6、可靠性准则
§9-1 螺纹
机械联接的种类：
机械动联接：运动副
机械联接 可拆联接：螺纹
机械静联接
不可拆联接：焊接、胶接等
一、 螺纹的类型和应用：
9．4 螺纹联接
9．4．1 螺纹的类型及主要参数的基本知识
1.螺纹的类型

2.螺纹的主要参数

9．4．2 螺纹联接的基本类型、结构尺寸及应用
1. 联接用螺纹
如图所示，螺纹按其牙型角可分为三角螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹。
三角螺纹主要用于联接；矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动。
用于联接的三角螺纹又有普通螺纹，英制螺纹以及用于管路系统联接的圆柱螺纹，即管螺纹。
普通螺纹有粗牙和细牙之分。
在上述各种螺纹中，除矩形螺纹外，均已标准化。普通螺纹的螺距和基本尺寸见表。

联接螺纹、传动螺纹
l 外螺纹、内螺
l 左旋螺纹、右旋螺纹
l 单线螺纹、双线螺纹、多线螺纹
l 米制螺纹、英制螺纹
l 普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹
1、联接螺纹：
普通螺纹：
特点：
ü 牙型为等边三角形，牙型角为60°；
ü 升角小，自锁性好，强度高，但不耐磨，易滑扣。
ü 一般联接多用粗牙，细牙常用于薄壁、细小零件。

锥管螺纹：
特点：
ü 牙型为等腰三角形，牙型角为55°；螺纹分布在锥度为1：16的圆锥管上。
ü 内外螺纹旋合后，利用本身变形即可保证紧密性，密封简单。
ü 适于高温高压或密封要求高的管路系统。
圆锥螺纹
特点：
ü 与圆锥管螺纹相似，牙型为等腰三角形，牙型角为55°，螺纹牙顶为平顶。
ü 多用于汽车、拖拉机等的燃油、水及气输送管路系统。

矩形螺纹：
特点：
ü 牙型为正方形，牙型角为0°；
ü 传动效率高。
ü 牙根强度弱，磨损后难修复。
ü 已逐步被梯形螺纹代替。

梯形螺纹：
特点：
ü 牙型为等腰梯形，牙型角为30°；
ü 传动效率略低于矩形螺纹。
ü 牙根强度高，工艺性好。
ü 对中性好，内外螺纹贴紧不易松动。

锯齿形螺纹：
特点：
ü 牙型为不等腰梯形，工作面牙型角为3°，非工作面牙型斜角为30°；
ü 传动效率高。
ü 牙根强度高。
ü 内外螺纹旋合后，外径处无间隙。
ü 只能用于单向传力。

二、螺纹的主要参数：
1）外径（大径）d（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）内径（小径）d1(D1) ——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径
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，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（L）——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λ——中径圆柱面上螺旋线展开后与底面的夹角
8）牙型角α ——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角
螺旋副的传动效率为：
（拧紧时）
（松开时）

螺旋副的自锁条件为：
——当量摩擦角。可由磨擦系数f和牙型半角β确定：

一般，λ<6°就自锁，普通三角螺纹λ=1.5～3.5°
三、螺纹联接的基本类型
1）螺栓联接

a) 普通螺栓联接——被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用广。

b) 精密螺栓联接——装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰孔螺栓联接

2、双头螺栓联接——螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。

双头螺栓联接 螺钉联接
3、螺钉联接——适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况
4、紧定螺钉联接——拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。

四、 标准螺纹联接件
1）螺栓
普通螺栓——六角头，小六角头，标准六角头，大六角头, 内六角
铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小螺母
2）双头螺柱——两端带螺纹
A型—有退刀槽 B型—无退刀槽
3）螺钉 与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹
4）紧定螺钉
锥 端——适于零件表面硬度较低不常拆卸常合
平 端——接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸
圆柱端——压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板
5）自攻螺钉——由螺钉攻出螺纹
6）螺母 六角螺母：标准，扁，厚
圆螺母+止退垫圈——带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧
7）垫圈

五、螺纹联接的预紧与防松
1、螺纹联接的预紧：
松联接——在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用
紧联接——在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力F’
预紧目的——保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大刚性等。
增大刚性——增加联接刚度、紧密性和提高防松能力
预紧力F’——预先轴向作用力（拉力）
预紧过紧——拧紧力F’过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度
过松——拧紧力F’过小，工作不可靠
预紧力F’的控制：
　　测力矩板手——测出预紧力矩，如上图
　　定力矩板手——达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑，　测量预紧前后螺栓伸长量——精度较高
2、防松
1）、防松目的
实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故
2）、防松原理
消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。
3）、防松办法及措施
1）摩擦防松 双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等

自锁螺母——螺母一端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧

2）机械防松：
开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等

开槽螺母与开口销 圆螺母与止动垫圈 串联钢丝
3）永久防松：端铆、冲点、点焊
4）化学防松——粘合

【小结】：螺纹的基本参数，联接的基本类型。

【作业】：2、3

【后记】：