第五章螺纹联接与螺旋传动.pptx

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1、普 通 螺 纹普 通 螺 纹(s c r e w)(s c r e w)的 主 要 参 数的 主 要 参 数(p a r a m e t e r)(p a r a m e t e r)二、普通螺纹(screw)(comon screw)的主要参数(parameter)大径d即螺纹(screw)的公称直径(diameter)。小径d1常用于联接的强度(intensity)计算。中径d2常用于联接的几何计算。螺距P螺纹(screw)相邻两个牙型上对应点间的 轴(shaft)向距离(distance)。牙型角a螺纹(screw)轴(shaft)向截面内，螺纹(screw)牙型两 侧边的夹角。升角y螺

2、旋(volution)线的切线与垂直于螺纹(screw)轴(shaft)线 的平面间的夹角。线数n螺纹(screw)的螺旋(volution)线数目。导程(lead)S(lead)螺纹(screw)上任一点沿同一条螺旋(volution)线转 一周所移动的轴(shaft)向距离(distance)，S=nP。升角y的计算式为：第1页/共37页 普通螺纹普通螺纹(screw)(screw)的主要参数的主要参数(parameter)(parameter)（续）（续）第2页/共37页单线和多线螺纹(screw)、螺纹(screw)效率和当量摩擦角螺纹(screw)效率（拧紧螺母时）：第3页/共37页

3、5.1 联 接 类 型(t y p e)与 标 准 件 1螺纹(screw)联接（screw link）的类型(type)一、螺纹(screw)联接（screw link）的基本类型(type)除上述联接的基本类型(type)外，在机器中，还有一些特殊结构(structure)的螺纹(screw)联接（screw link）。如：T型槽螺栓(bolt)联接、吊环螺钉联接和地脚螺栓(bolt)联接等。说明 第4页/共37页联接主要类型(type)普通螺栓(bolt)（a)、铰制孔螺栓(bolt)(b)、双头螺栓(bolt)(c)和 螺钉(d)联接第5页/共37页螺纹(screw)联接（screw

4、 link）用标准联接零件第6页/共37页利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力(preload)的大小。通常可采用测力矩扳手或定力矩扳手，对于重要的螺栓(bolt)联接，也可以采用测定螺栓(bolt)伸长的方法来控制预紧力。螺 纹(s c r e w)联 接（s c r e w l i n k）的 预 紧和 放 松螺纹(screw)联接（screw link）的预紧和放松 大多数螺纹(screw)联接（screw link）在装配(assemble)时都需要拧紧，使之在承受工作载荷(load)之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力(preload)。增强联接的可靠性(reliabili

5、ty)和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径(diameter)过小(M12)的螺栓(bolt)。预紧力(preload)限制 拧紧后螺纹(screw)联接（screw link）件的预紧应力不得超过其材料(material)的屈服极限ss的80%。v 预紧力(preload)：v 预紧的目的：v 预紧力(preload)的确定原则：v 预紧力(preload)的控制：v 预紧力(preload)和预紧力(preload)矩之间的关系：详细推导 第7页/共37页螺纹(screw)联接（screw link）的防松(表5-2,P355)第

6、8页/共37页螺纹(screw)联接（screw link）的防松(续)第9页/共37页5.3 螺 纹(s c r e w)联 接（s c r e w l i n k）组 的 设 计(d e s i g n)15.3.螺栓(bolt)组联接的设计(design)在设计(design)螺栓(bolt)组联接时，关键是联接的结构(structure)设计(design)。它是根据被联接件的结构(structure)和联接的用途，确定螺栓(bolt)数目和分布形式。v为了便于加工制造和对称布置螺栓(bolt)，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计(design)成轴(shaft)对

7、称的简单几何形状。v螺栓(bolt)布置应使各螺栓(bolt)的受力合理。v螺栓(bolt)的排列应有合理的间距、边距。v 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓(bolt)数目取成4、5、8等偶数。v避免螺栓(bolt)承受附加的弯曲载荷(load)。说明说明说明螺栓(bolt)组联接的结构(structure)设计(design)各螺栓(bolt)之间的距离(distance)大小既要保证联接的可靠性(reliability)又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空间。大多数机械中螺栓(bolt)都是成组使用的。第10页/共37页螺 纹(s c r e w)联 接（s

8、 c r e w l i n k）组 的 受 力 分 析螺栓(bolt)组联接的受力分析1受横向载荷(load)2受转矩(torque)3受轴(shaft)向载荷(load)4受倾覆力矩 受力分析的目的：根据联接的结构(structure)和受载情况，求出受力最大的螺栓(bolt)及其所受的力，以便进行螺栓(bolt)联接的强度(intensity)计算。受力分析时所作假设：所有螺栓(bolt)的材料(material)、直径(diameter)、长度和预紧力(preload)均相同；受载后联接接合面仍保持为平面。受力分析的类型(type)：二、螺栓(bolt)组联接的受力分析螺栓(bolt)

9、组的对称中心与联接接合面的形心重合；第11页/共37页受横向载荷(load)的螺栓(bolt)组联接 （1）对于铰制孔用螺栓(bolt)联接（图b），每个螺栓(bolt)所受工作剪力为：（2）对于普通螺栓(bolt)联接（图a），按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷(load)的要求，有：式中：z为螺栓(bolt)数目。图示为由四个螺栓(bolt)组成的受横向载荷(load)的螺栓(bolt)组联接。1受横向载荷(load)的螺栓(bolt)组联接或 Ks为防滑系数，设计(design)中可取Ks=1.11.3。第12页/共37页受旋转力矩的螺栓(bolt)组联接第13页/

10、共37页受轴(shaft)向载荷(load)的螺栓(bolt)组联接第14页/共37页受反转力矩的螺栓(bolt)组联接第15页/共37页5.4 单 个 螺 栓(b o l t)的 强 度(i n t e n s i t y)计 算 受 拉松 螺 栓(b o l t)联 接5.4 单个螺栓(bolt)的强度(intensity)计算 螺栓(bolt)联接的强度(intensity)计算主要与联接的装配(assemble)情况（预紧或不预紧）、外载荷(load)的性质和材料(material)性能等有关。螺栓(bolt)联接强度(intensity)计算的目的是根据强度(intensity)条件

11、确定螺栓(bolt)直径(diameter)，而螺栓(bolt)和螺母的螺纹(screw)牙及其他各部分尺寸均按标准选定。一、松螺栓(bolt)联接强度(intensity)计算二、紧螺栓(bolt)联接强度(intensity)计算1仅受预紧力(preload)的紧螺栓(bolt)联接 2受轴(shaft)向载荷(load)的紧螺栓(bolt)联接3承受工作剪力的紧螺栓(bolt)联接 联接的失效(invalidation)形式：主要是指螺纹(screw)联接（screw link）件的失效(invalidation)。对于受拉螺栓(bolt)，其失效(invalidation)形式主要是螺

12、纹(screw)部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓(bolt)，其失效(invalidation)形式可能是螺栓(bolt)杆被剪断或螺栓(bolt)杆和孔壁的贴合面被压溃。详细推导 第16页/共37页仅 受 预 紧 力(p r e l o a d)的 紧 螺 栓(b o l t)联 接 仅受预紧力(preload)的紧螺栓(bolt)联接1仅受预紧力(preload)的紧螺栓(bolt)联接预紧力(preload)引起的拉应力：螺牙间的摩擦力(friction force)矩引起的扭转剪应力：强度(intensity)条件：当联接承受较大的横向载荷(load)F时，由于要求F0Ff

13、（f=0.2），即F05F，因而需要大幅度地增加螺栓(bolt)直径(diameter)。为减小螺栓(bolt)直径(diameter)的增加，可采用减载措施。说明根据第四强度(intensity)理论，螺栓(bolt)在预紧状态下的计算应力:第17页/共37页受 轴(s h a f t)向 载 荷(l o a d)的 紧 螺 栓(b o l t)联 接单个螺栓(bolt)的强度(intensity)计算2受轴(shaft)向载荷(load)的紧螺栓(bolt)联接 螺栓(bolt)预紧力(preload)F0后，在工作拉力F 的作用下，螺栓(bolt)的总拉力F2=?这时螺栓(bolt)的总

14、拉力为：为使工作载荷(load)作用后，联接结合面间有残余预紧力(preload)F1存在，要求螺栓(bolt)联接的预紧力(preload)F0为：静强度(intensity)条件：式中F1为残余预紧力(preload)，为保证联接的紧密性，应使 F1 0，一般根据联接的性质确定F1的大小。式中：为螺栓(bolt)的相对刚度，其取值范围为 01。详细分析疲劳强度(intensity)校核 第18页/共37页受轴(shaft)向载荷(load)螺纹(screw)联接（screw link）变形协调图解螺栓(bolt)刚度 c1=tan1=Fp/1;被联件刚度 c2=tan2=Fp/2令 F0为

15、螺栓(bolt)的总载荷(load);Fp为预紧力(preload);Fp为残余预紧力(preload)；F为外载荷(load)。则 1=(F0-Fp)/c1;|2|=(Fp-Fp)/c2;1=|2|;(F0-Fp)/c1=(Fp-Fp)/c2；又 F0=Fp+F;可得 F0=Fp+c1/(c1+c2)F ;Fp=Fp+c2/(c1+c2)F 第19页/共37页受轴(shaft)向载荷(load)螺纹(screw)联接（screw link）(续)残余预紧力(preload)的推荐值见教材P359。螺栓(bolt)的相对刚度c1/(c1+c2)的推荐值见教材P359表5-5。第20页/共37页

16、受轴(shaft)向变载荷(load)的螺纹(screw)联接（screw link）第21页/共37页铰 制 孔 用 螺 栓(b o l t)连 接 的 强 度(i n t e n s i t y)计 算单个螺栓(bolt)的强度(intensity)计算3承受工作剪力的紧螺栓(bolt)联接 这种联接是利用铰制孔用螺栓(bolt)抗剪切来承受载荷(load)的。螺栓(bolt)杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在联接结合面处，螺栓(bolt)杆则受剪切。螺栓(bolt)杆与孔壁的挤压强度(intensity)条件为：螺栓(bolt)杆的剪切强度(intensity)条件为：式中：F螺栓(

17、bolt)所受的工作剪力，单位为N；d0螺栓(bolt)剪切面的直径(diameter)（可取螺栓(bolt)孔直径(diameter)），单位为mm；Lmin螺栓(bolt)杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计(design)时应使Lmin1.25d0 第22页/共37页国家标准规定了螺纹(screw)联接（screw link）件的性能等级。螺栓(bolt)、螺柱、螺钉的性能等级分为10级，螺母的性能等级分为 7级。在一般用途的设计(design)中，通常选用4.8级左右的螺栓(bolt)，在重要的或有特殊要求设计(design)中的螺纹(screw)联接（screw link）件，

18、要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓(bolt)。5.5 螺 纹(s c r e w)联 接（s c r e w l i n k）件 的 材 料(m a t e r i a l)与 许 用 应 力5.5 螺纹(screw)联接（screw link）件的材料(material)与许用应力一、螺纹(screw)联接（screw link）件材料(material)常用的螺纹(screw)联接（screw link）件材料(material)为Q215、Q235、35、45等碳素钢。当强度(intensity)要求高时，还可采用合金钢，如15Cr、40Cr等。性能等级二、螺纹(s

19、crew)联接（screw link）件的许用应力1螺纹(screw)联接（screw link）件的许用拉应力2螺纹(screw)联接（screw link）件的许用剪应力和许用挤压应力3螺纹(screw)联接（screw link）件的安全系数说明（被联接件为钢）（被联接件为铸铁）第23页/共37页5.5 提 高 螺 纹(s c r e w)联 接（s c r e w l i n k）强 度(i n t e n s i t y)的 措 施5.5 提高螺纹(screw)联接（screw link）强度(intensity)的措施以螺栓(bolt)联接为例，螺栓(bolt)联接的强度(inte

20、nsity)主要取决于螺栓(bolt)的强度(intensity)，因此，提高螺栓(bolt)的强度(intensity)，将大大提高联接系统的可靠性(reliability)。影响螺栓(bolt)强度(intensity)的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓(bolt)强度(intensity)。改善螺纹(screw)牙上载荷(load)分布不均的现象降低影响螺栓(bolt)疲劳强度(intensity)的应力幅减小应力集中的影响采用合理的制造工艺 分析分析分析第24页/共37页改善螺牙载荷(load)分布不均现象第25页/共37页密封(airproof)方案比较和减小螺栓(b

21、olt)刚度的方法第26页/共37页第8章 螺旋(volution)传动(power screw)第27页/共37页8.1 概 述螺旋(volution)传动(power screw)的类型(type)和应用传力螺旋(volution)传导螺旋(volution)调整螺旋(volution)螺旋(volution)传动(power screw)按其螺旋(volution)副(helical pair)摩擦性质的不同，又可分为：说明滑动螺旋(volution)滚动螺旋(volution)静压螺旋(volution)说明 螺旋(volution)传动(power screw)是利用螺杆和螺母组成的

22、螺旋(volution)副(helical pair)来实现传动的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递动力。螺旋(volution)传动(power screw)按其用途不同，可分为以下三种类型(type):螺旋(volution)机构在机床的进给机构、起重设备、锻压机械、测量仪器、工具、夹具、玩具及其他工业装备中有着广泛的应用。螺旋(volution)传动(power screw)常见的运动形式有：螺杆转动，螺母移动或螺母固定，螺杆转动并移动。8.1 概述第28页/共37页8.2 螺 纹(s c r e w)(略)第29页/共37页8.3 螺旋(volution)传动(power

23、screw)的设计(design)计算螺旋(volution)副(helical pair)的受力及失效(invalidation)分析滑动螺旋(volution)受轴(shaft)向拉(压)力和摩擦转矩(torque)，如螺旋(volution)起重器的螺杆受到轴(shaft)向压力F和转矩(torque)T的联合作用(图8-5)。螺旋(volution)副(helical pair)之间磨损是其主要失效(invalidation)形式，应根据耐磨性计算来确定螺杆的直径(diameter)、螺距等。对受力较大的传力螺旋(volution)，还应对螺杆及螺母进行强度(intensity)计算。

24、对于长径比很大的螺杆，应校核受压螺杆的稳定性。第30页/共37页结 构(s t r u c t u r e)和材 料(m a t e r i a l)螺旋(volution)传动(power screw)滑动螺旋(volution)的结构(structure)和材料(material)1滑动螺旋(volution)的结构(structure)整体螺母组合螺母剖分螺母螺母结构(structure):滑动螺旋(volution)的结构(structure)主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构(structure)形式。螺旋(volution)传动(power screw)的工作刚度与精度等和支承结

25、构(structure)有直接关系。螺杆的材料(material)要有足够的强度(intensity)和耐磨性。螺母的材料(material)除了要有足够的强度(intensity)外，还要求在与螺杆材料(material)相配合时摩擦系数小和耐磨。2滑动螺旋(volution)的材料(material)说明 第31页/共37页滑 动 螺 旋(v o l u t i o n)副(h e l i c a l p a i r)的设 计(d e s i g n)1滑动螺旋(volution)副(helical pair)的设计(design)滑动螺旋(volution)传动(power screw)

26、的设计(design)计算主要失效(invalidation)形式:螺牙的磨损 设计(design)准则：按抗磨损确定直径(diameter)，选择螺距；校核螺杆、螺母强度(intensity)等。设计(design)方法和步骤：1耐磨性计算 滑动螺旋(volution)的耐磨性计算，主要是限制螺纹(screw)工作面上的压力，其强度(intensity)条件：设计(design)公式：令则得：一般值越大，螺母越厚，螺纹(screw)工作圈数越多。式中:30锯齿形螺纹(screw)矩形和梯形螺纹(screw)螺纹(screw)工作高度 第32页/共37页滑 动 螺 旋(v o l u t i

27、o n)副(h e l i c a l p a i r)的设 计(d e s i g n)(续)滑动螺旋(volution)副(helical pair)的设计(design)(续)依据计算出的螺纹(screw)中径，按螺纹(screw)标准选择合适的直径(diameter)和螺距。验算：若不满足要求，则增大螺距。对有自锁性要求的螺旋(volution)传动(power screw)，应校核自锁条件：2螺杆的强度(intensity)计算 对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度(intensity)理论求出危险截面的计算应力：螺杆的强度(intensity)条件：式中，F为螺杆所受的轴(shaf

28、t)向压力（或拉力），T为螺杆所受的扭矩，第33页/共37页滑 动 螺 旋(v o l u t i o n)副(h e l i c a l p a i r)的设 计(d e s i g n)(续)滑动螺旋(volution)副(helical pair)的设计(design)(续)3螺母螺牙的强度(intensity)计算螺牙上的平均压力为：F/u4螺母外径与凸缘的强度(intensity)计算5螺杆的稳定性计算详细说明详细说明 对于支撑螺母，需要校核螺母本体的强度(intensity)。对于长径比较大的受压螺杆，需要校核压杆的稳定性，要求螺杆的工作压力F要小于临界载荷(load)Fcr传力螺旋(volution)传导螺旋(volution)精密螺杆或水平安装其危险截面 a a 的剪切强度(intensity)条件和弯曲强度(intensity)条件分别为：第34页/共37页8.4.1 滚动螺旋(volution)简介第35页/共37页静压螺旋(volution)传动(power screw)简介第36页/共37页2003.07.12感谢您的观看！第37页/共37页