第5章-螺纹联接与螺旋传动课件

第五章第五章 螺纹联接与螺旋传动螺纹联接与螺旋传动合肥学院王学军第五章第五章 螺纹联接与螺旋传动螺纹联接与螺旋传动基本概念：螺纹联接是利用螺零件构成的联接。特点：构造简单，拆装方便，工作可靠，标准件，应用广。5-1 螺纹5-2 螺纹联接的基本类型与标准件联接5-3 螺纹联接的预紧5-4 螺纹联接的防松5-5 单个螺栓联接的强度计算5-6 螺栓组联接设计5-7 提高螺栓联接强度的措施5-8 螺旋传动5-1 螺纹螺纹一、螺纹的主要参数D螺纹大径d1 螺纹小径d2 螺纹中径p 螺距n 线数S S 导程 螺纹升角 牙型角 牙型斜角旋向5-1 螺纹螺纹按螺旋线绕行方向分左旋右旋（常用）5-1 螺纹螺纹二、螺纹副的受力关系、效率和自锁圆周力：拧紧时松开时效率：拧紧时松开时自锁条件：式中:当量摩擦角f当量摩擦系数F轴向力,Nf摩擦系数5-1 螺纹螺纹三、常用螺纹的特点和应用螺纹的分类：按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性联接螺纹：自锁管 螺 纹：紧密性、气密性传动螺纹：效率高调整螺纹：精度高起重螺纹：效率高、自锁性好5-1 螺纹螺纹1、普通螺纹(代号：M GB/T 192-1981)特点：螺纹的牙型角=2=60 。因牙型角大，所以当量摩擦系数大，自锁性能好，主要用于联接。5-1 螺纹螺纹1、普通螺纹(代号：M GB 192-1981)细牙螺纹与粗牙螺纹的比较粗牙：常用细牙：自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。5-1 螺纹螺纹2、矩形螺纹特点：牙形为正方形，=0，所以效率高，用于传动,牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替5-1 螺纹螺纹3、梯形螺纹(代号：Tr GB/T 192-1981)特点：=2=30。比矩形螺纹效率略低。牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。5-1 螺纹螺纹4、锯齿形螺纹(代号：B GB/T 13576.11992)特点：工作边=3，非工作边=30，便于加工。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。5-1 螺纹螺纹5、非密封管螺纹(代号：G GB/T 73071987)特点：用于管件联接的三角螺纹，=55螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的联接。5-1 螺纹螺纹6、密封管螺纹(代号：G GB/T 73061987)特点：螺纹均布在锥度为1:16的管上,=55或60 螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适用于高温、高压的联接5-2 螺纹联接的基本类型与标准件联接螺纹联接的基本类型与标准件联接一、螺纹联接的基本类型1、螺栓联接 普通螺栓联接 绞制孔螺栓联接螺栓和孔壁有间隙孔的加工精度低。螺杆与孔用过渡配合，承受轴向载荷孔需精制；可起定位作用。5-2 螺纹联接的基本类型与标准件联接螺纹联接的基本类型与标准件联接2、螺钉联接特点：被联接件不宜做成通孔。不宜经常拆卸。拧入深度：铜或青铜：H=d铸铁：H=1.251.5d铝合金：H=1.52.5d5-2 螺纹联接的基本类型与标准件联接螺纹联接的基本类型与标准件联接3、双头螺柱联接特点：被联接件不宜做成通孔又需要经常拆卸或用螺钉无法安装。拧入深度：铜或青铜：H=d铸铁：H=1.251.5d铝合金：H=1.52.5d5-2 螺纹联接的基本类型与标准件联接螺纹联接的基本类型与标准件联接4、紧定螺钉联接旋入被联接件的螺纹孔中，顶住另一被联接件的表面或凹坑。固定两个零件或传递不大的力矩。5-2 螺纹联接的基本类型与标准件联接螺纹联接的基本类型与标准件联接二、标准螺纹联接件5-2 螺纹联接的基本类型与标准件联接螺纹联接的基本类型与标准件联接二、标准螺纹联接件5-2 螺纹联接的基本类型与标准件联接螺纹联接的基本类型与标准件联接三、螺纹联接零件常用材料和机械性能等级1、常用材料：普通联接：低碳钢，中碳钢，如:Q215、Q235和10、15、35、45号钢变载荷或有冲击、振动的重要联接：合金钢，如:40 Cr、15MnVB、30CrMnSi螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低2040HBS5-2 螺纹联接的基本类型与标准件联接螺纹联接的基本类型与标准件联接三、螺纹联接零件常用材料和机械性能等级2、螺栓、螺钉、螺柱性能等级5-2 螺纹联接的基本类型与标准件联接螺纹联接的基本类型与标准件联接三、螺纹联接零件常用材料和机械性能等级3、螺母性能等级5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧预紧的作用：预紧可使联接在承受工作载荷之前就受到预紧力F的作用，以防止联接受载后被联接件之间出现间隙或横向滑移。预紧也可以防松控制预紧力的目的：预紧力过大，会使联接超载预紧力不足，可能导致联接失效重要的螺栓应控制预紧力。5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧拧紧螺母时的力矩和预紧力的关系5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧拧紧螺母时的力矩和预紧力的关系由于标准螺纹的有关参数存在一定关系；代入可得：5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧装配时控制预紧力的方法5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧装配时控制预紧力的方法5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松一、摩擦防松1、双螺母特点：在螺母和螺栓之间形成内力，保证摩擦力。结构简单、使用方便可靠性不高用于平稳、低速、重载5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松一、摩擦防松2、弹簧垫圈弹力保持一定压力切口尖端逆向5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松一、摩擦防松3、锁紧螺母镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中椭圆口螺母5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松二、机械防松 1、开口销与六角开槽螺母5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松二、机械防松 2、止动垫圈5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松二、机械防松3、串联钢丝5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松三、永久防松5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算一、松螺栓联接强度条件或许用应力5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算二、紧螺栓联接1、受横向载荷的紧螺栓联接（1）普通螺栓联接对于常用的M10M68的普通螺栓5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算二、紧螺栓联接1、受横向载荷的紧螺栓联接（1）普通螺栓联接螺栓的当量应力（第四强度理论）螺栓的强度条件为：5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算二、紧螺栓联接1、受横向载荷的紧螺栓联接（1）普通螺栓联接注意：当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，采用套筒、键、销来承受横向载荷5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算二、紧螺栓联接1、受横向载荷的紧螺栓联接（2）铰制孔螺栓联接(不计预紧力)螺栓杆的剪切强度条件为:螺栓与孔壁的挤压强度条件为：5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算二、紧螺栓联接2、受轴向工作载荷的紧螺栓联接汽缸盖的联接5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算二、紧螺栓联接2、受轴向工作载荷的紧螺栓联接（1）受力分析（动画）5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算二、紧螺栓联接2、受轴向工作载荷的紧螺栓联接FFF0力力变形变形F静力平衡条件：变形协调条件：5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算二、紧螺栓联接2、受轴向工作载荷的紧螺栓联接FFF0力力变形变形F讨论：1。若螺栓的刚度远远大于被连接的刚度2。若螺栓的刚度远远小于被连接的刚度螺栓的相对刚度5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算二、紧螺栓联接2、受轴向工作载荷的紧螺栓联接（2）静强度计算（3）疲劳强度计算 对于受变载荷的螺栓联接，按静强度设计尺寸后，还需进行疲劳强度校核螺纹制造工艺系数5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算三、螺栓联接的许用应力5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算三、螺栓联接的许用应力5-6 螺栓组联接设计螺栓组联接设计一、螺栓组联接的结构设计1、联接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状5-6 螺栓组联接设计螺栓组联接设计一、螺栓组联接的结构设计2、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理5-6 螺栓组联接设计螺栓组联接设计一、螺栓组联接的结构设计3、螺栓的排列应有合理的间距、边距5-6 螺栓组联接设计螺栓组联接设计一、螺栓组联接的结构设计4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应 取4，6,8等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线5-6 螺栓组联接设计螺栓组联接设计一、螺栓组联接的结构设计5、避免螺栓承受偏心载荷应用凸面和沉头座斜垫圈的应用5-6 螺栓组联接设计螺栓组联接设计二、螺栓组联接的受力分析1、受轴向载荷Q的螺栓组联接5-6 螺栓组联接设计螺栓组联接设计二、螺栓组联接的受力分析2、受横向载荷R的螺栓组联接（1）普通螺栓联接式中：f接合面间摩擦系数 m接合面数 Kf考虑摩擦系数不稳定及靠摩擦传力有时不可靠而引入的可靠性系数 一般Kf=1.11.35-6 螺栓组联接设计螺栓组联接设计二、螺栓组联接的受力分析2、受横向载荷R的螺栓组联接(2)用绞制孔螺栓联接5-6 螺栓组联接设计螺栓组联接设计二、螺栓组联接的受力分析3、受旋转力矩T的螺栓组联接(1)采用普通螺栓联接时，靠预紧后在接合面上各螺栓处摩擦力对形心的力矩之和平衡外加力矩T式中:r1、r2、.rz 各螺栓中心至螺栓 组形心O的距离Kf可靠性系数 f接合面间摩擦系数55-6 螺栓组联接设计螺栓组联接设计二、螺栓组联接的受力分析3、受旋转力矩T的螺栓组联接（2）采用绞制孔用螺栓联接时，忽略接合面上的摩擦力，外加力矩T靠螺栓所受剪力对底板旋转中心的力矩之和来平衡5-6 螺栓组联接设计螺栓组联接设计二、螺栓组联接的受力分析4、受倾覆力矩M的螺栓组联接5-6 螺栓组联接设计螺栓组联接设计二、螺栓组联接的受力分析4、受倾覆力矩M的螺栓组联接受倾覆力矩的螺栓组联接除要求螺栓强度足够外，还应保证接合面既不出缝隙也不被压馈接合面右端应满足：接合面左端应满足：5-7 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施一、改善螺纹牙上载荷的分配5-7 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施一、改善螺纹牙上载荷的分配均载螺母5-7 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施一、改善螺纹牙上载荷的分配均载螺母5-7 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施一、改善螺纹牙上载荷的分配均载螺母5-7 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施二、提高疲劳强度1 减小应力幅减小螺栓刚度螺母下加弹性元件、中空螺杆、减小螺杆直径增大被联接件刚度去掉弹性密封垫、加密封环5-7 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施二、提高疲劳强度2 减小应力集中5-7 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施二、提高疲劳强度球形垫片5-7 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施二、提高疲劳强度5-8 螺旋传动螺旋传动一、螺旋传动的类型和应用二、滑动螺旋的失效形式和材料三、滑动螺旋的设计计算5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动装置的工作原理通过螺纹结构，将回转运动转化为轴向直线运动，同时传递能量和力。5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动常用的运动形式：1、螺杆原位转动、螺母移动，多用于机床进给机构；5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动常用的运动形式：2、螺母固定、螺杆转动和移动，多用于螺旋压力机构中；5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动常用的运动形式：3、螺母原位转动、螺杆移动，用于升降装置。5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动的特点优点传动比大精度较高能够实现自锁结构简单传动平稳无噪音缺点磨擦磨损大，效率较低5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动的特点传动比大传动比大，从而可用较小的转矩得到较大的轴向推力常用于起重，夹紧等 5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动的特点精度较高能够准确地调整直线运动的距离和位置。常用于精密机械和测量仪器，特别适用于一些机构的微细调节。5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动的特点能够实现自锁适用于垂直举起重物的机构自锁压纸机5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动的特点能够实现自锁对于水平推力的运动机构也能在任意位置得到精确定位如水平运动的机床工作台进给机构夹紧装置 5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动的特点能够实现自锁螺纹升角是指，在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角螺纹升角小，使得摩擦力的轴向分力大于正压力的轴向分力，发生自锁 5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动的特点结构简单传动平稳无噪音摩擦磨损大，效率较低5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动的分类按用途传力螺旋传导螺旋调整螺旋 传力螺旋夹紧装置夹紧装置千斤顶千斤顶压纸机压纸机5-8 螺旋传动螺旋传动千斤顶千斤顶传力螺旋能以较小的转矩获得很大轴向力滑动摩擦螺旋螺母转动，螺杆直线移动5-8 螺旋传动螺旋传动5-8 螺旋传动螺旋传动千斤顶千斤顶传导螺旋齿齿轮轮实实验验仪仪小小型型车车床床5-8 螺旋传动螺旋传动调整螺旋收音机的调整螺旋收音机的调整螺旋微调螺旋微调螺旋5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋测微器螺旋测微器5-8 螺旋传动螺旋传动5-8 螺旋传动螺旋传动总结（1）传力螺旋主要用于传递动力，如起重螺旋、轧钢机压下螺旋等。特点：通常要求具有自锁能力。（2）传导螺旋主要用于传递运动、如机床进给螺旋等。特点：传动精度较高，运转轻便灵活。（3）调整螺旋 主要用于调整、固定零件的相对位置，如机床夹具、仪器和等。特点：受力较小，微量或快速地调整固定零件的相对位置。5-8 螺旋传动螺旋传动螺旋传动的分类按螺旋副的摩擦性质滑动摩擦螺旋滚动摩擦螺旋静压螺旋5-8 螺旋传动螺旋传动滑动摩擦螺旋滚动摩擦螺旋静压螺旋优点：结构简单、容易制造、传力较大、能够实现自锁要求，应用广泛。缺点：容易磨损、传动效率低滚动摩擦阻力小传动效率高90%流体摩擦传动效率高90%5-8 螺旋传动螺旋传动二、滑动螺旋的失效形式和材料螺旋受力分析：滑动螺旋工作时，螺杆承受轴向载荷和转矩；螺杆和螺母的螺纹牙承受挤压、弯曲和剪切滑动螺旋的失效形式有：螺纹磨损、螺杆断裂、螺纹牙根剪断和弯断，受压螺杆很长时还可能失稳5-8 螺旋传动螺旋传动螺杆的材料：要求有足够的强度，常用35、45号钢;需经热处理以达到高硬度的重要螺杆，则常用合金钢，如65Mn、40Cr、T12、20CrMnTi等螺母材料：除要有足够的强度外，还要求在与螺杆配合时摩擦系数小和耐磨常用材料有铸造青铜，如ZCuSn10Pb1,ZCuSn5Pb5Zn5重载低速使用强度较高的铸造青铜ZCuAl10Fe3或铸造黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3 低速不重要的螺旋传动也可用耐磨铸铁或灰铸铁5-8 螺旋传动螺旋传动三、滑动螺旋的设计计算1、耐磨性计算耐磨性计算主要是限制螺纹工作表面的压强，以防止过度磨损假想螺纹牙可以展成一长条，设螺旋的轴向载荷为F，螺母旋合高度为H、螺距为p，螺纹旋合圈数为Z=H/p、螺纹工作高度为h、承压面积为A，螺纹工作面上的压强为 ps。则螺纹的耐磨性条件为：5-8 螺旋传动螺旋传动讨论：d2,H,p若按耐磨性条件设计螺纹中径d2时，可引用系数:对于矩形和梯形螺纹，h=0.5p,则对于锯齿形螺纹，h=0.75p,则5-8 螺旋传动螺旋传动系数的值：可根据螺母结构选定整体式螺母，磨损后间隙不能调整，取=1.22.5;剖分式螺母:=2.53.5;对于传动精度较高时,允许=4系数Z的值：由于旋合各圈受力不均,应使Z 105-8 螺旋传动螺旋传动2、螺杆强度计算螺杆危险截面的强度条件为（第四强度理论）:起重螺旋:锯齿和矩形螺纹 梯形螺纹式中:d1-螺杆螺纹小径,mm -螺杆材料许用应力 F-螺杆所受轴向力,N T-螺杆所受转矩,N.mm5-8 螺旋传动螺旋传动3、螺纹牙强度计算螺纹牙根部的剪切强度计算:螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为:5-8 螺旋传动螺旋传动4、螺纹副自锁条件校核5-8 螺旋传动螺旋传动5、螺杆的稳定性计算受压螺杆的稳定性条件式为:Fc螺杆稳定的临界载荷Fc与螺杆材料及长径比(柔度)有关5-8 螺旋传动螺旋传动5、螺杆的稳定性计算对于淬火钢螺杆:当 85 时当 90 时当 90 时对于40的螺杆不用校核式中:l-螺杆的最大工作长度 -螺杆长度系数 I-螺杆危险截面的轴惯性矩 i-螺杆危险截面的惯性半径 E-螺杆材料的弹性模量5-8 螺旋传动螺旋传动滚动螺旋传动特点：滚动摩擦、效率高克服爬行现象原理：外循环：径向尺寸大内循环：本圈内循环5-8 螺旋传动螺旋传动静压螺旋传动优点：效率高、启动力矩小、减振、承载大、刚度大、传动精度高缺点：结构复杂、加工困难、安装困难