机械制造业中机械零件的连接知识.docx

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1、机械制造业中机械零件的连接知识在机械制造中，联接是指被联接件与联接件的组合。就机械零件而言，被联接件有轴与轴上零件（如齿轮、飞轮）、轮圈与轮心.箱体与箱盖、焊接零件中的钢板与型钢等、联接件又称紧固件，如螺栓、螺母、销、钾钉等。有些联接则没有专门的紧固件，如靠被联接件本身变形构成的过盈联接、利用分子结合力构成的焊接与粘接等。联接区分为可拆的与不可拆的、同意多次装拆而无损于使用性能的联接称之可拆联接，如螺纹联接、键联接与销联接。若不损坏构成零件就不能拆开的联接则称之不可拆联接,如焊接、粘接与钏接。钾接噪声大劳动条件恶劣，目前除桥梁与飞机制造业之外，已很少应用；焊接与粘接涉及面广，已有专著论述。本章

2、均不作介绍、本章只讨论可拆联接。10.1联接螺纹与螺旋传动10.1.1螺纹的类型与参数将一倾斜角为4的直线绕在圆柱体上便形成条螺旋线（下左图a）、取一平面图形（图b）,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，就得到螺纹。按照平面图形的形状螺纹分为三角形螺纹、梯形螺纹与锯齿形螺纹等。按照螺旋线的旋向。螺纹分为左旋螺纹与右旋燃纹。机械制造中通常使用右旋螺纹，有特殊要求肘，才使用左旋螺纹。按照螺旋线的数目，螺纹还分为单线螺纹与等距排列的多线螺纹（下右图）。为了制造方便，螺纹的线数通常不超过4o螺纹有内螺纹与外螺纹之分，两者旋合构成螺旋副或者称螺纹副、用于联接的螺纹称之联接螺纹；用于传动

3、的螺纹称之传动螺纹。相应的传动称之螺旋传动。由于螺旋传动也是利用螺纹零件工作的，其受力情况与几何关系与螺纹联接相似,因此也列入本章论述。按照母体形状,螺纹分为圆柱螺纹与圆锥螺纹.纹为例，说明螺纹的要紧几何参数（下图）（I）大d与外螺纹牙顶（或者内螺纹牙底）相重合的假想圆柱体的直径。(2)小径d与外螺纹牙底(或者内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(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与凸起宽度相等。(4)螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距O(5)导程S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离。设螺旋线数为n,则S=nP0(6)螺纹升角少中径dz圆柱

4、上,螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角(上左图)。.nPtg”记(7)牙型角轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角称之牙型角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角称之牙侧角。机械制造常用螺纹:一、三角形螺纹三角形螺纹要紧有普通螺纹与管螺纹。普通螺纹一用于紧固联接，管螺纹一用于紧密联接。1、普通螺纹普通螺纹一一我国国家标准中，把牙型角=60。的三角形米制螺纹称之普通螺纹，以大径d为公称直径。普通螺纹又分为粗牙螺纹与细牙螺纹。同一公称直径能够有多种螺距的螺纹，其中螺距最大的称之粗牙螺纹。其余都称之细牙螺纹（下左图a）、粗牙螺纹应用最广、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、

5、它适用于薄壁零件、受动载荷的联接与微调机构。2.管螺纹管联接螺纹通常有四种：普通细牙螺纹、非螺纹密封的管螺纹（圆柱管壁、=55o,如下左图b）、用螺纹密封的管螺纹（圆锥管壁、=55o,如图C）与60圆锥管螺纹。管螺纹的公称直径是管子的公称通径。圆柱管螺纹广泛应用于水、煤气、润滑管路系统中。圆锥管螺纹不用填料即能保证紧密性而且旋合迅速，适用于密封要求较高的管路联接中二、梯形螺纹与锯齿形螺纹梯形螺纹与锯齿形螺纹用于传动。为了减少摩擦与提高效率,这两种螺纹的牙侧角都比三角形螺纹的小得多（下右图），而且有较大的间隙以便贮存润滑油。梯形螺纹的牙侧角B=I5。，比矩形螺纹容易切削、当使用剖分由母时还能够消

6、除因磨损而产生的间隙，因此应用较广。锯齿形螺纹工作面牙侧角B=3。，效率比梯形纹高但只适用于承受单方向的轴向载荷。b1非*京男封的收c mtt*n10.1.2螺旋副的受力分析、效率与自锁b）一矩形螺纹螺旋副在力矩与轴向载荷作用下的相对运动，可看成作用在中径的水平力推动滑块（重物）沿螺纹运动，如上图a所示。将矩形螺纹沿中径dz展开可得一斜面（图b）,图中中为螺纹升角，Fa为轴向载荷，F为作用于中径处的水平推力，Fn为法向反力；fFn为摩擦力，f为摩擦系数，P为摩擦角。当滑块沿斜面等速上升时，Fa为阻力，F为驱动力。因摩擦力向下，故总反力FR与Fa的夹角为中十P。由力的平衡条件可知，Fk、F与Fa

7、三力构成力多边形（图b）,由图可得F=F.tg（+P）作用在螺旋副上的相应驱动力矩=F*=F.ytg（+P）当滑块沿斜面等速下滑时，轴向载荷Fa变为驱动力，而F变为维持滑块等速运动所需的平衡力（上图c）。由力多边形可得FFatg(P)作用在螺旋副上的相应力矩TF.ytg(P)上式求出的F值可为正，也可为负。当斜面倾角中大于摩擦角P时，滑块在重力作用下有向下加速的趋势C这时求出的平衡力F为正，方向如上图C所示。它阻止滑块加速以便保持等速下滑，故F是阻力(支持力)。当斜面倾角小小于摩擦角P时，滑块不能在重力作用下自行下滑，即处于自锁状态,这时求出的平衡力F为负，其方向与上图C相反(即F与运动方向成

8、锐角)，F为驱动力。它说明在自锁条件下，务必施加驱动力F才能使沿块等速下滑。二.非矩形螺纹非矩形螺纹是指牙侧角B0的三角形螺纹、梯形螺纹与锯齿形螺纹。对比上图a与b可知，若略去螺纹升角的影响，在轴向载荷Fa的作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹的大。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式中f为当量摩擦系数，即/=磊=tg式中p为当量摩擦角；B为牙侧角。因此将f改为伊、P改为P就可像矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。当滑决沿非矩形螺纹等速上升时可得水平推力F=FJgB+)相应的驱动力矩T=Fd22=Fatg(+P,)/2当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时可得F=Fatg

9、(-P,)相应的力矩为T=Fllytg(一“)与矩形螺纹分析相同，若螺纹升角小小于当量摩擦角,则螺旋具有自锁特性，如不施加驱动力矩，不管轴向驱动力Fa多大，都不能使螺旋副相对运动、考虑到极限情况，非矩形螺纹的自锁条件可表示为P为了防止螺母在轴向力作用下自动松开，用于联接的紧固螺纹务必满足自锁条件。以上分析适用于各类螺旋传动与螺纹联接。归纳起来就是：当轴向载荷为阻力，阻止螺旋副相对运动时（比如车床丝杆走刀时，切削力阻止刀架轴向移动；螺纹联接拧紧螺母时.，材料变形的反弹力阻止螺母轴向移动；螺旋千斤顶举升重物时，重力阻止螺杆上升）。相当于滑块沿斜面等速上升。当轴向载荷为驱动力，与螺旋副相对运动方向一

10、致时（比如旋松螺母时，材料变形的反弹力与螺母移动方向一致；用螺旋千斤顶降落重物时，重力与下降方向一致），相当于滑块沿斜面等速下滑。螺旋副的效率是有效功与输入功之比、若按螺旋转动一圈计算，输入功为2JiT,如今升举滑块（重物）所作的有效功为FaS,故螺旋副的效率为ri=2=tg3/2nTtg（Q+）由上式可知，当量摩擦角P一定时，效率只是螺纹升角力的函数。由于过大的螺纹升角制造困难，且效率增高也不显著，因此通常巾角不大于25。10.1.4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件一、螺纹联接的基本类型螺纹联接有下列四种基本类型1 .螺栓联接螺栓联接的结构特点是被联接件的孔中不切制螺纹（下左图），装拆方便。螺

11、栓联接有两种类型：普通螺栓联接与较制孔用螺栓联接。普通螺栓联接，螺栓与孔之间有间隙。这种联接的优点是加工简便，成本低故应用最广。较制孔用螺栓联接，其螺杆外径与螺栓孔（由高精度较刀加工而成）的内径具有同一基本尺寸，它适用于承受垂直于螺栓轴线的横向载荷。2 .螺钉联接螺钉直接旋人被联接件的螺纹孔中，省去了螺母（下左图a）,因此结构上比较简单、但这种联接不宜经常装拆。以免被联接付的螺纹孔磨损而修复困难。QaZ1(0.3-*0.5)f.皎制孔用般hi坟伸出长度-收*0或边城的经京,d+36)mm战挣人余友.SW*4WMKFh/a.，/福畲金(bS-2.5W蚊孔葬度HLM+S-25lPIl扎程度H,H,

12、.5*-lWlg.值风雨10-93 .双头螺柱联接双头螺柱多用于较厚的被联接件或者为了结构紧凑而使用盲孔的联接（上右图b）。双头螺柱联接同意多次装拆而不损坏被联接零件。4.紧定螺钉联接紧定螺钉联接（下左图）常用来固定两零件的相对位置,并可传送不大的力或者转矩。二、螺纹紧固件螺纹紧固件的品种很多，大都已标准化，它是一种商品性零件，经合理选择其规格、型号后，可直接到五金商店购买。1 .螺栓螺栓的头部形状很多，最常用的有六角头与小六角头两种。螺栓也应用于螺钉联接中。2 .双头螺柱双头螺柱旋入被联接件螺纹孔的一端称之座端。另一端为螺母端，其公称长度为L。3 .螺钉、紧定螺钉螺钉、鉴定螺钉的头部有内六角

13、头、十字槽头等多种形式，以习惯不一致的拧紧程度。紧定螺钉末端要顶住被联接件之一的表面或者相应的凹坑，其末端具有平端、锥端、圆尖端等各类形状。4螺母螺母的形状有六角形、圆形（下右图）等。六角螺母有三种不一致厚度，薄螺母用于尺寸受到限制的地方，厚螺母用于经常装拆易于磨损之处。圆螺母常用于轴上零件的轴向固定。5.垫圈垫圈的作用是增加被联接件的支承面积以减小接触处的压强（特别当被联接件材料强度较差时）与避免拧紧螺母时擦伤被联接件的表面。普通垫圈呈环状，还有具有防松作用的垫圈。普通用的螺纹紧固件，按制造精度分为粗制、精制两类。粗制的螺纹紧固件多用于建筑，木结构及其他次要的场合，精制的广泛应用于机器设备中

14、.10.1.5螺纹联接的预紧与防松除个别情况外，螺纹联接在装配时都务必拧紧，这时螺纹联同意到预紧力的作用、关于重要的螺纹联接，应操纵其预紧力，由于预紧力的大小对螺纹联接的可靠性、强度与密封性均有很大的影响。拧紧力矩螺纹联接的拧紧力矩T等于克服螺纹副相对转动的阻力矩T1与螺母支承面上的磨擦阻力矩(上图)之与，即T=71+=+)+ftFtrl式中：F为轴向力，关于不承受轴向工作载荷的螺纹，Fa即预紧力；d2为螺纹中径；fc为螺母与被联接件支承面之间的摩擦系数，无润滑时可取。:0.15；n为支承面摩擦半径，关于MloM68的粗牙螺纹，若取f,=tgP=0.15及fc=0.15,则式(10-9)可简化

15、为T0.2FadNmm式中：d为螺纹公称直径，mm；Fa为预紧力，No为了充分发挥螺栓的工作能力与保证预紧可靠，螺栓的预紧应力通常可达材料屈服极限的50%70%。小直径的螺栓装配时应施加小的拧力矩，否则就容易将螺栓杆拉断。对重要的有强度要求的螺栓联接，如无操纵拧紧力矩的措施，不宜使用小于M12的螺栓。二、拧紧力矩的操纵通常螺纹联接拧紧的程度是凭工人经验来决定的。为了能保证装配质量，重要的螺纹联接应按计算值操纵拧紧力矩。小批量生产时可使用带指针刻度的测力矩扳手。大量生产多使用风扳机，当输出力矩达到所调节的额定值时，商合器便会打滑而自动脱开，井发出响声。三、螺纹联接的防松1 .螺纹联接为什么要防松联接用的三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷与工作温度变化不大时不可能自动松脱。但是在冲击、振动与变载的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，联接仍有可能松脱、高温的螺纹联接，由于温度变形差异等原因，也可能发生松脱现象，因