第十一章螺纹联接与螺旋传动2

9《机械设计基础》教案PAGEPAGE6镇江市高等专科学校教案授课班级：机制、机电、模具、机设、机器人专业授课教师：于明教学内容第11章螺纹连接与螺旋传动授课时间2学时教学目的要求了解螺旋传动掌握单个螺纹联接的强度计算准则内容重点螺纹联接的强度计算螺旋传动的结构、螺母位移、螺杆螺母相对移动方向判别。内容难点不同工况下，螺栓联接的强度计算准则主要教学方法讲授法、讨论法、讲练结合法教学注意事项多提问多启发，理论联系实际使用教具及设备多媒体设备过程及时间教学内容及学生活动教学方法开始部分（5分钟）复习提问螺纹的三种直径各有何用？按牙型螺纹分哪几类？各有何用途。3、螺旋副有哪两类应用？4、螺纹联接有哪几种方式？如何放松？讲授法基本部分（80分钟）§11.5单个螺栓联接中的螺栓杆的静强度计算§11.6提高螺栓联接疲劳强度的措施§11.7螺旋传动采用多媒体图示，对照实物及图片进行详细讲解。结束部分（5分钟）本讲内容小结松螺栓联接计算注意4、受横向外载荷的紧螺栓联接计算注意5、受轴向外载荷的紧螺栓联接计算注意提问和讲评作业P318习题15课后小结本讲螺栓设计较枯燥，结合模型及实物讲解较佳[教学内容]：§7-5单个螺栓联接的强度计算螺栓联接强度计算的目的，主要是根据联接的结构形式、材料性质和载荷状态等条件，分析螺栓的受力和失效形式，然后按相应的计算准则计算螺纹小径d1，再按照标准选定螺纹公称直径d和螺距P等。螺栓其余部分尺寸及螺母、垫圈等，一般都可根据公称直径d直接从标准中选定，因为制定标准时，已经考虑了螺栓、螺母的各部分及垫圈的等强度和制造、装配等要求。需要说明的是，螺栓联接、螺钉联接和双头螺柱联接的失效形式和计算方法基本相同，所以，本节对螺栓联接计算的讨论，其结论对螺钉联接和双头螺柱联接也基本适用。一、松螺栓联接松螺栓联接的特点是装配时不拧紧螺母，在承受工作载荷前，联接并不受力。这种联接只能承受静载荷，故应用不广。起重滑轮中的螺栓联接就是典型的例子。当承受轴向工作载荷F（N）时，螺纹部分的强度条件为：设计公式为：式中：d1——螺杆危险截面直径（mm）[σ]——许用拉应力N/mm2(MPa)二、受横向外载荷的紧螺栓联接1.采用普通螺栓工作时联接受到与螺栓轴线相垂直的外载荷FR的作用。被联接件在预紧力的作用下相互压紧，依靠结合面产生的摩擦力来抗衡外载荷，从而避免产生相对移动。显然，无论工作前还是工作后，螺栓本身仅受装配时由于拧紧螺母而产生的预紧力和螺纹副阻力矩的作用。预紧力使螺栓危险截面上产生拉应力:F0f*z*m≥KFRFR≥KFR/f*z*m式中：z——联接螺栓的数目；m——结合面数目；f——结合面间摩擦系数，对于钢或铸铁的干燥加工表面，可取f=0.1～0.15；K——可靠性系数，亦称防滑系数，通常取K=1.1～1.3。由此可得，单个螺栓所需的预紧应力为：б=4F0/πd12若计入扭转切应力的影响，强度条件为:设计公式为：式中：[σ]——许用拉应力N/mm2(MPa)采用铰制孔用螺栓绞制孔用螺栓联接一般均需拧紧，由预紧力产生的拉应力对联接强度的影响可以不计。螺栓杆受横向工作载荷FR时，剪切强度条件为：螺栓杆或孔壁的挤压强度条件：式中：ds-螺栓杆剪切面直径（mm）；Z-联接螺栓数；m-接合面数；[τ]-螺栓的许用剪切应力（MPa）；查教材表9—6。[σp]-螺栓杆或孔壁中的低强度材料的许用挤压用力（MPa）；（查表教材）h-螺栓杆与孔壁间的最小高度。三、受轴向外载荷的紧螺栓联接这种承载形式在紧螺栓联接中比较常见，图所示的汽缸与汽缸盖螺栓组联接就是这种联接的典型例子。在这种联接中，螺栓实际承受的总拉力Fo并不等于预紧力和轴向工作载荷F之和。结合图9-34分析如下：1、压力容器中压强P对每个螺栓产生的轴向工作载荷为：F=p(лD2/4)/Z式中：Z为联接螺栓个数。p为气缸内的压强Mpa。未拧紧未受工作载荷时螺栓情况：如上图预紧前；拧紧后未受工作载荷时螺栓受预紧力F0作用：如上图的预紧。拧紧后受工作载荷时螺栓受到总拉力FΣ作用：FΣ=F+F0/此时，由于螺栓受工作载荷F的作用，伸长量又增加了δ2，被联接件间随螺栓伸长而被放松了δ2，故其压紧力由F0减小到F0'，被联接件作用与螺栓的反作用力也应为F0'，F0'称为剩余预紧力。剩余预紧力F0'值可参照教材表选取。选取了F0'后，用FΣ=F+F0/计算出螺栓的总拉力FΣ的值。然后代入下式：强度计算为：.设计公式为：根据受工作载荷F的伸长量与被联接件回弹变形量相等的关系，可导出预紧力F0与剩余预紧力F0/的关系为：F0=F0/+(1—Kc)F;式中：Kc=C1/(C1+C2)，Kc称相对刚度系数见教材表9—4；C1为螺栓刚度；C2为被联接件刚度。FΣ=F+F0/=F0+C1F/(C1+C2)。F0～FΣ。§7-6提高螺栓连接疲劳强度的措施1、改善螺纹牙间载荷分布不均状况a)悬置螺母——强度↑40%（母也受拉，与螺栓变形协调，使载荷分布均匀）b)环槽螺母——强度↑30%（螺母接近支承面处受拉）c)内斜螺母——强度↑20%（接触圈减少，载荷上移）d)（b）(c)结合螺母——强度↑40%e)不同材料匹配——强度↑40%2、降低螺栓应力幅（）3、减小应力集中螺纹牙根、收尾、螺栓头部与螺栓杆的过渡处等均可能产生应力集中。1）加大过渡处圆角2）改用退刀槽↑20~40%（螺纹收尾处）3）卸载槽4）卸载过渡结构。4、采用合理的制造工艺1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度↑30~40%2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等。可提高疲劳强度3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度↑70~100%，此法具有优质、高产、低消耗功能。4）控制单个螺距误差和螺距累积误差。§7-7滑动螺旋传动螺旋传动由螺杆、螺母和机架组成，主要用于把回转运动变为直线运动，同时传递运动和动力。其应用广泛，如螺旋千斤顶、螺旋丝杠、螺旋压力机等。螺旋传动的类型与特点根据用途，螺旋传动可分为三种类型：（1）传力螺旋以传递动力为主，要求用较小的力矩转动螺杆（或螺母）而使螺母（或螺杆）产生轴向运动和较大的轴向力，这个力可以用来完成起重和加压等工作，如螺旋千斤顶和螺旋压力机等。（2）传导螺旋以传递运动为主，并要求有较高的运动精度，速度较高且能较长时间连续工作，如机床进的给螺旋机构。（3）调整螺旋用于调整并固定零、部件之间的相互位置，如机床卡盘，压力机的调整螺旋。调整螺旋不经常转动。根据螺旋副的摩擦情况，可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。滑动螺旋结构简单、加工方便、易于自锁，运转平稳无噪声，所以应用最广。它的缺点是工作时滑动摩擦阻力大，传动效率低（一般为30%～40%），螺纹表面磨损快，传动精度低，低速时有爬行现象。滚动螺旋和静压螺旋的摩擦阻力小，传动效率高，但结构较复杂，制造困难，成本高，加工不方便，只有在高精度、高效率的机械中才宜采用。本节主要介绍滑动螺旋。*行稳定性校核。本章小结（1）联接可分为可拆联接和不可拆联接两种。常见的可拆联接有螺纹联接、键联接和销联接等，常见的不可拆联接有焊接和粘接，过盈联接一般做成不可拆联接。（2）联接螺纹采用三角形螺纹，传动螺纹主要采用梯形螺纹和锯齿形螺纹。这三种螺纹均已标准化。（3）螺纹联接有螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接和紧定螺钉联接四种基本类型。螺纹联接件品种很多，大都已标准化，常用的有螺栓、螺钉、双头螺柱、紧定螺钉、螺母和垫圈。（4）大多数螺纹联接在装配时都需要预紧，主要目的是增加联接的刚性、紧密性和防松能力，在冲击、振动、变载荷及温度变化较大的情况下，则必须采取防松措施。防松方法有摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副防松三类。（5）螺