《机械设计基础》第五章螺纹联接及螺旋机构.ppt

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1、第五章 螺纹联接及螺旋机构5.1 螺纹的形成、主要参数及常用类型螺纹的形成、主要参数及常用类型5.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁5.3 螺纹联接和螺纹联接件螺纹联接和螺纹联接件5.4 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算5.5 设计螺纹联接时应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题2021/9/2315.15.1螺纹的形成、主要参数及常用类型螺纹的形成、主要参数及常用类型螺纹联接和螺旋机构都是利用螺纹零件工作的。螺纹联接和螺旋机构都是利用螺纹零件工作的。前者起紧固作用，要求保证联接强度及紧密性；前者起紧固作用，要求保证联接强度及紧密性；后者是传动零件，要求保证传动精

2、度、效率和后者是传动零件，要求保证传动精度、效率和磨损寿命等。磨损寿命等。联接联接不可拆联接：焊接、铆接、胶接等。不可拆联接：焊接、铆接、胶接等。可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等2021/9/2325.15.1螺纹的形成、主要参数及常用类型螺纹的形成、主要参数及常用类型一、螺纹的形成一、螺纹的形成根根据据平平面面图图形形的的形形状状，螺螺纹纹可可分分为为三三角角形形螺螺纹纹、矩矩形形螺螺纹纹、梯梯形形螺螺纹纹和和锯齿形螺纹等。锯齿形螺纹等。外螺纹、内螺纹外螺纹、内螺纹2021/9/2335.15.1螺纹的形成、主要参数及常用类型螺纹的形成、主要参数及常用

3、类型按按螺螺旋旋线线的的绕绕行行方方向向，可分为左旋和右旋。可分为左旋和右旋。按按螺螺旋旋线线的的数数目目，可可分分为为单单线线、双双线线、三三线线或或多多线线螺螺纹纹。单单线线螺螺纹纹通通常常用用于于联联接接，也也用用于于传传动动；双双线线、三三线线、四四线线螺螺纹纹多多用用于传动。于传动。2021/9/2345.15.1螺纹的形成、主要参数及常用类型螺纹的形成、主要参数及常用类型2021/9/2355.15.1螺纹的形成、主要参数及常用类型螺纹的形成、主要参数及常用类型二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数大大径径d 与与外外螺螺纹纹牙牙顶顶相相重重合合的的假假想想圆圆柱柱体体的的直直径径，

4、亦亦称称公公称称直直径径，通通常常以以公公称称直直径径表表示示螺螺纹纹大大小小,如：如：M25；小径小径d1 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体的与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体的直径直径,即即危险剖面直径危险剖面直径,(计算直径计算直径)；中径中径d2 在轴向剖面内，母线通过牙厚等于牙在轴向剖面内，母线通过牙厚等于牙槽宽的假想圆柱体直径槽宽的假想圆柱体直径,即即几何直径几何直径；2021/9/2365.15.1螺纹的形成、主要参数及常用类型螺纹的形成、主要参数及常用类型螺距螺距P 相邻两牙对应相邻两牙对应两点间的轴向距离；两点间的轴向距离；导导程程Ph 同同一一条条螺螺旋旋线线上上的的相相邻邻两两

5、牙牙对对应应两两点点间间的的轴轴向向距距离离(单单线线：Ph=P，多线多线Ph=nP)；螺旋升角螺旋升角 在中径圆柱上螺旋线的切线与垂在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线平面的夹角直于螺纹轴线平面的夹角:牙牙型型角角 轴轴向向截截面面内内，螺螺纹纹牙牙型型相相邻邻两两侧侧边边的的夹夹角角；螺螺纹纹牙牙型型的的侧侧边边与与螺螺纹纹轴轴线线的的垂垂直直平平面面的的夹角称为牙侧角，对称牙型的牙侧角夹角称为牙侧角，对称牙型的牙侧角2021/9/2375.15.1螺纹的形成、主要参数及常用类型螺纹的形成、主要参数及常用类型主要用于联接主要用于联接2021/9/2385.15.1螺纹的形成、主要参数及

6、常用类型螺纹的形成、主要参数及常用类型主要用于传动主要用于传动2021/9/2395.25.2螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁一、矩形螺纹一、矩形螺纹等速上升等速上升等速下降等速下降当拧紧螺母时，螺母转一周所需的输入功为当拧紧螺母时，螺母转一周所需的输入功为等速上升等速上升等速下降等速下降2021/9/23105.25.2螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁此时举起重物所做的有效功为此时举起重物所做的有效功为旋转螺母而举起重物时，螺旋副的效率为旋转螺母而举起重物时，螺旋副的效率为令令当当 时，螺旋副的效率最高。一般取时，螺旋副的效率最高。一般取自锁条

7、件：自锁条件：2021/9/23115.25.2螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁二、三角形螺纹二、三角形螺纹当量摩擦系数当量摩擦系数三角形螺纹的摩擦阻力三角形螺纹的摩擦阻力大于矩形螺纹大于矩形螺纹各力之间的关系及效率公式等都与矩形螺纹中的分析相似，各力之间的关系及效率公式等都与矩形螺纹中的分析相似，只需将只需将f和和 相应的改为相应的改为 和和 即可。即可。力的关系力的关系自锁条件自锁条件效率效率2021/9/23125.35.3螺纹联接和螺纹联接件螺纹联接和螺纹联接件一、螺纹联接的基本类型一、螺纹联接的基本类型1、螺栓联接、螺栓联接铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接普通螺栓

8、联接普通螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接多采用基孔制多采用基孔制过渡配合过渡配合被联接件必须被联接件必须打成通孔打成通孔2021/9/23135.35.3螺纹联接和螺纹联接件螺纹联接和螺纹联接件2、双头螺柱联接、双头螺柱联接3、螺钉联接、螺钉联接4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接2021/9/23145.35.3螺纹联接和螺纹联接件螺纹联接和螺纹联接件2021/9/23155.45.4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算 螺螺栓栓联联接接的的计计算算，通通常常是是先先根根据据联联接接的的装装配配情情况况、外外载载荷荷的的大大小小和和方方向向以以及及是是否否需需要要在在外

9、外载载荷荷作作用用下下补补充充拧拧紧紧等等来来确确定定螺螺栓栓的的受受力力，然然后再按强度条件确定螺栓后再按强度条件确定螺栓危险截面的尺寸危险截面的尺寸。螺螺栓栓的的其其他他尺尺寸寸以以及及螺螺母母、垫垫圈圈的的尺尺寸寸均均可随之由标准选定。可随之由标准选定。2021/9/23165.45.4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算一、松螺栓联接一、松螺栓联接强度条件为强度条件为2021/9/23175.45.4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算二、紧螺栓联接二、紧螺栓联接1.受横向载荷的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接为防止相对滑动，要满足如下条件：为防止相对滑动，要满足如下条件：i接合面数目

10、（摩擦工作面）；接合面数目（摩擦工作面）；QP单个螺栓预紧力单个螺栓预紧力Ks安全系数，一般取安全系数，一般取1.11.32021/9/23185.45.4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算拧拧紧紧螺螺母母时时，危危险险截截面面上上既既有有拉拉应应力力，又又有有扭扭转转切切应应力力，根根据据第第四四强强度度理理论论，对对于于普普通通螺螺栓栓，其其螺螺纹纹部部分分的的强度条件强度条件：设计式为设计式为：校核式为校核式为：2021/9/23195.45.4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接剪切强度剪切强度失效形式失效形式：挤压强度挤压强度d d0 0杆抗剪面直径杆抗

11、剪面直径mm抗剪面数目抗剪面数目 许用剪许用剪应力应力pp -螺栓或孔壁较弱的材料螺栓或孔壁较弱的材料螺栓剪断螺栓剪断接触表面压溃接触表面压溃2021/9/23205.45.4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算减荷装置减荷装置2021/9/23215.45.4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算2.受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接 虽然，这种螺栓是在受预紧力虽然，这种螺栓是在受预紧力Qp的基础上，又受的基础上，又受工作拉力工作拉力Q。但。但是，是，螺栓的总拉力螺栓的总拉力 气缸螺栓连接图气缸螺栓连接图预紧力预紧力QpQp单个螺栓工作拉力单个螺栓工作拉力Q Q：2021/9/232

12、25.45.4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算预紧时预紧时受工作载荷后受工作载荷后Qp残余预紧力残余预紧力螺栓：螺栓：被联接件被联接件：螺栓的总拉力为螺栓的总拉力为LdQp2021/9/2323强度条件验算公式强度条件验算公式：设计公式设计公式：5.45.4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算2021/9/23245.45.4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算可用载荷变形图分析各力之间的关系。可用载荷变形图分析各力之间的关系。螺栓的刚度螺栓的刚度：CL 被联接件的刚度被联接件的刚度：CT力变形力变形力变形变形协调条件：变形协调条件：螺栓总拉力：螺栓总拉力：2021/9/23255.45.

13、4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算3.预紧力与拧紧力矩预紧力与拧紧力矩为为获获得得一一定定的的预预紧紧力力Q0，所所需需的的拧拧紧紧力力矩矩T由由两两部部分分组组成成：一一部部分分由由克克服服螺螺纹纹中中的的摩摩擦擦阻阻力力矩矩T1，另另一一部部分分用用于于克克服服螺螺母母与与支支承承面面的摩擦阻力矩的摩擦阻力矩Tf，即，即T=T1+Tf。2021/9/23265.45.4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算预紧力预紧力Q QP P的控制：的控制：测力矩板手测力矩板手测出预紧力矩，如上图测出预紧力矩，如上图定力矩板手定力矩板手达到固定的拧紧力矩达到固定的拧紧力矩T T时，弹簧受压将时，弹簧

14、受压将自动打滑，如下图自动打滑，如下图测量预紧前后螺栓伸长量测量预紧前后螺栓伸长量精度较高精度较高 2021/9/23275.55.5设计螺纹联接时应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题一、螺纹联接的防松一、螺纹联接的防松根本问题根本问题：防止螺纹副在受载时发生相对转动。：防止螺纹副在受载时发生相对转动。对顶螺母防松对顶螺母防松弹簧垫圈防松弹簧垫圈防松自锁螺母防松自锁螺母防松槽形螺母与开口销防松槽形螺母与开口销防松止动垫圈防松止动垫圈防松串联钢丝防松串联钢丝防松2021/9/23285.55.5设计螺纹联接时应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题2021/9/23295.55.5设计螺纹联接时

15、应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题2021/9/23305.55.5设计螺纹联接时应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题2021/9/23315.55.5设计螺纹联接时应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题2021/9/23325.55.5设计螺纹联接时应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题 （1 1）螺栓组的布置应尽可）螺栓组的布置应尽可能对称，以使接合面受力比较能对称，以使接合面受力比较均匀，一般都将接合面设计成均匀，一般都将接合面设计成对称的简单几何形状，并应使对称的简单几何形状，并应使螺栓组的对称中心与接合面的螺栓组的对称中心与接合面的形心重合，如图所示形心重合，如图所示.1.螺纹

16、连接结构设计螺纹连接结构设计2021/9/23335.55.5设计螺纹联接时应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题（2 2）螺栓布置要有合理的距离。在布置螺栓时，螺栓）螺栓布置要有合理的距离。在布置螺栓时，螺栓中心线与机体壁之间、螺栓相互之间的距离，要根据中心线与机体壁之间、螺栓相互之间的距离，要根据扳手活动所需的空间大小来决定扳手活动所需的空间大小来决定.如下图如下图扳手空间扳手空间 （3 3）分布在同一圆周上的螺栓数，应取为）分布在同一圆周上的螺栓数，应取为4 4、6 6、8 8等易于等分的数目，以便于加工。等易于等分的数目，以便于加工。2021/9/23345.55.5设计螺纹联接时应注

17、意的问题设计螺纹联接时应注意的问题2.避免附加弯曲应力避免附加弯曲应力2021/9/23355.55.5设计螺纹联接时应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题2021/9/23365.55.5设计螺纹联接时应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题3.采用均载螺母采用均载螺母第一圈：第一圈：pp最大，受力最大最大，受力最大第第810810圈后几乎不受力圈后几乎不受力各圈受载不均各圈受载不均P:P:螺距螺距2021/9/23375.55.5设计螺纹联接时应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题 采用加高螺母不能采用加高螺母不能 提高联接强度。提高联接强度。常用方法（变形一致）常用方法（变形一致）减小螺栓螺母螺距变化差减小螺栓螺母螺距变化差2021/9/23385.55.5设计螺纹联接时应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题4.降低螺栓刚度，增加被联接件刚度降低螺栓刚度，增加被联接件刚度措施：措施：1 1）螺栓长度螺栓长度 光杆直径光杆直径 采用细长采用细长/空心螺栓空心螺栓2 2）增加被联接件刚度）增加被联接件刚度2021/9/2339Q5.55.5设计螺纹联接时应注意的问题设计螺纹联接时应注意的问题减小螺栓刚度、增大被连接件刚度，同时增加预紧力减小螺栓刚度、增大被连接件刚度，同时增加预紧力2021/9/2340