螺纹联接与螺旋传动.ppt

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1、10.1 螺纹参数10.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁10.3 机械制造常用螺纹10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件10.5 螺纹连接的预紧与防松10.6 螺栓连接的强度计算10.7 螺纹连接件的材料和许用应力10.8 提高螺栓连接强度的措施10.9 螺旋传动10.10 滚动螺旋传动简介10.11 键连接10.12 销连接第10章 连接10.1 螺纹参数左旋螺纹和右旋螺纹单线螺纹和多线螺纹 螺纹分为内螺纹和外螺纹，二者共同组成螺纹副用于连接和传动。螺纹的牙型 螺纹的类型三角形矩形梯形锯齿形主要用于连接多用于传动 螺纹的主要参数大径d 小径d1中径d2螺距P 导程S 升角l牙型角a、牙型斜

2、角b10.1 螺纹参数10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 一、矩形螺纹(=0)螺旋副在力矩和轴向载荷作用下的相对运动，可看成作用在中径的水平力推动滑块沿螺纹运动，如图10-4a所示。将矩形螺纹沿中径d2展开可得一斜面(图10-4b)。当滑块沿斜面等速上升(拧紧螺母)时，Fa为阻力，F为驱动力。因摩擦力向下，故总反力FR与Fa的夹角为+。由力的平衡条件可得：F=Fatg(+)(10-2a)作用在螺旋副上的相应驱动力矩(拧紧力矩)当滑块沿斜面等速下滑(松开螺母)时，轴向载荷Fa变为驱动力，而F变为维持滑块等速运动所需的平衡力(图10-4c)。10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 F=Fatg

3、(-)(10-3a)作用在螺旋副上的相应力矩当斜面倾角大于摩擦角时，滑块在重力作用下有向下加速的趋势。这时由式(10-3a)求出的平衡力F为正，方向如图10-4c所示。它阻止滑块加速以便保持等速下滑，故F是阻力。当斜面倾角小于摩擦角(斜面自锁条件)时，滑块不能在重力作用下自行下滑，即处于自锁状态，由式(10-3a)求出的平衡力F为负，即F与运动方向成锐角，F为驱动力。它说明在自锁条件下，必须施加驱动力F才能使滑块等速下滑。10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 二、非矩形螺纹(0)对比图10-5a和b可知，若略去螺纹升角的影响，在轴向载荷Fa作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹的大。若把法向力

4、的增加看作摩擦系数的增加，则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为式中f为当量摩擦系数，即式中为当量摩擦角，为牙侧角。10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁当滑块沿非矩形螺纹等速上升(拧紧螺母)时，可得水平推力：F=Fatg(+)(10-5a)相应的驱动力矩当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得：F=Fatg(-)(10-6a)相应的力矩为10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁若螺纹升角小于当量摩擦角，则螺旋具有自锁特性，如不施加驱动力矩，无论轴向驱动力Fa多大，都不能使螺旋副相对运动考虑到极限情况，非矩形螺纹的自锁条件可表示为 (10-7)为了防止螺母在轴向力作用下自动松开，用于连接的紧固螺纹必须满足自锁条

5、件。结论：当轴向载荷为阻力，阻止螺旋副相对运动时，相当于滑块沿斜面等速上升，应使用式(10-2b)或式(10-5b)。当轴向载荷为驱动力，与螺旋副相对运动方向一致时，相当于滑块沿斜面等速下滑，应使用式(10-3b)或式(10-6b)。10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 螺旋副的效率是有效功与输入功之比。着按螺旋转动一圈计算，输入功为2T，此时升举滑块所作的有效功为FaS，故螺旋副的效率为 由上式可知，当量摩擦角一定时，效率只是螺纹升角的函数。效率曲线如图10-6所示。令d/d=0，可得当=45/2时效率最高。10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁。普通螺纹常用螺纹的特点及应用管螺纹矩形螺纹

6、梯形螺纹锯齿形螺纹10.3 机械制造常用螺纹1.螺栓连接一 螺栓连接的基本类型10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件2.双头螺柱连接10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件3.螺钉连接10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件4.紧定螺钉连接10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件二 标准螺纹连接件1.螺栓、螺柱、螺钉连接件10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件2.紧定螺钉、螺母10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件3.垫圈10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件10.5 螺纹连接的预紧和防松 一般螺纹连接在装配的时候都必须拧紧，以增强连接的可靠性、紧密性和防松能力。螺栓连接的预紧 对于一

7、般连接，可凭经验来控制预紧力F0的大小，但对于重要的连接就要严格控制其预紧力。T=T1+T2=KF0d拧紧时扳手力矩为T可由测力矩扳手测定!式中K为拧紧力矩系数,可查表10.5 螺纹连接的预紧和防松 螺栓连接的防松 连接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象。螺纹连接放松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。常用的防松方法:摩擦防松机械防松:其他防松弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺母开口销带翅垫片止动垫片10.6 螺栓连接的强度计算 单个螺栓连接的强度计算是螺纹连接设计的基础。根据连接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。设

8、计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。螺栓连接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹的公称直径（大经）d等。受拉螺栓连接10.6 螺栓连接的强度计算1.松螺栓连接强度条件：设计公式：式中s为松连接螺栓的许用拉应力（MPa）,查表d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。2.紧螺栓连接只受预紧力紧螺栓连接螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应力状态。螺栓危险界面上的拉伸应力为螺栓危险界面上的扭转剪切应力为10.6 螺栓连接的强度计算 对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，取fv=tan jv，简化处理的ts，根据第四理论，可求出当量应力

9、se为因此，强度条件为：即设计公式为10.6 螺栓连接的强度计算受横向外载荷的紧螺栓连接 载荷与螺栓轴向垂直，靠被连接件间的摩擦力传递。螺栓受载前需预紧,受载前后受力相同。螺栓内部危险截面上既有轴向预紧力F0形成的拉应力s，又有因螺栓与螺纹牙面间的摩擦力矩T1而形成的扭转剪应力t。受力特点螺栓预紧力当f、Kf、m=1时，可得此结构，要使连接不发生滑动，螺栓要承受7倍于横向外载荷的预紧力。结构笨重、不经济。因此要避免这种结构，而采用新结构。10.6 螺栓连接的强度计算承受轴向静载荷的紧螺栓连接载荷方向与螺栓轴向一致,螺栓受载前需预紧,受载前后受力不同.螺栓内部危险截面上同样既有拉应力s,又有扭转

10、剪应力t.受力特点强度条件:设计公式:式中FS为螺栓受载后所受的轴向总拉力(N),通过受载前对螺栓的预紧,和受载后螺栓轴向拉力的分析,可知这里F为单个螺栓的轴向载荷,F0为残余轴向预紧力FS=F+F010.6 螺栓连接的强度计算 受剪切螺栓连接 受力特点：螺栓受载前后不需预紧，横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。挤压强度条件剪切强度条件10.6 螺栓连接的强度计算10.7 螺纹连接件的材料和许用应力 螺纹连接件的材料其它对螺纹有特殊要求（如防腐、耐高温）时，应选择有特殊性能的材料。一般螺纹连接件常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215、Q235、15、35、45等受冲击、振动和变载荷作用

11、的螺栓可用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB等螺栓材料的许用拉应力按下式确定:式中S为安全系数。紧连接螺栓若不控制预紧力，则S大小与螺栓直径和载荷性质有关，此时设计螺栓连接时，常用试算法确定S。即先预估螺栓直径，再与计算出的螺栓直径作比较后，对S作调整和计算。10.7 螺纹连接件的材料和许用应力 螺纹连接的许用应力10.7 螺纹连接件的材料和许用应力10.8 提高螺栓连接强度的措施 螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，提高螺栓强度有以下几种措施：改善螺纹牙间的载荷分配内斜螺母环槽螺母悬置螺母螺纹牙间载荷分配关系减小螺栓的应力变化幅度10.8 提高螺栓连接强度的措施 受

12、变载荷作用的螺栓，其应力也在一定的幅度内变动，减小螺栓刚度或增大被连接件刚度等皆可以使螺栓的应力变化幅度减小。减小螺栓刚度的方法a.柔性螺栓b.弹性元件10.8 提高螺栓连接强度的措施增大被连接件刚度的方法a.金属垫片b.密封环减小应力集中10.8 提高螺栓连接强度的措施10.8 提高螺栓连接强度的措施避免附加弯曲应力10.9 螺旋传动 螺旋运动是利用由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力的场合。螺旋传动的类型传力螺旋传动螺旋调整螺旋 螺旋传动的结构及材料1.螺母结构整体螺母不能调整间隙，只能用在轻载且精度要求较低的场合组合螺母这种螺母

13、便于操作，一般用于车床溜板箱的螺旋传动中2.螺杆结构 通常采用牙型为矩形、提醒或锯齿形的右旋螺纹。特殊情况下也采用左旋螺纹。10.9 螺旋传动3.材料一般螺杆的选用原则如下：高精度传动十多选碳素工具钢需要较高硬度，可采用铬锰合金钢或者采用65Mn钢一般情况下可用45、50钢 螺母材料可采用铸造锡青铜，重载低速的场合可选用铸造铝铁青铜，而轻载低速时也可选用耐磨铸铁。10.9 螺旋传动10.10 滚动螺旋传动简介 在螺杆和螺母制建设有封闭循环的滚道，在滚道间填充钢珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，提高传动效率，这种传动称为螺旋传动，又称为滚珠丝杠副。滚珠丝杠的分类、特点和应用1.滚珠丝杠的分类按

14、用途定位滚珠丝杠传动滚珠丝杠通过旋转角度和导程控制轴向位移量，称为P类滚珠丝杠用于传动动力的滚珠丝杠，称为T类滚珠丝杠10.10 滚动螺旋传动简介按循环方式内循环滚珠丝杠外循环滚珠丝杠10.10 滚动螺旋传动简介2.滚珠丝杠的特点及应用滚珠丝杠的优点滚动摩擦系数小，传动效率高启动扭矩接近运转扭矩，工作较平稳磨损小且寿命长，可用调整装置调整间隙，传动精度与刚度均得到提高不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动10.10 滚动螺旋传动简介滚珠丝杠的缺点结构复杂，制造困难在需要防止逆转的机构中，要加自锁机构承载能力不如滑动螺旋传动大 滚动丝杠多用在车辆转向机构及对传动精度要求较高的场合。10.10 滚

15、动螺旋传动简介 滚珠丝杠副的特征代号及标注精度等级类型(P/T)承载钢珠圈数螺纹旋向公称导程公称直径结构特征预紧方式循环方式10.10 滚动螺旋传动简介10.11 键联接常用的轴毂联接有键联接、花键联接等。轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并用来传递运动和扭矩键联接1 平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，故定心性较好。普通平键应用极为广泛。轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。1平键联接普通平键导向平键和滑键根据用途，平键又可分为普通平键普通平键按端部形状的不同可分为圆头

16、（A型）、方头（B型）、半圆头（C型）三种，具体结构如下图：点击查看三维图10.11 键联接A型C型B型10.11 键联接导向平键和滑键导向平键和滑键用于动联接。当轮毂需要在轴上沿轴向移动时可采用这种键联接。当被联接零件滑移距离较大时，宜采用滑键。导向平键滑 键点击查看三维图平键的尺寸10.11 键联接平键的失效 平键联接工作时的主要失效形式为组成联接的键、轴和轮毂中强度较弱材料表面的压溃，极个别情况下也会出现键被剪断的现象。通常只须按工作面上的挤压强度进行计算。键被剪断10.11 键联接 平键联接的受力情况如图所示。假设载荷沿键的长度方向是均布的，平键联接的挤压强度条件为 导向平键联接的主要

17、失效形式为组成键联接的轴或轮毂工作面部分的磨损，须按工作面上的压强进行强度计算，强度条件为10.11 键联接2半圆键联接 键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的键槽中绕其圆心摆动，以适应轮毂上键槽的斜度，安装方便。常用与锥形轴端与轮毂的联接。10.11 键联接3.楔键联接楔键的上、下表面为工作面，两侧面为非工作面。键的上表面与键槽底面均有1:100 的斜度。工作时，键的上下两工作面分别与轮毂和轴的键槽工作面压紧，靠其摩擦力和挤压传递扭矩。普通楔键勾头楔键观看楔键的安装10.11 键联接4切向键由两个斜度为1:100的楔键组成。一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互成1201

18、35角的两个键。10.11 键联接观看花键的安装5花键联接由轴和轮毂孔沿四周方向均部的多个键齿构成的联接称谓花键联接。花键的标记为：N（键数）d（小径）D（大径）B（键槽宽）10.11 键联接10-12 销 连 接销的主要用途是固定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷。销的基本形式为圆柱销和圆锥销。还有大端具有外螺纹的圆锥销或小端带外螺纹的圆锥销等许多特殊形式。销的常用材料为35、45钢。图10-42a是带槽的圆柱销，销上有三条压制的纵向沟槽，图b是放大的俯视图，其细线表示打入销孔前的形状，实线表示打入后变形的结果，这使销与孔壁压紧，不易松脱，能承受振动和变载荷。使用这种销连接时，销孔不需要铰制，且可多次装拆。返回目录10-12 销 连 接螺栓连接双头螺柱连接螺钉连接紧定螺钉连接测力矩扳手弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺母开口销带翅垫片止动垫片冲点法粘合法焊点法串联钢丝螺栓预紧前的受力分析螺栓加载后的受力分析螺纹牙间载荷分配关系弹性元件金属垫片密封环传力螺旋传动螺旋调整螺旋左旋右旋单线螺纹和多线螺纹指状铣刀铣键槽圆盘铣刀铣键槽导向平键联接滑键联接楔键联接切向键联接花键联接