第三章螺紋聯接

2022-11-21 03:48:05 字數 5001 閱讀 9005

為了便於機器的製造、裝配、維修、運輸及使用,機器中的零件需要彼此聯接。因此,機械設計人員必須熟悉各種機器中常用的聯接方法及有關聯接零件的結構、型別、效能與適用場合,掌握它們的設計理論或選用方法。

本篇主要討論機械靜聯接。

設計被聯接件時,應同時決定所要採用的聯接型別,聯接型別的選擇以(1)使用要求和經濟性為依據。一般,採用不可拆聯接是由於製造及經上的原因;採用可拆聯接是由於結構、安裝、運輸、維修上的原因。不可拆聯接較可拆聯接低廉。

(2)考慮聯接的加工條件和被聯接件的材料、形狀、尺寸等因素。

板件與板件的聯接,多選用螺紋聯接、焊接、鉚接或膠接;

桿件與桿件的聯接,多選用螺紋聯接或焊接;

軸與輪轂的連線,常採用鍵、花鍵聯接或過盈聯接;

軸與軸常採用聯軸器或離合器。

設計聯接時要滿足的要求:

1. 保證聯接的牢固性;

2. 保證聯接的強度:既滿足聯接的工作要求,又保證聯接本身及聯接零件的強度。當乙個聯接中包含多個危險剖面和工作面時,以其中最薄弱的部位決定聯接的工作能力。

在可能的條件下,應使聯接和被聯接件強度相等或相近,以便充分發揮被聯接件的承載能力。

3. 保證聯接的剛度;

4. 對鍋爐、壓力容器等應滿足緊密性要求。

螺紋聯接是一種利用螺紋零件構成的可拆聯接。特點:結構簡單,工作可靠,裝拆方便,型別多樣,且大多數螺紋零件已經標準化,由專業廠家生產,所以應用廣泛。

一. 分類

, ,,

除管螺紋外,我國採用公尺製。

二. 主要引數

1.大徑d:螺紋的最大直徑,標準中為公稱直徑。

2.小徑d1:螺紋的最小直徑,強度計算中常作為螺桿危險解剖面的計算直徑;

3.中徑d2:過螺紋軸解剖麵內牙型上牙間距等於螺紋牙厚度處的假想圓柱面直徑。是確定螺紋幾何引數,配合性質的直徑。

4.線數n:螺紋的螺旋線數目,沿一根螺旋線形成的螺紋叫單線螺紋,沿二根或兩根以上螺旋線形成的螺紋,叫多線螺紋。

5.螺距p:螺紋相鄰兩個牙型上對應點之間的距離。

6.導程s:螺紋上任一點沿同一條螺旋線轉一周所移動的軸向距離。單線螺紋,s=p;多線螺紋,s=p。

7.螺紋公升角ψ:螺旋線切線與垂直於螺紋軸線的平面間的夾角。螺紋不同直徑處的羅紋公升角不同。通常按螺紋中徑處計算,即

8.牙型角α:螺紋軸解剖麵內,螺紋牙兩側邊的夾角。螺紋牙型的側邊於垂直於螺紋軸線的垂直平面的夾角叫牙型斜角,對稱牙型的牙側角。

9.接觸高度h:內、外螺紋旋合後的接觸面的徑向高度。

各種管螺紋的主要幾何引數查閱有關標準,其公稱直徑不是螺紋大徑,而近似等於管子的內徑。

三.各種螺紋特點和應用

1. 聯接螺紋用於聯接。

1) 普通螺紋:牙型為等邊三角型,α=30。內外螺紋旋合後有徑向間隙,牙根允許較大r,所以應力集中小。

∵α大,∴φv大,自鎖性好,螺紋牙強度高。同一大徑的普通螺紋,有粗牙和細牙螺紋。細牙螺紋,p小,小,自鎖性好,小徑大,對螺桿削弱少。

但不耐磨,易滑扣,適用於細小零件,薄壁管件或受衝擊、振動和變載荷的聯接中,也可用於微調裝置。

2) 管螺紋既聯接,又起密封作用。

(1) 圓柱管螺紋:牙型為等腰三角形,α=550,牙頂有較大的圓角,內外螺紋旋合後無徑向間隙,保證配合緊密性。為英製細牙螺紋,d=管子內徑。

用於p=1.6mpa以下的水、煤氣、潤滑、電纜管路系統。

(2) 圓錐管螺紋:牙型為等腰三角形,α=550。牙頂有較大的圓角。

螺紋分布在1:16的圓錐管壁上,旋合後利用自身的變形保證聯接的緊密性,不需填料,密封簡單,適用於高溫、高壓或密封性要求高的管路系統。

(3) 圓錐螺紋:與上相似,但α=600,牙頂平頂。

3)傳動螺紋為減小摩擦,提高效率,常用矩形、梯形、鋸齒形螺紋。

(1) 矩形螺紋:α=00,φv小,η高,但對中性差,牙根強度低,難精確製造,螺旋副磨損後,間隙難以修復和補償,傳動精度降低。可製成α=100,未標準化。

(2) 梯形螺紋:α=300 ,η低,但工藝性好,牙根強度高,對中性好,剖分螺母可調間隙。

(3) 鋸齒形螺紋:工作面為30,綜合矩形螺紋和梯形螺紋的優點,η高,牙根強度高,但只用於單向受力的螺紋聯接或螺旋傳動中。

一. 螺紋聯接的基本型別

1. 螺栓聯接:由螺栓、墊片、螺母組成。用於厚度適中零件的聯接。

普通螺栓聯接:被聯接件上的通孔與螺桿間留有間隙,通孔的加工精度要求低,結構簡單,裝拆方便,使用撕不受被聯接件材料的限制,應用極廣。

鉸制孔螺栓聯接:孔合螺桿多採用基孔制過渡配合(h7/m6、h7/n6)。能精確固定被聯接件的相對位置,並能承受橫向載荷,但孔的加工精度要求較高。

2. 雙頭螺柱聯接:由螺柱、墊片、螺母組成。主要用於結構上不能採用螺栓聯接的場合(兩個被聯接件厚度相差大,較厚零件不宜加工成通孔或材料比較軟),且需要經常裝拆的場合。

3. 螺釘聯接:由螺釘、墊片組成。螺釘直接擰入被聯接件的螺紋孔中,用途與雙頭螺柱聯接相似,但如經常裝拆時,易使螺紋孔磨損,導致被聯接件報廢,故用於受力不大,或不需要經常裝拆的場合。

二. 標準螺紋聯接件

常見的螺紋聯接件有:螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母、墊片等。這類零件的結構型式已標準化,設計時根據有關標準選用。

根據gb3103.1—82規定,螺紋聯接件分為a、b、c三個精度等級。a級精度公差小,精度最高,用於要求配合精確、防振等重要零件的聯接;b級精度多用於受載較大且經常裝拆、調整或承受變載荷的聯接;c級精度用於一般的螺紋連線。

常用的標準螺紋聯接件,通常採用c級精度。

注意:選擇螺栓強度等級時,為使螺母先壞,應時螺母等級低於螺栓。

工作時,螺紋聯接要解決的問題是:工作時,聯接不能鬆開。因此,螺紋聯接工作前需要預緊,工作時需要防鬆。

預緊:螺紋聯接裝配時必須擰緊,使聯接在受工作載荷前,預先受力的作用。預緊力用f0表示。

預緊作用:1)提高聯接可靠性和緊密性;2)防止聯接受外載時,被聯接件間出現縫隙或發生相對滑移(因為螺栓為塑性材料,若不預緊,受力伸長後,被聯接件間出現縫隙,產生分離)。

實驗證明:較大的預緊力可提高聯接的可靠性和疲勞強度。但預緊力過大,會增加聯接的尺寸,使聯接在裝配或偶然過載時拉斷螺柱;預緊力過小,被聯接件會出現縫隙,產生洩漏或相對滑移。

所以,裝配時應控制預緊力。

控制預緊力方法:1)可測力矩扳手;2)定力矩扳手;3)千分尺直接測量螺桿伸長量。

對一般聯接用的鋼製螺栓聯接的預緊力qp,推薦:

擰緊力矩t=t1+t2,

對m10~m68螺栓

對一定直徑的螺栓,當f0已知時,可由上式求出t。

標準扳手l=15d,擰緊力f,t=fl

**對於

m12是受力螺栓最小極限,必須使用時,應嚴格控制t。

螺紋聯接一般採用單線普通螺紋,其,即聯接螺紋能滿足自鎖條件(),另外,擰緊後螺母合螺栓頭等支承面上的摩擦力有防松作用,所以載靜載合工作溫度變化不大時,螺紋聯接不會自動鬆脫。但載衝擊、振動或變載荷或溫度變化很大時,螺紋副間的摩擦力可能減小或瞬時消失,螺母、螺栓可能出現自由狀態。多次重複後會使聯接鬆脫。

載高溫或溫度變化較大的情況下,由於聯接間合被聯接件材料發生蠕變合應力鬆弛會使預緊力合摩擦力減小,從而導致聯接失效。

聯接鬆脫輕者會影響機器的正常運動,重者會造成嚴重事故,所以,對重要的聯接,要採取有效的防鬆措施。

防鬆的根本問題:防止螺母合螺桿(螺紋副)相對轉動。

按工作原理,防鬆方法有:

一. 摩擦防鬆:利用摩擦力防鬆。摩擦防鬆結構簡單、方便,但不太可靠。工作原理:使螺紋副中有不隨載荷變化的壓力,從而保證有摩擦力矩防止轉動。

1. 對頂螺母:兩螺母對頂擰緊,使旋合螺紋間始終受附加壓力合摩擦力作用。工作載荷變動時,該摩擦力始終存在。

下螺母受力較小,可薄些,但為防止裝錯,兩螺母高度取得相等。此方法結構簡單,適用於平穩、低速、過載等固定裝置上的聯接。

2. 彈簧墊圈:螺母擰緊後,壓平墊圈產生的彈性反力使旋合螺紋間壓緊,同時墊圈斜口的尖端抵住螺母於被聯接件間的支承面,也起到防鬆的作用。此方法結構簡單,使用方便,但墊圈彈力不均,載衝擊、振動的工作條件下,防鬆效果較差,用於不太重要的聯接。

3. 自鎖螺母:螺母一端製成非圓形收口或開縫後徑向收口,當螺母擰緊後,收口脹開的彈力使旋合螺紋間壓緊。此方法結構簡單,防鬆可靠,多次裝拆不影響防鬆效能。

二. 機械防鬆:利用機械元件直接鎖住。

1. 開口銷與六角開槽螺母:螺母擰緊後將開口銷穿入螺紋尾部小孔或螺母的槽內,並將開口銷尾扳開與螺母側面貼緊,也可用普通螺母代替六角開槽螺母,但需擰緊螺母後再配鑽銷孔。此方法適用於較大衝擊、振動的高速機械中運動部件的聯接。

2. 止動墊圈:螺母擰緊後,將單耳或雙耳止動墊圈分別向螺母或被聯接件的側面折彎貼緊,可鎖住螺母。若二螺栓需雙聯鎖緊時,可用雙聯止動墊圈使二螺母互相制動。

此方法結構簡單,使用方便,防鬆可靠。

3. 串聯鋼絲:用低碳鋼絲穿入各螺釘頭部的孔內,將各螺釘串聯,使其相互制動。注意鋼絲的穿入方向。此方法適用於螺釘組聯接,防鬆可靠,裝拆方便。

三. 永久防鬆:衝鉚、焊接等方法將螺母、螺桿固結在一起,破壞了螺紋副,無法修復。

防鬆屬於結構設計。設計聯接時,對重要聯接,設計其防松方法。

大多數機器的螺紋聯接是成組使用的,由兩個或兩個以上的螺栓組成的聯接叫螺栓組聯接。

螺栓組聯接的結構設計:選定螺栓組數目及布置方式,確定螺栓聯接結構尺寸。

對重要聯接,根據聯接工作載荷→受力分析→找出受力最大螺栓→單個螺栓強度計算→計算出d→確定所有螺栓的直徑d。

一. 結構設計

目的:合理確定聯接接合面幾何形狀及螺栓布置形式,盡量使各螺栓和聯接接合面間受力均勻,便於加工裝配。

結構設計時應考慮:

1. 聯接接合面的幾何形狀設計成軸對稱簡單幾何形狀,便於製造,且便於對稱布置螺栓,使螺栓組對稱中心和聯接接合面形心重合,保證聯接接合面受力較均勻。

2. 螺栓組中螺栓布置盡量使各螺栓承載趨於均勻。

1) 若螺栓排列方向與受力方向相同時,z≤6~8個。

2) 當聯接承受m或t時,應使螺栓位置適當靠近結合面邊緣,以減小螺栓受力。

3) 若同時承受軸向載荷和較大橫向載荷時,採用銷、套筒、鍵等抗剪零件承受橫向載荷,減小f0及結構尺寸。

3. 螺栓排列應有合理間距、邊距。布置螺栓時,各螺栓軸線間及螺栓軸線和機壁的最小距離,應根據扳手所需活動空間大小決定。(參標準)。

對緊密性要求較高的重要聯接,螺栓間距t0不大於表5-8推薦數值。

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