螺纹联结与螺旋传动PPT课件.ppt
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1、关于螺纹联结和螺旋传动第一张,PPT共六十四页,创作于2022年6月外花键内花键第二张,PPT共六十四页,创作于2022年6月91机械制造中的常用螺纹一、螺纹的形成1、螺纹的形成将一直角三角形abc绕在直径为d2的圆柱表面上,使三角形底边ab与圆柱体的底边重合,则三角形的斜边amc在圆柱体表面形成一条螺旋线螺旋线am1c1。三角形abc的斜边与底边的夹角,称为螺纹升角升角。若取一平面图形,使其平面始终通过圆柱体的轴线并沿着螺旋线运动,则这平面图形在空间形成一个螺旋形体,称为螺纹螺纹。第三张,PPT共六十四页,创作于2022年6月2 2、螺纹的类型、螺纹的类型(1)(1)按螺纹在轴向剖面内的形状
2、,分为矩形螺纹、三角形螺纹、梯形螺纹及锯齿按螺纹在轴向剖面内的形状,分为矩形螺纹、三角形螺纹、梯形螺纹及锯齿形螺纹。形螺纹。(2)(2)按螺纹旋线绕行的方向,分为右旋螺纹和左旋螺纹。只有在特殊需要时,才采用左螺按螺纹旋线绕行的方向,分为右旋螺纹和左旋螺纹。只有在特殊需要时,才采用左螺纹。比如煤气罐等危险设备中使用的螺纹。纹。比如煤气罐等危险设备中使用的螺纹。第四张,PPT共六十四页,创作于2022年6月(3)按螺纹的线数的线数,分为单线螺纹和多线螺纹。沿一条螺旋线所形成的螺纹为单线螺纹单线螺纹。单线螺纹多用于联接。沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹为多线螺纹多线螺纹。多线螺纹多
3、用于传动。多线螺纹由于加工制造的原因,线数一般不超过4 4条。第五张,PPT共六十四页,创作于2022年6月1)外径(大径)d(D)与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径,亦称公称直径2)内径(小径)d1(D1)与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径(危险剖面直径)3)中径d2在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径,d20.5(d+d1)二、螺纹的主要参数第六张,PPT共六十四页,创作于2022年6月4)螺距P相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离5)导程(S)同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面母线上的对应两点间的轴向距离6)线数n螺纹螺旋线数目,一般为便于制造n4螺距、导程、线数之
4、间关系:S=nP第七张,PPT共六十四页,创作于2022年6月7)螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角8)牙型角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角(见书上图9-7)9)牙型半角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角第八张,PPT共六十四页,创作于2022年6月第九张,PPT共六十四页,创作于2022年6月按牙型:三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹三.几种常用螺纹的特点和应用第十张,PPT共六十四页,创作于2022年6月第十一张,PPT共六十四页,创作于2022年6月92螺旋副的受力分析,效率和自锁一、矩形螺纹一、矩形螺纹(牙型角=00)受力分析
5、(见书上图受力分析(见书上图9-99-9)螺纹副中,螺母所受到的轴向载荷Q是沿螺纹各圈分布的,为便于分析,用集中载荷Q代替,并设Q作用于中径d2圆周的一点上。这样,当螺母相对于螺杆等速旋转时,可看作为一滑块(螺母)沿着以螺纹中径d2展开,斜度为螺纹升角的斜面上等速滑动匀速拧紧螺母时,相当于以水平力推力F推动滑块沿斜面等速向上滑动。设法向反力为N,则摩擦力为fN,f为摩擦系数,为摩擦角,=arctan f。由于滑块沿斜面上升时,摩擦力向下,故总反力R与Q的的夹角为+。由力的平衡条件可知,R、F和Q三力组成力封闭三角形,由图可得:QQ使滑块等速运动所需要的水平力 等速上升:Ft=FQtan(+)等
6、速上升所需力矩:T=Ftd2/2=FQtan(+)d2/2等速下降:Ft=FQtan()等速下降所需力矩:T=Ftd2/2=FQtan()d2/2第十二张,PPT共六十四页,创作于2022年6月2.2.螺纹的自锁螺纹的自锁螺母等速松退时的受力分析:螺纹副相当于滑块沿斜面等速下滑,由力的封闭三角形,得:若,则Ft0,这时必须加一反向作用力Ft才会使滑块下滑,若不加外力,则不论FQ有多大,滑块也不会下滑,这种现象叫自锁。自锁条件:3.3.螺旋副的效率螺旋副的效率螺旋副效率为有效功W2与输入功W1之比。螺母在力矩T作用下转动一周时,输入功W1=2T,此时升举重物所作的有效功W2=QS;故螺旋副的效率
7、为:书公式(9-1)25,满足自锁条件时,螺纹副的效率小于50%第十三张,PPT共六十四页,创作于2022年6月二、非矩形螺纹螺纹的牙型角0时的螺纹为非矩形螺纹,如下图所示。非矩形螺纹的螺杆和螺母相对转动时,可看成楔形滑块沿楔形斜面移动;平衡时法向反力FN=FQ;楔形面时法向反力FN=FQ/cos;楔形面摩擦力Ff=fFN=fFQ/cos;令fv=f/cos称当量摩擦系数。与当量摩擦系数对应的摩擦角称为当量摩擦角,用V 表示。拧紧螺母时所需的水平推力及转矩:由于矩形螺纹与非矩形螺纹的运动关系相同,将V代替后可得:第十四张,PPT共六十四页,创作于2022年6月使滑块等速运动所需要的水平力 等速
8、上升:Ft=FQtan(+V)等速上升所需力矩:T=Ftd2/2=FQtan(+V)d2/2等速下降:Ft=FQtan(-V)等速下降所需力矩:T=Ftd2/2=FQtan(-V)d2/2自锁条件:V效率为:fv=f/cos由于三角形螺纹的=/2=30度;梯形螺纹=/2=15度;锯齿形螺纹=3度;矩形螺纹=0度,所以各种螺纹的当量摩擦系数之间有如下关系:fv三角fv梯形fv锯齿fv矩形可见,三角形螺纹的fv大,自锁性能好,且牙根强度高,故常用于联结。梯形、锯齿形及矩形螺纹,多用于传动。第十五张,PPT共六十四页,创作于2022年6月第十六张,PPT共六十四页,创作于2022年6月一、螺纹联接主
9、要类型1、螺栓联接a)普通螺栓联接被联接件不太厚,螺杆带钉头,通孔不带螺纹,螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙,并在工作中不许消失,结构简单,装拆方便,可多个装拆,应用较广。b)铰制孔用螺栓联接装配后无间隙,主要承受横向载荷,也可作定位用,采用基孔制配合铰制孔螺栓联接93螺纹联结的基本类型及其预紧和防松第十七张,PPT共六十四页,创作于2022年6月第十八张,PPT共六十四页,创作于2022年6月2、双头螺栓联接螺杆两端无钉头,但均有螺纹,装配时一端旋入被联接件,另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。拆装时只需拆螺母,而不将双头螺栓从被联接件中拧出。3、螺钉联接适于被联
10、接件之一较厚(上带螺纹孔),不需经常装拆,一端有螺钉头,不需螺母,适于受载较小情况第十九张,PPT共六十四页,创作于2022年6月特殊联接:地脚螺栓联接,吊环螺钉联接4、紧定螺钉联接拧入后,利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。第二十张,PPT共六十四页,创作于2022年6月二、螺纹联接件2)双头螺柱两端带螺纹 A型有退刀槽 B型无退刀槽1)螺栓 普通螺栓 六角头,小六角头,标准六角头,大六角头,内六角 铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺母第二十一张,PPT共六十四页,创作于2022年6月4)紧定螺钉 锥 端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合
11、平 端接触面积大、不伤零件表面,用于顶紧硬度较大的平面,适于经常拆卸 圆柱端压入轴上凹抗中,适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板3)螺钉 与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹第二十二张,PPT共六十四页,创作于2022年6月6)螺母 六角螺母:标准,扁,厚 5)自攻螺钉由螺钉攻出螺纹 圆螺母+止动垫圈带有缺口,应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中,外舌嵌入圆螺母的槽内,螺母即被锁紧第二十三张,PPT共六十四页,创作于2022年6月7)垫圈螺纹联接件精度:A:精度最高,用于要求配合精度高,防止振动的重要联接B:用于受载较大且经常装拆调整或承受变载荷的联接 C:一般联接,最常用。第二十四张,P
12、PT共六十四页,创作于2022年6月第二十五张,PPT共六十四页,创作于2022年6月第二十六张,PPT共六十四页,创作于2022年6月三、螺纹联接的预紧和防松1、预紧预紧目的增加联接的可靠性与紧密性,防止受载后被联接件间出现缝隙与相对滑移。保持正常工作。预紧力F0预先轴向作用力(拉力)螺纹联接:松联接在装配时不拧紧,只存受外载时才受到力的作用 紧联接在装配时需拧紧,即在承载时,螺栓已预先受力,预紧力F0预紧过紧拧紧力F0过大,螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松拧紧力F0过小,工作不可靠 预紧力限制第二十七张,PPT共六十四页,创作于2022年6月扳手拧紧力矩:T=T+TfT拧紧力矩T螺纹摩擦
13、阻力矩Tf螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩对于M10-68粗牙普通螺纹:T0.2F0*d详细推导第二十八张,PPT共六十四页,创作于2022年6月预紧力FQ的控制:测力矩板手测出预紧力矩(如左图)定力矩板手达到固定的拧紧力矩T时,弹簧受压将自动打滑(如右图)测量预紧前后螺栓伸长量精度较高 重要联结若不能严格控制预紧力,而只靠安装经验来拧紧螺栓时,为避免螺栓拉断,通常不宜采用小于M12的螺栓,一般采用M12-M24的螺栓第二十九张,PPT共六十四页,创作于2022年6月(1)、防松目的实际工作中,外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少,螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零,从而
14、使螺纹联接松动,如经反复作用,螺纹联接就会松驰而失效。因此,必须进行防松,否则会影响正常工作,造成事故(2)、防松原理消除(或限制)螺纹副之间的相对运动,或增大相对运动的难度。(3)、防松办法及措施 1)摩擦防松双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等2、螺纹防松第三十张,PPT共六十四页,创作于2022年6月弹簧垫圈自锁螺母螺母一端做成非圆形收口,螺母拧紧后收口涨开,利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧2)机械防松:开槽螺母与开口销,圆螺母与止动垫圈,弹簧垫片,轴用带翅垫片,止动垫片,串联钢丝等第三十一张,PPT共六十四页,创作于2022年6月3)永久防松:端铆、冲点、点焊4)化学防松粘合开槽螺母与
15、开口销圆螺母与止动垫圈串联钢丝第三十二张,PPT共六十四页,创作于2022年6月94螺栓联结的强度计算螺栓联接的主要失效形式:受拉螺栓受拉螺栓的螺栓杆螺纹部分断裂受剪螺栓受剪螺栓的螺栓杆与孔壁贴合面的压溃或螺栓杆被剪断因经常拆卸使螺纹牙间相互磨损而发生滑扣。由于螺纹各部尺寸基本上是根据等强度原则确定的。所以,螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1,再根据d1查标准选定螺纹大径(公称直径)d及螺距P。一一.松螺栓联接松螺栓联接(受拉螺栓受拉螺栓):1、特点:在承受工作载荷前,螺栓不受力,在工作时则只承受轴向工作载荷F作用。此联接可能发生的失效形式为螺栓杆的拉断。2、强度条件强度条件:F-轴向工作载
16、荷(N);d1-螺栓小径(mm);-松螺栓联接时的许用许用拉应力(Mpa),求出d1后,应按螺纹标准选取螺纹公称直径d第三十三张,PPT共六十四页,创作于2022年6月二、受横向外载荷的紧螺栓联接二、受横向外载荷的紧螺栓联接1.1.采用普通螺栓采用普通螺栓如工作时联接受到与螺栓轴线相垂直的外载荷FR的作用。被联接件在预紧力的作用下相互压紧,依靠结合面产生的摩擦力来抗衡外载荷,从而避免产生相对移动。显然,无论工作前还是工作后,螺栓本身仅受装配时由于拧紧螺母而产生的预紧力和螺纹副阻力矩的作用。预紧力使螺栓危险截面上产生拉应力:F0f*z*mKFR F0KFR/f*z*mz 联接螺栓的数目;m 结合
17、面数目;f 结合面间摩擦系数,钢或铸铁的干燥加工表面,可取f=0.10.15;K 可靠性系数,亦称防滑系数,通常取K=1.11.3。由此可得,单个螺栓所需的预紧应力为:=4F0/d12 若计入扭转切应力的影响,强度条件为:设计公式为:式中:许用拉应力 N/mm2(MPa)第三十四张,PPT共六十四页,创作于2022年6月2.采用铰制孔用螺栓(受剪螺栓)铰制孔用螺栓联接一般均需拧紧,由预紧力产生的拉应力对联接强度的 影响可以不计。螺栓杆受横向工作载荷FR时,强度条件为:ds-螺栓杆剪切面直径(mm);Z-联接螺栓数;m-接合面数;-螺栓的许用剪切应力(MPa);p-螺栓杆或孔壁中的低强度材料的许
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