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一 螺纹的主要参数 5 1螺纹 第五章螺纹联接与螺旋传动 基本概念 螺纹联接是利用螺纹零件构成的联接 特点 构造简单 拆装方便 工作可靠 标准件 应用广 d 螺纹大径d1 螺纹小径d2 螺纹中径p 螺距n 线数S 导程 螺纹升角 牙型角 牙型斜角旋向 二 螺纹副的受力关系 效率和自锁 圆周力 拧紧时 松开时 效率 拧紧时 松开时 自锁条件 式中 当量摩擦角 当量摩擦系数 F 轴向力 Nf 摩擦系数 三 常用螺纹的特点和应用 对螺纹的要求 足够的强度和良好的工艺性联接螺纹 自锁管螺纹 紧密性 气密性传动螺纹 效率高调整螺纹 精度高起重螺纹 效率高 自锁性好 螺纹的分类 按牙形 三角形螺纹 矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 管螺纹按母体形状 圆柱螺纹 圆锥螺纹 1 普通螺纹 代号 MGB192 81 特点 螺纹的牙型角 2 60 因牙型角 大 所以当量摩擦系数大 自锁性能好 主要用于联接 细牙螺纹与粗牙螺纹的比较 粗牙 常用 细牙的缺点 牙小 相同载荷下磨损快 易脱扣 细牙 自锁性能更好 常用于承受冲击 振动及变载荷 或空心 薄壁零件上及微调装置中 2 矩形螺纹 特点 牙形为正方形 0 所以效率高 用于传动 牙根强度弱 加工困难 常被梯形螺纹代替 3 梯形螺纹 代号 T 特点 2 30 比矩形螺纹效率略低 牙根强度高 易于对中 易于制造 剖分螺母可消除间隙 在螺旋传动中有广泛应用 rGB192 81 4 锯齿形螺纹 代号 SJB923 66 特点 工作边 3 非工作边 30 便于加工 它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点 能承受较大的载荷 但只能用于单向传动 5 圆柱管螺纹 特点 用于管件联接的三角螺纹 55 螺纹面间没有间隙 密封性好 适用于压强在1 6MPa以下的联接 6 圆锥螺纹 特点 螺纹均布在锥度为1 16的管上 55 或60 螺纹面间没有间隙 不用填料 靠牙变形 密封性好 适用于高温 高压的联接 5 2螺纹联接的基本类型与标准件联接 一 螺纹联接的基本类型 1 螺栓联接普通螺栓联接绞制孔螺栓联接 普通螺栓联接绞制孔螺栓联接 普通螺栓联接螺栓和孔壁有间隙孔的加工精度低绞制孔螺栓联接螺杆与孔用过渡配合 承受轴向载荷孔需精制可起定位作用 2 螺钉联接 特点 被联接件不宜做成通孔 不宜经常拆卸 拧入深度 铜或青铜 H d铸铁 H 1 25 1 5d铝合金 H 1 5 2 5d 3 双头螺柱联接 特点 被联接件不宜做成通孔又需要经常拆卸或用螺钉无法安装 拧入深度 铜或青铜 H d铸铁 H 1 25 1 5d铝合金 H 1 5 2 5d 4 紧定螺钉联接旋入被联接件的螺纹孔中 顶住另一被联接件的表面或凹坑 固定两个零件或传递不大的力矩 二 标准螺纹联接件 各种螺栓 螺钉 紧定螺钉的头部和末端 三 螺纹联接零件常用材料和机械性能等级 1 常用材料 普通联接 低碳钢 中碳钢 如 Q215 Q235和10 15 35 45号钢变载荷或有冲击 振动的重要联接 合金钢 如 40Cr 15MnVB 30CrMnSi螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低20 40HBS 2 螺栓 螺钉 螺柱性能等级 摘自GB3098 1982 1988年确认 3 螺母性能等级 摘自GB3098 2 1982 1988年确认 5 3螺纹联接的预紧 预紧的作用 预紧可使联接在承受工作载荷之前就受到预紧力F 的作用 以防止联接受载后被联接件之间出现间隙或横向滑移 预紧也可以防松 控制预紧力的目的 预紧力过大 会使联接超载预紧力不足 可能导致联接失效重要的螺栓应控制预紧力 拧紧螺母时的力矩和预紧力 装配时控制预紧力的方法 5 4螺纹联接的防松 一摩擦防松 1 双螺母在螺母和螺栓之间形成内力 保证摩擦力 结构简单 使用方便可靠性不高用于平稳 低速 重载 2 弹簧垫圈弹力保持一定压力切口尖端逆向 3 锁紧螺母镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中椭圆口螺母 二 机械防松 1 开口销与六角开槽螺母 2 止动垫圈 止动垫圈 3 串联钢丝 三 永久防松 焊接冲点涂胶 5 5单个螺栓联接的强度计算 一 松螺栓联接 MPa mm 强度条件或许用应力 MPa 二 紧螺栓联接1 受横向载荷的紧螺栓联接 1 普通螺栓联接 对于常用的M10 M68的普通螺栓 螺栓的当量应力 第四强度理论 螺栓的强度条件为 MPa 当所需预紧力很大时 为了减小螺栓尺寸 采用套筒 键 销来承受横向载荷 2 铰制孔螺栓联接 螺栓杆的剪切强度条件为 螺栓与孔壁的挤压强度条件为 MPa MPa 螺栓抗剪面直径 mm 式中 m 螺栓抗剪面数目 螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度mm 设计时应使 螺栓的许用剪切应力 MPa 螺栓或孔壁材料的许用挤压应力 MPa 2 受轴向工作载荷的紧螺栓联接 汽缸盖的联接 1 受力分析 见动画 螺栓的相对刚度 螺栓受力 被联接件受力 2 静强度计算 或 MPa mm 式中 紧螺栓联接的许用拉应力 3 疲劳强度计算 对于受变载荷的螺栓联接 按静强度设计尺寸后 还需进行疲劳强度校核 疲劳强度条件为 MPa MPa 式中 有效应力集中系数 螺纹制造工艺系数 尺寸系数 安全系数 螺栓材料的对称拉压疲劳极限 三 螺栓联接的许用应力 表5 5螺栓许用剪应力及许用挤压应力 5 6螺栓组联接设计 一 螺栓组联接的结构设计 1 联接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状 2 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理 3 螺栓的排列应有合理的间距 边距 扳手空间 4 分布在同一圆周上的螺栓数目 应取4 6 8等偶数 以便钻孔时在圆周上分度和画线 5 避免螺栓承受偏心载荷 产生偏心载荷的原因 凸面和沉头座的应用 斜垫圈的应用 二 螺栓组联接的受力分析 1 受轴向载荷Q的螺栓组联接 2 受横向载荷R的螺栓组联接 1 普通螺栓联接 式中 f 接合面间摩擦系数m 接合面数Kf 考虑摩擦系数不稳定及靠摩擦传力有时不可靠而引入的可靠性系数一般Kf 1 1 1 3 2 用绞制孔螺栓联接 3 受旋转力矩T的螺栓组联接 1 采用普通螺栓联接时 靠预紧后在接合面上各螺栓处摩擦力对形心的力矩之和平衡外加力矩T 式中 r1 r2 rz 各螺栓中心至螺栓组形心O的距离Kf 可靠性系数f 接合面间摩擦系数 2 采用绞制孔用螺栓联接时 忽略接合面上的摩擦力 外加力矩T靠螺栓所受剪力对底板旋转中心的力矩之和来平衡 4 受倾覆力矩M的螺栓组联接 受倾覆力矩的螺栓组联接除要求螺栓强度足够外 还应保证接合面既不出缝隙也不被压馈 接合面右端应满足 MPa Mpa 5 39 左端应满足 MPa MPa 5 41 由式5 39 5 41求得预紧力F 并取两者较大值 和工作拉力Fmax求得作用在螺栓上的总拉力F0后 再求出所需螺栓直径 5 7提高螺栓联接强度的措施 一 改善螺纹牙上载荷的分配 均载螺母1 均载螺母2 均载螺母3 钢丝螺套 二 提高疲劳强度1减小应力幅 减小螺栓刚度螺母下加弹性元件 中空螺杆 减小螺杆直径 增大被联接件刚度去掉弹性密封垫 加密封环 2减小应力集中 5 8螺旋传动一 螺旋传动的类型和应用螺旋传动按其类型可分为 调整螺旋 如机床进给的微调螺旋起重螺旋 如千斤顶传动螺旋 如机床丝杠 螺旋传动按其螺纹间摩擦性质的不同 可分为 滑动螺旋 滑动摩擦 结构简单 加工方便 应用最广 滚动螺旋 滚动摩擦静压螺旋 液体摩擦 滑动螺旋牙形 多用梯形螺纹 重载起重螺旋也有用锯齿形螺纹 对效率要求高时可用矩形螺纹 螺旋受力 滑动螺旋工作时 螺杆承受轴向载荷和转矩 螺杆和螺母的螺纹牙承受挤压 弯曲和剪切 滑动螺旋的失效形式有 螺纹磨损 螺杆断裂 螺纹牙根剪断和弯断 受压螺杆很长时还可能失稳 二 滑动螺旋的失效形式和材料 螺杆的材料 要求有足够的强度 常用35 45号钢 需经热处理以达到高硬度的重要螺杆 则常用合金钢 如65Mn 40Cr T12 20CrMnTi等 螺母材料 除要有足够的强度外 还要求在与螺杆配合时摩擦系数小和耐磨常用材料有铸造青铜 如ZCuSn10Pb1 ZCuSn5Pb5Zn5 螺母材料选用 重载低速使用强度较高的铸造青铜ZCuAl10Fe3或铸造黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3低速不重要的螺旋传动也可用耐磨铸铁或灰铸铁 三 滑动螺旋的设计计算 1 耐磨性计算耐磨性计算主要是限制螺纹工作表面的压强 以防止过度磨损 假想螺纹牙可以展成一长条 设螺旋的轴向载荷为F 螺母旋合高度为H 螺距为p 螺纹旋合圈数为Z H p 螺纹工作高度为h 承压面积为A 螺纹工作面上的压强为ps 则螺纹的耐磨性条件为 MPa 若按耐磨性条件设计螺纹中径d2时 可引用系数 以消去H mm 对于矩形和梯形螺纹 h 0 5p 则 对于锯齿形螺纹 h 0 75p 则 系数 的值 可根据螺母结构选定整体式螺母 磨损后间隙不能调整 取 1 2 2 5 剖分式螺母 2 5 3 5 对于传动精度较高时 允许 4 由于旋合各圈受力不均 应使Z 10 计算出d2后 应选为标准值 螺纹的其它参数根据d2按标准选取 2 螺杆强度计算 螺杆危险截面的强度条件为 第四强度理论 起重螺旋 锯齿和矩形螺纹 梯形螺纹 式中 d1 螺杆螺纹小径 mm 螺杆材料许用应力F 螺杆所受轴向力 NT 螺杆所受转矩 N mm 螺纹牙根部的剪切强度计算 MPa 螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为 3 螺纹牙强度计算 式中 d 螺母螺纹大径 mmh 螺纹牙的工作高度 mmb 螺纹牙根部厚度 mm b 螺母材料的许用剪切应力和许用弯曲应力 MPa 4 螺纹副自锁条件校核 5 螺杆的稳定性计算 受压螺杆的稳定性条件式为 Fc 螺杆稳定的临界载荷Fc与螺杆材料及长径比 柔度 有