螺纹联接和螺旋传动-机械设计-课件-05

1、第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动联接动联接运动副静联接可拆联接不可拆联接螺纹联接键联接花键联接销联接小过盈配合焊接铆接胶接大过盈配合带螺纹的零件螺纹联接：自锁、联接强度螺旋转动：效率高、寿命长51螺纹螺纹一、形成、类型及应用一、形成、类型及应用1.形成 S 导程 P 螺距升角螺旋线：螺纹：2.类型类型(1) 按牙型分三角形 联接 矩形 梯形锯齿形 传动矩性牙梯形牙 强度低矩齿形牙强度高效率高 公制 英制 自锁性好(2)按用途分螺纹传动矩 形：最高，牙根强度弱，磨损后间 隙不可调 梯 形：高，强度高，双向传动矩齿形：高,强度高,单向传动联接三角形普通粗牙：常用 M20细牙：紧固

2、、薄壁、微调圆锥圆柱英制 =55圆锥 公制 =60管3.旋向右旋: 正扣(常用)左旋: 反扣 右旋左旋4.线段:螺旋线根数(单、多)单线:小 自锁性好联接多线:大 效率高传动小结:联接螺纹:单线、三角形螺纹传动螺纹:多线、矩形、梯形、矩齿形螺纹二、主要参数d 大径 公称直径 M 10d1小径 危险直径d2中径 平均直径d2=(d1+d)2n线数 p螺距S=np 导程升角 =arctg牙形角2ds 公制：60。英制：55。牙侧角h接触高度效 率：)(vtgtg 自锁条件： cos11ftgftgvv 5-2 螺纹联接的类型和标准联接件螺纹联接的类型和标准联接件1.螺栓联接：被联接件必须打成通孔一

3、 、螺栓联接的基本类型普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接2.双头螺柱联接：被联接件不能打成通孔 经常拆卸处盲孔螺钉联接：被联接件不能打成通孔 不经常拆卸处紧钉螺钉联接：用于轴向或周向固定 传递较大的力或力矩其他：地脚螺栓联接 吊环螺栓联接 T型槽螺栓联接二、标准螺纹联接件五大件：螺栓、双头螺栓、螺钉、螺母、垫圈自学（结构、特点、应用） 5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧一般联接：拧紧 不控制预紧力重要联接：控制预紧力一、一般联接：预紧力 Qp碳素钢：Qp=(0.60.7) SA1合金钢：Qp（0.50.6)SA1A1=421d二、重要联接：拧紧力矩TT=T1+T2T1：螺旋副摩擦阻力矩T2：螺母支

4、承面的摩擦阻力矩对于普通粗牙螺纹 M10M68T0.2Qpd 2020303023221dDdDftgdQTcvp 注意：对于重要联接 dM12 一般扳手长度 L=15d T=FL Qp=75F(拧紧力）当 F=200N Qp=15000NM12以下的螺栓以被拧断三、控制Qp的方法测力矩扮手，定力矩扮手（不准确）测量螺栓伸长量的方法 （准确）5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松目的：防止螺旋副相对转动静载荷 温差小：靠本身自锁变载荷 温差大 ： 防松=14232 =69自锁防松方法：类型 结构 特点摩擦防松：增大摩擦力，不可靠v 对顶螺母：弹簧垫圈：自旋螺母：机械防松：锁住螺旋副， 可靠开口销

5、与六角开槽螺母：止动垫圈：串联钢丝：a）正确b）不正确铆、冲、焊、胶接防松：破坏螺旋副 可靠5-5螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计螺栓组联接一般均成组使用螺栓组联接设计内容结构设计受力设计一、结构设计目的：合理确定接合面的形状和螺栓组的步置联接接合面为简单几何形状：圆形、环形、矩形、三角形便于制造、受力均匀螺栓的布置应保证受力合理 铰制孔用螺栓小于8 承受弯矩或转矩时，应靠边缘布置（图5-20）a)合理b)不合理图5-20接合面弯矩或转矩时螺栓的布置合理的间距和扳手空间（图5-21) (表5-6)同一圆周数为偶数（4、6、8等）且螺栓的直径材料长度均相同避免承受附加弯曲载荷 铸锻表面应制成凸台

6、或沉头座（图5-22) 倾斜面加斜面垫圈（图5-23)图5-23斜面垫圈的应用图5-22 凸台与沉头座的应用二、螺栓组联接的受力分析目的：找出受力最大的螺栓和求出所受力，以便于强度计算。几种典型受力分析： 受横向载荷的螺栓组联接横向载荷：载荷作用线垂直螺栓轴线普通螺栓组联接：接和面不滑移靠摩擦力来抵抗横向载荷 ( 图 5-24 a)受横向载荷的螺栓组联接 FkZifQsp每个螺栓所受预紧力pQfZiFkQsp f 接合面摩擦系数（表（5-7)i 接合面数 防滑系数， sksk=1.11.52.铰制孔用联接靠螺栓杆受挤压和剪切来抵抗横向载荷(图5-24b)每个螺栓所受剪力FZFF 二 受转矩T

7、防止底版绕对称中心O转动普通螺栓联接：螺栓受预紧力pQ图（5-25 a ) P79 下图TkrfQrfQrfQsZppp 21TkrfQsZiip 1 isprfTkQ特例：联轴器 （图5-25) P80fzrTkQrrrrspZ 21铰制孔用螺栓组联接：螺栓受剪力F 根据变形协调原则：距对称中心O 越远，剪切变形量越大，所受工作 剪力越大。（图5-25b) iirFrF maxmaxmaxmaxrrFFii 或TrFrFrFzz 2211TrFii TrrFi max2max或特例：联轴器zrTFrrrrz 21受轴向载荷 F轴向载荷：载荷作用线平行螺栓轴线图（5-26)螺栓受拉力预紧力zF

8、F pQ联合作用联合作用QQ 总拉力受倾覆力矩的螺栓组连接受倾覆力矩受倾覆力矩M (图图 5-27)防止底板绕对称轴线OO翻转MLFii 根据变形协调原则iiLFLF maxmaxmaxmaxLLFFii 或 2maxmaxiLMLF两项验算：接合面受压最大处不压溃 ppMQpWMAzQp max接合面材料 p （表5-8)接合面受压最大处不出现间隙0max WMAzQpMQpp 注意：实际螺栓组受力为组合状况普通螺栓联接：受拉力按 和M求工作拉力F按 和T求预紧力vFHFpQ求Q总拉力铰制孔用螺栓联接：受剪力 按 和T 求工作剪力HF 5-6 螺纹联接的强度计算选择螺栓类型：轴向载荷倾覆力矩

9、横向载荷转矩普通螺栓普通螺栓 铰制孔用螺栓普通螺栓 受拉螺栓铰制孔用螺栓受剪螺栓失效形式：受拉螺栓：静力或疲劳断裂（图5-12)受剪螺栓： 接合面被压溃螺栓杆被剪断设计准则：受拉螺栓：受剪螺栓： rr pp 强度计算 确定 （或 ） 1d0d查手册确定d按等强度查手册确定螺栓、螺母、垫圈一 受拉螺栓：普通螺栓 松联接（不预紧）例：拉杆、吊钩、定滑轮架等图（5-13)强度条件： 421dF Fd41 或二 紧联接（预紧）只受预紧力（横向载荷、转矩）例：索引器、联轴器螺栓预紧力螺纹摩擦力矩pQ1T 复合应力ca 5 . 0 根据第四强度理论： 3 . 1322 ca强度条件： 43 . 121dQ

10、pca pQd3 . 141 或同时受预紧力和工作拉力（轴向载 荷倾覆力矩） 例：汽缸、高压容器预紧未加工作载荷螺栓：拉伸 变形为被联接件：压缩 变形为pQpQb m 图5-17 a,b单个紧螺栓联接受力变形图图5-17 单个螺栓受力变形线图)a)b)c加入工作载荷螺柱：进一步拉伸 变形为被联接件：放松 变形为Q bpQ m图5-17 c螺栓的总拉力QFCCCQFQQFQQmbbppp Q选择pQ有密封性要求时 一般联接，载荷稳定时一般联接，载荷不稳定时地脚螺栓联接FQp)8 . 15 . 1( FQp)6 . 02 . 0( FQp)0 . 16 . 0( FQp 根据横向载荷或转矩求出pQ

11、FCCCQFFQQbmmppp )(强度条件： 43 . 121dQca Qd3 . 141 mbbCCC 螺栓的相对刚度，表5-4受轴向载荷 （图5-18)工作拉力在0F之间变化螺栓总拉力在 QpQ之间变化421mindQp 421maxdQ FCCCQQmbbp 21minmax22dFCCCmbba c min SkkSaca minmin122 按二 受剪螺栓：铰制孔用螺栓 （图5-19) 螺栓杆与孔壁的挤压条件： ppLdF min0螺栓杆的剪切强度条件： 420dFminL挤压面的最小高度)25. 1(0d 0d光杆直径 5-7 材料及许用应力一 材料常用材料：螺栓一般：碳钢低碳钢

12、Q215 、 10中碳钢Q235 、 35 、 45变载荷；合金钢低碳钢：15Cr高合金钢：40Cr、30CrMnSi特殊用途：防锈、防磁、导电耐高温螺母垫圈：Q235 、15、 35弹簧垫圈：65Mn性能等级（表5-9 表5-10)二 许用应力许用拉应力：许用切应力： Ss Ss 许拥挤压应力：钢：铸铁： pspS pBp s B SpSS表5-9安全系数 表5-115-8 提高螺栓联接强度的措施一 降低应力幅，提高疲劳强度F,Qp 不变 减少螺栓刚度增加被联接件刚度Q 降低应力幅减少螺栓刚度)(21bbCC 图5-29a加长螺栓柔性螺栓： ( 图5-30)空心腰杆螺母下加弹性元件 （图 5

13、-31)增加被联接件的刚度)(21mmCC （图5-29 b) 刚度大的垫圈密封环 （图5-32)同时再增大预紧力Qp更有效 （图5-29c)二 改善牙间载荷分布不均 （图5-33)螺栓：受拉Pb螺母：受压Pm第一圈 变化最大p （图5-34)第一圈承受1/3 的载荷第八圈几乎不受载荷措施：使 减小p 拉伸螺母：悬置、环槽 （图5-35) 内斜螺母：载荷上移、趋于均匀 环槽 、内斜螺母：综合 钢丝螺套：均载、防震 （图5-36)三 减少应力集中 加大圆角卸载槽螺尾退刀槽 减小弯曲应力：凸台沉头座球面垫 圈要环螺栓 （图5-38 图5-39)四 合理的制造工艺改车制为冷镦、滚压 （图5-40)表

14、面处理：氮化、氰化、喷丸等例题例题固定在钢制立柱上的铸铁托架已知：载荷P、底版尺寸bh 解 1.螺栓组结构设计 2.螺栓组受力分析：向底板对称中心简化。轴向载荷轴向载荷 轴向载荷轴向载荷 倾覆力矩倾覆力矩sin1PP cos2PP 21MMM15016021PP3.螺栓受力分析螺栓受力分析上面两螺栓受力最大：上面两螺栓受力最大：ZLMFMZPFPmax111:max1FFF4.在在 作用下，按底板接合面不滑移的作用下，按底板接合面不滑移的条件，求出残余预紧力条件，求出残余预紧力2PpQ2PKZfQsp预紧力预紧力:1)1 (FCCCQQmbbpp5. 螺栓所受总拉力螺栓所受总拉力QFCCCQQ

15、mbbp6.强度计算强度计算 Qd3 . 1417.螺栓组接合面的两项校核螺栓组接合面的两项校核（1）接合面不压溃）接合面不压溃（2）接合面不产生间隙）接合面不产生间隙 pppWMAZQmax0minWMAZQpp5-9 螺旋传动螺旋传动一、螺旋传动的类型和应用一、螺旋传动的类型和应用 1.组成组成 螺旋副螺旋副 效率高效率高 2.作用作用螺杆螺杆螺母螺母变转动为移动变转动为移动传递运动和动力传递运动和动力3.类型类型（1）按用途分）按用途分传力螺旋：增力（千斤顶，压力机）传力螺旋：增力（千斤顶，压力机）传导螺旋：传递运动（进给、分度）传导螺旋：传递运动（进给、分度）调整螺旋：调节位置（相机、

16、仪器）调整螺旋：调节位置（相机、仪器）（2）按摩擦性质分）按摩擦性质分滑动螺旋：简单，易制造，滑动螺旋：简单，易制造，易自锁，易自锁，滚动螺旋滚动螺旋静压螺旋静压螺旋，精度高，精度高1.托杯；托杯；2.螺钉螺钉3.手柄；手柄；4.挡环挡环5.螺母；螺母；6.紧订螺钉紧订螺钉7.螺杆；螺杆；8.底座底座9.挡环挡环二、滑动螺旋的结构和材料二、滑动螺旋的结构和材料1.结构结构螺杆：多线，梯形、锯齿形螺纹螺杆：多线，梯形、锯齿形螺纹螺母：整体：简单，间隙不可调螺母：整体：简单，间隙不可调 剖分剖分 组合组合间隙可调间隙可调2.材料材料要求：强度、耐磨性、减磨性、工艺性要求：强度、耐磨性、减磨性、工艺

17、性螺杆（耐磨）螺杆（耐磨）螺母（减磨）螺母（减磨） ，青铜，青铜ZCu10P1等等一般：一般：45等等重要：重要：40Cr等等f螺螺旋旋副副材料牌号材料牌号应用范围应用范围Q235,Q275,45,50材料不经热处理，适用于经常运动，受力不大，转速材料不经热处理，适用于经常运动，受力不大，转速较地的传动较地的传动40Cr,65Mn,T12,40WMn, 8CrMnTi材料需经热处理，以提高其材料需经热处理，以提高其耐磨性，耐磨性，适用于重载、转适用于重载、转速较高的重要传动速较高的重要传动螺螺杆杆 9Mn2V,CrWMn, 8CrMnAl材料需经热处理，以提高其尺寸稳定性，适用于精密材料需经热

18、处理，以提高其尺寸稳定性，适用于精密传导螺旋传动传导螺旋传动ZCu10P1,ZCu5Pb5Zn5材料材料耐磨性好，耐磨性好，适用于一般传动适用于一般传动螺螺母母ZCuAl9Fe4Ni4Mn2, ZCn25Al6Fe3Mn3材料材料耐磨性好，强度高，耐磨性好，强度高，适用于重载、底速的传动。适用于重载、底速的传动。对于尺寸较大或高传动螺母可采用钢或铸铁制造，内对于尺寸较大或高传动螺母可采用钢或铸铁制造，内孔浇注青铜或巴氏合金孔浇注青铜或巴氏合金三、滑动螺旋传动的设计计算三、滑动螺旋传动的设计计算主要失效形式：螺纹磨损主要失效形式：螺纹磨损设计内容：设计内容：（1）按耐磨性计算确定主要参数）按耐磨性计算确定主要参数d2 H2（2）其他失效形式的较核计算）其他失效形式的较核计算（3）查手册确定螺旋的其他尺寸）查手册确定螺旋的其他尺寸1.耐磨性计算耐磨性计算确定确定d2 H2验算自锁条件验算自锁条件（1）较核：较核： phHdQPhHdQAQp22设计：设计：矩形、梯形：矩形、梯形：锯齿形锯齿形pQd8.02pQd65.02(2)2dH系数中系数中整体式整体式剖分式剖分式载荷大、精度高、寿命长载荷大、精度高、寿命长5 .22 .15 .35 .24工作高度工作高度h矩形、梯形：矩形、梯形：h=0