螺旋传动教学课件.ppt

螺纹联接和螺旋传动 1 螺纹 2 螺纹联接的类型及标准联接件 3 螺纹联接的预紧 5 螺纹联接的强度计算 7 螺栓的材料和许用应力 8 提高螺栓联接强度的措施 9 螺旋传动 4 螺纹联接的防松 6 螺栓组联接的设计 潘存云教授研制 潘存云教授研制 一、螺纹的形成 1 螺 纹 d2 螺旋线-一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线 等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。 螺纹-一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图 形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。 螺纹 按螺纹的牙型分 螺 纹 的 分 类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 螺纹的牙型 潘存云教授研制 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹 15 30 3 30 潘存云教授研制 潘存云教授研制 管螺纹：牙型角55 联 接 螺 纹 传 动 螺 纹 m g tr b 粗牙 细牙 螺 纹 管 螺 纹 梯形螺纹 锯 齿 形 螺 纹 普 通 是最常用的联接螺纹 用于细小的精密或薄壁零件 用于水管、油管、气管等 薄壁管子上，用于管路的 联接。 用于各种机床的丝杠，做 传动用。 只能传递单方向的动力。 螺 纹 种 类 特征 代号 外 形 图用 途 常用的几种螺纹的特征代号及用途 潘存云教授研制 按螺纹的牙型分 螺 纹 的 分 类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 右旋螺纹 潘存云教授研制 左旋螺纹 潘存云教授研制 按螺纹的牙型分 螺 纹 的 分 类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹 多线螺纹 一般: n 4 双线螺纹单线螺纹 ps s = 2p p s p s =p n线螺纹: s = n p 潘存云教授研制 潘存云教授研制 按螺纹的牙型分 螺 纹 的 分 类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹 多线螺纹 外螺纹 内螺纹 螺纹副 潘存云教授研制 潘存云教授研制 外螺纹 内螺纹 潘存云教授研制 潘存云教授研制 车外螺纹车内螺纹 工件 卡盘 螺纹的加工方法： 车刀 按螺纹的牙型分 螺 纹 的 分 类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹 多线螺纹 外螺纹 内螺纹 联接螺纹 传动螺纹螺旋传动 联接螺纹 传动螺纹 潘存云教授研制 潘存云教授研制 按螺纹的牙型分 螺 纹 的 分 类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹 多线螺纹 外螺纹 内螺纹 联接螺纹 传动螺纹 圆柱螺纹 圆锥螺纹 潘存云教授研制 圆柱螺纹圆锥螺纹 潘存云教授研制 潘存云教授研制 管螺纹 潘存云教授研制 (3)中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该 圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。 d1 d2 d (1)大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重 合的假想圆柱体的直径。 (2) 小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶 )相重合的假想圆柱体的直径。 (4) 螺距p 相邻两牙在中径线上对应两点间 的轴向距离。 (5) 导程s (6) 螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线 的平面的夹角 (7)牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹 轴线的垂线间的夹角。 tg= d2 np 牙侧角 d2 s s = np 同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距p 二、螺纹的主要几何参数 s p p/2p/2 (8)接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。 h 普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可 以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其 余的统称为细牙螺纹。 60 螺纹的精度等级: a级 b级 c级 公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合； 受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的联接； 用于一般联接，最常用。 粗牙螺纹应用最广 细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高. 缺点：不耐磨 易滑扣。 应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。 p d 粗牙 d p 细牙 d p 细牙 潘存云教授研制 潘存云教授研制 梯形螺纹： 梯 形锯齿形 30 3 30 为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小 得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广 。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。 锯齿形螺纹: 常用于传动。 = 15 = 3 粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基 本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。 螺纹的基本尺寸： 潘存云教授研制 直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm 3 0.5 2.675 2.459 公称直径（大径） 粗 牙 细 牙 d d 螺距p 中径 d2 d2 小径 d2 d2 螺距p 4 0.7 3.545 3.242 5 0.8 3.545 4.134 0.35 0.5 6 1 5.350 4.918 8 1.25 7.188 6.647 10 1.5 9.026 8.376 1.25, 1 0.75 12 1.75 10.863 10.106 1.5, 1.25 0.5 (14) 2 12.701 11.835 1.5, 1 16 2 14.701 13.835 (18) 2.5 16.376 15.294 20 2.5 18.376 17.294 (20) 2.5 20.376 19.294 24 3 22.052 20.752 (27) 3 25.052 23.752 30 3.5 27.727 26.211 2, 1.5, 1 注：括号内的公称直径为第二系列 h=0.866p d2=d-0.6495p d1=d-1.0825p d1、d1-内、外螺纹小径 d2、d2-内、外螺纹中径 d、d -内、外螺纹大径 p-螺距 标记示例： m24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3) m24x1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5) p p/8 p/8 p/8 h/4 d d d2 d2 d1 d1 p/2 p/4 30 60 90 潘存云教授研制 细牙普通螺纹基本尺寸 mm 螺距p 中径d2、d2 小径d1、d1 0.35 d-1+0.773 d-1+0.621 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1.25 d-1+0.188 d-2+0.647 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 2 d-2+0.701 d-3+0.835 3 d-2+0.052 d-4+0.752 潘存云教授研制 潘存云教授研制 梯形螺纹基本尺寸 mm 标记示例：tr48x8 (梯形螺纹，直径48，螺距8) p h3=h4 ac 第1系列 第2系列 d2 d2 d1 螺距 螺纹牙高 牙顶间隙 公称直径d 中 径 内螺纹小径 12 6.5 0.5 90、100 85、95 d-6 d-12 10 5.5 0.5 40、70、80 38、42、65 d-5 d-10 8 6.5 0.5 48、52 46、50 d-4 d-8 4 2.25 0.25 16、20 18 d-2 d-4 5 2.75 0.25 24、28 22、26 d-2.5 d-5 6 2.25 0.5 32、36 30、34 d-3 d-6 内螺纹 外螺纹 d p r1 r2 d1 d4 h1 d2 d2 d3 ac ac 30 h4 r2 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 d d2 d1p 用螺纹密封的管螺纹 普通细牙螺纹 管螺纹 非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁 = 55） 用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁 = 55） 60圆锥管螺纹 公称直径-管子的公称通径。强调与普通螺纹不同 55 55 非螺纹密封的管螺纹 d d2 d1 p 2 潘存云教授研制 潘存云教授研制 52 螺纹联接的类型及标准联接件 一、 螺纹联接的基本类型 螺栓联接 基 本 类 型 潘存云教授研制 e a a l1 l1 可承受横向载荷。 螺纹余留长度l1 铰制孔螺栓 孔与螺杆之 间留有间隙 静载荷l1=(0.30.5)d; 变载荷l1=0.75d; 冲击载荷或弯曲载荷l1 d; 铰制孔用螺栓l1 0; 螺纹伸出长度a=(0.20.3)d; 螺栓轴线到边缘的距离 e=d+(36) mm 用于经常拆装易磨损之处。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 d d 120 不穿通螺纹孔的画法: 钻孔 118 0.5d 攻丝 容易出错的地方 螺纹的标注 标注的基本格式 特征代号 公称直径 导程(p螺距)旋向 公差带代号 旋合长度代号 粗牙螺纹不标注螺距。 旋合长度为中等时，“n”可省略。 右旋螺纹不用标注旋向，左旋时则标注lh。 右旋 左旋 长：l 中等：n 短：s 中径和顶径 公差带代号 单线螺纹 改为 。导程(p螺距)螺距 公差带代号应按顺序标注中径、顶径公差带代号。 标注示例 m202lh5g6gs 普通螺纹 大径d20 螺距p2 (细牙) 短旋合长度 顶径公差带代号 左旋 中径公差带代号 例1： 例2： tr4014(p7)7hl 梯形螺纹 大径d40 导程14螺距p7线数2 中径、顶径 公差带代号 长旋合长度 右旋 m202 标注方法 m20-7h g1 记住： 尺寸界线应 从大径引出！ 尺寸界线 应从 何处引出? 注： g右面的数字 不是管螺纹 的大径，而 是它的尺寸 代号。 外螺纹 管螺纹 1 内螺纹 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 一、 螺纹联接的基本类型 螺栓联接 基 本 类 型 螺钉联接 座端拧入深度h，当螺孔材料为： a e e 双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。 钢或青铜 h=d; 铸铁 h=(1.251.5)d 铝合金 h=(1.52.5)d 螺纹孔深度 h1=h+(22.5)p; 钻孔深度 h2=h1+(0.51)d; 参数l1 、e、a与螺栓相同 l1l1 hh h1h1 h2h2 结构简单，省了螺母，不宜经常拆 装，以免损坏螺孔而修复困难。 d 52 螺纹联接的类型及标准联接件 潘存云教授研制 一、 螺纹联接的基本类型 螺栓联接 基 本 类 型 螺钉联接 双头螺柱联接 紧定螺钉联接 紧定螺钉 52 螺纹联接的类型及标准联接件 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 二、螺纹紧固件 螺栓 螺 纹 紧 固 件 螺栓的结构形式 l l0 d 六角头 l d l0 小六角头 d l0 l1 l l1 -座端长度 l0 -螺母端长度 二、螺纹紧固件 螺 纹 紧 固 件 双头螺柱 螺栓 二、螺纹紧固件 螺 纹 紧 固 件 末端 结构 头部 结构 螺钉、紧定螺钉 双头螺柱 螺栓 潘存云教授研制 二、螺纹紧固件 螺 纹 紧 固 件 潘存云教授研制 地脚螺栓 潘存云教授研制 起吊螺钉 螺钉、紧定螺钉 双头螺柱 螺栓 专用螺纹联接 t 型螺栓 六角螺母六角扁螺母六角厚螺母 圆螺母 二、螺纹紧固件 螺 纹 紧 固 件 用于经常拆装 易磨损之处。 用于尺寸受限制之处。 国标罗列有六十余种不同结构的螺母螺母 螺钉、紧定螺钉 双头螺柱 螺栓 专用螺纹联接 潘存云教授研制 其它螺母 ： 潘存云教授研制 其它螺母 ： 垫圈 平垫圈薄平垫圈 a型平垫圈b型平垫圈 螺母 螺钉、紧定螺钉 双头螺柱 二、螺纹紧固件 螺栓 螺 纹 紧 固 件 斜垫圈弹簧垫圈 圆螺母用止动垫圈 作用：增加支撑面积以减 小压强，避免拧紧螺母擦 伤表面、防松。 专用螺纹联接 53 螺纹联接的预紧 预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之 在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加 作用力称为预紧力。 预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受 载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。 预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹联接件的预紧应力不 得超过其材料的屈服极限ss的80%。 一、概述 一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的 作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹 联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。 碳素钢螺栓 ： f0(0.60.7) s a1 合金钢螺栓 ： f0 (0.50.6) s a1 a1 -危险截面积， a1 d21/4 二、 拧紧力矩 t1克服螺纹副相对转动的阻力矩； t2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩； 设预紧力为f0 或预紧力（不受轴向载荷） fc摩擦系数。 无润滑时取： fc =0.15 rf支撑面摩擦半径。 rf =(dw+d0)/4 简化公式： 适用于m10m60的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15, t 0.2 f0 d fa fa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取： 总力矩： 注意：对于重要的联接，应尽可能采用m12的螺栓。 t d0 d dw 潘存云教授研制 测力矩扳手 预紧力控制方法: 联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动 松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有 可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（ 如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。 f 定力矩扳手 通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的， 重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。 ls 1)凭手感经验； 2)测力矩扳手； 3)定力矩扳手； 4)测定伸长量。 lm ls 潘存云教授研制 联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作 温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和 变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有 可能松动而失效。高温下的螺栓联接，由于温度变形 差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设 计时必须考虑防松，即防止相对转动。 防松的方法： 1. 利用附加摩擦力防松 尼龙圈锁紧螺母 弹簧垫圈 对顶螺母 53 螺纹联接的防松 防松-防止螺旋副相对转动。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 开口销与六 角开槽螺母 串联钢丝 2. 采用专门防松元件防松 圆螺母用止动垫圈 潘存云教授研制 止动垫圈 3. 其他方法防松 11.5p 用冲头冲23点 冲点防松法 粘合法防松 涂粘合剂 55 螺纹联接的强度计算 螺栓联接 的主要失 效形式： 滑扣 因经常拆装 受拉螺栓 塑性变形 螺纹部分 疲劳断裂 受剪螺栓 剪断 压溃 螺杆和孔壁的贴合面 经常拆卸 断裂 -轴向变载荷 潘存云教授研制 螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强 度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部 分都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算 主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公 称直径d及螺距p等。 一、松螺栓联接强度计算 强度条件 ： 式中: d1-螺纹小径 mm ， 许用应力 二、紧螺栓联接强度计算 fa fa 力除以面积 设计公式 ： 装配时须要拧紧，在工作状 态下可能还需要补充拧紧。 1. 仅承受预紧力的紧螺栓强度 2. 承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接 3.承受工作剪力的紧螺栓联接 装配时不须要拧紧 螺栓受轴向拉力f0和摩擦力矩t1的双重作用 。 拉应力 ： 1. 仅承受预紧力的紧螺栓强度 扭转切应力 ： 对于m10m64的普通钢制螺纹，可取： tg f =0.17， d2 /d1=1.04-1.08, tg 0.5 得： 0.5 分母为抗剪截面系数 计算应力 ： 由此可见，对于m10m64普通螺纹的钢制紧螺 栓联接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联 合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算， 并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。 强度条件 ： 潘存云教授研制 潘存云教授研制 当承受横向工作载荷时， 预紧力f0 导致接合面所产生的摩擦力应大于 横向载荷f。 c-可靠性系数，常取 c=1.11.3 预紧力f0 ： f-摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.10.15 m-结合面数 上图m=1,下图m=2 若取 f =0.15， c=1.2, m=1, 则： f0 8f结构尺寸大 f f f f/2 f/2 f0 f0 f0 f0 潘存云教授研制 潘存云教授研制 f f/2 f/2 2. 受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接 改进措施： a. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用 b. 采用无间隙的铰制孔螺栓。 设流体压强为p，螺栓数目为z，则 缸体周围每个螺栓的平均载荷为： p d2/4 f = z p f f d 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 受载 变形 特别注意，轴向载荷： f2 f0+f 加预紧力后螺栓受拉伸长b 被联接件受压缩短m 加载 f 后: 螺栓总伸长量增加为: 总拉力为： 被联接件压缩量减少为： 残余预紧力减少为： f1 很显然: f1cm , m m ） 措施三：综合措施（ cb cm , f0 f0 ） f f f1 f2 f2 f f m f1 b f0 m 虽然f =f f f2f3f4f5 10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。 螺 栓 杆 f 螺 栓 杆 f 螺母体 均载螺母均载原理 螺母和螺杆均为拉伸变 形，有助于减小两者螺 距变化，使受载均匀。 加厚螺母 潘存云教授研制 1015 悬置螺母 环槽螺母 内斜螺母 1015 内斜与环槽螺母 均载原理相同螺母也受拉 内斜螺母因力的作用点外移可使载 荷较大的头几圈螺纹牙容易变形， 使载荷上移而改善载荷分布不均。 均载 元件 悬置螺母 环槽螺母 内斜螺母 内斜螺与环槽螺母 都是改变螺母旋合部分的变形性质，使之和螺栓变形性质相同 ，均为拉伸变形，从而使螺纹牙上载荷分布趋于均匀； 钢丝螺套 加工复杂，仅限于用 在重要场合或大型联接 。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 支承面不平 三、减小应力集中 1.增大过渡圆角 2.切制卸载槽 r 四、避免或减小附加应力 采用凸台或沉孔结构 切削加工支承面 潘存云教授研制 被联接件变形太大 3.卸载过渡结构 要从结构、制造与装配精度采取措施。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 五、采用特殊制造工艺 冷镦头部、辗压螺纹 疲劳强度提高30% 比车削 表面处理： 氰化、氮化也能提高疲劳强度。 球面垫圈 采用球面垫圈和腰环 螺栓可以保证螺栓的装 配精度。 腰环螺栓 一、螺旋传动的类型和应用 调整螺旋 静压螺旋 类 型 运动形式有： 59 螺旋传动 螺母固定，螺杆转动并移动 螺旋传动是利用螺杆和螺母 组成的螺旋副来实现传动的 。 作用：回转运动 直线运动，同时传递动力。 螺杆转动，螺母移动 按用 途分 传力螺旋 传导螺旋 滑动螺旋 滚动螺旋 按摩擦 性质分 传递动力 传递运动,要求精度高 调整相对位置 调整螺旋 调整螺旋 潘存云教授研制 潘存云教授研制 应用: 机床的进给机构、起重设备 （千斤顶） 、锻压机械(压力 机)、测量仪器（千分尺）、 工具（老虎钳）、夹具、玩具 、机器人及其他工业装备中。 二、滑动螺旋的结构和材料 滑动螺旋的结构主要 是指螺杆、螺母的固定和 支承的结构形式。螺旋传 动的工作刚度与精度等和 支承结构有直接关系。 压力机 1、结构 千斤顶 潘存云教授研制 潘存云教授研制 整体螺母 组合螺母 剖分螺母 螺母结构 潘存云教授研制 组合螺母 调整楔快固定螺钉调整螺钉 剖分螺母 潘存云教授研制 螺旋副材料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦系数小 2滑动螺旋的材料 螺杆材料: q257、45、50钢，或t12、40cr、65mn 螺母材料: zcusn10p1、zcusn5pb5zn5、 zcual10fe3. 螺杆-螺母材料 滑动速度 m/min 许用压力/mpa 摩擦系数 低速 1825 3 1118 612 710 15 12 淬火钢-青铜 钢-青铜 钢-铸铁 钢钢 612 1013 0.060.08 4 精密螺杆或水平安装 螺杆的稳定性条件为： -螺杆长度系数，由下表确定。 i 为螺杆危险截面的惯性矩 l b)当螺杆一端以螺母支承时， l 取 从螺母中部到另一支点上的距离。 l 为螺杆的工作长度: a) 当螺杆两端支承时， l 取两支点