机械设计基础课件 螺旋机构设计

项目二执行机构设计任务2.3螺旋机构设计知识目标掌握螺纹连接的基本知识

掌握螺旋传动的基本知识任务2.3螺旋机构设计实例导入：（一）螺纹连接实物飞机上用的各种液压控制阀实例导入：（二）内螺纹加工实例导入：（三）螺纹连接演示实例导入：（四）螺旋传动教学内容对于螺纹连接部分，要了解螺纹的主要参数，、应用场合及有关防松的办法、单个螺栓连接的强度计算及提高螺栓连接强度的措施。对于螺旋传动部分，应掌握螺旋传动的类型、特点及应用。重点及难点：常用螺纹及螺纹连接的特点、螺旋传动的类型及应用。差动螺旋传动是难点。

一、螺纹连接的基本知识

为了便于机器的制造、装配、运输等原因，机器中有相当多的零件需要彼此连接。连接分为可拆连接和不可拆连接。可拆连接就是拆卸时不损坏连接中的任何一个零件。如：螺纹连接、键连接和销连接。不可拆连接的实质是指至少必须毁坏连接中的某一部分才能拆开的连接，如焊接、铆钉连接等。

螺纹分为外螺纹和内螺纹，两者共同构成螺纹副用于连接和传动。例如：螺栓的螺纹为外螺纹；螺母的螺纹为内螺纹。

1.螺纹的类型一、螺纹连接的基本知识按螺纹的牙型分：常用的有三角形、梯形、矩形和锯齿形；按螺旋线的绕行方向分：螺纹可分为右旋螺纹和左旋螺纹。判断方法／①顺时针旋转时旋入的螺纹→右旋＼②右手定则：以轴线为基准按螺旋线的数目分：单线螺纹和多线螺纹。单线螺纹多用于连接，多线螺纹多用于传动。

1.螺纹的类型（1)大径（d,D):是螺纹的最大直径。与外螺纹的牙顶或内螺纹的牙底相切的假想圆柱体的直径。外螺纹的大径用d表示，内螺纹的大径用D表示。螺纹的公称直径是指代表螺纹尺寸的直径。普通螺纹的公称直径是指大径。（2)小径（d1,D1):是螺纹的最小直径，与外螺纹的牙底或内螺纹的牙顶相切的假想圆柱体的直径。常作为强度计算直径用。（3)中径（d2,D2):在螺纹的轴向剖面内，牙厚和牙槽宽相等处的假想圆柱体的直径。（4)螺距（P):相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。（5)导程（S）：同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。S=nP，n为螺旋线数。

2.螺纹的主要参数以牙型为三角形的螺纹为例2.螺纹的主要参数tanΨ=S/πｄ2=

np/πｄ2（6)

升角Ψ：在中径ｄ2的圆柱面上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。

2.螺纹的主要参数7)牙型角α：在螺纹的轴向剖面内，螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型斜角β：螺纹牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。2.螺纹的主要参数3、螺旋副的受力分析

螺旋副在力矩和轴向载荷作用下的相对运动，可看成作用在中径的水平力推动滑块（重物）沿螺纹运动。如上图所示。将矩形螺纹中径展开可得一斜面，图中为螺纹升角，为轴向载荷，F为作用于中径处的水平推力，为法向反力；为摩擦力，为摩擦系数，为摩擦角。

连接螺纹:普通螺纹管螺纹

传动螺纹:

矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹4.常用螺纹的特点和应用普通螺纹：

牙型为三角形，牙型角α=60°、β=30°.螺纹的大径为公称直径，单位：mm；为米制螺纹。在同一公称直径上有许多的螺距，其中螺距最大的螺纹叫粗牙螺纹。标记为：M24注：粗牙螺纹不标螺距。其余的称为细牙螺纹，标记为：M24×1.5LH。注：左旋螺纹标记:LH。粗牙普通螺纹当量摩擦系数较大，牙根的强度高，用于各种紧固连接；细牙普通螺纹：螺距小、升角小，自锁性能好，多用于细小零件、薄壁零件或承受振动﹑冲击﹑变载荷的连接。4.常用螺纹的特点和应用管螺纹：牙型为三角形，牙型角α＝55°，公称直径为管子的内径，单位：英寸，因此为英制螺纹。按照螺纹制作在圆柱面还是圆锥面上，可将管螺纹分为圆柱管螺纹和圆锥管螺纹。前者用于低压场合，后者适用于高温、高压或者密封性能要求高的场合。标记为：管螺纹的符号和管子的公称直径。左旋用-LH标出。例：内螺纹—G1

A级外螺纹—G1A

左旋B级外螺纹：G1B—LH。4.常用螺纹的特点和应用矩形螺纹：牙型为正方形,牙型角α＝0°.传动的效率最高,但精加工较困难,牙根强度低,螺旋副磨损后间隙难以补偿。常用于传力或传导螺旋。矩形螺纹未标准化,已逐渐被梯形螺纹替代了。梯形螺纹：牙型为梯形,牙型角α＝30°、β＝15°,传动效率略低于矩形螺纹，牙根强度高，螺旋副对中性好,可以调整间隙,广泛用于传力或传导螺旋。锯齿形螺纹：

α＝33°、工作面的牙型斜角β工＝3°、非工作面的牙型斜角β非＝30°，它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点，仅能传递单向力。4.常用螺纹的特点和应用5.螺纹连接的基本类型(1)螺栓连接(2)双头螺柱连接5.螺纹连接的基本类型(3)螺钉连接5.螺纹连接的基本类型(4)紧定螺钉连接5.螺纹连接的基本类型各种螺纹连接的动态演示5.螺纹连接的基本类型6.标准螺纹连接件

标准的螺纹连接件有：六角头螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、六角螺母、圆螺母和垫圈等。设计时可根据有关标准选用。双头螺柱六角头螺栓6.标准螺纹连接件螺钉紧定螺钉6.标准螺纹连接件圆螺母带翅垫片六角螺母垫圈6.标准螺纹连接件

螺纹连接的预紧的目的：

(1)提高连接的紧密性

(2)防止连接松动

(3)提高连接件强度

拧紧力矩T=0.2Fa·dN.mm

7.螺纹连接的预紧和防松：预紧测力矩扳手定力矩扳手7.螺纹连接的预紧和防松:拧紧工具(1)利用附加摩擦力防松：防松不可靠

(2)直接锁住：防松可靠

(3)破坏螺纹副关系：不可拆卸防松依据的原理:常用的防松方法:摩擦防松、机械防松、不可拆卸防松7.螺纹连接的预紧和防松：防松对顶螺母防松弹簧垫圈防松自锁螺母防松7.螺纹连接的预紧和防松：摩擦防松止动垫片防松7.螺纹连接的预紧和防松：机械防松串联钢丝防松焊接冲点法7.螺纹连接的预紧和防松：不可拆卸防松各种螺纹连接的防松演示7.螺纹连接的预紧和防松8.螺纹连接的强度计算：松螺栓连接8.螺纹连接的强度计算：紧螺栓连接承受轴向静载荷的紧螺栓连接受剪切螺栓连接

8.螺纹连接的强度计算：紧螺栓连接螺纹连接件的材料螺栓连接的许用应力拉伸挤压9.螺纹连接件的材料及许用应力

一般条件下的螺纹连接件的常用材料为低碳钢和中碳钢。如Q215、Q235、15#、35#和45#

钢；重要的、承受冲击振动变载荷螺纹连接可用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi、2CrMo

。10.提高螺栓连接强度的措施

改善螺纹牙间的载荷分布悬置（受拉）螺母

加厚螺母

环槽螺母

减小螺栓的应力变化幅度减小螺栓刚度的方法增大被联接件刚度的方法10.提高螺栓连接强度的措施减小应力集中10.提高螺栓连接强度的措施螺栓的附加应力产生的原因支承面不平螺母孔不正被连接件刚度小钩头螺栓连接10.提高螺栓连接强度的措施

凸台

沉头座

斜垫圈

球面垫圈避免螺栓承受附加的弯曲应力：解决措施

10.提高螺栓连接强度的措施

组成：

螺杆螺母组成螺旋副

工作原理：主要用于将回转运动转变为直线运动,同时传递运动和动力。二、螺旋传动的基本知识1.螺旋传动的组成及工作原理按摩擦副的性质分：滑动螺旋传动、滚动螺旋传动按用途分：传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋按工作原理分：螺旋机构可以分为普通螺旋，差动螺旋和滚珠丝杠。2.螺旋传动的类型优点：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁。缺点：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），传动效率低，传动精度低。3.螺旋传动的特点

1）传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋。特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁。4.螺旋传动的应用夹具4.螺旋传动的应用

2）传动螺旋机床进给丝杠—传递运动和动力。特点：速度高、连续工作、精度高。4.螺旋传动的应用3）调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。其特点是受力较小且不经常转动。4.螺旋传动的应用普通螺旋差动螺旋滚珠丝杠4）普通螺旋，差动螺旋和滚珠丝杠螺母结构1）整体式——结构简单，但磨损后精度较差。5.

滑动螺旋的结构与材料螺母结构2）组合式——磨损后可补偿间隙、精度较高。5.

滑动螺旋的结构与材料螺母结构3）对开螺母——适合于双向传动，可提高传动精度，消除空回误差。通常采用牙形为矩形、梯形、锯齿形的右旋螺纹。螺杆结构5.

滑动螺旋的结构与材料一般螺杆材料的选用原则如下：（1）高精度传动时多选用碳素工具钢。（2）需要较高硬度，如50~56HRC时，可采用铬锰合金钢；当需要硬度为35~45HRC时可采用65Mn钢。（3）一般情况可采用45、50钢。螺母材料可用铸造锡青铜，重载低速的场合可选用强度高的铸造铝铁青铜，而轻载低速时也可选用耐磨铸铁5.

滑动螺旋的结构与材料：材料6.判定机床螺旋传动的移动方向原理简图

螺旋传动时，从动件作直线运动的方向（移动方向）不仅与螺纹的回转方向有关，还与螺纹的旋向有关。如何正确判定螺杆或螺母的移动方向？右旋螺纹用右手，左旋螺纹用左手。手握空拳，四指指向与螺杆（或螺母）回转方向相同，大拇指竖直。大拇指所指方向即螺杆的移动方向，反方向即为螺母的移动方向。7.计算机床螺旋传动直线移动距离在螺旋传动中，螺杆（或螺母）的移动距离与螺纹的导程有关。导程：螺杆相对螺母每回转一圈，螺杆（或螺母）移动一个等于导程的距离。因此，移动距离等于回转圈数与导程的乘积，即式中L为螺杆或螺母的移动距离,N为回转圈数；S为螺纹导程。8.计算机床螺旋传动直线移动速度移动速度可按下式计算：式中v为螺杆或螺母的移动速度；n为转速；S为螺纹导程。做一做运动简图1.如图车床螺旋传动中，已知左旋双线螺杆的螺距为8mm，若螺杆按图示方向回转两周，螺母移动多少距离？方向如何？（1）摩擦性质：滚动摩擦。（2）原理：是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。（3）循环方式有：