1、學習情境9螺紋連接與螺旋傳動主講教師 授課日期 學習情境吳明清任務11指導教師授課班級螺紋組連接的結構設計與設計計算12模具學時能力目標掌握螺紋聯接的基本知識，學會螺紋聯接的設計方法,能進行單個螺紋聯接的強度計算訓練項目設計臺式鉆床中立柱的螺紋聯接知識點螺紋聯接的類型、螺紋聯接的結構、提高螺紋聯接強度的措施、單個螺栓聯接的強度計算、螺栓組聯接的結構設計、螺紋聯接的基本知識拓展教學重點1、單個螺栓聯接的強度計算與難點2、螺栓組聯接的結構設計教學方法任務驅動教學與典型案例講解相結合教學準備課件，黑板，多媒體設備等。檢測與評職業能力（占70%）、職業素質（30%）；評價成績采用百分制。價教案設計工作

2、過程工作內容課前組織(5min)清點學生人數； 檢查授課環境； 鏈接多媒體課件。任務導入（5min）用視頻演示常用螺紋聯接的形式及其特點。 提出學習任務：設計臺式鉆床中立柱的螺紋聯接完成設計說明書。學習任務：1.選出螺紋聯接的標準件；2.資訊（90min）2.1螺紋的種類和應用 螺紋可以按照以下方法分類:1） 根據螺紋在軸向剖面內的形狀，分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋及鋸齒形螺紋。2） 根據螺紋旋線繞行的方向，分為右旋螺紋和左旋螺紋，如圖 10-2所示。機械 制造中一般采用右旋螺紋，只在特殊需要時，才采用左旋螺紋。如煤氣罐等危 險設備使用的螺紋。3）根據螺旋線的數目，可分為單線螺紋、雙線螺

3、紋和多線螺紋，如圖10-2所示。 沿一條螺旋線所形成的螺紋為單線螺紋，多用于聯接；沿兩條或兩條以上在軸向等距分布的螺旋線所形成的螺紋為雙線螺紋和多線螺紋，多用于傳動。為了 制造方便，一般不超過 4線。圖 10-32.2螺紋的主要參數以圓柱普通螺紋為例，如圖 10-3所示，螺紋的主要參數如下：1）大徑d與外螺紋牙頂或內螺紋牙底相重合的假想圓柱面的直徑，一般定義為 螺紋的公稱直徑。在管螺紋中，其公稱直徑不是螺紋大徑，而是近似等于管子 內徑。具體尺寸可以查閱有關國家標準。2）小徑d1與外螺紋牙底或內螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，在強度計算中作危險剖面的計算直徑。3）中徑d2在軸向剖面內牙厚與牙間寬

4、相等處的假想圓柱面的直徑。中徑近似等于螺紋的平均直徑，即 d2 0.5（ d+d1）。中徑是確定螺紋幾何參數和配合性質的直徑。4）螺距P相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應兩點間的軸向距離。5）導程S同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應兩點間的軸向距 離。如果螺紋線數為 門，則&門戸。6）螺旋升角“在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線平面的夾角,即在中徑圓柱面上螺旋線展開后與底面的夾角，如圖10-1所示。LnParctan arctand2d2（ 10-1 ）7 牙型角a在軸向平面內螺紋牙型兩側邊之間的夾角。&牙型斜角B在軸向平面內螺紋牙型兩側邊與螺紋軸線垂直平面的

5、夾角。對于對稱牙型/2。2.3螺紋聯接的基本類型按聯接的結構特點，螺紋聯接的主要類型有：螺栓聯接、雙頭螺柱聯接、螺釘 聯接、緊定螺釘聯接等。2.3.1螺栓聯接及應用2.3.2雙頭螺柱聯接及應用2.3.3螺釘聯接及應用2.3.4緊定螺釘聯接2.3.5其他螺紋聯接及應用 2.4螺紋聯接的預緊螺紋聯接分為松聯接和緊聯接，松聯接是在裝配時不擰緊，只在受到外載時才 受到力的作用，比較少用。緊聯接是在裝配時需要擰緊，使聯接在承受工作載 荷之前，預先受到力的作用，這個力稱為預緊力斤。預緊的目的是增加聯接的可靠性與緊密性，防止受載后被聯接件間出現縫隙與相對滑移，保證正常工作。此外，適當提高預緊力，還能提高螺紋

6、的疲勞強度。2.4.1螺紋聯接的擰緊力矩T2 在預緊螺栓聯接時，加在扳手上的力矩 矩T和螺母與支撐面之間的摩擦阻力矩T必須克服螺旋副相對轉動的摩擦阻力T。即：T T Tf(10-15)Fo 號tan(v)T f fc Fo r f式中：F。一預緊力，N螺紋升角；p 當量摩擦角；d2螺紋中徑，mmf C 螺母與被聯接件之間的摩擦系數;(10-16 )(10-17 )rf 支撐面間的摩擦半徑，rf= （D+do） /4 , mm 對于M10M6的粗牙普通螺紋，無潤滑時，可取：TO.2Fod 1° 3（ 10-18）式中：d螺紋公稱中徑，mm2.4.2擰緊力矩的控制方法預緊力Fo的大小對普

7、通螺栓的工作有很大影響，預緊力Fo過大，會使聯接超載，螺桿靜載荷增大、降低螺桿本身強度；預緊力Fo不足，螺紋聯接不可靠，甚至導致聯接失效。對于一般聯接，可憑經驗來控制預緊力Fo的大小，但對于重要的聯接就需要嚴格控制其預緊力。一般通過測力矩扳手（圖io-12 ）和定力矩扳手（圖io-13）控制力矩大小。較精確的方法是測量擰緊時螺栓的伸長變形量。2.4螺紋聯接的防松計劃與決策（ 5min）1. 進行自愿分組。2. 學習相關知識。3. 明確工作思路。4. 討論任務實施注意事項。5. 完成任務。6. 檢查評價。實施(30min)螺栓組聯接結構設計的主要目的，在于合理地確定聯接接合面的幾何形狀和螺 栓的

8、布置形式，力求各螺栓和聯接接合面間受力均勻，避免螺栓受各種附加載 荷，便于加工和裝配。為此，螺栓組結構設計時應綜合考慮以下幾方面的問題：1） 聯接接合面的幾何形狀應盡量簡單，使螺栓組的對稱中心和聯接接合面的形心重合，如圓形、環形、矩形、框形、二角形等，如圖1o-21所示。最好有兩個對稱軸，以使加工方便、計算容易。通常米用環形或條形接合面，以減少加工量和接合面不平的影響，冋時增加聯接的剛度。2）在布置螺栓時，應力求均勻對稱、各螺栓受力合理。對于鉸制孔用螺栓聯接， 不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置八個以上的螺栓，以免載荷分布不均。當螺栓聯接承受彎矩或轉矩載荷時，螺栓應盡量遠離對稱軸，靠近聯接

9、接 合面的邊緣，以減小螺栓的受力， 增加聯接的可靠性（圖1o-21）。如果同時承受 軸向載荷和較大的橫向載荷，應采用銷、套筒、鍵等抗剪零件來承受橫向載荷（圖 1o-22），以減小螺栓的預緊力及其結構尺寸。3）螺栓的排列應有合理的間距、邊距。布置螺栓時，各螺栓軸線間以及螺栓軸 線和機體壁間的最小距離，應根據扳手所需活動空間的大小來決定。扳手空間 的尺寸可查閱有關標準。對于壓力容器等緊密性要求較高的重要聯接，螺栓的 間距t。不得大于表1o-3所推薦的數值。4）分布在冋一圓周上的螺栓數目，應取成4、6、8、等偶數，以便在圓周上鉆孔時分度和畫線（圖10-21（c）、（g）。同一螺栓組中的螺栓，不管其受

10、力大小，其形狀、尺寸、材料等應盡量一致，以便于加工和裝配。5）避免螺栓承受附加的彎曲載荷。除了要在結構上設法保證載荷不偏心外，還應在工藝上保證被聯接件、螺母和螺栓頭部的支承面平整，并與螺栓軸線相垂 直。在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時，應制成凸臺或沉頭座結構（圖10-23）。當支承面為傾斜表面時，應采用斜面墊圈（圖10-24）等。螺紋聯接的強度計算螺栓聯接強度計算的目的，主要是根據聯接的結構形式、材料性質和載荷狀態 等條件，分析螺栓的受力和失效形式，然后按相應的計算準則計算螺紋小徑di,再按照標準選定螺紋公稱直徑d和螺距P等。螺栓其余部分尺寸及螺母、墊圈等，一般都可根據公稱直徑 d直接從標準

11、中選定。本任務中立柱螺栓組受到切削力所形成的軸向力、立柱本身所受的重力，以及切削時對立柱所形成的彎矩。計算時可按純軸向力計算然后對直徑增大20%，對彎矩所形成的彎曲應力進行修正。1. 每個螺栓所承受的載荷F PD24zZ為螺栓數目。2. 總的軸向力的計算Fq F Fo殘余預緊力F'。取（0.20.6 ） F。考慮到螺栓扭轉剪應力的作用，則螺栓危險截面的強度條件為:3. 設計螺栓的直徑考慮到螺栓扭轉剪應力的作用，則螺栓危險截面的強度條件為:4 1.3Fqd1_ M 1.3Fq d1檢查與評價（15min）評定形式比 例評定內容評定標準得分自我20%1.學習工作態度積極【5】；一般【3】；

12、不積評定5分極【0】2.完成任務情況全部【5】；一半【31;沒有5分【1】3.出勤情況全勤【51;缺兩次【31; 30%5分【0】巡回指導檢查，及時解答學生疑問。 評價有教師評價與學生自評與互評相結合。4.獨立工作能力5分強【5】；一般【3】；不強【1】小組評定30%1. 學習工作責任意識5分2. 收集材料、調研能力5分3. 匯報、交流、溝通能力10分4. 團隊協作精神10分強【5】；一般【3】；不強【0】 強【5】；一般【3】；不強【1】 強【10】；一般【6】；不強【2】 強【10】；一般【6】；不強【2】教師評定50%1. 集體學習工作過程狀態10分2. 計劃制定、執行情況10分3. 任

13、務完成情況15分4. 項目學習、實訓報告15分積極【10】；一般【6】；較差【2】好【10】；一般【6】；較差【2】 好【15】；一般【10】；較差【5】【0】-【15】計算圖示圓柱形壓力容器端蓋的螺栓聯接。己知容器內徑D=200m,容器內流體任務拓展（30min）的工作壓力p=1.8MPa,螺栓數z=12,容器與容器端蓋凸緣厚度均為 18mm擰緊 螺母時不控制預緊力。解：1） 確定每個螺栓所受的軸向工作載荷F2 2F P D1-8 2004712 （N）4z 4 122）計算每個螺栓的總拉力 Fq考慮到容器的緊密性要求，取殘余預緊力F' o=1.6 F，則由式（10-25）計算螺栓的總拉力Fq FFo2.6F 2.6 4712 12252（ N）3）確定螺栓的公稱直徑 d螺栓材料選用35號鋼，由表10-5查得cs=320MPa螺紋聯接件的許用應力與聯接 類型有關，見表10-5。若裝配時不控