05第五章螺纹联接和螺旋传动.ppt

联接的分类联接的分类动联接：机器工作时，零部件之间可以有相对动联接：机器工作时，零部件之间可以有相对 运动。例如：机械原理中，各种运动运动。例如：机械原理中，各种运动 副之间的联接。副之间的联接。静联接：在机器工作中，不允许零部件之间存静联接：在机器工作中，不允许零部件之间存 在相对运动的联接。在相对运动的联接。静联接静联接可拆联接：不须毁坏联接中的任何一个零件就可拆可拆联接：不须毁坏联接中的任何一个零件就可拆 开的联接。例如：螺纹联接、键联接。开的联接。例如：螺纹联接、键联接。不可拆联接：至少毁坏联接中的一部分才能拆开不可拆联接：至少毁坏联接中的一部分才能拆开的的 联接。例如：铆接、焊接等。联接。例如：铆接、焊接等。过盈联接过盈联接螺纹的形成螺纹的形成5 51 螺纹参数螺纹参数d2螺旋线螺旋线-一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹螺纹-一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺螺 纹纹按平面图形的形状分：三角形螺纹、梯形螺纹、按平面图形的形状分：三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、矩形螺纹等。锯齿形螺纹、矩形螺纹等。按应用可分：联接螺纹和传动螺纹按应用可分：联接螺纹和传动螺纹按几何参数可分：公英制螺纹；粗细牙螺纹；按几何参数可分：公英制螺纹；粗细牙螺纹；左右旋螺纹；单线及多线螺纹。左右旋螺纹；单线及多线螺纹。按螺纹的位置分：内外螺纹。按螺纹的位置分：内外螺纹。按母体形状分：圆柱螺纹和圆锥螺纹。按母体形状分：圆柱螺纹和圆锥螺纹。 大径大径d d，小径，小径d d1 1，中径，中径d d2 2 线数线数n n，螺距，螺距P P，导程，导程S S 升角升角 牙型，牙型角牙型，牙型角、牙侧角、牙侧角2tandnParcnPS一、螺纹联接的一、螺纹联接的基本类型1. 螺栓联接：普通螺栓联接：应用广泛，两被联接件不太厚，便于从两边装配。 铰制孔用螺栓联接：受横向载荷。2. 双头螺栓联接：常拆卸。3. 螺钉联接：被联接件之一较厚，不常拆卸。螺栓联接螺柱联接螺钉联接 二、标准螺纹联接件二、标准螺纹联接件（查阅手册） 螺栓：也应用于螺钉联接 双头螺柱： 螺钉、紧定螺钉：头部和尾部形状 螺母：外形 垫圈 ：形状和作用对M12以下的螺栓，应注意控制预紧力，以防过载拉断。fcvrFftgdFTTT02021)(2一、拧紧力矩400dDrf支撑面摩擦半径fc螺母与被联接件支承面之间的摩擦系数（一） 预紧的目的1.提高联接的紧密性2.防止联接松动3.提高联接件强度 控制预紧力的方法l控制应力或应变l控制拧紧力臂l控制拧紧力矩应变片控制拧紧力矩测力矩扳手定力矩扳手#螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动。以防止联接的松动，影响正常工作。#螺纹联接的防松按工作原理可分为三类（P68表5-3）： 1 1. 2.直接锁住（机械防松） 3.不可拆卸防松（铆冲；粘接；焊接）螺栓装配图开槽螺母开口销正确错误l螺栓联接大多工作之前应预紧，称为紧螺 栓联接；螺栓联接设计计算的一般步骤：螺栓组受力和失效分析 找出受力最大的螺栓；单个螺栓受力和失效分析 单个螺栓强度计算确定螺栓的尺寸（直径、长度）。失效分析：普通螺栓主要为螺纹部分的断裂、螺纹的压溃和剪断、磨损滑扣 ；螺栓组和单个螺栓的失效有联系又有区别。 仅受预紧力作用的螺栓受预紧力和工作载荷作用的螺栓紧螺栓松螺栓紧螺栓铰制孔用螺栓联接受轴向载荷螺栓联接受横向载荷螺栓联接 普通螺栓联接1.受载荷形式轴向拉伸2.失效形式螺栓拉断 3.计算 ）（校核式：85421dF)95(41Fd设计式：4.螺栓材料和许用应力5.查手册确定d，及其它有关尺寸。 16)(23120dtgdFv切应力：4210dF拉应力：42)tan(21012dFddv5 . 0223v强度理论：)145(43 . 1210dFca校核式43 . 101Fd 设计式22)5 . 0 ( 33 . 1zFF两种情况的工作原理不同！fmCFFCFmfF00或受力平衡条件：ZFFp3 . 11 . 1_15. 01 . 0_可靠性系数，取接合面数目；接合面间的摩擦系数，CmffF失效形式：压溃、剪断。41min020ppdFdmF单个螺栓的受力：预紧力F0 工作力FzFF?单个螺栓的总拉力： F2F0 +FFp图5-15 载荷与变形的示意图受力变形线图力变形（螺栓）bbmm（垫片）力变形力（螺栓）bbmm（垫片）力受预紧力力（螺栓）bbmm（垫片）力受工作载荷后00tancccFk被联接件的刚度00tanbbbFk螺栓的刚度12FFF螺栓总拉力F1残余预紧力用上式计算螺栓的总拉力时，防止受载后接合面产生缝隙，残余预紧力可参考：紧密性紧密性有冲击有冲击不稳定不稳定载荷稳定载荷稳定地脚螺栓地脚螺栓1.51.8F1.01.5F0.61.0F0.20.6FFbCFFFF002mCFFFFF001)(mbCCFFFF)(mbCCF)185(02mbbCCCFFF所以：用式（5-18）计算螺栓的总拉力时，螺栓的相对刚度可参考P74；为降低螺栓的受力，提高承载能力应使螺栓的相对刚度值尽量小些，取较硬的垫片。 mbbCCC相对刚度1.被联接件形状应简单对称；2.根据载荷，合理布置螺栓位置； 受力矩作用时应适当远离对称轴；对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均 3.布置螺栓应留有合理的间距、边距，方便装配压力容器的螺栓间距（ P77 表5-5）4.分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。 同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均应相同。 5.避免螺栓承受附加的弯曲载荷。 螺栓组受力和失效分析找出受力最大的螺栓1受横向载荷的螺栓组联接zFF两种情况的工作原理不同！2. 受转矩的螺栓组联接（1）普通螺栓联接TKfrFfrFfrFsZ 02010力矩平衡条件：)255()(1210 ziisnsrfTKrrrfTKF（2）铰制孔用螺栓联接maxmaxrFrFii)285(22221maxmax nrrrTrF受力最大螺栓：)(22221maxmaxnrrrrFT 即：变形量越大，则工作剪力越大 nnrFrFrFT 2211力矩平衡：iirrFFmaxmax每个螺栓所受的轴向载荷为 zFFF0)295 ( zFF4.受倾覆力矩的螺栓组联接假定底板为刚体，倾覆力矩作用在螺栓组的联接形心受载后绕OO转动仍保持平面在M的作用下，左侧螺栓拉力增大；右侧螺栓拉力减小而地面压力增大失效分析：1.螺栓拉断；2.底板左侧出现间隙；3.底板右侧压溃。 螺栓所受的工作拉力与距离成正比nnlFlFlFM 2211力矩平衡：)315(22221maxmax nllllMF受力最大螺栓：maxmax2211lFlFlFlFnn 变形条件：iillFFmaxmax受翻转力矩前，接合面挤压应力分布图FpWMMAzFpp . 75_max)325 (许用挤压应力，表右侧不压溃ppppWMAzF)335 (0minWMAzFpp左侧不分离AzFppWMM受复合载荷的螺栓组联接横向荷载+轴向载荷+翻转力矩翻转力矩受复合载荷的螺栓组联接横向载荷+ +旋转力矩受复合载荷的螺栓组联接计算时应求出受力最大螺栓的受力1.降低螺栓总拉伸载荷的变化范围螺栓的总拉力与螺栓和被联接件的刚度有关，减小螺栓刚度或增大被联接件刚度都能降低应力幅。)185(02mbbCCCFFFl腰状杆螺栓和空心螺栓减小螺栓的刚度l汽缸采用密封环密封，增加被联接件的刚度2.改善螺纹牙载荷分布不均的现象第一圈螺纹承担约三分之一的载荷采用均载螺母3.减小应力集中 圆角和卸载结构 4.避免附加应力结构上： 凸台、沉头座、斜面垫圈、球面垫圈 5.采用合理的制造工艺l冷镦螺栓头部和滚压螺纹；l表面硬化工艺：氮化；氰化；碳氮共渗等处理；一一. .螺旋传动的特点螺旋传动的特点 1.传动比大，能得到较大的轴向推力； 2.精度高，能准确地调整直线运动的距离和位置； 3.易实现自锁； 4.效率较低，适于中小功率传动防转机构防转机构二.螺旋传动的应用功能特 点传力螺旋以传递动力为主，受力大，速度低，间歇工作，通常要求自锁。传导螺旋以传递运动为主，要求较高的运动速度和精度，调整螺旋承载小，工作时间短，有些要求较高的调整精度，有些要求较高的调整速度。三.螺旋传动的类型螺杆转动并移动，螺母固定：千斤顶螺杆转动，螺母移动：机床进给机构；螺母转动并移动；螺母转动，螺杆移动。防转机构防转机构5-9 螺旋传动（一）螺旋传动的类型和应用结构复杂，空间占用大车床改拉床直线旋转结构简单，调整精度低显微镜高度调整固定旋转直线空间占用小结构复杂机床进给旋转直线结构简单，空间占用大千斤顶，千分尺旋转直线固定特点应用螺杆螺母按螺旋副的摩擦可分为：摩擦阻力小，传动效率高，结构复杂，需要专门的液压系统供油。静压螺旋摩擦阻力小，传动效率高，结构复杂，滚动螺旋结构简单，便于制造，易于自锁，摩擦阻力大，效率低，磨损快，滑动螺旋特 点摩擦性质 .右螺旋左螺旋1、滑动螺旋的结构 整体螺母：结构简单，但由磨损而产生的轴向间隙不能补偿，只适合在精度要求较低的螺旋中使用。 组合螺母或剖分螺母：对于经常双向传动的传导螺旋，为了消除铀向间隙和补偿旋合螺纹的磨损，避免反向传动时的空行程，常采用组合螺母或剖分螺母。l滑动螺旋采用的螺纹类型有矩形、梯形和锯齿形。其中以梯形和锯齿形螺纹应用最广。l螺杆常用右放螺纹，只有在某些特殊的场台，如车床横向进给丝杠，为了符合操作习惯， 才采用左旋螺纹。l传力螺旋和调整螺旋要求自锁时，应采用单线螺纹。对于传导螺旋，为了提高其传动效率及直线运动速度，可采用多线螺纹(线数n=34，甚至多达6)。 螺杆材料要有足够的强度和耐磨性。 螺母材料除要有足够的强度外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦系数小和耐磨。 l滑动螺旋工作时，主要承受转矩及轴向拉力(或压力)的作用，同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动。l其失效形式主要是螺纹磨损。l因此，滑动螺旋的基本尺寸(即螺杆直径与螺母高度)，通常是根据耐磨性条件确定的。l对于受力较大的传力螺旋，还应校核螺杆危险截面以及螺母螺纹牙的强度，以防止发生塑性变形或断裂；l对于要求自锁的螺杆应校核其自锁性；l对于精密的传导螺旋应校核螺杆的刚度(螺杆的直径应根据刚度条件确定)，以免受力后由于螺距的变化引起传动精度降低；l对于长径比很大的螺杆，应校核其稳定性，以防止螺杆受压后失稳；l对于高速的长螺杆还应校核其临界转速，以防止产生过度的横向振动等。l在设计时，应根据螺旋传动的类型、工作条件及其失效形式等，选择不同的设计准则，而不必逐项进行校核。22phHdFPhudFAFpPHu 2dH校核式：令：2phFPd设计式：vvffarctancosarctan式中：螺纹升角； fv当量摩擦系数； f摩擦系数； 牙侧角； v当量摩擦角。lP98l5-4 5-5 5-6 5-7l5-9 l5-11(大作业)