第二章机械基础知识.docx
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第二章机械基础知识
第二章机械基础知识
第一节联接和紧固
1、螺纹的分类，特点和应用
1.1螺纹的形成
（1）螺旋线螺旋线是沿着圆柱或圆锥表面运动的点的轨迹，该点的轴向位移和相应的角位移成定比（图2-1）。
图2-1螺旋线的形成
a）-圆柱螺旋线b）-圆锥螺旋线
（2）螺纹螺纹是在圆柱或圆锥表面上，沿着螺旋线所形成的具有规定牙型的连续凸起（图2-2、图2-3）。
凸起是指螺纹两侧面目的实体部分，又称为牙。
在圆柱表面上所形成的螺纹称圆柱螺纹（图2-2a、图2-3a）。
在圆锥表面上所形成的螺纹称圆锥螺纹（图2-2b、图2-3b）。
1.2螺纹的种类
螺纹的种类较多。
在圆柱或圆锥外表面上所形成的螺纹称外螺纹;在圆柱或圆锥内表面上所形成的螺纹称内螺纹。
按螺纹的旋向不同，顺时针旋转时旋人的螺纹称右旋螺纹;逆时;针旋转时旋人的螺纹称左旋螺纹。
螺纹的旋向可以用右手来判定。
如图2―4a所示，伸展右;手，掌心对着自己，四指并拢与螺杆的轴线平行，并指向旋入方向，若螺纹的旋向与拇指的指向一致为右旋螺纹，反之则为左旋螺纹。
一般常用右旋螺纹。
按螺旋线的数目不同，又可分成单线螺纹（沿一条螺旋线所形成的螺纹）和多线螺纹（沿两条或两条以上的螺旋线所形成的螺纹，该螺旋线在轴向等距分布）。
图2―4中，图a为单线右旋
螺纹、图b为双线左旋螺纹、图c为三线右旋螺纹。
在通过螺纹轴线的剖面上，螺纹的轮廓形状称为螺纹牙型。
按螺纹牙型不同，
常用的螺纹有三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹（图2-5）。
图2-2外螺纹
a）-圆柱外螺纹b）-圆锥外螺纹
图2-3内螺纹
a）-圆柱内螺纹b）-圆锥内螺纹
图2-4螺纹的旋向和线数
图2-5螺纹的牙型
a）-三角形b）-矩形c）-梯形d）-锯齿形
1.3螺纹的应用
螺纹在机械中的应用主要有连接和传动。
因此，按其用途可分成连接螺纹和传动螺纹两大类。
（1）连接螺纹
内、外螺纹相互旋合形成的连接称为螺纹副。
连接螺纹的牙型多为三角形，而且多用单线螺纹，因为三角形螺纹的摩擦力大，强度高，自锁性能好。
应用最广的是普通螺纹，其牙型角为60゜，同一直径按螺距大小可分为粗牙和细牙两类。
一般连接用粗牙普通螺纹。
细牙普通螺纹用于薄壁零件或使用粗牙对强度有较大影响的零件，也常用于受冲击、振动或载荷交变的连接和微调机构的调整。
细牙螺纹比粗牙螺纹的自锁性好，螺纹零件的强度削弱较少，但容易滑扣。
用于管路连接的为管螺纹。
管螺纹的牙型角为55゜，分为非螺纹密封和用螺纹密封的两类。
非螺纹密封的螺纹副，其内螺纹和外螺纹都是圆柱螺纹，连接本身不具备密封性能，若要求连接后具有密封性，可压紧被连接件螺纹副外的密封面，也可在密封面间添加密封物。
用螺纹密封的螺纹副有两种连接形式:
用圆锥内螺纹与圆锥外螺纹连接;用圆柱内螺纹与圆锥外螺纹连接。
这两种连接方式本身都具有一定的密封能力，必要时也可以在螺纹副内添加密封物，以保证连接的密封性。
（2）传动螺纹
用于传动的螺纹有梯形螺纹、锯齿形螺纹和矩形螺纹。
a.梯形螺纹
螺纹牙型为等腰梯形，牙型角a=30゜（图2-6），是传动螺纹的主要形式，广泛应用于传递动力或运动的螺旋机构申。
梯形螺纹牙根强度高，螺旋副对中性好，加工工艺性好，但与矩形螺纹比较，效率略低。
b.锯齿形螺纹
承载牙侧的牙侧角（在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角）为3゜，非承载牙侧的牙侧角为30゜（图2-7）。
锯齿形螺纹综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点。
其外螺纹的牙根有相当大的圆角，以减小应力集中。
螺旋副的大径处无间隙，便于对中。
锯齿形螺纹广泛应用于单向受力的传动机构。
c.矩形螺纹
螺纹牙型为正方形，螺纹牙厚等于螺距的1/2。
传动效率高，但对中精度低，牙根强度弱。
矩形螺纹精确制造较为困难，螺旋副磨损后的间隙难以补偿或修复。
主要用于传力机构中。
1.4普通螺纹的主要参数
普通螺纹的基本牙型如图2-8所示。
普通螺纹的主要参数有:
大径、小径、中径、螺距、导程、牙型角和螺纹升角等7个。
（1）大径（D，d）
普通螺纹的大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径（图2-9）。
内螺纹的大径用代号D表示，外螺纹的大径用代号d表示。
螺纹的公称直径是指代表螺纹尺寸的直径。
普通螺纹的公称直径是大径（D，d）。
（2）小径（Dl，dl）
普通螺纹的小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径（图2-9）。
内螺纹的小径用代号Dl表示，外螺纹的小径用代号d1表示。
（2-1）
（2-2）
（3）中径（D2，d2）
普通螺纹的中径是指一个假想圆柱的直径，该圆柱的素线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。
该假想圆柱称为中径圆柱（图2-9）。
内螺纹的中径用代号D2表示，外螺纹的中径用代号d2表示。
（2—3）
（2—4）
（4）螺距（P）
螺距是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离（图2―10），用代号P表示。
（5）导程（Ph）
导程是指同―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（图2―10），用代号Ph表示。
单线螺纹的导程就等于螺距;多线螺纹的导程等于螺旋线数与螺距的乘积。
6.牙型角（a）及牙侧角
牙型角是指在螺纹牙型上，两相邻牙侧间的夹角（图2―11），用代号a表示。
普通螺纹的牙型角a=60゜。
牙型半角是牙型角的一半，用代号
表示。
牙侧角是指在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角（图2一12）。
螺纹的两牙侧角用代号a1，a2表示。
对于普通螺纹，两牙侧角相等，并等于螺纹半角，即
a1=a2=
=30゜
（7）螺纹升角（∅）
螺纹升角又称导程角，普通螺纹的螺纹升角是指在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角（图2―13），用代号∅表示。
2、螺纹联接的基本类型和常用防松方法
（1）螺纹连接的基本类型
螺纹连接的基本类型（表2-1）有螺栓连接、双头螺栓连接、螺钉连接和紧定螺钉连接四种。
表2-1螺纹连接的基本类型
普通螺栓联接
铰制孔用螺栓联接
双头螺柱联接
螺钉联接
紧定螺钉联接
被联接件的孔无需切制螺纹，所以结构简单、装拆方便，应用广泛。
孔与螺栓杆之间没有间隙，常采用基孔制过渡配合。
用于利用螺栓杆承受横向载荷或固定被联接件相互位置的场合。
用于被联接件之一太厚不便穿孔，结构要求紧凑或须经常装拆的场合。
适用于被联接件之一太厚且不宜经常装拆的场合。
旋入一零件的螺纹孔中，并以末端顶住另一零件的表面或顶入该零件的凹坑中以固定两零件的相互位置。
（2）螺纹连接的预紧与防松
螺纹连接在承受工作载荷前一般需拧紧，此时螺栓受到力称预紧力。
预紧目的是提高连接的可靠性、紧密性和防松能力;增大连接中接合面的正压力，使被连接件不产生相对滑动。
预紧力的控制主要是通过测力矩扳手和完力矩扳手控制扳手力矩大小。
在静载荷和温度不变的情况下，标准的联接能满足自锁条件，一般不会自动松脱。
但在受冲击、振动或变载荷以及温度变化大时，联接有可能自动松脱，这就容易发生事故。
高温的螺纹的螺纹联接，由于温度变形差异等原因，也可能发生松脱现象。
因此，设计螺纹联接时必须考虑防松的问题。
螺纹联接防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动。
防松的方法很多，下表列出了常用几种防松方法（表2-2）：
表2-2常用防松方法
利用摩擦力防松
弹簧垫圈式材料为弹簧钢，装配后垫圈被压平，靠错开的刃口分别切入螺母和被联接件以及弹力保持的预紧力防松。
对顶螺母利用两螺母对顶预紧使螺纹旋合部分（此处在工作中几乎不变型）始终受到附加的预拉力及摩擦力而防松。
自锁螺母螺母尾部作得弹性较大（开槽或镶弹性材料）且螺纹中径比螺杆稍小，旋合后产生附加径向压力而防松。
用专门防松元件防松
槽型螺母与开口销螺母尾部开槽，拧紧后用开口销穿过螺母槽和螺栓的径向孔而可靠防松
圆螺母与止动垫圈垫圈内舌嵌入螺栓的轴向槽内，拧紧螺母后将垫圈外舌之一褶嵌入螺母的一个槽内
单耳止动垫圈在螺母拧紧后将垫圈一端褶起扣压到螺母的侧平面上，另一端褶下扣紧被联接件
其它方法防松
端铆拧紧后螺栓露出1～1.5个螺距，打压这部分使螺栓头使螺纹变大成永久性防松
冲点、焊点拧紧后在螺栓和螺母的骑缝处用样冲冲打或用焊具点焊2、3点成永久性防松
粘接剂用厌氧性粘接剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后自行固化获得良好的防松效果
2.1螺栓汇总表
六角头螺栓C级摘录GB/T5780-2000
代替GB/T5780-1986
mm
螺纹规格d
M5
M6
M8
M10
M12
（M14）
M16
M20
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108
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176
184
200
195.4
204.6
注：
1.标记示例:
螺纹规格d=M12、公称长度
=80mm、性能等级为4.8级、不经表面处理、产品等级为C级的六角头螺栓的标记：
GB/T5780-2000螺栓M12×804.8级
2.螺栓材料为钢，性能等级为3.6、4.6、4.8级。
3.螺纹公差为8g。
4.表面处理：
1）不经处理；2）镀锌钝化。
5.螺栓其它参数见GB/T5780-2000。
6.空格处表示无此规格。
7.带括号规格为非优选螺纹规格。
8.“△”表示旧标才有此规格。
六角头螺栓全螺纹C级摘录GB/T5781-2000
代替GB/T5781-86
mm
螺纹规格d
M5
M6
M8
M10
M12
（M14）
M16
M20
M24
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﹡
注：
1.标记示例:
螺纹规格d=M12、公称长度
=80mm、性能等级为4.8级、不经表面处理、全螺纹、产品等级为C级的六角头螺栓的标记：
GB/T5781-2000螺栓M12×804.8级
2.螺栓材料为钢，性能等级为3.6、4.6、4.8级。
3.螺纹公差为8g。
4.表面处理：
1）不经处理；2）镀锌钝化。
5.螺栓其它参数见GB/T5781-2000。
6.带括号规格为非优选螺纹规格。
7.“﹡”表示旧标无此规格。
六角头螺栓摘录GB/T5782-2000
代替GB/T5782-86
mm
螺纹规格d
M5
M6
M8
M10
M12
（M14）
M16
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