螺纹连接和螺旋传动.ppt

第二篇 连 接,机械连接是将两个或两个以上的零件连成一体的结构。,机械静连接：,机械连接的分类：,机械动连接：,被连接的各零、部件之间可以有相对位置变化。如运动副；,被连接的各零、部件间的相对位置固定不变，不允许产生相对运动。,可拆连接(如螺纹、键、销),机械静连接的分类：,形锁合连接 （平键、铰制孔螺栓）,摩擦锁合连接（过盈）,材料锁合连接（如焊接）,不可拆连接（如焊接、胶接、铆接等）,按可拆性分：,按工作原理分：,5.1 螺纹,一、螺纹的形成,第五章 螺纹连接和螺旋传动,二、螺纹的分类,1. 内螺纹和外螺纹,2. 按母体分：圆柱螺纹和圆锥螺纹,3. 按牙型分：三角形螺纹、矩形、梯形、锯齿形螺纹,4. 按用途分：连接螺纹和传动螺纹,5. 按旋向分：左旋螺纹和右旋螺纹,三、常用螺纹的特点与应用,四、普通螺纹的主要参数,大径d，D,小径d1 ，D1,中径d2， D2,螺距 P,牙型角a,升角,线数n,导程S S=nP。,接触高度h,5.2 螺纹连接的类型和标准连接件,一、螺纹连接的基本类型,二、标准螺纹连接件,1、螺栓,GB/T 5782-2000,标记：螺栓GB/T 5782-2000 M1280,2、双头螺柱,GB/T 898-1988,标记：螺柱GB/T 898-1988 M1050,3、螺钉,GB/T 67-2000,标记：螺钉GB/T 67-2000 M520,4、螺母,GB/T 6170-2000,标记：螺母GB/T 6170-2000 M12,5、垫圈,平垫圈GB/T 848-1985,标记：垫圈GB/T 93-1987 16,弹簧垫圈GB/T 93-1987,5.3 螺纹连接的预紧,预紧力：,大多数螺纹连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：,增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。,预紧力的确定原则：,拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限的80%。,一、预紧,预紧力的控制：,利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。,注意： 对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小(M12)的螺栓。,预紧力和预紧力矩之间的关系：,通常可采用测力矩扳手或定力矩扳手。 对于重要的螺栓连接，也可以采用测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。,防松的根本问题在于防止螺旋副在受载时发生相对转动。,防松的分类： 摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系防松。,5.4 螺纹连接的防松,5.6 单个螺纹连接的强度计算,对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。,螺栓的失效形式：,对于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。,一、松螺栓连接强度计算,例：起重吊勾的松螺栓连接,二、紧螺栓连接强度计算,1. 仅受预紧力的紧螺栓连接,2. 受轴向载荷的紧螺栓连接,3. 承受工作剪力的紧螺栓连接,螺栓连接强度计算的目的：,是根据强度条件确定螺栓直径，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定。,螺牙间的摩擦力矩引 起的扭转剪应力：,强度条件：,根据第四强度理论， 螺栓在预紧状态下的 计算应力:,预紧力引起的拉应力：,1仅受预紧力的紧螺栓连接,2受轴向载荷的紧螺栓连接,螺纹受力变形图,螺栓强度计算:,或,3承受工作剪力的紧螺栓连接,依靠铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在连接结合面处，螺栓杆则受剪切。,螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：,螺栓杆的剪切强度条件为：,5.5 螺栓组连接的结构设计与受力分析,一、螺栓组连接的结构设计,目的：合理地确定连接接合面的几何形状、螺栓的布置形式，使各螺栓和连接接合面间受力均匀，便于加工与装配。,结构设计从以下5个方面进行考虑：,1. 连接接合面的几何形状尽量设计为轴对称的简单几何形状。如圆形、矩形、环形等。,对称布置螺栓，让螺栓组的对称中心与连接面的形心重合。,对于承受弯矩和转矩的螺栓连接，应尽量将螺栓布置在靠近接合面边缘处。,2. 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理,3. 螺栓的布置应便于装配。其边距、间距要合理，扳手有必需的活动 空间。,4.螺栓的数目与布置要便于加工，一般取4、6、8等偶数。,5. 避免螺栓承受附加的弯曲载荷。尽可能让螺栓轴线与螺母及螺栓头部垂直。必需的时候加凸台、沉头座或用斜面垫圈。,二、螺栓组连接的受力分析,受力分析的目的： 根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。,受力分析时所作假设： 所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合； 受载后连接接合面仍保持为平面。,受力分析的类型：,1.横向载荷,4. 倾覆力矩,2. 转矩,3. 轴向载荷,螺纹连接组的设计2,螺纹连接组的设计3,（1）对于普通螺栓连接（图a） ，依靠预紧后接合面间所产生的摩擦 来抵抗横向载荷。,1受横向载荷的螺栓组连接,或,防滑系数(1.11.3),根据公式,校核螺栓强度。,（2）对于铰制孔用螺栓连接（图b），依靠螺杆承受剪切和挤压。,根据挤压强度公式,校核螺栓的挤压强度和剪切强度。,根据剪切强度公式,螺纹连接组的设计4,2受转矩的螺栓组连接,(1) 普通螺栓，依靠预紧后在接合面间 产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。,(2)采用铰制孔用螺栓，依靠螺栓承受 剪切和挤压来抵抗转矩T。,比例常数,3受轴向载荷的螺栓组连接,每个螺栓所受轴向工作载荷为：,螺栓还承受预紧力 的作用，每个螺栓所承受的总载荷,螺纹连接组的设计6,4受倾覆力矩的螺栓组连接,作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡:,最大工作载荷：,受力最大的螺栓强度校核,螺栓的总拉力：,最后，做螺栓的强度校核：,2. 结合面受压最小处不出现间隙,1. 结合面受压最大处不被压碎,压应力由两部分组成，第一：由预紧力形成；第二：由弯矩形成。,压应力校核,压应力校核：,由材料力学知：弯曲应力计算公式：,压应力：,5.7 螺纹连接件的材料与许用应力,一、螺纹连接件材料,. 螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级：3.612.9,例：“3.6” “3” 表示材料的抗拉强度极限为300MPa； “6” 表示屈强比为0.6，屈服极限为180MPa.,. 螺母的性能等级分为 7级：412,例：“4” 表示螺母承受的最小应力为400MPa。,1. 螺纹的等级(表5-8，5-9),低碳钢：Q215、10号钢； 中碳钢：Q235、35号钢、45号钢；,2. 适合制造螺纹的材料,一般连接用途：,合金钢：如15Cr、40Cr等。,冲击、振动、变载荷情况下：,等级8.8级以上的螺纹，材料需要热处理,特殊用途（防锈、耐高温等）：,特种钢、铜合金、铝合金等,二、螺纹连接件的许用应力,1螺纹连接件的许用拉应力,2螺纹连接件的许用切应力和许用挤压应力,屈服极限（材料发生塑性变形的最小应力）,强度极限（材料试件被拉断前的最大应力）,脆性材料以强度极限计算,提高螺纹连接强度的措施,影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面：,改善螺纹牙上载荷分布不均的现象,降低影响螺栓疲劳强度的应力幅,减小应力集中的影响,采用合理的制造工艺,5.8 提高螺纹连接强度的措施,应力变化幅度,螺纹牙的载荷分配,应力集中,机械性能及制造工艺,一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅,1. 降低螺栓刚度,2. 增大被连接件刚度,降低螺栓的刚度、增大被连接件刚度,剩余预紧力的减小,3. 降低螺栓刚度、增大被连接件刚度，同时增大预紧力,有种于改善螺纹连接的紧密性与可靠性。,二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象,1/3的载荷集中在旋合螺纹的第一圈上。,第8圈以后的螺纹几乎不承受载荷。,1. 采用悬置螺母,2. 采用环槽螺母,3. 采用钢丝螺套,三、减小应力集中的影响,在螺栓横截面积发生变化的部位，有应力集中。,采用圆角和卸载结构，以减小应力集中。,四、采用合理的制造工艺,冷镦螺栓头部和滚压螺纹,冷镦：是在材料不加热的情况下使用压力机将材料镦变形。 滚压：利用经过淬硬和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态下对 金属表面进行挤压，将表层的凸起部分向下压，凹下部分向 上挤，逐渐将表面微峰压平，修正表面微观几何形状，细化 表面金属组织的方法。 喷丸：利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面 产生冷硬层和压缩余应力。,提高零件疲劳强度的工艺方法：,例题：设计螺栓组连接。其中：,步骤：,1. 螺栓组结构设计：（螺栓数与布置形式）,2. 螺栓受力分析：, 轴向力：, 横向力：, 倾覆力矩,由倾覆力矩产生的受力最大螺栓所受的载荷：,受轴向载荷最大的螺栓所受的轴向载荷：,由轴向力作用，各螺栓所受的工作拉力：,求总拉力F2：,求预紧力F0：, or ？,3. 确定螺栓直径：,选择螺栓材料Q235、性能等级 4.6，安全系数1.5,查询普通螺纹标准，选取d=12, d1=10.106mm,4. 校核连接接合面的挤压应力：,5. 校核预紧力：,碳素钢：,所以，预紧力的大小也是满足要求的。,螺旋传动1,5-9 螺旋传动,一、螺旋传动的类型和应用,螺旋传动：螺杆和螺母组成的螺旋副实现传动。 运动形式转换：回转运动转变为直线运动，同时传递动力。,（一）螺旋传动常见的运动形式有：,1. 螺杆转动，螺母移动,3. 螺母固定，螺杆转动并移动,2. 螺杆固定，螺母转动并移动,2. 螺旋副摩擦性质分类：,1. 传动按其用途分类：,(二) 螺旋传动的分类：,螺旋起重器,二、滑动螺旋的结构和材料,（一）结构,1. 螺杆与螺母的固定与支承形式,垂直布置,水平布置,例：起重器，千斤顶,例：车床进给机构,当螺杆短且直径较大时，螺母可以作为支承； 当螺杆细而长时， 为了提高螺杆的工作刚度，需要增加中间支承或者采用两端支承。,2. 螺母的结构, 整体式螺母, 剖分式螺母, 组合螺母,不能调整螺纹间隙，适合于传动精度不高的场合。,打开时，螺杆空转；合上时，螺纹旋合，可调隙,通过调整楔块来补偿轴向间隙,3. 传动螺纹的选择, 螺纹形状 矩形、梯形螺纹、锯齿形螺纹, 螺旋线数的选择 传力和调整螺旋单线（便于自锁和微调） 传导螺旋多线（提高传动效率）,（二）螺杆与螺母的材料,要求有足够的强度、较好的耐磨性。详见P95：表5-11,三、滑动螺旋传动的设计计算,（一）主要失效形式与设计准则,1. 失效形式（与连接螺纹的失效区别）,2. 设计准则,针对磨损，确定耐磨性准则 针对塑性变形与断裂，确定强度准则 针对失稳，确定稳定性准则,传动螺纹在载荷作用下相对运动，螺纹牙易磨损、易折断；螺杆大都是细长杆件，易折断、受轴向压力易失稳。,（二）设计计算与校核计算的方法,1. 耐磨性计算,螺纹工作面上的压力要小于许用压力,螺纹工作圈数,螺母的高度,不同的螺母结构(耐磨性不同)，引入修正系数,整体螺母,部分螺母,根据耐磨性的要求，螺纹直径的设计公式：,矩形、梯形螺纹,锯齿螺纹,2. 螺杆的强度计算,传动螺杆不能引用 进行计算，因为传动螺纹