第五螺纹联接和螺旋传动.pptx

15.1 概述 在机器的设计和制造中，为了减少制造、安装、维修和运输费用，以及尽可能减轻机器重量、节约贵重金属、降低生产成本和提高劳动生产率，在一部机器中我们经常可以看到使用了相同或不同的材料来制造不同的零件，然后通过一定的方式和联接手段把这些零件联接成一个整体，来实现预期的性能要求。因此，作为一个工程技术人员，无论从事哪一个行业的工作，都必须了解机械中常用的各种联接方法、特点和应用情况，掌握一定的常用联接的设计准则和方法，熟悉各种常用联接零件的类型、结构与使用条件。第1页/共103页2常用的机械联接方法分类如下：第2页/共103页3 除以上的联接方式外，常用的还有过盈配合联接、型联接等。机械动联接：被联接的各个零部件之间可以有相对位置变化，例如我们前面介绍的各类运动副；机械静联接：被联接起来的各个零部件之间的位置固定，不允许产生相对运动的联接。机械静联接是我们本章介绍的主要内容，而螺纹联接是机械中应用最为广泛的静联接方式之一，它具有结构简单、工作可靠、装拆方便、形式多样、能满足各种要求等优点。所以，我们本章主要介绍螺纹联接。第3页/共103页4 顾名思义，螺纹联接是采用螺纹和螺纹联接件来实现的联接。这类联接有结构简单、拆装方便、工作可靠等特点，在各个行业及日常生活中得到了广泛使用。同时，螺纹和螺纹紧固件绝大多数已经标准化了。这种联接的设计，其主要任务就是正确的选用。在重要的场合进行强度计算。当然在工程上，为了满足一些特殊的工程要求，有时也需要自制一些特殊的螺纹紧固件。为了全面了解和研究螺纹联接，我们首先需要了解螺纹。第4页/共103页55.2 螺 纹一螺纹的主要几何尺寸一螺纹的主要几何尺寸在工程制图中，我们已经接触过螺纹和螺纹联接件。在工程制图中，我们已经接触过螺纹和螺纹联接件。现在我们就以图现在我们就以图5-15-1来说明螺纹的主要几何参数，该来说明螺纹的主要几何参数，该图是图是GB192-81GB192-81标准化的螺纹牙型图。标准化的螺纹牙型图。图图51第5页/共103页6第6页/共103页7（1）大径d（D）：螺纹的最大直径，在标准中也作公称直径。（2）中径 （）通过螺纹轴向剖面内牙型上的沟槽和凸起宽度相等处的假想圆柱面的直径，近似等于螺纹的平均直径，是确定螺纹几何参数的直径。（3）小径 （）：即螺纹的最小直径，在强度计算中常作为危险剖面的计算直径。第7页/共103页8（4 4）螺距）螺距 ：螺纹相：螺纹相邻两牙在中径上对应两邻两牙在中径上对应两点的轴向距离。点的轴向距离。（5 5）线数）线数n n：螺纹的螺：螺纹的螺旋线数量，也称螺纹头旋线数量，也称螺纹头数。数。（6 6）导程）导程s s：同一螺旋：同一螺旋线上的相邻两牙在中径线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向线上对应两点间的轴向距离。对于单线螺纹距离。对于单线螺纹s=ps=p；对于多线螺纹；对于多线螺纹s=nps=np。（7）升角 ：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。第8页/共103页9 对于这些几何参数值的规定，国际上和国内都已经标准化。规定的值不同，就会形成不同的螺纹，需要时可以查阅相关的手册和国家标准。(8)牙型角 ：螺纹牙型两侧边的夹角。(9)螺纹的工作高度h：表示内外螺纹沿径向的接触高度。第9页/共103页10二螺纹分类 螺纹主要尺寸的不同，其性能、用途也不同。常用螺纹主要尺寸的不同，其性能、用途也不同。常用的螺纹牙型有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹的螺纹牙型有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和矩形螺纹（其中除矩形螺纹外都已经标准化）。和矩形螺纹（其中除矩形螺纹外都已经标准化）。锯齿型螺纹：单向；梯形螺纹：双向传动传动螺纹：有矩形螺纹与圆锥管螺纹相似）圆锥螺纹：管路联接（高压管路。性。高温、圆锥管螺纹：具有自封圆柱管螺纹：管路联接管螺纹自锁性好。细牙：小载荷、调整机构。粗牙：普通联接使用普通螺纹联接螺纹螺纹第10页/共103页111 1）三角形螺纹（普）三角形螺纹（普通螺纹）通螺纹）牙型角为牙型角为6060 ，可，可以分为粗牙和细牙，以分为粗牙和细牙，粗牙用于一般联接；粗牙用于一般联接；与粗牙螺纹相比，细与粗牙螺纹相比，细牙由于在相同公称直牙由于在相同公称直径时，螺距小，螺纹径时，螺距小，螺纹深度浅，导程和升角深度浅，导程和升角也小，自锁性能好，也小，自锁性能好，宜用于宜用于薄壁零件和微薄壁零件和微调装置。调装置。第11页/共103页122）管螺纹 多用于有紧密性要求的管件联接，牙型角为55，公称直径近似于管子内径，属于细牙三角螺纹。第12页/共103页133）梯形螺纹 牙型角为30，是应用最为广泛的传动螺纹。第13页/共103页144）锯齿型螺纹 两侧牙型角分别为3和30，3的一侧用来承受载荷,可得到较高效率；30一侧用来增加牙根强度,适用于单向受载的传动螺纹。第14页/共103页155）矩形螺纹 牙型角为0，适于作传动螺纹。第15页/共103页16以上5种常见螺纹牙型如图5-2所示。图图52第16页/共103页17 另外，螺纹可以根据需要制成左旋或右旋（通常螺纹为右旋）。沿螺纹轴线方向看，螺旋线自下而上向右倾斜为右旋（如图a），向左倾斜为左旋（如图b）。左旋螺纹的标准紧固件通常制有左旋标记。图图53第17页/共103页18 按制订的螺纹标准不同，现在常见的有米制和英制两大类。我国除管螺纹外，一般采用米制。要注意：在实际工作中，特别是从事维修行业时要注意一些进口机器中螺纹的单位制。凡是牙型、大径和螺距符合国家标准的螺纹都称为标准螺纹。除机械制造中常用的标准螺纹外，还有适用于某些特殊行业的专用螺纹标准，在需要的时候可以查阅有关的设计手册。虽说螺纹并不陌生，但为了从理论的高度来理解和研究螺纹联接，接下来我们就需要对螺纹联接的基本类型和螺纹常用紧固件进行了解。第18页/共103页195.3 螺旋副的受力分析、效率和自锁 为了便于分析，我们根据牙型角不同常把螺纹分为矩形螺纹和非矩形螺纹两种情况。一、矩形螺纹一、矩形螺纹 图图54 螺旋副是由外螺螺旋副是由外螺螺旋副是由外螺螺旋副是由外螺纹（螺杆）和内螺纹（螺杆）和内螺纹（螺杆）和内螺纹（螺杆）和内螺纹组成的运动副，纹组成的运动副，纹组成的运动副，纹组成的运动副，经过简化可以看作经过简化可以看作经过简化可以看作经过简化可以看作推动滑块（重物）推动滑块（重物）推动滑块（重物）推动滑块（重物）沿螺纹表面运动沿螺纹表面运动沿螺纹表面运动沿螺纹表面运动（如图所示）（如图所示）（如图所示）（如图所示）。第19页/共103页20图图54 将矩形螺纹沿中径d d2 2处展开，得一倾斜角为（即螺纹升角）的斜面，斜面上的滑块代表螺母，螺母和螺杆的相对运动可以看作滑块在斜面上的运动。图图a所示为滑所示为滑块在斜面上块在斜面上高速上升时高速上升时的受力图。的受力图。第20页/共103页21 为轴向载荷，为轴向载荷，F相当于旋转螺母时作用在螺相当于旋转螺母时作用在螺纹中径上的水平推力，纹中径上的水平推力，为法向反力，摩擦为法向反力，摩擦力力 ，为摩擦系数，为摩擦系数，为为 与与 的合力，的合力，为为 与与 的夹角，称为的夹角，称为摩擦角摩擦角图图54根据平衡条件根据平衡条件作力封闭图得：作力封闭图得：第21页/共103页22所以，转动螺纹所需的转矩为：所以，转动螺纹所需的转矩为：螺母旋转一周所需的输入功为：螺母旋转一周所需的输入功为：；此时螺母上升一个导程；此时螺母上升一个导程s，其有效功为：，其有效功为：。因此螺旋副的效率为：。因此螺旋副的效率为：第22页/共103页23图图55 将效率公式绘制成曲线，如图所示。可见当将效率公式绘制成曲线，如图所示。可见当 时时效效率率最最高高，但但过过大大的的升升角角使使制制造造困困难难。并且由曲线图可以看出：并且由曲线图可以看出：当当 之后，之后，效率的效率的增加不明显，所以通增加不明显，所以通常取常取不超过不超过25。第23页/共103页24图图56 当滑块沿斜面等速下降时，摩擦力向上，轴当滑块沿斜面等速下降时，摩擦力向上，轴向载荷向载荷 变成驱动滑块等速下滑的驱动力，变成驱动滑块等速下滑的驱动力，F为阻碍滑块下降的支持力，由如图所示的力封闭为阻碍滑块下降的支持力，由如图所示的力封闭图可知：图可知：第24页/共103页25 当转动一周时，输入功率为当转动一周时，输入功率为 输出功率为输出功率为 ，此时螺旋副，此时螺旋副的效率为：的效率为：由公式可知，若由公式可知，若由公式可知，若由公式可知，若 ，则，则，则，则 0 0，说明此时无论轴，说明此时无论轴，说明此时无论轴，说明此时无论轴向载荷向载荷向载荷向载荷 有多大，滑块（即螺母）都不能沿斜面有多大，滑块（即螺母）都不能沿斜面有多大，滑块（即螺母）都不能沿斜面有多大，滑块（即螺母）都不能沿斜面运动，这种现象称为运动，这种现象称为运动，这种现象称为运动，这种现象称为自锁自锁自锁自锁。0 0表明螺旋副处于临表明螺旋副处于临表明螺旋副处于临表明螺旋副处于临界自锁状态。界自锁状态。界自锁状态。界自锁状态。0FF0 F第99页/共103页1005.9 提高螺栓联接强度的措施 螺栓联接的强度主要取决于螺栓强度，而影响螺栓强度的因素有许多。那么如何提高螺栓联接强度呢？一降低影响螺栓疲劳强度的应力幅图10-41第100页/共103页101 二改善螺纹牙间的载荷分布不均现象在联接承受轴向载荷作用时，在整个螺纹长度上，其承受的载荷是不同的，而是逐圈递减的。试验证明：约有三分之一的载荷集中在第一圈螺纹上，以后各圈递减，在第八圈以后螺纹几乎不图5-44图5-45承受载荷，如图承受载荷，如图5-445-44和和5-455-45所示。所示。所以希望利用增所以希望利用增加螺母厚度来提加螺母厚度来提高联接强度，其高联接强度，其效果不大。效果不大。第101页/共103页102 改善载荷不均匀的措施，原则上是减小螺栓与螺母二者承受载荷时螺距的变化差，尽可能使螺纹各圈承受载荷接近均等。常用的方法有：1）将螺母设计成受拉伸的；2）在螺母的旋入端最初螺纹上制出倒角，如图5-46；图5-463）采用均载钢丝套，利用钢丝螺套的膨胀作用起到均载的用。第102页/共103页103感谢您的观看！第103页/共103页