第五螺纹联接和螺旋传动-PPT.pptx

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1、第五螺纹联接和螺旋传动225、1 概述 在机器得设计与制造中,为了减少制造、安装、维修与运输费用,以及尽可能减轻机器重量、节约贵重金属、降低生产成本与提高劳动生产率,在一部机器中我们经常可以瞧到使用了相同或不同得材料来制造不同得零件,然后通过一定得方式与联接手段把这些零件联接成一个整体,来实现预期得性能要求。因此,作为一个工程技术人员,无论从事哪一个行业得工作,都必须了解机械中常用得各种联接方法、特点与应用情况,掌握一定得常用联接得设计准则与方法,熟悉各种常用联接零件得类型、结构与使用条件。33常用得机械联接方法分类如下:44 除以上得联接方式外,常用得还有过盈配合联接、型联接等。机械动联接:

2、被联接得各个零部件之间可以有相对位置变化,例如我们前面介绍得各类运动副;机械静联接:被联接起来得各个零部件之间得位置固定,不允许产生相对运动得联接。机械静联接就是我们本章介绍得主要内容,而螺纹联接就是机械中应用最为广泛得静联接方式之一,它具有结构简单、工作可靠、装拆方便、形式多样、能满足各种要求等优点。所以,我们本章主要介绍螺纹联接。55 顾名思义,螺纹联接就是采用螺纹与螺纹联接件来实现得联接。这类联接有结构简单、拆装方便、工作可靠等特点,在各个行业及日常生活中得到了广泛使用。同时,螺纹与螺纹紧固件绝大多数已经标准化了。这种联接得设计,其主要任务就就是正确得选用。在重要得场合进行强度计算。当然

3、在工程上,为了满足一些特殊得工程要求,有时也需要自制一些特殊得螺纹紧固件。为了全面了解与研究螺纹联接,我们首先需要了解螺纹。665、2 螺 纹一、螺纹得主要几何尺寸一、螺纹得主要几何尺寸在工程制图中在工程制图中,我们已经接触过螺纹与螺纹联接件。我们已经接触过螺纹与螺纹联接件。现在我们就以图现在我们就以图5-15-1来说明螺纹得主要几何参数来说明螺纹得主要几何参数,该图该图就是就是GB192-81GB192-81标准化得螺纹牙型图。标准化得螺纹牙型图。图517788(1)大径d(D):螺纹得最大直径,在标准中也作公称直径。(2)中径()通过螺纹轴向剖面内牙型上得沟槽与凸起宽度相等处得假想圆柱面得

4、直径,近似等于螺纹得平均直径,就是确定螺纹几何参数得直径。(3)小径():即螺纹得最小直径,在强度计算中常作为危险剖面得计算直径。99(44)螺距螺距:螺纹相邻螺纹相邻两牙在中径上对应两点两牙在中径上对应两点得轴向距离。得轴向距离。(55)线数线数nn:螺纹得螺旋螺纹得螺旋线数量线数量,也称螺纹头数。也称螺纹头数。(66)导程导程ss:同一螺旋线同一螺旋线上得相邻两牙在中径线上得相邻两牙在中径线上对应两点间得轴向距上对应两点间得轴向距离。对于单线螺纹离。对于单线螺纹s=ps=p;对于多线螺纹对于多线螺纹s=nps=np。(7)升角:中径 圆柱上,螺旋线得切线与垂直于螺纹轴线得平面得夹角。101

5、0 对于这些几何参数值得规定,国际上与国内都已经标准化。规定得值不同,就会形成不同得螺纹,需要时可以查阅相关得手册与国家标准。(8)牙型角:螺纹牙型两侧边得夹角。(9)螺纹得工作高度h:表示内外螺纹沿径向得接触高度。1111二、螺纹分类 螺纹主要尺寸得不同螺纹主要尺寸得不同,其性能、用途也不同。常用其性能、用途也不同。常用得螺纹牙型有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹得螺纹牙型有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹与矩形螺纹与矩形螺纹(其中除矩形螺纹外都已经标准化其中除矩形螺纹外都已经标准化)。锯齿型螺纹：单向；梯形螺纹：双向传动 传动螺纹：有矩形螺纹与圆锥管螺纹相似）圆锥螺纹：管路联接（高

6、压管路。性。高温、圆锥管螺纹：具有自封圆柱管螺纹：管路联接管螺纹自锁性好。细牙：小载荷、调整机构。粗牙：普通联接使用普通螺纹联接螺纹螺纹12大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流 大家有疑问的，可以询问和交流131311)三角形螺纹三角形螺纹(普通普通螺纹螺纹)牙型角为牙型角为60 60,可可以分为粗牙与细牙以分为粗牙与细牙,粗牙用于一般联接粗牙用于一般联接;与粗牙螺纹相比与粗牙螺纹相比,细细牙由于在相同公称直牙由于在相同公称直径时径时,螺距小螺距小,螺纹深螺纹深度浅度浅,导程与升角也导程与升角也小小,自锁性能好自锁性能好,宜用宜用于薄壁零件与微调装于薄壁零件与微调装置。置。

7、14142)管螺纹 多用于有紧密性要求得管件联接,牙型角为55,公称直径近似于管子内径,属于细牙三角螺纹。15153)梯形螺纹 牙型角为30,就是应用最为广泛得传动螺纹。16164)锯齿型螺纹 两侧牙型角分别为3与30,3得一侧用来承受载荷,可得到较高效率;30一侧用来增加牙根强度,适用于单向受载得传动螺纹。17175)矩形螺纹 牙型角为0,适于作传动螺纹。1818以上5种常见螺纹牙型如图5-2所示。图521919 另外,螺纹可以根据需要制成左旋或右旋(通常螺纹为右旋)。沿螺纹轴线方向瞧,螺旋线自下而上向右倾斜为右旋(如图a),向左倾斜为左旋(如图b)。左旋螺纹得标准紧固件通常制有左旋标记。图

8、532020 按制订得螺纹标准不同,现在常见得有米制与英制两大类。我国除管螺纹外,一般采用米制。要注意:在实际工作中,特别就是从事维修行业时要注意一些进口机器中螺纹得单位制。凡就是牙型、大径与螺距符合国家标准得螺纹都称为标准螺纹。除机械制造中常用得标准螺纹外,还有适用于某些特殊行业得专用螺纹标准,在需要得时候可以查阅有关得设计手册。虽说螺纹并不陌生,但为了从理论得高度来理解与研究螺纹联接,接下来我们就需要对螺纹联接得基本类型与螺纹常用紧固件进行了解。21215、3 螺旋副得受力分析、效率与自锁 为了便于分析,我们根据牙型角不同常把螺纹分为矩形螺纹与非矩形螺纹两种情况。一、矩形螺纹 图54 螺旋

9、副就是由外螺旋副就是由外螺纹螺纹(螺杆螺杆)与内螺与内螺纹组成得运动副纹组成得运动副,经经过简化可以瞧作推过简化可以瞧作推动滑块动滑块(重物重物)沿螺沿螺纹表面运动纹表面运动(如图所如图所示示)。2222图54 将矩形螺纹沿中径d2处展开,得一倾斜角为(即螺纹升角)得斜面,斜面上得滑块代表螺母,螺母与螺杆得相对运动可以瞧作滑块在斜面上得运动。图a所示为滑块在斜面上高速上升时得受力图。2323 为轴向载荷,F相当于旋转螺母时作用在螺纹中径上得水平推力,为法向反力,摩擦力,为摩擦系数,为 与 得合力,为 与 得夹角,称为摩擦角图54根据平衡条件作力封闭图得:2424所以,转动螺纹所需得转矩为:螺母

10、旋转一周所需得输入功为:;此时螺母上升一个导程s,其有效功为:。因此螺旋副得效率为:2525图55 将效率公式绘制成曲线,如图所示。可见当 时效率最高,但过大得升角使制造困难。并且由曲线图可以瞧出:当 之后,效率得增加不明显,所以通常取不超过25。2626图56 当滑块沿斜面等速下降时,摩擦力向上,轴向载荷 变成驱动滑块等速下滑得驱动力,F为阻碍滑块下降得支持力,由如图所示得力封闭图可知:2727 当转动一周时,输入功率为 输出功率为,此时螺旋副得效率为:由公式可知由公式可知,若若,则则 00,说明此时无论轴向说明此时无论轴向载荷载荷 有多大有多大,滑块滑块(即螺母即螺母)都不能沿斜面运动都不

11、能沿斜面运动,这种现象称为这种现象称为自锁自锁。00表明螺旋副处于临界自锁表明螺旋副处于临界自锁状态。状态。00时时,其值越小其值越小,自锁性越强自锁性越强,需要有足够需要有足够大得驱动力大得驱动力FF才能使螺旋副产生相对运动。所以才能使螺旋副产生相对运动。所以螺旋副螺旋副得自锁条件就是得自锁条件就是:。2828二、非矩形螺纹 非矩形螺纹就是指牙型角 0得三角形螺纹、梯形螺纹与锯齿型螺纹等。图57如果忽略螺纹升角得影响,在相同得轴向载荷 得作用下,非矩形螺旋副中得中得法向力比较大,如图所示。2929 非矩形螺旋副中得摩擦力比矩形螺旋副大 倍,如果把法向力得增加想象成摩擦系数得增加,则非矩形螺旋

12、副得摩擦力为:其中 称为当量摩擦系数,称为当量摩擦角。3030同样我们可以得到以下得关系式:螺纹力矩 螺旋副效率 螺旋副自锁条件 在其它条件相同得情况下,牙型角越大螺旋副得效率就越低,自锁性能就越好。所以三角螺纹多用于紧固联接(利用其自锁性),其它螺纹用于传动以提高传动效率。31315、4 螺纹联接得基本类型与螺纹紧固件一、螺纹紧固件一、螺纹紧固件 如图所示为典型得螺纹联接方式之一。如图所示为典型得螺纹联接方式之一。从从图图中中可可以以瞧瞧出出,联联接接必必须须存存在在至至少少两两个个被被联联接接件件。同同时具有螺栓、垫片、螺母等零件组成了联接。时具有螺栓、垫片、螺母等零件组成了联接。3232

13、那么,螺纹紧固件得种类到底有那些呢？联接实际上就是与人类得发展紧密相连得。随着工业化进程得发展,随着专业化分工得出现,为了提高零件得互换性,标准化势在必行。作为各个行业都不可或缺得重要部分:联接,特别就是螺纹联接、螺纹紧固件得类型、规格标准化显得更具重要性。就目前来讲,螺纹紧固件得品种很多,但就是从结构等方面来说,常用得有以下几种。3333图5-91、螺栓 螺栓就是工程上、日常生活中应用最为普遍、广泛得紧固件之一,其形状如图所示。3434 螺栓得头部有各种不同形状,但就是我们最常见得就是六角头,为了满足工程上得不同需要,六角头又有标准六角头与小六角头。一般情况下我们使用标准六角头,在空间尺寸受

14、到限制得地方使用小六角头螺栓。但就是,小六角头螺栓得支承面积较小,如果用于经常拆卸得场合时,螺栓头得棱角也易于磨圆。3535 2、双头螺栓 如图5-10所示。双头螺栓得两端都制有螺纹,两端得螺纹可以相同,也可以不同。其安装方式就是一端旋入被联接件得螺纹孔中,另一端用来安装螺母。图5-103636 3、螺钉 螺钉得头部有各种形状,如图5-11所示。为了明确表示螺钉得特点,所以通常以其头部得形状来命名,如:半圆头螺钉、圆柱头螺钉、沉头螺钉与内六角圆柱螺钉等等。螺钉得承载力一般较小。但就是注意:在许多情况下,螺栓也可以用作螺钉。图5-1137374、紧定螺钉 常用紧定螺钉如图5-12所示。紧定螺钉主

15、要用于小载荷得情况下。例如,以传递圆周力为主得情况下,防止传动零件得轴向串动等。可以瞧出:紧定螺钉得工作面就是在末端,所以对于重要得紧定螺钉需要淬火硬化后才能满足要求。图5-123838图5-13 5、螺母 螺母就是与螺栓相配套得标准零件,其外形有:六角形、圆形、方形及其它特殊得形状。如图5-13所示。其厚度有厚得、标准得与扁得,其中以标准得应用最广。3939图514 6 6、垫圈、垫圈 垫圈也就是标准件垫圈也就是标准件,品种也最多品种也最多,如图所示。如图所示。但但就就是是,应应用用最最多多、最最常常见见得得有有平平垫垫与与弹弹簧簧垫垫两两种种。平平垫垫得得目目得得主主要要就就是是为为了了增

16、增加加支支承承面面积积,同同时时对对支支承承面面起起保保护护作作用用。弹弹簧簧垫垫主主要要就就是是用用于于防防止止螺螺母母与与其其它它紧紧固固件件得得自自动动松松脱脱。所所以以凡凡就就是是有有振振动动得得地地方方又又未未采采取取其其它它防防松措施时松措施时,原则上都应该原则上都应该加装弹簧垫加装弹簧垫。40404141 除了以上两类垫圈外,还有一些特殊得垫圈,如方斜垫圈、止动垫圈等等。在需要得时候可查阅设计手册。在选用标准件紧固件时,我们应该视具体情况,对连接结构进行分析比较后合理选择。另外,我 们 需 要 注 意:螺纹紧固件一般分精制与粗制两种,在机械工业中主要选择使用精制螺纹。4242二、

17、螺纹联接得基本类型 根据所用紧固件与联接方式得不同,螺纹联接可以分为四种基本类型。434311)螺栓联接螺栓联接 如图如图5-85-8所示得螺栓连接。其主要特点就是被联接所示得螺栓连接。其主要特点就是被联接件上制有通孔件上制有通孔,孔与螺栓杆之间可以留有间隙孔与螺栓杆之间可以留有间隙(普通螺普通螺栓连接栓连接),),也可以将螺栓杆上得没有螺纹部分作成与孔也可以将螺栓杆上得没有螺纹部分作成与孔得过渡配合联接形式得过渡配合联接形式(铰制孔链接铰制孔链接)。4444 普通螺栓联接:由于孔与杆之间留有间隙,可以补偿各孔之间得位置误差,且加工简单,装拆方便,所以得到广泛得应用。通孔得大小不能随意,应该根

18、据装配精度查机械设计手册确定。4545 铰制孔螺栓联接:多采用基孔制过渡配合,如H7/m6,H7/n6等,螺杆与通孔加工精度高。由于孔与杆之间就是过渡配合,具有定位作用,可以承受横向载荷,但就是加工成本高。在选择螺栓时,需要考虑联接得结构尺寸进行。4646图5-1522)双头螺栓联接双头螺栓联接 如图如图5-155-15所示。从图上可以瞧出所示。从图上可以瞧出,其其主要特点主要特点为一为一个被联接件上制有螺纹孔个被联接件上制有螺纹孔,其它被联接件上则有通孔。其它被联接件上则有通孔。这种联接主要用于被联接件较厚或受到空间位置尺寸限这种联接主要用于被联接件较厚或受到空间位置尺寸限制制,而又需要经常

19、拆卸得情况下使用。而又需要经常拆卸得情况下使用。4747 这种联接拆卸时,只需要把螺母拧下即可,而螺柱留在原位,以免因多次拆卸使内螺纹损坏(磨损失效)。其螺柱得拧入深度得取值与被联接件得材料、螺柱得直径有关。4848图5-163)螺钉联接 如图5-16所示,为以典型得工程螺钉联接形式,其特点就是:在一个被联接件上加工有螺纹孔,装配时螺钉直接拧入螺纹孔中,不需要螺母。4949 这种联接主要用在空间位置受到限制,而且联接不需要经常拆卸得地方。比较上面三种联接方式可以瞧出,一般情况使用螺栓联接,在空间位置尺寸受到限制时,可以使用双头螺栓联接,也可以使用螺钉联接,其选择取决于拆卸得频繁程度。5050图

20、5-17 4)紧定螺钉联接 如图5-17所示,这种联接主要用来固定被联接件得相对位置得。如图中,主要传递扭矩,为了防止轴向串动加设紧定螺钉。当然,也可以传递较小得力或扭矩。51515、5 螺纹联接得预紧与防松 一、螺纹联接得预紧 在在日日常常生生活活中中,我我们们大大多多数数同同学学都都应应该该拧拧过过螺螺栓栓。根根据据个个人人得得经经验验知知道道:当当利利用用螺螺栓栓联联接接时时,需需要要将将螺螺母母拧拧紧紧,为为什什么么呢呢？下下面面我我们们就就从从科科学学得得理理论论与与方方法法来来探探讨讨研究这方面得问题。研究这方面得问题。我们根据日常得生活经验与材料力学有关知识知我们根据日常得生活经

21、验与材料力学有关知识知道道,任何材料在受到外力作用时任何材料在受到外力作用时,都会产生或多或少得形都会产生或多或少得形变变,螺栓也不例外。当联接螺栓承受外在拉力时螺栓也不例外。当联接螺栓承受外在拉力时,将会伸将会伸长。如果我们在初始时仅将螺母拧上使各个接合面贴合长。如果我们在初始时仅将螺母拧上使各个接合面贴合,那么在受到外力作用时那么在受到外力作用时,接合面之间将会产生间隙。接合面之间将会产生间隙。5252 所以为了防止这种情况得出现,我们都知道在零件未受工作载荷前需要将螺母拧紧,使组成联接得所有零件都产生一定得弹性变形(螺栓伸长、被联接件压缩),从而可以有效地保证联接得可靠。这样,各零件在承

22、受工作载荷前就受到了力得作用,这种方式就称为预紧,这个预加得作用力就称为预紧力。显然,预紧得目得就就是:增强联接得紧密性、可靠性,防止受载后被联接件之间出现间隙或发生相对滑移。5353经验证明:选用适当较大得得预紧力,对螺栓联接得可靠性及降低螺栓得疲劳强度都就是有利得。但过大得预紧力会使紧固件在装配或偶尔过载时断裂。因此,对于重要得螺栓联接,在装配时需要控制预紧力。对于一般联接用得钢制螺栓,其联接预紧力 不超过其材料屈服极限 得80%。可以按下面得推荐得关系式确定:碳素钢螺栓:合金钢螺栓:式中:A1为螺栓得危险剖面面积。5454 预紧力得具体数值应该根据载荷性质具体得工作条件来确定。对于重要得螺栓联接,应在图纸上作为技术条件注明预紧力矩,以便在装配时保证。5555图5-18图5-191、预紧力控制方法在装配时,预紧力就是借助于测力矩扳手或定力矩扳手控制得,如图5-18、5-19所示,通过控制拧紧力矩来间接保证预紧力得。5656