螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)-機(jī)械設(shè)計(jì)-課件-05

1、第五章第五章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接運(yùn)動(dòng)副靜聯(lián)接可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接螺紋聯(lián)接鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接銷聯(lián)接小過(guò)盈配合焊接鉚接膠接大過(guò)盈配合帶螺紋的零件螺紋聯(lián)接：自鎖、聯(lián)接強(qiáng)度螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)：效率高、壽命長(zhǎng)51螺紋螺紋一、形成、類型及應(yīng)用一、形成、類型及應(yīng)用1.形成 S 導(dǎo)程 P 螺距升角螺旋線：螺紋：2.類型類型(1) 按牙型分三角形 聯(lián)接 矩形 梯形鋸齒形 傳動(dòng)矩性牙梯形牙 強(qiáng)度低矩齒形牙強(qiáng)度高效率高 公制 英制 自鎖性好(2)按用途分螺紋傳動(dòng)矩 形：最高，牙根強(qiáng)度弱，磨損后間 隙不可調(diào) 梯 形：高，強(qiáng)度高，雙向傳動(dòng)矩齒形：高,強(qiáng)度高,單向傳動(dòng)聯(lián)接三角形普通粗牙：常用 M20細(xì)牙：緊固

2、、薄壁、微調(diào)圓錐圓柱英制 =55圓錐 公制 =60管3.旋向右旋: 正扣(常用)左旋: 反扣 右旋左旋4.線段:螺旋線根數(shù)(單、多)單線:小 自鎖性好聯(lián)接多線:大 效率高傳動(dòng)小結(jié):聯(lián)接螺紋:單線、三角形螺紋傳動(dòng)螺紋:多線、矩形、梯形、矩齒形螺紋二、主要參數(shù)d 大徑 公稱直徑 M 10d1小徑 危險(xiǎn)直徑d2中徑 平均直徑d2=(d1+d)2n線數(shù) p螺距S=np 導(dǎo)程升角 =arctg牙形角2ds 公制：60。英制：55。牙側(cè)角h接觸高度效 率：)(vtgtg 自鎖條件： cos11ftgftgvv 5-2 螺紋聯(lián)接的類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件螺紋聯(lián)接的類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件1.螺栓聯(lián)接：被聯(lián)接件必須打成通孔一

3、 、螺栓聯(lián)接的基本類型普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接2.雙頭螺柱聯(lián)接：被聯(lián)接件不能打成通孔 經(jīng)常拆卸處盲孔螺釘聯(lián)接：被聯(lián)接件不能打成通孔 不經(jīng)常拆卸處緊釘螺釘聯(lián)接：用于軸向或周向固定 傳遞較大的力或力矩其他：地腳螺栓聯(lián)接 吊環(huán)螺栓聯(lián)接 T型槽螺栓聯(lián)接二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件五大件：螺栓、雙頭螺栓、螺釘、螺母、墊圈自學(xué)（結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用） 5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊螺紋聯(lián)接的預(yù)緊一般聯(lián)接：擰緊 不控制預(yù)緊力重要聯(lián)接：控制預(yù)緊力一、一般聯(lián)接：預(yù)緊力 Qp碳素鋼：Qp=(0.60.7) SA1合金鋼：Qp（0.50.6)SA1A1=421d二、重要聯(lián)接：擰緊力矩TT=T1+T2T1：螺旋副摩擦阻力矩T2：螺母支

4、承面的摩擦阻力矩對(duì)于普通粗牙螺紋 M10M68T0.2Qpd 2020303023221dDdDftgdQTcvp 注意：對(duì)于重要聯(lián)接 dM12 一般扳手長(zhǎng)度 L=15d T=FL Qp=75F(擰緊力）當(dāng) F=200N Qp=15000NM12以下的螺栓以被擰斷三、控制Qp的方法測(cè)力矩扮手，定力矩扮手（不準(zhǔn)確）測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量的方法 （準(zhǔn)確）5-4 螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接的防松目的：防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)靜載荷 溫差?。嚎勘旧碜枣i變載荷 溫差大 ： 防松=14232 =69自鎖防松方法：類型 結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)摩擦防松：增大摩擦力，不可靠v 對(duì)頂螺母：彈簧墊圈：自旋螺母：機(jī)械防松：鎖住螺旋副， 可靠開(kāi)口銷

5、與六角開(kāi)槽螺母：止動(dòng)墊圈：串聯(lián)鋼絲：a）正確b）不正確鉚、沖、焊、膠接防松：破壞螺旋副 可靠5-5螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)螺栓組聯(lián)接一般均成組使用螺栓組聯(lián)接設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力設(shè)計(jì)一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的：合理確定接合面的形狀和螺栓組的步置聯(lián)接接合面為簡(jiǎn)單幾何形狀：圓形、環(huán)形、矩形、三角形便于制造、受力均勻螺栓的布置應(yīng)保證受力合理 鉸制孔用螺栓小于8 承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)靠邊緣布置（圖5-20）a)合理b)不合理圖5-20接合面彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)螺栓的布置合理的間距和扳手空間（圖5-21) (表5-6)同一圓周數(shù)為偶數(shù)（4、6、8等）且螺栓的直徑材料長(zhǎng)度均相同避免承受附加彎曲載荷 鑄鍛表面應(yīng)制成凸臺(tái)

6、或沉頭座（圖5-22) 傾斜面加斜面墊圈（圖5-23)圖5-23斜面墊圈的應(yīng)用圖5-22 凸臺(tái)與沉頭座的應(yīng)用二、螺栓組聯(lián)接的受力分析目的：找出受力最大的螺栓和求出所受力，以便于強(qiáng)度計(jì)算。幾種典型受力分析： 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接橫向載荷：載荷作用線垂直螺栓軸線普通螺栓組聯(lián)接：接和面不滑移靠摩擦力來(lái)抵抗橫向載荷 ( 圖 5-24 a)受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接 FkZifQsp每個(gè)螺栓所受預(yù)緊力pQfZiFkQsp f 接合面摩擦系數(shù)（表（5-7)i 接合面數(shù) 防滑系數(shù)， sksk=1.11.52.鉸制孔用聯(lián)接靠螺栓桿受擠壓和剪切來(lái)抵抗橫向載荷(圖5-24b)每個(gè)螺栓所受剪力FZFF 二 受轉(zhuǎn)矩T

7、防止底版繞對(duì)稱中心O轉(zhuǎn)動(dòng)普通螺栓聯(lián)接：螺栓受預(yù)緊力pQ圖（5-25 a ) P79 下圖TkrfQrfQrfQsZppp 21TkrfQsZiip 1 isprfTkQ特例：聯(lián)軸器 （圖5-25) P80fzrTkQrrrrspZ 21鉸制孔用螺栓組聯(lián)接：螺栓受剪力F 根據(jù)變形協(xié)調(diào)原則：距對(duì)稱中心O 越遠(yuǎn)，剪切變形量越大，所受工作 剪力越大。（圖5-25b) iirFrF maxmaxmaxmaxrrFFii 或TrFrFrFzz 2211TrFii TrrFi max2max或特例：聯(lián)軸器zrTFrrrrz 21受軸向載荷 F軸向載荷：載荷作用線平行螺栓軸線圖（5-26)螺栓受拉力預(yù)緊力zF

8、F pQ聯(lián)合作用聯(lián)合作用QQ 總拉力受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩受傾覆力矩M (圖圖 5-27)防止底板繞對(duì)稱軸線OO翻轉(zhuǎn)MLFii 根據(jù)變形協(xié)調(diào)原則iiLFLF maxmaxmaxmaxLLFFii 或 2maxmaxiLMLF兩項(xiàng)驗(yàn)算：接合面受壓最大處不壓潰 ppMQpWMAzQp max接合面材料 p （表5-8)接合面受壓最大處不出現(xiàn)間隙0max WMAzQpMQpp 注意：實(shí)際螺栓組受力為組合狀況普通螺栓聯(lián)接：受拉力按 和M求工作拉力F按 和T求預(yù)緊力vFHFpQ求Q總拉力鉸制孔用螺栓聯(lián)接：受剪力 按 和T 求工作剪力HF 5-6 螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算選擇螺栓類型：軸向載荷傾覆力矩

9、橫向載荷轉(zhuǎn)矩普通螺栓普通螺栓 鉸制孔用螺栓普通螺栓 受拉螺栓鉸制孔用螺栓受剪螺栓失效形式：受拉螺栓：靜力或疲勞斷裂（圖5-12)受剪螺栓： 接合面被壓潰螺栓桿被剪斷設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：受拉螺栓：受剪螺栓： rr pp 強(qiáng)度計(jì)算 確定 （或 ） 1d0d查手冊(cè)確定d按等強(qiáng)度查手冊(cè)確定螺栓、螺母、墊圈一 受拉螺栓：普通螺栓 松聯(lián)接（不預(yù)緊）例：拉桿、吊鉤、定滑輪架等圖（5-13)強(qiáng)度條件： 421dF Fd41 或二 緊聯(lián)接（預(yù)緊）只受預(yù)緊力（橫向載荷、轉(zhuǎn)矩）例：索引器、聯(lián)軸器螺栓預(yù)緊力螺紋摩擦力矩pQ1T 復(fù)合應(yīng)力ca 5 . 0 根據(jù)第四強(qiáng)度理論： 3 . 1322 ca強(qiáng)度條件： 43 . 121dQ

10、pca pQd3 . 141 或同時(shí)受預(yù)緊力和工作拉力（軸向載 荷傾覆力矩） 例：汽缸、高壓容器預(yù)緊未加工作載荷螺栓：拉伸 變形為被聯(lián)接件：壓縮 變形為pQpQb m 圖5-17 a,b單個(gè)緊螺栓聯(lián)接受力變形圖圖5-17 單個(gè)螺栓受力變形線圖)a)b)c加入工作載荷螺柱：進(jìn)一步拉伸 變形為被聯(lián)接件：放松 變形為Q bpQ m圖5-17 c螺栓的總拉力QFCCCQFQQFQQmbbppp Q選擇pQ有密封性要求時(shí) 一般聯(lián)接，載荷穩(wěn)定時(shí)一般聯(lián)接，載荷不穩(wěn)定時(shí)地腳螺栓聯(lián)接FQp)8 . 15 . 1( FQp)6 . 02 . 0( FQp)0 . 16 . 0( FQp 根據(jù)橫向載荷或轉(zhuǎn)矩求出pQ

11、FCCCQFFQQbmmppp )(強(qiáng)度條件： 43 . 121dQca Qd3 . 141 mbbCCC 螺栓的相對(duì)剛度，表5-4受軸向載荷 （圖5-18)工作拉力在0F之間變化螺栓總拉力在 QpQ之間變化421mindQp 421maxdQ FCCCQQmbbp 21minmax22dFCCCmbba c min SkkSaca minmin122 按二 受剪螺栓：鉸制孔用螺栓 （圖5-19) 螺栓桿與孔壁的擠壓條件： ppLdF min0螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件： 420dFminL擠壓面的最小高度)25. 1(0d 0d光桿直徑 5-7 材料及許用應(yīng)力一 材料常用材料：螺栓一般：碳鋼低碳鋼

12、Q215 、 10中碳鋼Q235 、 35 、 45變載荷；合金鋼低碳鋼：15Cr高合金鋼：40Cr、30CrMnSi特殊用途：防銹、防磁、導(dǎo)電耐高溫螺母墊圈：Q235 、15、 35彈簧墊圈：65Mn性能等級(jí)（表5-9 表5-10)二 許用應(yīng)力許用拉應(yīng)力：許用切應(yīng)力： Ss Ss 許擁擠壓應(yīng)力：鋼：鑄鐵： pspS pBp s B SpSS表5-9安全系數(shù) 表5-115-8 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施一 降低應(yīng)力幅，提高疲勞強(qiáng)度F,Qp 不變 減少螺栓剛度增加被聯(lián)接件剛度Q 降低應(yīng)力幅減少螺栓剛度)(21bbCC 圖5-29a加長(zhǎng)螺栓柔性螺栓： ( 圖5-30)空心腰桿螺母下加彈性元件 （圖 5

13、-31)增加被聯(lián)接件的剛度)(21mmCC （圖5-29 b) 剛度大的墊圈密封環(huán) （圖5-32)同時(shí)再增大預(yù)緊力Qp更有效 （圖5-29c)二 改善牙間載荷分布不均 （圖5-33)螺栓：受拉Pb螺母：受壓Pm第一圈 變化最大p （圖5-34)第一圈承受1/3 的載荷第八圈幾乎不受載荷措施：使 減小p 拉伸螺母：懸置、環(huán)槽 （圖5-35) 內(nèi)斜螺母：載荷上移、趨于均勻 環(huán)槽 、內(nèi)斜螺母：綜合 鋼絲螺套：均載、防震 （圖5-36)三 減少應(yīng)力集中 加大圓角卸載槽螺尾退刀槽 減小彎曲應(yīng)力：凸臺(tái)沉頭座球面墊 圈要環(huán)螺栓 （圖5-38 圖5-39)四 合理的制造工藝改車制為冷鐓、滾壓 （圖5-40)表

14、面處理：氮化、氰化、噴丸等例題例題固定在鋼制立柱上的鑄鐵托架已知：載荷P、底版尺寸bh 解 1.螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.螺栓組受力分析：向底板對(duì)稱中心簡(jiǎn)化。軸向載荷軸向載荷 軸向載荷軸向載荷 傾覆力矩傾覆力矩sin1PP cos2PP 21MMM15016021PP3.螺栓受力分析螺栓受力分析上面兩螺栓受力最大：上面兩螺栓受力最大：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條件，求出殘余預(yù)緊力條件，求出殘余預(yù)緊力2PpQ2PKZfQsp預(yù)緊力預(yù)緊力:1)1 (FCCCQQmbbpp5. 螺栓所受總拉力螺栓所受總拉力QFCCCQQ

15、mbbp6.強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算 Qd3 . 1417.螺栓組接合面的兩項(xiàng)校核螺栓組接合面的兩項(xiàng)校核（1）接合面不壓潰）接合面不壓潰（2）接合面不產(chǎn)生間隙）接合面不產(chǎn)生間隙 pppWMAZQmax0minWMAZQpp5-9 螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)一、螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用一、螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用 1.組成組成 螺旋副螺旋副 效率高效率高 2.作用作用螺桿螺桿螺母螺母變轉(zhuǎn)動(dòng)為移動(dòng)變轉(zhuǎn)動(dòng)為移動(dòng)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力3.類型類型（1）按用途分）按用途分傳力螺旋：增力（千斤頂，壓力機(jī)）傳力螺旋：增力（千斤頂，壓力機(jī)）傳導(dǎo)螺旋：傳遞運(yùn)動(dòng)（進(jìn)給、分度）傳導(dǎo)螺旋：傳遞運(yùn)動(dòng)（進(jìn)給、分度）調(diào)整螺旋：調(diào)節(jié)位置（相機(jī)、

16、儀器）調(diào)整螺旋：調(diào)節(jié)位置（相機(jī)、儀器）（2）按摩擦性質(zhì)分）按摩擦性質(zhì)分滑動(dòng)螺旋：簡(jiǎn)單，易制造，滑動(dòng)螺旋：簡(jiǎn)單，易制造，易自鎖，易自鎖，滾動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋靜壓螺旋靜壓螺旋，精度高，精度高1.托杯；托杯；2.螺釘螺釘3.手柄；手柄；4.擋環(huán)擋環(huán)5.螺母；螺母；6.緊訂螺釘緊訂螺釘7.螺桿；螺桿；8.底座底座9.擋環(huán)擋環(huán)二、滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料二、滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)螺桿：多線，梯形、鋸齒形螺紋螺桿：多線，梯形、鋸齒形螺紋螺母：整體：簡(jiǎn)單，間隙不可調(diào)螺母：整體：簡(jiǎn)單，間隙不可調(diào) 剖分剖分 組合組合間隙可調(diào)間隙可調(diào)2.材料材料要求：強(qiáng)度、耐磨性、減磨性、工藝性要求：強(qiáng)度、耐磨性、減磨性、工藝

17、性螺桿（耐磨）螺桿（耐磨）螺母（減磨）螺母（減磨） ，青銅，青銅ZCu10P1等等一般：一般：45等等重要：重要：40Cr等等f(wàn)螺螺旋旋副副材料牌號(hào)材料牌號(hào)應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍Q235,Q275,45,50材料不經(jīng)熱處理，適用于經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，受力不大，轉(zhuǎn)速材料不經(jīng)熱處理，適用于經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，受力不大，轉(zhuǎn)速較地的傳動(dòng)較地的傳動(dòng)40Cr,65Mn,T12,40WMn, 8CrMnTi材料需經(jīng)熱處理，以提高其材料需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性，耐磨性，適用于重載、轉(zhuǎn)適用于重載、轉(zhuǎn)速較高的重要傳動(dòng)速較高的重要傳動(dòng)螺螺桿桿 9Mn2V,CrWMn, 8CrMnAl材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸穩(wěn)定性，適用于精密材料需經(jīng)熱

18、處理，以提高其尺寸穩(wěn)定性，適用于精密傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)ZCu10P1,ZCu5Pb5Zn5材料材料耐磨性好，耐磨性好，適用于一般傳動(dòng)適用于一般傳動(dòng)螺螺母母ZCuAl9Fe4Ni4Mn2, ZCn25Al6Fe3Mn3材料材料耐磨性好，強(qiáng)度高，耐磨性好，強(qiáng)度高，適用于重載、底速的傳動(dòng)。適用于重載、底速的傳動(dòng)。對(duì)于尺寸較大或高傳動(dòng)螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)對(duì)于尺寸較大或高傳動(dòng)螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金孔澆注青銅或巴氏合金三、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算三、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要失效形式：螺紋磨損主要失效形式：螺紋磨損設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）按耐磨性計(jì)算確定主要參數(shù)）按耐磨性計(jì)算確定主要參數(shù)d2 H2（2）其他失效形式的較核計(jì)算）其他失效形式的較核計(jì)算（3）查手冊(cè)確定螺旋的其他尺寸）查手冊(cè)確定螺旋的其他尺寸1.耐磨性計(jì)算耐磨性計(jì)算確定確定d2 H2驗(yàn)算自鎖條件驗(yàn)算自鎖條件（1）較核：較核： phHdQPhHdQAQp22設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)：矩形、梯形：矩形、梯形：鋸齒形鋸齒形pQd8.02pQd65.02(2)2dH系數(shù)中系數(shù)中整體式整體式剖分式剖分式載荷大、精度高、壽命長(zhǎng)載荷大、精度高、壽命長(zhǎng)5 .22 .15 .35 .24工作高度工作高度h矩形、梯形：矩形、梯形：h=0