第五章-螺纹连接和螺旋传动-课件

1 1第五章第五章 螺纹连接和螺旋传动螺纹连接和螺旋传动化学工业出版社化学工业出版社 2 25-1螺纹的基本知识螺纹的基本知识 d2螺螺纹纹-一一平平面面图图形形沿沿螺螺旋旋线线运运动动，运运动动时时保保持持该该图图形形始始终终在在通过圆柱轴线的平面内通过圆柱轴线的平面内，就得到螺纹。，就得到螺纹。1、螺纹的形成、螺纹的形成一、螺纹的形成和类型螺纹的形成和类型 3 3按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺纹的作用分按螺纹的作用分按母体形状分按母体形状分三角形螺纹三角形螺纹矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹2、螺纹类型、特点及应用、螺纹类型、特点及应用 4 4螺纹旋向判断螺纹旋向判断旋向旋向(螺旋线方向螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求常用右旋，特殊要求时用左旋时用左旋 （思考左旋的场合与原因）（思考左旋的场合与原因）旋向判断旋向判断:(1)顺着轴线方向看，可见侧顺着轴线方向看，可见侧左边左边高则为高则为左左旋旋，右边高右边高则为则为右旋右旋。(2)右右手手旋，前进旋，前进右旋右旋 左左手手旋，前进旋，前进左旋左旋右旋左旋思考：5 5双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹PSS=2PPSPS=P连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹v螺旋线的数目螺旋线的数目(线数线数):单线（连接）、多线（传动）单线（连接）、多线（传动）6 6圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹管螺纹管螺纹按母体形状分按母体形状分 7 7 d23、主要参数主要参数大径大径d、D：最大直径最大直径公称直径公称直径小径小径d1：外螺纹的最小直径外螺纹的最小直径 强度直径强度直径中径中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽宽与牙假想直径，牙型沟槽宽与牙的宽度相等的宽度相等 螺距螺距P：相邻两牙轴向距离相邻两牙轴向距离导程导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间的轴同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，向距离，S=nP升角升角 ：螺纹与其轴线的垂直平面所成的螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角夹角牙型角牙型角a a：螺纹两侧边的夹角螺纹两侧边的夹角牙侧角牙侧角：螺纹一侧边与螺纹轴线垂线间螺纹一侧边与螺纹轴线垂线间的夹角的夹角d1D,dSP 8 8d1d2dSPP/2P/2h 9 9矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹三角形螺纹三角形螺纹3015303连接：效率低、自锁性好。连接：效率低、自锁性好。单线，用于连接单线，用于连接传动：效率高、自锁性差。传动：效率高、自锁性差。双线或多线，常用于传动双线或多线，常用于传动连接螺纹：一般为单线、右旋的三角螺纹。连接螺纹：一般为单线、右旋的三角螺纹。三、常用螺纹的特点及应用常用螺纹的特点及应用 1010螺旋副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面螺旋副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动当螺杆和螺母之间受到轴向力当螺杆和螺母之间受到轴向力F时，拧动螺杆或螺母，时，拧动螺杆或螺母，螺旋面间将产生摩擦力螺旋面间将产生摩擦力1 螺纹副的受力分析螺纹副的受力分析2 螺纹副的效率螺纹副的效率3 螺纹的自锁条件螺纹的自锁条件4 螺纹联接的拧紧力矩螺纹联接的拧紧力矩四、螺旋副的运动、受力、自锁和效率四、螺旋副的运动、受力、自锁和效率 1111松开螺母松开螺母1 1、矩形螺纹、矩形螺纹 12122.非矩形螺纹非矩形螺纹矩形螺纹矩形螺纹其他牙形其他牙形三角形螺纹效率低用于联接其余三种用于传动三角形螺纹效率低用于联接其余三种用于传动 13133 螺纹的自锁螺纹的自锁松开松开为阻力为阻力当当时，时，要使螺母下降，要使螺母下降，必须改变必须改变方向方向否则螺母会在斜面任意位置停下否则螺母会在斜面任意位置停下自锁条件自锁条件讨论：讨论：(1)三角形螺纹三角形螺纹最大，自锁性好最大，自锁性好用于联接用于联接(2)由由知知 细牙螺纹螺距细牙螺纹螺距小，升角小，升角 小小易满足自锁条件易满足自锁条件自锁性较粗牙好自锁性较粗牙好 14144螺纹副的效率螺纹副的效率螺母转一圈所做总功螺母转一圈所做总功有用功有用功 (无摩擦时的功无摩擦时的功)效率效率:d2 15155-2螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件螺栓连接螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接双头螺栓连接双头螺栓连接螺钉连接螺钉连接螺钉连接螺钉连接紧定螺钉紧定螺钉、自攻螺钉连接、自攻螺钉连接其它连接其它连接：地脚螺栓、吊环螺钉：地脚螺栓、吊环螺钉一、螺栓连接的类型一、螺栓连接的类型 16161.螺栓连接螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接特点：特点：孔与杆间有间隙、被连接件上孔与杆间有间隙、被连接件上无需切制螺纹、装拆方便无需切制螺纹、装拆方便适用场合：适用场合：连接件不厚且经常装拆的连接件不厚且经常装拆的一般场合，承受轴向载荷一般场合，承受轴向载荷铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接特点：特点：孔与杆间无间隙、被连接件孔与杆间无间隙、被连接件上无需切制螺纹、装拆方便上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：适用场合：连接件不厚且经常装拆连接件不厚且经常装拆的一般场合，承受横向载荷的场合的一般场合，承受横向载荷的场合 17172.双头螺栓、螺钉连接双头螺栓、螺钉连接双头螺栓连接双头螺栓连接特点：特点：被连接件上无需切制螺纹、被连接件上无需切制螺纹、装拆方便装拆方便适用场合：适用场合：用于被连接件之一较用于被连接件之一较厚、经常装拆的场合厚、经常装拆的场合螺钉连接螺钉连接特点：特点：不用螺母、被连接件上无不用螺母、被连接件上无需切制螺纹、装拆方便需切制螺纹、装拆方便适用场合：适用场合：被连接件之一较厚，被连接件之一较厚，且不常装拆的场合且不常装拆的场合 18183.紧定螺钉连接紧定螺钉连接适用场合：适用场合：多用于轴上零件的固定，多用于轴上零件的固定，传递较小的力传递较小的力锥端螺钉连接锥端螺钉连接平端螺钉连接平端螺钉连接圆柱端螺钉连接圆柱端螺钉连接 19194.其他连接其他连接地脚螺栓连接、地脚螺栓连接、吊环螺栓连接吊环螺栓连接、T形槽螺栓连接形槽螺栓连接 2020螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓 铰制孔螺栓铰制孔螺栓双头螺栓双头螺栓螺钉螺钉连接螺钉连接螺钉紧定螺钉、自攻螺钉紧定螺钉、自攻螺钉螺母螺母：六角螺母、圆螺母：六角螺母、圆螺母垫圈垫圈：平垫圈、斜垫圈：平垫圈、斜垫圈二、二、标准螺纹连接件标准螺纹连接件 2121三、三、螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松目的：目的：防止松动防止松动提高可靠性、强提高可靠性、强度、紧密性度、紧密性拧紧阻力矩拧紧阻力矩 T 的大小：的大小：螺旋副间的摩擦力矩螺旋副间的摩擦力矩 T1：螺母与支承面间摩擦力矩螺母与支承面间摩擦力矩 T2：一、螺纹的预紧力和预紧力矩一、螺纹的预紧力和预紧力矩施加在扳手上的力施加在扳手上的力FTTF0F0T1T2受载之前拧紧螺母预紧力F0 2222控制控制拧紧力矩拧紧力矩的方法的方法冲击扳手T F 拉断、滑扣T不能满足工作要求控制T的大小一般情况凭经验，拧紧即可。一般情况凭经验，拧紧即可。方法：定力矩扳手定力矩扳手测力矩扳手测力矩扳手测量螺栓伸长量：（大型螺栓连接）测量螺栓伸长量：（大型螺栓连接）23232.2.防松防松静载荷：静载荷：(自锁自锁)+预紧后摩擦力预紧后摩擦力防止松动防止松动螺纹连接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动螺纹连接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动螺纹连接防松的方法按工作原理可分为螺纹连接防松的方法按工作原理可分为:1 摩擦防松摩擦防松2 机械防松机械防松3 其它：其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）冲击、振动、变载荷下冲击、振动、变载荷下温度变化较大时温度变化较大时螺旋副摩擦力螺旋副摩擦力F Ff f减小或瞬时消失减小或瞬时消失松动松动 24241 摩擦防松摩擦防松使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩止螺旋副转动的摩擦阻力矩弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母对顶螺母(双螺母双螺母)防松防松 2525对顶螺母防松对顶螺母防松使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩转动的摩擦阻力矩对顶螺母防松对顶螺母防松 26262 机械防松机械防松用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性转动的可能性开口销、开口销、止动垫圈止动垫圈、串联钢丝串联钢丝防松防松螺栓螺栓开槽螺母开槽螺母开口销开口销装配图装配图 2727止动垫圈止动垫圈防松防松用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性转动的可能性 2828串联钢丝防松串联钢丝防松用机械装用机械装置把螺母置把螺母和螺栓联和螺栓联成一体，成一体，消除了它消除了它们之间相们之间相对转动的对转动的可能性可能性 29293 其它：其它：破坏螺纹副关系破坏螺纹副关系焊接焊接铆冲铆冲 3030一、一、松螺栓连接松螺栓连接受载荷形式受载荷形式轴向拉伸轴向拉伸(工作拉力工作拉力F)失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断(静、疲劳静、疲劳)设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度强度条件：强度条件：s ss s 设计计算方法：设计计算方法：校核式校核式:设计式设计式:FFaFa5-3螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算 3131二、二、紧螺栓连接紧螺栓连接(1)仅受预紧力的紧螺栓连接仅受预紧力的紧螺栓连接受载荷形式受载荷形式拧紧后拧紧后:轴向拉伸轴向拉伸(工作拉力工作拉力F0)拧紧过程中拧紧过程中:轴向拉伸轴向拉伸F0、扭力、扭力T失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断(拉、扭综合作用拉、扭综合作用)设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度拉应力：拉应力：扭转切应力：扭转切应力：TF0F0 3232校核式校核式:拧紧力矩拧紧力矩T T剪应力剪应力预紧拉力预紧拉力FF拉应力拉应力v设计式设计式:设计计算方法：设计计算方法：计算应力：计算应力：强度条件：强度条件：第四强度理论第四强度理论对于对于M10M64的普通钢制螺纹，可取：的普通钢制螺纹，可取：tg f =0.17，d2/d1=1.04-1.08,tg 0.5 3333(2)受横向载荷的紧螺栓连接受横向载荷的紧螺栓连接受载荷形式受载荷形式工作载荷作用工作载荷作用之前之前，螺栓已受预紧力，螺栓已受预紧力 F作用作用 拧紧后拧紧后:预紧力预紧力 F0 外外载荷载荷 FR）剪切强度计算：剪切强度计算：挤压强度：挤压强度：3434（3）受横向载荷的普通螺栓连接）受横向载荷的普通螺栓连接受载荷形式受载荷形式拧紧过程中拧紧过程中:轴向拉伸轴向拉伸F 、扭力、扭力T失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断(拉、扭综合作用拉、扭综合作用)设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度强度条件强度条件：s scas s 设计计算方法设计计算方法：问题：预紧力问题：预紧力F0应满足的条件应满足的条件?与横向载荷与横向载荷F有何关系有何关系？依据：被连接件不滑移依据：被连接件不滑移界面摩擦力界面摩擦力F F即：即：F0F0FRFRTF0F0校核式校核式:v设计式设计式:讨论：讨论：f=0.2时，时，F=?FR 3535讨论：讨论：普通螺栓受横向载荷普通螺栓受横向载荷F时，为保证结合面时，为保证结合面不发生滑移，靠结合面的摩擦力抵抗不发生滑移，靠结合面的摩擦力抵抗F预紧力预紧力F的大小，根据接合面不发生滑移的大小，根据接合面不发生滑移的条件确定的条件确定f=0.2时，时，F0=6F结论：结论：横向载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓横向载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓宜采用铰制孔螺栓宜采用铰制孔螺栓必须采用普通螺栓时，应配合必须采用普通螺栓时，应配合减载销、键或减载套筒减载销、键或减载套筒使用使用减载装置强度计算同铰制孔螺栓计算减载装置强度计算同铰制孔螺栓计算F0F0FFT 3636FF/2F/2b.采用无间隙的铰制孔螺栓。采用无间隙的铰制孔螺栓。改进措施：改进措施：a.采用键、套筒、销承担横向工作载荷。采用键、套筒、销承担横向工作载荷。37373、受轴向载荷的紧螺栓连接受轴向载荷的紧螺栓连接受载荷形式受载荷形式拧紧过程中拧紧过程中:轴向拉伸轴向拉伸F0、扭力扭力T工作时，工作时，再承受工作载荷再承受工作载荷F此时，螺栓所受的总拉力此时，螺栓所受的总拉力:F2=F0+F?TFFF0F0F2F2须根据静力平衡方程和变形协调条件求解须根据静力平衡方程和变形协调条件求解 3838受力和变形关系受力和变形关系变形协调条件变形协调条件:=FFF+F0F=FF+FrTF0FFFFFFFrFr预紧预紧F0受载受载FF螺栓螺栓被连接件被连接件拉力拉力F0，伸长，伸长压力压力F0，压缩，压缩拉力拉力F,伸长伸长 +压力压力Fr,压缩压缩 -未预紧未预紧 未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形F0F0F0 3939受力变形线图受力变形线图应变与力关系应变与力关系:Fr：残余预紧：残余预紧力防止受载后力防止受载后接合面产生缝接合面产生缝隙隙预紧预紧F0受载受载F螺栓螺栓被连接件被连接件拉力拉力F0，伸长，伸长压力压力F0，压缩，压缩拉力拉力F,伸长伸长 +压力压力Fr,压缩压缩 -未预紧未预紧 未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形形变形变 力力FFrFFFF0被连接件被连接件螺栓螺栓ABC 4040一、螺旋传动的类型和应用一、螺旋传动的类型和应用调整螺旋调整螺旋静压螺旋静压螺旋类类型型运动形式有：运动形式有：5 54 螺旋传动螺旋传动螺母固定，螺杆转动并移动螺母固定，螺杆转动并移动 作用：回转运动作用：回转运动 直线运动，同时传递动力。直线运动，同时传递动力。螺杆转动，螺母移动螺杆转动，螺母移动 按用按用途分途分传力螺旋传力螺旋传导螺旋传导螺旋滑动螺旋滑动螺旋滚动螺旋滚动螺旋按摩擦按摩擦性质分性质分传递动力传递动力 传递运动传递运动,要求精度高要求精度高调整相对位置调整相对位置 4141 a起重螺旋 b 压力螺旋增力螺旋 传导螺旋图 4242滚珠螺旋传动