|
螺纹联接因其构造简单，拆装方便，都已标准化，批量生产，成本低廉，联接可靠，有足够的强度、刚度和自锁性，广泛用于各种金属结构和机构中。 1、螺纹及螺纹联接的主要参数螺纹的外表面是圆柱螺旋线。圆柱螺旋线是沿着圆柱表面运动的点的轨迹，该点的轴向位移a与相应的角位移a成正比，在圆柱表面上，沿着螺旋线所形成的连续凸起和沟槽称为螺纹。螺纹由外螺纹和内螺纹组成，按照母体形状，螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。根据牙型可分为三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。三角形螺纹用于联接，后三种螺纹用于传动。 螺纹的主要参数有： ① 线数：如果有两个以上的动点，同时在同一个圆柱面上作同样的螺旋运动，且轴向为等距分布时，则形成多线螺旋线。螺旋线的条数称为螺纹的线数，用n表示。 ② 旋向：点沿圆柱表面运动的角位移方向和轴向位移方向不同，螺旋线有右旋和左旋之分，螺钉顺时针旋入的称为右旋螺纹，逆时针旋入的称左旋螺纹，常用大多数螺纹都是右旋的。 ③ 牙型角α，牙型半角α/2：在螺纹牙型上，连接牙顶和牙底的侧表面称为牙侧，相邻牙侧间的夹角α叫牙型角。牙侧与螺纹轴线的垂线的夹角α/2叫牙型半角。 ④ 外径（大径）d：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径叫螺纹外径（或大径），亦称公称直径。 ⑤ 内径（小径）d1：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径叫螺纹内径（或小径）。 ⑥ 中径d2：指一个假想的中径圆柱的直径，该圆的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。 ⑦ 螺距P：相邻两牙在中线上对应相点间的轴向距离。 ⑧ 导程S：同一条螺旋线上相邻两牙在中线上对应两点间的轴向距离，S=nP， 对单线螺纹而言，因n=1，所以S=P。 ⑨ 螺旋升角φ：在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。 用于联接的螺纹主要有：普通螺纹与管螺纹。普通螺纹牙型角60°，以外径d为公称直径。同一公称直径可有多种螺距的螺纹。其中最大螺距的螺纹叫粗牙螺纹，其余的都叫细牙螺纹。一般联接常用粗牙螺纹，据公称直径查标准选用。细牙螺纹升角小，自锁性好。细牙螺纹比粗牙螺纹钉杆强度高，但不耐磨，易滑扣，多用于薄壁零件。 管螺纹有牙型角55°的英制细牙螺纹，公称直径为管子内径，还有圆锥管螺纹，牙型角有55°和60°两种，不同填料即可保证联接紧密性。 2、螺纹联接的主要型式，标准联接零件螺纹联接的主要型式有： ①螺栓联接：当被联接件不太厚时，用普通螺栓贯穿两个（或多个）被联接的孔，再拧紧螺母，此种应用最广。 ② 螺钉联接，如被联接之一较厚，即可采用螺钉联接。螺钉拧入深度与螺钉及被联接件的材料有关，按等强度条件决定的最小拧入深度可查有关手册。此种联接不适于经常拆卸的联接，经常拆卸可使螺孔磨损导致修理困难及被联接件的报废。 ③ 双头螺柱联接：用于被联接件之一较厚而又经常拆装的场合。拆装时只需卸下螺母，不必拧出螺柱。 设计时注意双头螺柱必须紧固。在拧松螺母时，保证螺柱在螺孔中不得转动。 双头螺柱联接常用的紧固方式如下页图所示： 其中： （a）利用过盈配合螺纹，拧入螺纹孔，构成旋合全长横向收紧； （b）利用螺纹收尾部分（不完全螺纹）挤入螺纹孔构成局部横向收紧； （c）利用挡环端面抵紧螺纹孔，并使螺柱轴向定位； （d）利用螺柱顶部结构，抵紧螺纹孔底面，构成轴向固紧。 ④紧定螺钉联接：将钉拧入一个零件的螺纹孔，使钉的末端顶住另一零件表面或顶入相应的坑穴。它主要用于固定两零件的相互位置，不宜传递很大的力或力矩。 螺纹联接用标准联接件主要有以下六种： ①螺栓：按加工精度不同分为粗制螺柱和精制螺栓两种。螺栓头部常用的有标准六角头，小六角头、方头……。 ② 双头螺柱：两端均制有螺纹，共拧入机体端的螺纹长度为L1，L1的大小与被联接件的材料有关，当钢对钢连接时，L1=d，当钢对铸铁联接时L1=1.25d和L1=1.5d，当钢对铝合金时L1=2d。 ③ 螺钉：结构形状与螺栓类似，但螺钉头部形式较多，其中内、外六角头可施加较大的拧紧力矩。圆头和十字头都不便施加较大力矩，所以选用的直径不要过大，一般不超过10mm。 ④ 紧定螺钉：其头部和尾部的形式很多，常用尾部形状有锥端，平端和圆柱端，一般要求尾端要有足够的硬度。 ⑤ 螺母：常用六角螺母，亦有粗制和精制之分。按其高度不同分为标准螺母，扁螺母及厚螺母。如要求减轻重量且不常拆卸可用扁螺母，常拆卸时用厚螺母。 ⑥垫圈：常用的附件，放在螺母与被联接件之间，可以保护支撑面或防止螺母松脱（弹簧垫圈等）。 3、螺纹紧固件的强度级别国家标准规定：螺纹紧固件按其材料机械性能分级，强度级别由数字表示：螺栓用两个数字表示，小数点前的数字为材料的抗拉强度σBmin/100，小数点后的数字为10×，两个数字相乘的10倍即为材料的最低屈服极限σSmin（MPa）。螺母用一个数字表示，为。为防止螺纹副咬死和减少磨损，应使螺母的材料级别比螺栓材料的级别低。 4、螺纹联接的预紧与防松按螺纹联接装配时是否拧紧，分为松联接和紧联接。固定滑轮的联接螺栓就是松联接的典型例子，这种螺栓只有在承受外载荷时才受到力的作用。 实际应用中，绝大多数联接在装配时就需要拧紧，此时螺栓所受的力叫预紧力。预紧可增加联接刚度，紧密性和提高防松能力。 联接螺纹标准件都能满足自锁条件。螺母或钉头与被联接件支撑面间的磨擦力也有助于防止螺母松脱。但是，如果温度变化大或承受冲击荷载，或振动都会使螺母逐渐松脱，设计时必须按工作条件及可靠性要求，结构特点考虑设置防松装置。这种防松装置一般可分为三类： ① 利用磨擦力防松，弹簧垫圈是结构简单、使用方便的防松零件，但因弹力不均而不十分可靠。还可用双螺母防松。还可用锁紧螺母防松。锁紧螺母上端开口后径向收口，拧紧后张开，靠螺母弹性锁紧，简单可靠，可多次拆装，用于较重要场合。 ② 利用联接件的形状防松 利用附加联接件的形状，或改变螺纹副的形状使螺纹副不能相对转动。其作法有： 2六角槽螺母：设置开口销，安装时在螺杆末端钻孔（指开口销）可用于承受冲击线载荷变化较大的联接。 2单耳止动圈：将其一边弯起贴在螺母侧面上，另一边弯下贴在被联接件的侧壁上，防松可靠。 2三联止动垫圈：将三个螺母拧紧后把垫圈的两边分别扳起贴在三个螺母的侧面上，使三个螺母彼此制约。 2串联钢丝：用于螺钉数目不多且排列较密的联接，注意钢丝穿联方向，图中右图方向合理，防松效果，但安装费时。 2端面冲点：属于永久止动，用于不拟拆卸的螺纹联接。 ③ 利用附加材料防松，如将螺母焊在钉杆上，侧面焊死，或用粘合剂涂在螺纹表面，不仅防松还可密封。 5、螺栓组结构设计应考虑的因素① 从加工看，联接接合面的几何形状应尽量简单，常使螺栓组的形心与联接面的形心相重合。最好有两个对称轴，加工计算都方便。通常采用条状或环状接合面，减少加工量和接合面不平的影响，同时增加联接刚度。 ② 受力矩作用的螺栓组，螺栓布置尽量远离对称轴，同一圆周上螺栓数目应采用4，6，8，12……便于划线和分度。 ③ 螺栓受力要合理，对受横向载荷的普通螺栓可采用减荷装置。或改用铰制孔螺栓，尽量避免螺栓受附加弯曲载荷（如支承面不平，螺母孔不正，被联接件刚度小，联接机体孔偏斜等）。 ④ 装配时使每个螺栓的预紧力一样，使接合面产生均布压力。因此相邻螺栓的中心距t一般应小于10d。对有紧密性要求的联接，要按有关规定设计t值。t值大小还要考虑扳手的活动空间，因此t值也不能太小。 6、螺栓组受力情况① 受横向载荷的螺栓组联接：包括螺栓组连接、普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接。 对普通螺栓联接，螺栓预紧后在结合面间产生压紧力，靠磨擦力抵抗横向外载荷。 对铰制孔用螺栓联接，在横向外载荷作用下，螺栓杆承受剪切和挤压。 ② 对受旋转力矩的螺栓组联接，其受力情况与横向载荷基本相同。 ③ 受轴向载荷的螺栓组联接：多螺栓受力均匀，其轴线相同，设想螺栓均布，每个螺栓受外载荷相同。 ④ 受翻转力矩的螺栓组：翻转趋势与M转向相同。当M作用后0~0左侧的螺栓被拉紧，轴向拉力增大，右侧的螺栓被放松，螺栓的预紧力QP减小。 图（b）为在预紧力作用下，接合面间的挤压应力分布图。 图（c）为翻转力矩作用下，接合面间的挤压应力分布图。 图（d）为不考虑受载螺栓预紧力变化时，翻转力矩产生应力与预紧力合成后，挤压应力的分布图。由图看出，接合面左边缘挤压应力最小，右边缘挤压应力最大。
螺栓联接设计时，不论其受什么样外载荷，均先求出螺栓组受的总合力，然后再进行单个螺栓的强度计算。 7、提高螺栓联接强度的措施①改善螺纹牙间载荷分配不均现象 从刚度变形来分析，在力的传递过程中，螺栓受拉，螺距增大，而螺母受压螺距减小，两者螺距的变化差要靠旋合螺纹的弯剪变形来协调补偿。研究情况表明，从螺母支承面算起第一圈纹牙变形最大，第二圈次之，以后递减，因此采用圈数过多的螺母并不能提高联接强度。为改善螺纹牙上载荷分布的不利情况，常采用的方法有： 2设悬置螺母，使母体和螺栓都受拉，减少螺距变化差，使螺纹牙上载荷分布均匀。 2用内斜螺母，螺母旋入端制成10°~15°的内斜角，原受力大的下面几圈螺纹牙受力点外移，刚性随之减小，载荷上移，使载荷分布趋于均匀。 2环槽螺母，螺母开割凹槽，造成螺母部分受拉，作用同设悬置螺母。
这些措施加工复杂，只适用于重要场合。 ②减少螺栓应力幅 受交变载荷的螺栓联接来说，增加螺栓长度、减小螺杆横截面积或减小螺杆材料的弹性横量E都可降低螺杆刚度，如采用柔性螺栓。 减少应力集中，在螺栓的螺纹牙上、螺纹收尾处、过渡圆角处、杆截面变化处都有应力集中。其中螺纹牙根的应力集中影响很大，可增大牙根的圆角半径，如将r=0.1443p增为r=0.21p，螺栓联接强度可提高24~40%。此外加大钉头钉杆过渡圆角，切制卸载槽及采用卸载过渡，螺纹收尾退力槽等均可减少集中应力。
这些措施的缺点是增加了成本，只在重要联接时使用。 ④ 避免附加应力 如支撑面不平、螺母孔不正、被联接件打孔不在一条直线上，被联接件刚度过小，钩头联接，都使联接产生附加应力，设计中要加以避免。 ⑤ 采用合理的制造工艺 制造工艺对螺栓的疲劳强度有很大影响，加工时螺纹表面层中产生的残余应力应想办法消除。 滚压螺纹比车制螺纹工艺好。车制螺纹把本来表面质量较好的棒料车去，金属纤维也被车去不合理，而滚压螺纹是利用材料的塑性成形，滚压后金属组织紧密，螺纹工作时力流方向与材料纤维方向一致，其强度比车制螺纹提高40—95%。 对螺纹表面氮化，氰化等表面硬化处理也可提高螺栓的疲劳强度。 |
|
|
