机械设计基础第10章螺旋传动

第10章联接§10－1

螺纹§10－2

螺旋副的受力分析、效率和自锁§10－3

机械制造常用螺纹（略）

§10－4

螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件

§10－5

螺纹联接的预紧与防松§10－6

螺栓联接的强度计算§10－8

提高螺栓联接强度的措施§10－11

键联接和花键联接§10－7

螺栓的材料和许用应力§10－9螺旋传动（略）§10－10

滚动螺旋简介（略）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：§10－9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18~25≤

311~186~127~10>151~2

淬火钢-青铜

钢-青铜

钢--铸铁

钢—钢

6~1210~130.06~0.08

<2.413~18

6~124~7

低速7.5~130.11~0.17

0.08~0.1

0.12~0.15

表5-14滑动螺旋副材料的许用压力[p]及摩擦系数

潘存云教授研制三、滑动螺旋传动的设计计算承受载荷:

转矩、轴向力设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距；校核螺杆、螺母强度等。主要失效形式:

螺牙的磨损表5-15

滑动螺旋副材料的许用应力许用应力/MPa螺旋副材料螺杆钢

[σs]/(3~5)螺母青铜

40~6030~40铸铁

45~5540钢

(0.1~0.2)[σ]0.6[σ][σ][σb][τ]注：1)σs

为材料的屈服极限；

2)载荷稳定时，许用应力取大值。对螺旋传动的要求:

强度足够,耐磨,摩擦系数小.螺杆材料:Q257、45、50钢，或T12、40Cr、65Mn螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、

ZCuAl10Fe3.失效形式:磨损通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺旋各主要参数，而后对可能发生的其他失效一一校核。一)耐磨性计算校核公式：影响磨损的原因很多，目前还没有完善的计算方法，通常是限制螺纹接触处的压强。p=≤[p]MPa

πd2

hzFaFa为轴向力；z为参加接触的螺纹圈数；d2为螺纹中径；h为螺纹的工作高度；[p]为许用压强。速度v<12m/min4~77~1010~13低速，如人力驱动等10~1815~25-----表5-8螺旋副的许用压强许用压强配对材料钢对铸铁钢对青铜淬火钢对青铜潘存云教授研制螺杆α许用压强螺母设计方法和步骤：1．耐磨性计算滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，其强度条件：令φ=H/d2，又∵

h=0.5P-----矩形梯形螺纹的工作高度

h=0.75P-----锯齿形螺纹的工作高度。代入上式得螺纹中径的计算公式：校核公式：p=πd2

huFF-轴向力；=≤[p]

MPa

πd2

hHFP显然有：

u=H/Pu-螺纹工作圈数；d2-螺纹中径；h-螺纹的工作高度;H-螺母高度;hPHD2d2P-螺距;F/uF锯齿形螺纹：φ[p]Fad2

≥0.65mmφ=1.2~2.5

整体式螺母2.5~3.5

剖分式螺母一般取：u≤10梯形螺纹:φ[p]Fd2

≥0.8mmφ值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。依据计算出的螺纹中径，按螺纹标准选择合适的直径和螺距。验算：若不满足要求，则增大螺距。对有自锁性要求的螺旋传动，应校核自锁条件：螺纹中径的计算公式：2．螺杆的强度计算对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度理论求出危险截面的计算应力：螺杆的强度条件：式中，F为螺杆所受的轴向压力（或拉力），T为螺杆所受的扭矩：对碳素钢,[σ]=50~80MPa潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制3．螺母螺牙的强度计算螺牙上的平均压力为：F/u剪切强度条件:πDπD2aaF/uπDaaπDπD2aaF/u1）考虑螺旋副摩擦力矩的作用，螺母悬置部分危险截面b—b的拉伸强度条件：其危险截面a–a

的弯曲强度条件：在螺旋起重器螺母的设计计算中，除了进行耐磨性计算与螺纹牙的强度计算外，还要进行螺母下段与螺母凸缘的强度计算工作时，螺母凸缘与底座的接触面上产生挤压应力；凸缘根部受到弯曲和剪切作用；螺母下段承受拉力和螺旋副摩擦力矩的作用。4．螺母外径与凸缘的强度计算FbbbbD3D潘存云教授研制2）凸缘与底座接触表面挤压强度条件：3）凸缘根部弯曲强度条件：5．螺杆的稳定性计算对于长径比较大的受压螺杆，需要校核压杆的稳定性，要求螺杆的工作压力F要小于临界载荷FcrD3D4HaSs=3.5~5传力螺旋2.5~4传导螺旋

>4精密螺杆或水平安装螺杆的稳定性条件为：μ-螺杆长度系数，由下表确定。I为螺杆危险截面的惯性矩lb)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

取两支点间的距离；l1)若采用滑动支承时，则以轴承长度l0与直径d0的比值来确定：

l0/d0<1.5

为铰支；

l0/d0<1.5~3

为不完全固定；

l0/d0>3

为固定支承。3)若以剖分螺母作为支承时，可作为不完全固定支承。2)若以整体螺母作为支承时，仍按上述方法确定。但取l/H

判断螺杆端部支承情况的方法：H为螺母高度4)若采用滚动轴承支承，且有径向约束时，可作为铰支；有径向和轴向约束时，可作为固定支承。螺杆长度系数两端支承情况长度系数μ

两端固定0.50一端固定，一端不完全固定0.60一端铰支，一端不完全固定0.70两端不完全固定0.75两端铰支1.00一端固定，一端自由2.0临界载荷Fcr与材料、螺杆长细比λ=μl/i有关。（1）当λ≥100时：临界载荷为：Fcr=N(μl)2π2EIi螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=πd12/4则i=I/A=d1/4E-螺杆的弹性模量,对于钢E=2.06×105

MPa系数含义随后解释I-危险截面惯性距,I=πd14/64（2）当40<λ<100时：Fc=(304-1.12)

λN4πd12对σB≥370Mpa的碳素钢，取:Fc=(461-2.57)

λN4πd12对σB≥470Mpa的优质碳素钢（如35、40号钢），取:（3）当λ<40时，不必进行稳定性校核。稳定性校核的条件：Fa

≤SFc为稳定性校核的安全系数，取：S=2.5~4当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。内循环螺旋在螺旋和螺母之间设有封闭的循环滚道，其间充以滚珠，这样就使螺旋面的滑动摩擦成为滚动摩擦。外循环四、