螺纹联接和螺旋传动(1)ppt课件

1、第二篇第二篇 联接联接connection动联接动联接movable connection机器任务时，机器任务时，被联接零件之间可以有相对运动的联接。被联接零件之间可以有相对运动的联接。可拆联接可拆联接不需求毁坏任何零件就可拆开的联不需求毁坏任何零件就可拆开的联接。接。静联接静联接fixed joint机器任务时，被联接机器任务时，被联接零件之间不允许有相对运动的衔接。零件之间不允许有相对运动的衔接。运动副运动副滑动轴承滑动轴承螺纹联接螺纹联接焊接焊接不可拆联接不可拆联接拆开时至少要破坏一个零件的联拆开时至少要破坏一个零件的联接。接。思索构造安装思索构造安装运输维护运输维护螺纹联接螺纹联接键联

2、接键联接焊接焊接铆接铆接思索制造思索制造经济性经济性第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动一、一、 螺纹螺纹thread1、螺纹的构成、螺纹的构成2、螺纹的类型、螺纹的类型 按平面图形分按平面图形分 牙根强度牙根强度 工艺性工艺性 适用场所适用场所三角形螺纹三角形螺纹(triangular thread) 最大最大 好好 联接联接矩形螺纹矩形螺纹(rectangle thread) 小小 差差 传动传动梯形螺纹梯形螺纹(trapezoidal thread) 较大较大 好好 传动传动锯齿形螺纹锯齿形螺纹(sawtooth thread) 较大较大 好好 传动传动管螺纹管螺纹pipe

3、 thread 联接联接 按螺线的绕行方向分按螺线的绕行方向分左旋螺纹左旋螺纹left-hand thread右旋螺纹右旋螺纹right-hand thread 按螺纹线数分按螺纹线数分单线螺纹单线螺纹single-thread用于联接用于联接双线螺纹双线螺纹double-thread用于传动用于传动三线螺纹三线螺纹triple-thread用于传动用于传动多线螺纹多线螺纹用于传动用于传动3、主要参数、主要参数大径大径d公称直径公称直径nominal thread小径小径d1危险剖面直径，强度计算直径危险剖面直径，强度计算直径中径中径d2轴线剖面上的假想直径轴线剖面上的假想直径线数线数n 螺旋

4、线数目螺旋线数目螺距螺距Pthread pitch导程导程Slead SnP升角升角lead angle牙型角牙型角牙侧角牙侧角任务高度任务高度h二、螺纹联接的根本类型二、螺纹联接的根本类型1、螺栓、螺栓bolt联接联接 普通螺栓普通螺栓general bolt联接联接 铰制孔螺栓铰制孔螺栓reamer bolt联接联接2、双头螺柱、双头螺柱stud，double-end bolt联接联接3、螺钉、螺钉screw联接联接4、紧定螺钉、紧定螺钉setscrew联接联接5、特殊用螺钉联接、特殊用螺钉联接 地脚螺钉地脚螺钉(foundation bolt)联接联接吊环螺钉吊环螺钉eye bolt联接

5、联接6、规范螺纹联接件、规范螺纹联接件 螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉自攻螺钉、螺母、垫圈自攻螺钉、螺母、垫圈 三、螺纹联接的预紧和防松三、螺纹联接的预紧和防松一螺纹副受力分析一螺纹副受力分析1、矩形螺纹、矩形螺纹 物体沿斜面匀速上升物体沿斜面匀速上升F0RFF0RNFFf F F0 tan+螺母旋转一周的输入功为螺母旋转一周的输入功为 A1 Fd2F0 tan+d2举升重物的有效功为举升重物的有效功为 A2 F0SF0d2 tan效率：效率：)tan(tan)tan(tan202012dFdFAA当当45450.5 0.5 时，螺纹副的效率最高时，螺纹副的效率最高 物体

6、沿斜面匀速下降物体沿斜面匀速下降F0RNFFfF0RF F F0 tan 自锁条件为：自锁条件为： FF0 tan0 2、三角形螺纹、三角形螺纹摩擦力：摩擦力：NF0N力的关系力的关系 F F0 tanv效效 率率 cos2sin200FFN000coscos222fFfFfFNfFf)tan(tanv自锁条件自锁条件cosarctanarctanffV二螺纹联接的预紧二螺纹联接的预紧1、螺纹阻力矩、螺纹阻力矩)tan(2201VdFT2、支承面阻力矩、支承面阻力矩202030300231dDdDfFTc3、拧紧力矩、拧紧力矩FLdDdDfdFTTTcv20203030202132)tan(2

7、1添加可靠性添加可靠性严密性严密性4、控制预紧力的方法、控制预紧力的方法 测力矩板手测力矩板手 定力矩板手定力矩板手 测定螺栓伸长量测定螺栓伸长量三螺纹联接的防松三螺纹联接的防松1、摩擦防松、摩擦防松prevent loosening by friction 双螺母双螺母double nut弹簧垫圈弹簧垫圈spring washer自锁螺母自锁螺母self-locking nut2、机械防松、机械防松开口销开口销(spring cotter)与六角开槽螺母与六角开槽螺母(notch nut)止动垫圈止动垫圈stop washer串联金属丝串联金属丝in series wire3、永久防松破坏螺

8、纹副、永久防松破坏螺纹副冲点、焊接冲点、焊接(jointing)、粘合、粘合(conglutination)四、单个螺栓联接的强度计算四、单个螺栓联接的强度计算1、失效方式及计算准那么、失效方式及计算准那么 受拉螺栓受拉螺栓 断裂过载断裂、疲劳断裂过载断裂、疲劳断裂、螺纹滑扣；断裂、螺纹滑扣；计算准那么：保证螺栓的静力拉伸强计算准那么：保证螺栓的静力拉伸强度。度。占占65%占占20%占占15% 受剪螺栓受剪螺栓 螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断；螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断； 计算准那么：保证螺栓的挤压强度和剪切强计算准那么：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。度。2、松螺栓联接的强度计算、松螺

9、栓联接的强度计算拉伸强度条件为：拉伸强度条件为：式中：式中：d1 危险剖面直径，危险剖面直径，mm 许用应力，许用应力，Mpa SS421dFAF41Fd3、紧螺栓联接的强度计算、紧螺栓联接的强度计算拉伸应力为：拉伸应力为：2104dF214101231161202tantan1tantan)tan(2dFdddFvvdv扭剪应力：扭剪应力：普通钢制螺栓，普通钢制螺栓，tanv0.17 d2d11.041.08，tan0.05代入计算得代入计算得 0.5 3 . 1)5 . 0 ( 332222ca1 受横向载荷的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接螺杆的强度条件为：螺杆的强度条件为：减载键、减载

10、环减载键、减载环3 .14210dFca挤压强度：挤压强度：1AFp剪切强度：剪切强度：2AF2铰制孔用螺栓联接的强度铰制孔用螺栓联接的强度剪切强度：剪切强度：min0ppLdF420dF挤压强度：挤压强度：3受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接螺杆的总受力螺杆的总受力 F2F0F ？FFF02FFF12剩余预紧力剩余预紧力residual pretightening force 相对刚度尽能够取相对刚度尽能够取小些，引荐值为：小些，引荐值为：金属垫片金属垫片(或无垫或无垫片片)0.20.3，皮革，皮革垫片垫片0.7，铜皮石棉，铜皮石棉垫片垫片0.8，橡胶垫片，橡胶垫片0.9。bCFm

11、CFFmbCCFFFFCCCFmbbFCCCFFFFmbb002mbbCCC拉伸强度：拉伸强度： 保证联接的严密性，应使保证联接的严密性，应使F10 有严密性要求的：有严密性要求的：F11.51.8F 普通联接，载荷稳定：普通联接，载荷稳定：F10.20.6F 普通联接，载荷不稳定：普通联接，载荷不稳定：F10.61.0F 地脚螺栓：地脚螺栓：F1F3 .14212dFca 设计式：设计式：3 .1421Fd 阐明阐明对变载重要联接，应作疲劳强度校核对变载重要联接，应作疲劳强度校核-1tc螺栓资料的对称循环螺栓资料的对称循环拉压疲劳极限；拉压疲劳极限；SKKSatcca)2)()(2minmi

12、n1试件的资料常数，碳素钢试件的资料常数，碳素钢0.10.2，合金钢合金钢0.20.3；K拉压疲劳强度综合影响系数拉压疲劳强度综合影响系数k有效应力集中系数有效应力集中系数尺寸系数尺寸系数S 平安系数平安系数kK4受偏心载荷的紧螺栓联接受偏心载荷的紧螺栓联接2103100432dFdeFAFWTb949432210210210dFdFdF1de防止偏载的措施：防止偏载的措施： 铸造出凸台；铸造出凸台； 斜面用斜垫圈；斜面用斜垫圈； 采用球面垫圈。采用球面垫圈。 加工沉头座；加工沉头座；五、螺栓组联接的设计五、螺栓组联接的设计 1、螺栓组的构造设计、螺栓组的构造设计 轴对称的简单几何外形轴对称的

13、简单几何外形a、铰制孔螺栓，在载荷方向不要成排布置、铰制孔螺栓，在载荷方向不要成排布置8个以上的螺栓。个以上的螺栓。b、受弯矩或扭矩时，螺栓应布置在结合面的、受弯矩或扭矩时，螺栓应布置在结合面的边缘上，使受力小。边缘上，使受力小。c、同时受轴向、横向载荷时，用减载键、同时受轴向、横向载荷时，用减载键、销、套筒等。销、套筒等。 螺栓的受力合理螺栓的受力合理 螺栓间有合理的间距、边距；螺栓间有合理的间距、边距； 同一圆周上的螺栓数目尽量取偶数，同一螺同一圆周上的螺栓数目尽量取偶数，同一螺栓组中各螺栓的资料、直径、长度应一致；栓组中各螺栓的资料、直径、长度应一致； 防止螺栓受偏心载荷。防止螺栓受偏心

14、载荷。2、螺栓组受力分析、螺栓组受力分析目的：找出受力最大的螺拴及所受力的大小目的：找出受力最大的螺拴及所受力的大小假设：螺栓的资料、直径、长度、预紧力一样；假设：螺栓的资料、直径、长度、预紧力一样； 螺栓组的对称中心与接合面形心重合；螺栓组的对称中心与接合面形心重合； 受载后结合面仍坚持为平面。受载后结合面仍坚持为平面。1受横向载荷的螺栓组联接受横向载荷的螺栓组联接F z Ff 接合面摩擦系数；接合面摩擦系数；i 接合面数目；接合面数目；z 螺栓数目；螺栓数目；KS防滑系数，防滑系数，KS1.11.3。FF0 f zF0 f zF0 f z i FKS2受转矩的螺栓组联接受转矩的螺栓组联接

15、普通螺栓联接普通螺栓联接不滑移条件不滑移条件ri第第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心的间隔。个螺栓的轴线到螺栓组对称中心的间隔。TKrfFrfFrfFSz02010iSzSrfTKrrrfTKF)(210f F0f F0 铰制孔螺栓组联接铰制孔螺栓组联接TrFrFrFzz2211TrFiiF1FmaxiirFrFmaxmaxmaxmaxrrFFiiTrrFrrrFrFiiiii2maxmaxmaxmax2maxmaxirTrF3受轴向载荷的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接假设：底板是刚性假设：底板是刚性 底板绕底板绕OO翻转翻转 螺杆和地基按各自的刚螺杆和地基按各自的刚度拉伸和紧缩。度拉伸和紧缩

16、。FF zpDF22414受倾覆力矩的螺纹组联接受倾覆力矩的螺纹组联接F1Fmax计算受力最大螺栓的受力计算受力最大螺栓的受力最大外载荷：最大外载荷：MLFLFZZ11maxmaxLFLFiiMLFiimaxmaxFLLFii2maxmaxiLMLF螺栓总拉力：螺栓总拉力：max02FCCCFFmbb 思索地基强度思索地基强度受外载前地基的挤压应力：受外载前地基的挤压应力：M引起的最大应力：引起的最大应力：AzFp0近似取近似取)(maxmbmpCCCWM左边不出现缝隙左边不出现缝隙1mbmCCCWMpmax右边地基不被压溃右边地基不被压溃0maxminpppp地基资料的许用挤压应力地基资料的

17、许用挤压应力maxmaxpppp六、螺纹联接件的资料及许用应力六、螺纹联接件的资料及许用应力1、螺纹联接件的资料、螺纹联接件的资料常用资料：常用资料：Q215、Q235，10、35、45等；等；冲击振动大的场所：冲击振动大的场所：40Cr、30CrMnSi等；等；特殊场所：特殊场所：1Cr13、CrNi2、H62等。等。国家规范规定：国家规范规定： 螺纹联接件按资料的力学性能分等级：螺纹联接件按资料的力学性能分等级： 螺栓、螺柱、螺钉从螺栓、螺柱、螺钉从3.612.9分十个等级；分十个等级；3.6的含义：的含义：抗拉强度抗拉强度B：300MPa屈服强度屈服强度S ：180MPa螺母从螺母从41

18、2分七个等级。分七个等级。标志的含义：标志的含义：保证最小应力的保证最小应力的1100选用时：选用时：螺母的性能等级不低螺母的性能等级不低于螺栓的性能等级于螺栓的性能等级2、许用应力、许用应力螺纹联接件的许用拉应力：螺纹联接件的许用拉应力： s sS S螺纹联接件的许用剪应力：螺纹联接件的许用剪应力： s sSS螺纹联接件的许用挤压应力：螺纹联接件的许用挤压应力： 钢：钢： p p s sSpSp 铸铁：铸铁： p p B BSpSpss、BB联接件资料的屈服极限、强度极限；联接件资料的屈服极限、强度极限；S S、 S S 、SpSp平安系数。平安系数。七、提高螺拴联接强度的措施七、提高螺拴联

19、接强度的措施 减少螺栓刚度减少螺栓刚度Cb1、降低应力幅、降低应力幅用腰用腰状螺状螺杆、杆、空心空心螺杆螺杆螺母螺母下安下安装弹装弹性元性元件件改动前改动前改动后改动后增大被联接件刚度增大被联接件刚度Cm不用垫片，或用刚性较大垫片不用垫片，或用刚性较大垫片 减少螺栓刚度减少螺栓刚度Cb、增大被联接、增大被联接件刚度件刚度Cm和增大预紧力并用。和增大预紧力并用。改动前改动前改动后改动后改动前改动前改动后改动后2、改善螺纹牙上载荷分布不均景象、改善螺纹牙上载荷分布不均景象螺栓和螺母的刚度和变形性质不同，呵斥螺纹牙螺栓和螺母的刚度和变形性质不同，呵斥螺纹牙上各圈的受力不均上各圈的受力不均第一圈螺纹牙

20、接受约第一圈螺纹牙接受约l3的载荷，以后各圈依的载荷，以后各圈依次递减，第次递减，第8圈以后的螺纹几乎不受载。圈以后的螺纹几乎不受载。用受拉螺母用受拉螺母悬置螺母悬置螺母 内斜螺母内斜螺母环槽螺母环槽螺母 内斜、环槽内斜、环槽共用螺母共用螺母 用钢丝螺套用钢丝螺套3、减小应力集中、减小应力集中增大过渡圆角、添加卸载槽、卸载过渡构造增大过渡圆角、添加卸载槽、卸载过渡构造采用球面垫圈采用球面垫圈采用腰环构造采用腰环构造4、采用合理的制造工艺、采用合理的制造工艺采用冷墩螺纹头部；采用冷墩螺纹头部；滚压螺纹；滚压螺纹；冷作硬化外表。冷作硬化外表。八、螺旋传动八、螺旋传动helical drive1、分

21、类、分类 按用途分按用途分传力螺旋传力螺旋screw of transmission power传导螺旋传导螺旋screw of transmission motion传送动力为传送动力为主主间歇任务间歇任务速度不高速度不高需求自锁需求自锁调整螺旋调整螺旋adjusting screw传送运动为主传送运动为主延续任务延续任务速度较高速度较高传动精度和效率要高传动精度和效率要高调整、固定零件位置调整、固定零件位置不经常转动不经常转动按摩擦性质分按摩擦性质分滑动螺旋滑动螺旋sliding screw滚动螺旋滚动螺旋rolling screw构造简单构造简单易于自锁易于自锁摩擦阻力大摩擦阻力大传动效

22、率低传动效率低传动精度低传动精度低静压螺旋静压螺旋pressure screw构造复杂构造复杂摩擦阻力小摩擦阻力小传动效率高传动效率高构造复杂构造复杂摩擦阻力摩擦阻力小小传动效率传动效率高高需供油系需供油系统统2、滑动螺旋的构造和资料、滑动螺旋的构造和资料 构造构造运动转变方式有：运动转变方式有：螺杆转动，螺母挪动螺杆转动，螺母挪动机床进机床进给丝杆给丝杆起重起重螺旋螺旋螺母转动，螺杆挪动螺母转动，螺杆挪动螺母固定，螺杆转动及挪动螺母固定，螺杆转动及挪动螺杆固定，螺杆固定，螺母转动及螺母转动及挪动挪动螺母构造螺母构造整体螺母整体螺母构造简单，但由磨损产生的轴向间隙构造简单，但由磨损产生的轴向间

23、隙不能补偿，只是用于精度要求较低的螺旋。不能补偿，只是用于精度要求较低的螺旋。组合螺母组合螺母构造复杂，但可以定期地调整，以消构造复杂，但可以定期地调整，以消除轴向间隙，防止反向转动时的空行程。除轴向间隙，防止反向转动时的空行程。剖分式螺母剖分式螺母构造复杂，构造复杂，但可以补偿旋合螺纹的但可以补偿旋合螺纹的磨损。磨损。滑动螺旋的螺纹类型有滑动螺旋的螺纹类型有矩形、梯形和锯齿形。矩形、梯形和锯齿形。资料资料a、螺杆、螺杆低速轻载：不经热处置的低速轻载：不经热处置的Q235、Q275、45；较高速重载：热处置的较高速重载：热处置的40Cr、65Mn、20CrMnTi；精细传导：热处置的精细传导：

24、热处置的9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl。b、螺母、螺母普通传动：普通传动：ZQSn10l、ZQSn663重载低速：重载低速：ZQAl94、ZHAl66632重载调整：重载调整：35、球墨铸铁、球墨铸铁低速轻载：耐磨铸铁低速轻载：耐磨铸铁大尺寸：钢或铸铁做外套，内孔浇铸青铜大尺寸：钢或铸铁做外套，内孔浇铸青铜高速：钢或铸铁做外套，内孔浇铸巴氏合金。高速：钢或铸铁做外套，内孔浇铸巴氏合金。3、螺旋传动的设计计算、螺旋传动的设计计算 失效方式及校核内容失效方式及校核内容主要失效方式：磨损主要失效方式：磨损校核：校核：受力较大的传力螺旋：校核螺杆危险剖面及螺纹牙受力较大的传力螺旋：校核螺杆危

25、险剖面及螺纹牙的强度；的强度；精细的传导螺旋：校核螺杆的刚度；精细的传导螺旋：校核螺杆的刚度；长径比很大的螺杆：校核其稳定性；长径比很大的螺杆：校核其稳定性；高速长螺杆：校核其临界转速；高速长螺杆：校核其临界转速；要求自锁的螺杆：校核其自锁性。要求自锁的螺杆：校核其自锁性。耐磨性计算耐磨性计算任务面上的压力任务面上的压力p：A螺纹承压面积螺纹承压面积 mm2；22phHdFPhudFAFpd2螺纹中径螺纹中径mm；h螺纹任务高度螺纹任务高度mm；u螺纹任务圈数，螺纹任务圈数，uHP H螺母高度螺母高度 mm P螺距螺距 mm ；F轴向力轴向力N；令令 Hd2，那么，那么 Hd2，代入整理后得，

26、代入整理后得矩形和梯形螺纹，矩形和梯形螺纹，h0.5P，那么，那么 2phFPd30的锯齿形螺纹，的锯齿形螺纹，h0.75P，那，那么么 8 . 02pFd：整体螺母：整体螺母：1.22.5； 剖分螺母，兼作支承螺母：剖分螺母，兼作支承螺母：2.53.5； 传动精度高、载荷大、寿命长：传动精度高、载荷大、寿命长：4。螺纹任务圈数不易超越螺纹任务圈数不易超越10圈。圈。65. 02pFd 自锁条件自锁条件 螺杆的强度计算螺杆的强度计算vvffarctancosarctan式中：式中：)( 3)(32222TcaWTAFF轴向压力轴向压力N；A危险剖面面积危险剖面面积mm2；WT抗扭截面模量抗扭截

27、面模量mm3；T扭矩扭矩Nmm；螺杆资料的许用应力螺杆资料的许用应力MPa。 螺母螺纹牙的强度计算螺母螺纹牙的强度计算剪切强度：剪切强度：弯曲强度：弯曲强度：DbuFAF剪式中：式中：b牙根部的厚度牙根部的厚度(mm)，62bbuDbFlWM矩形螺纹矩形螺纹b0.5P，梯形螺纹梯形螺纹b0.65P，锯齿形螺纹锯齿形螺纹b0.75P；l弯曲力臂弯曲力臂(mm) ，22DDl螺母外径与凸缘强度计算螺母外径与凸缘强度计算a、bb剖面拉伸应力剖面拉伸应力b、凸缘与底座接触外表挤压强度、凸缘与底座接触外表挤压强度)(1.3)F2 . 1 (4223DD思索摩擦力思索摩擦力 螺母许用拉伸应力螺母许用拉伸应力(Mpa)，0.83bc、凸缘根部的弯曲强度、凸缘根部的弯曲强度)(42324ppDDF许用挤压应力许用挤压应力(Mpa)，p(1.51.7)b)(5 . 164)(23342334bbaDDDFaDDDFWM螺杆的稳定性验算螺杆的稳定性验算稳定条件：稳定条件：SSCFcrFSS SSC稳定性计算平安系数稳定性计算平安系数 SS 稳定性平安系数稳定性平安系