第5章螺纹联接和螺旋传动(1).ppt

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1、第二篇 联接（connection）动联接（movableconnection）机器工作时，被联接零件之间可以有相对运动的联接。可拆联接不需要毁坏任何零件就可拆开的联接。静联接（fixedjoint）机器工作时，被联接零件之间不允许有相对运动的连接。运动副滑动轴承螺纹联接焊接不可拆联接拆开时至少要破坏一个零件的联接。考虑结构安装运输维护螺纹联接键联接焊接铆接考虑制造经济性江西农大工学院第五章 螺纹联接和螺旋传动一、螺纹（thread）1、螺纹的形成2、螺纹的类型 按平面图形分牙根强度工艺性适用场合三角形螺纹(triangularthread)最大好联接矩形螺纹(rectanglethread)

2、小差传动梯形螺纹(trapezoidalthread)较大好传动锯齿形螺纹(sawtooththread)较大好传动管螺纹（pipethread）联接江西农大工学院 按螺线的绕行方向分左旋螺纹（left-handthread）右旋螺纹（right-handthread）按螺纹线数分单线螺纹（single-thread）用于联接双线螺纹（double-thread）用于传动三线螺纹（triple-thread）用于传动多线螺纹用于传动江西农大工学院3、主要参数大径d公称直径（nominalthread）小径d1危险剖面直径，强度计算直径中径d2轴线剖面上的假想直径线数n 螺旋线数目螺距P（thr

3、eadpitch）导程S（lead）S nP升角（leadangle）牙型角牙侧角工作高度h江西农大工学院二、螺纹联接的基本类型1、螺栓（bolt）联接 普通螺栓（generalbolt）联接铰制孔螺栓（reamerbolt）联接2、双头螺柱（stud，double-endbolt）联接江西农大工学院3、螺钉（screw）联接4、紧定螺钉（setscrew）联接5、特殊用螺钉联接地 脚 螺 钉(foundation bolt)联接吊环螺钉（eyebolt）联接江西农大工学院6、标准螺纹联接件螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉自攻螺钉、螺母、垫圈江西农大工学院三、螺纹联接的预紧和防松（一）螺纹副受力分析

4、1、矩形螺纹 物体沿斜面匀速上升F0RFF0RNFFf F F0tan（+）螺母旋转一周的输入功为A1F d2F0tan（+）d2举升重物的有效功为A2F0S F0d2tan江西农大工学院效率：当 45 0.5 时，螺纹副的效率最高物体沿斜面匀速下降F0RNFFfF0RF F F0tan（）自锁条件为：F F0tan（）0江西农大工学院2、三角形螺纹摩擦力：NF0N力的关系F F0tan（v）效率自锁条件江西农大工学院（二）螺纹联接的预紧1、螺纹阻力矩2、支承面阻力矩3、拧紧力矩增加可靠性紧密性江西农大工学院4、控制预紧力的方法 测力矩板手定力矩板手测定螺栓伸长量江西农大工学院（三）螺纹联接的

5、防松1、摩擦防松（preventlooseningbyfriction）双螺母（doublenut）弹簧垫圈（springwasher）自锁螺母（self-lockingnut）江西农大工学院2、机械防松开口销(springcotter)与六角开槽螺母(notchnut)止动垫圈（stopwasher）串联金属丝（inserieswire）江西农大工学院3、永久防松（破坏螺纹副）冲点、焊接(jointing)、粘合(conglutination)四、单个螺栓联接的强度计算1、失效形式及计算准则受拉螺栓断裂（过载断裂、疲劳断裂）、螺纹滑扣；计算准则：保证螺栓的静力拉伸强度。占65%占20%占15

6、%江西农大工学院受剪螺栓螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断；计算准则：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。江西农大工学院2、松螺栓联接的强度计算拉伸强度条件为：式中：d1危险剖面直径，mm 许用应力，Mpa SS江西农大工学院3、紧螺栓联接的强度计算拉伸应力为：扭剪应力：普通钢制螺栓，tanv0.17d2d11.041.08，tan 0.05代入计算得0.5江西农大工学院1）受横向载荷的紧螺栓联接螺杆的强度条件为：减载键、减载环江西农大工学院挤压强度：剪切强度：2）铰制孔用螺栓联接的强度剪切强度：挤压强度：江西农大工学院3）受轴向载荷的紧螺栓联接螺杆的总受力F2F0F？残余预紧力（residualpr

7、etighteningforce）江西农大工学院相对刚度尽可能取小些，推荐值为：金属垫片(或无垫片)0.2 0.3，皮革垫片0.7，铜皮石棉垫片0.8，橡胶垫片0.9。江西农大工学院拉伸强度：保证联接的紧密性，应使F10 有紧密性要求的：F1（1.5 1.8）F 一般联接，载荷稳定：F1（0.2 0.6）F 一般联接，载荷不稳定：F1（0.6 1.0）F 地脚螺栓：F1F设计式：说明江西农大工学院对变载重要联接，应作疲劳强度校核-1tc螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限；试件的材料常数，碳素钢0.10.2，合金钢0.20.3；K拉压疲劳强度综合影响系数k有效应力集中系数尺寸系数S 安全系数江西农大

8、工学院4）受偏心载荷的紧螺栓联接江西农大工学院避免偏载的措施：铸造出凸台；斜面用斜垫圈；采用球面垫圈。加工沉头座；江西农大工学院五、螺栓组联接的设计1、螺栓组的结构设计 轴对称的简单几何形状江西农大工学院a、铰制孔螺栓，在载荷方向不要成排布置8个以上的螺栓。b、受弯矩或扭矩时，螺栓应布置在结合面的边缘上，使受力小。c、同时受轴向、横向载荷时，用减载键、销、套筒等。螺栓的受力合理江西农大工学院 螺栓间有合理的间距、边距；同一圆周上的螺栓数目尽量取偶数，同一螺栓组中各螺栓的材料、直径、长度应一致；避免螺栓受偏心载荷。江西农大工学院2、螺栓组受力分析目的：找出受力最大的螺拴及所受力的大小假设：螺栓的

9、材料、直径、长度、预紧力相同；螺栓组的对称中心与接合面形心重合；受载后结合面仍保持为平面。江西农大工学院（1）受横向载荷的螺栓组联接FzFf 接合面摩擦系数；i 接合面数目；z 螺栓数目；KS防滑系数，KS1.11.3。FF0f zF0f zF0f z i FKS江西农大工学院（2）受转矩的螺栓组联接 普通螺栓联接不滑移条件ri第i 个螺栓的轴线到螺栓组对称中心的距离。f F0f F0江西农大工学院 铰制孔螺栓组联接F1Fmax江西农大工学院（3）受轴向载荷的螺栓组联接假设：底板是刚性 底板绕OO 翻转 螺 杆 和 地 基 按 各 自 的 刚 度拉伸和压缩。F Fz（4）受倾覆力矩的螺纹组联接

10、F1Fmax江西农大工学院计算受力最大螺栓的受力最大外载荷：螺栓总拉力：江西农大工学院 考虑地基强度受外载前地基的挤压应力：M 引起的最大应力：近似取左边不出现缝隙右边地基不被压溃p 地基材料的许用挤压应力江西农大工学院六、螺纹联接件的材料及许用应力1、螺纹联接件的材料常用材料：Q215、Q235，10、35、45等；冲击振动大的场合：40Cr、30CrMnSi等；特殊场合：1Cr13、CrNi2、H62 等。国家标准规定：螺纹联接件按材料的力学性能分等级：螺栓、螺柱、螺钉从3.612.9分十个等级；3.6的含义：抗拉强度B：300MPa屈服强度S：180MPa螺母从412分七个等级。标记的含

11、义：保证最小应力的1100选用时：螺母的性能等级不低于螺栓的性能等级江西农大工学院2、许用应力螺纹联接件的许用拉应力：sS螺纹联接件的许用剪应力：sS螺纹联接件的许用挤压应力：钢：p sSp 铸铁：p BSps、B联接件材料的屈服极限、强度极限；S、S、Sp安全系数。江西农大工学院七、提高螺拴联接强度的措施 减少螺栓刚度Cb1、降低应力幅用 腰状 螺杆、空 心螺杆螺母下安装弹性元件改变前改变后江西农大工学院增大被联接件刚度Cm不用垫片，或用刚性较大垫片减少螺栓刚度Cb、增大被联接件刚度Cm和增大预紧力并用。改变前改变后改变前改变后江西农大工学院2、改善螺纹牙上载荷分布不均现象螺栓和螺母的刚度和

12、变形性质不同，造成螺纹牙上各圈的受力不均第 一 圈 螺 纹 牙 承 受 约l 3的 载 荷，以 后 各 圈 依次递减，第8圈以后的螺纹几乎不受载。江西农大工学院用受拉螺母悬置螺母 内斜螺母环槽螺母内斜、环槽共用螺母用钢丝螺套江西农大工学院3、减小应力集中增大过渡圆角、增加卸载槽、卸载过渡结构采用球面垫圈采用腰环结构江西农大工学院4、采用合理的制造工艺采用冷墩螺纹头部；滚压螺纹；冷作硬化表面。江西农大工学院八、螺旋传动（helical drive）1、分类 按用途分传力螺旋（screw of transmissionpower）传导螺旋（screwoftransmissionmotion）传递动

13、力为主间歇工作速度不高需要自锁调整螺旋（adjustingscrew）传递运动为主连续工作速度较高传动精度和效率要高调整、固定零件位置不经常转动江西农大工学院按摩擦性质分滑动螺旋（slidingscrew）滚动螺旋（rollingscrew）结构简单易于自锁摩擦阻力大传动效率低传动精度低静压螺旋（pressurescrew）结构复杂摩擦阻力小传动效率高结构复杂摩擦阻力小传动效率高需供油系统江西农大工学院2、滑动螺旋的结构和材料 结构运动转变方式有：螺杆转动，螺母移动机床进给丝杆起重螺旋螺母转动，螺杆移动螺母固定，螺杆转动及移动螺杆固定，螺母转动及移动江西农大工学院螺母结构整 体 螺 母结 构

14、简 单，但 由 磨 损 产 生 的 轴 向 间 隙不能补偿，只是用于精度要求较低的螺旋。组 合 螺 母结 构 复 杂，但 可 以 定 期 地 调 整，以 消除轴向间隙，避免反向转动时的空行程。剖 分 式 螺 母结 构 复 杂，但 可 以 补 偿 旋 合 螺 纹 的磨损。滑 动 螺 旋 的 螺 纹 类 型 有 矩形、梯形和锯齿形。江西农大工学院材料a、螺杆低速轻载：不经热处理的Q235、Q275、45；较高速重载：热处理的40Cr、65Mn、20CrMnTi；精密传导：热处理的9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl。b、螺母一般传动：ZQSn10l、ZQSn663重载低速：ZQAl94、ZHA

15、l66632重载调整：35、球墨铸铁低速轻载：耐磨铸铁大尺寸：钢或铸铁做外套，内孔浇铸青铜高速：钢或铸铁做外套，内孔浇铸巴氏合金。江西农大工学院3、螺旋传动的设计计算 失效形式及校核内容主要失效形式：磨损校核：受 力 较 大 的 传 力 螺 旋：校 核 螺 杆 危 险 剖 面 及 螺 纹 牙的强度；精密的传导螺旋：校核螺杆的刚度；长径比很大的螺杆：校核其稳定性；高速长螺杆：校核其临界转速；要求自锁的螺杆：校核其自锁性。江西农大工学院耐磨性计算工作面上的压力p：A螺纹承压面积（mm2）；d2螺纹中径（mm）；h螺纹工作高度（mm）；u螺纹工作圈数，u H P H螺母高度（mm）P螺距（mm）；F

16、轴向力（N）；江西农大工学院令 Hd2，则 Hd2，代入整理后得矩形和梯形螺纹，h 0.5P，则30 的锯齿形螺纹，h 0.75P，则：整体螺母：1.22.5；剖分螺母，兼作支承螺母：2.53.5；传动精度高、载荷大、寿命长：4。螺纹工作圈数不易超过10圈。江西农大工学院 自锁条件 螺杆的强度计算式中：F轴向压力（N）；A危险剖面面积（mm2）；WT抗扭截面模量（mm3）；T扭矩（Nmm）；螺杆材料的许用应力（MPa）。江西农大工学院 螺母螺纹牙的强度计算剪切强度：弯曲强度：式中：b牙根部的厚度(mm)，矩形螺纹b0.5P，梯形螺纹b0.65P，锯齿形螺纹b0.75P；l弯曲力臂(mm)，江西

17、农大工学院螺母外径与凸缘强度计算a、bb 剖面拉伸应力b、凸缘与底座接触表面挤压强度考虑摩擦力螺母许用拉伸应力(Mpa)，0.83bc、凸缘根部的弯曲强度许用挤压应力(Mpa)，p(1.5 1.7)b江西农大工学院螺杆的稳定性验算稳定条件：SSCFcrFSS SSC稳定性计算安全系数 SS稳定性安全系数Fcr螺杆临界压力按Sl i 选用不同的公式：传力：SS3.55.0传导：SS2.54.0精密或水平：SS4s100拉压弹性模数E 2.06105(Mpa)螺杆危险剖面的惯性矩(mm4)江西农大工学院s 100，且B480Mpa的优质碳钢s 100，且B380Mpa的普通碳钢s 40时，不必进行

18、稳定性校核。江西农大工学院在Sl i 公式中：螺杆长度系数，查表；l 螺杆工作长度(mm)，i 螺杆危险剖面的惯性半径(mm)两端支承，取支点间的距离，一端螺母支承，支点取螺母中点；江西农大工学院Ssc稳定条件：SSCFcrFSS不满足此条件怎么办？Fcr增大螺杆小径d1江西农大工学院九、螺纹的公差配合与检测1、螺纹的公差原则影 响 螺 纹 互 换 性 的 主 要 因 素 是 螺 距 误 差、牙 型 半 角 误 差 和 中 径 偏 差。螺距误差体现为多个螺距的螺距累计误差。对 联 接 螺 纹，主 要 保 证 可 旋 合 性 和 一 定 的 联 接 强 度，应 采 用 包 容 原 则 来处 理，即 标 准 中 只 规 定 中 径 公 差，而 螺 距 误 差 和 半 角 误 差 都 由 中 径 公差来综合控制。螺 纹 的 大 径 和 小 径，主 要 是 旋 合 时 不 发 生 干 涉，标 准 对 外 螺 纹 大 径 和 内螺 纹 小 径 规 定 了 较 大 的 公 差 值，对 外 螺 纹 小 径 和 内 螺 纹 大 径 没 有 规 定公差值，只规定了保证旋合时不会发生干涉。江西农大工学院