螺紋連接與螺旋傳動(dòng)

1、項(xiàng)目五 螺紋連接與螺旋傳動(dòng)螺紋連接的基本知識(shí)螺紋連接的預(yù)緊與防松單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)與受力分析 螺紋連接件的材料和許用應(yīng)力 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介 （一）教學(xué)要求1、熟悉螺紋的類(lèi)型、主要參數(shù)、特點(diǎn)及應(yīng)用2、掌握螺紋聯(lián)接的主要類(lèi)型及應(yīng)用場(chǎng)合3、熟悉螺栓聯(lián)接的預(yù)緊和防松4、掌握單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算5、掌握螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，了解提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的常用措施和螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)1、螺紋聯(lián)接的類(lèi)型、特點(diǎn)及應(yīng)用2、緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算3、螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、螺紋聯(lián)接的基本知識(shí) 按螺旋線繞行方向，螺紋可分為左旋螺紋和右旋螺紋 按螺紋的位置，螺紋分為內(nèi)

2、螺紋和外螺紋，二者共同組成螺紋副用于聯(lián)接和傳動(dòng)。（一）螺紋的類(lèi)型 按螺旋線的數(shù)目，螺紋可分為單線螺紋（n=1）、雙線螺紋（n=2）和多線螺紋（n2） 按牙型，螺紋可分為三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋主要用于聯(lián)接主要用于傳動(dòng)鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋三角形螺紋三角形螺紋矩形螺紋矩形螺紋梯形螺紋梯形螺紋（二）螺紋的主要參數(shù)d大徑d1 小徑d2中徑P螺距S導(dǎo)程升角牙型角、 牙型斜角（三）常用螺紋的特點(diǎn)及應(yīng)用管螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋普通螺紋米制三角形螺紋，牙型角為60，同一公稱直徑下有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余為細(xì)牙螺紋。 英制螺紋，牙型角為55，公稱直徑是管子內(nèi)徑，可分為圓柱

3、管螺紋和圓錐管螺紋，前者用于低壓場(chǎng)合，后者用于高溫、高壓或密封性高的管連接。牙型為正方形，牙型角為0，傳動(dòng)效率最高，牙根強(qiáng)度低，傳動(dòng)精度低，常用于傳力或傳導(dǎo)螺旋，未標(biāo)準(zhǔn)化，逐漸被梯形螺紋所替代。牙型為等腰梯形，牙型角為30，傳動(dòng)效率低于矩形螺紋，但牙根強(qiáng)度高，對(duì)中性好，廣泛用于傳力或傳導(dǎo)螺旋，如機(jī)床的絲杠、螺旋舉重器等。工作面的牙型斜角為3，非工作面的牙型斜角為30，綜合了矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙根強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但僅用于單向受力的傳力螺旋。1.螺栓聯(lián)接a) 普通螺栓聯(lián)接被聯(lián)接件不太厚，通孔不帶螺紋，螺桿穿過(guò)通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，可多個(gè)裝拆，應(yīng)用較廣。主

4、要用于被連接件不厚、通孔、經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。（四）螺紋聯(lián)接的基本類(lèi)型螺栓連接動(dòng)畫(huà)展示b) 鉸制孔螺栓聯(lián)接裝配后無(wú)間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用，采用基孔制配合鉸制孔螺栓聯(lián)接. 鉸制孔螺栓連接動(dòng)畫(huà)展示 螺桿兩端無(wú)釘頭，但均有螺紋，裝配時(shí)一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。拆裝時(shí)只需拆螺母，而不將雙頭螺柱從被聯(lián)接件中擰出。適用于被聯(lián)接件之一較厚、盲孔且經(jīng)常拆卸場(chǎng)合。2.雙頭螺柱聯(lián)接雙頭螺柱連接動(dòng)畫(huà)展示3.螺釘聯(lián)接適用于被聯(lián)接件之一較厚、盲孔、不經(jīng)常裝拆且受力不大的場(chǎng)合。螺釘連接動(dòng)畫(huà)展示4.緊定螺釘聯(lián)接 利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應(yīng)的缺口中以固定零件的相對(duì)位置，可傳遞不大的軸向力或扭矩

5、。緊定螺釘聯(lián)接地腳螺栓聯(lián)接 吊環(huán)螺釘接（五）標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件 通用螺紋緊固件已標(biāo)準(zhǔn)化。常用的有螺栓、雙頭螺柱、螺釘、緊定螺釘、螺母和墊圈等，這類(lèi)零件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。1.螺栓 有普通螺栓和鉸制孔螺栓，精度分A、B、C三級(jí)，通常多用C級(jí)，桿部可以全是螺紋或只有一段螺紋。2.雙頭螺柱 兩端帶螺紋， 分A型（有退刀槽）和B型（無(wú)退刀槽）。3.螺釘 與螺栓區(qū)別：要求螺紋部分直徑較粗；要求全螺紋。4.緊定螺釘錐 端適于零件表面硬度較低不常拆卸場(chǎng)合。 平 端接觸面積大、不傷零件表面，用于頂緊硬度較大的平面，適于經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。 圓柱端壓入軸上凹抗中，適于緊定空心軸上零件的

6、位置輕材料和金屬薄板。5.六角螺母 按厚度分為標(biāo)準(zhǔn)、薄型兩種，精度與螺栓對(duì)應(yīng)，分A、B、C三級(jí)，分別與同級(jí)別的螺栓配用。6.圓螺母： 圓螺母與帶翅墊圈配用，螺母帶有缺口，應(yīng)用時(shí)帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊.7.墊圈 墊圈放在螺母與被連接件之間，保護(hù)支承面。分平墊和斜墊兩者。斜墊用于傾斜的支承面。二、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 一般螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)都必須擰緊，以增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性、緊密性和防松能力。（一）螺栓聯(lián)接的預(yù)緊 對(duì)于一般聯(lián)接，可憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制預(yù)緊力F0的大小，對(duì)于重要的聯(lián)接就要嚴(yán)格控制其預(yù)緊力。T=T1+T2=KF0d擰緊時(shí)扳手力矩為 式中F0 0是預(yù)緊力，K為擰緊力

7、矩系數(shù),可查表7-2，（二）螺栓聯(lián)接的防松 防松目的：實(shí)際工作中，外載荷有振動(dòng)、變化、材料高溫蠕變等會(huì)造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動(dòng)，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋聯(lián)接就會(huì)松馳而失效。因此，必須進(jìn)行防松，否則會(huì)影響正常工作，造成事故。 常用的防松方法摩擦防松機(jī)械防松其它方法防松 防松原理：消除（或限制）螺紋副之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或增大相對(duì)運(yùn)動(dòng)的難度。1.摩擦防松 雙螺母彈簧墊圈自鎖螺母螺母一端做成非圓形收口或開(kāi)峰后徑向收口，螺母擰緊后收口漲開(kāi)，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊槽形螺母與開(kāi)口銷(xiāo)止動(dòng)墊片2.機(jī)械防松圓螺母與帶翅墊圈串聯(lián)鋼絲3、其它方法防松如端鉚防松、沖點(diǎn)

8、防松、點(diǎn)焊防松、粘合防松、串聯(lián)鋼絲防松三、單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算是螺紋聯(lián)接設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 根據(jù)聯(lián)接的的工作情況，可將螺栓按受力形式分為受拉螺栓和受剪螺栓，兩者失效形式是不同的。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：針對(duì)具體的失效形式，通過(guò)對(duì)螺栓的相應(yīng)部位進(jìn)行相應(yīng)強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)計(jì)算（或強(qiáng)度校核）。 螺栓聯(lián)接的計(jì)算主要是確定螺紋小徑d1,然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋的公稱直徑（大經(jīng)）d等。（一）受拉螺栓聯(lián)接1.松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度條件：設(shè)計(jì)公式：421dFAF41Fd d1計(jì)算出后,再按標(biāo)準(zhǔn)查選螺紋的公稱直徑。2.緊螺栓聯(lián)接（1）只受預(yù)緊力緊螺栓聯(lián)接螺栓螺紋部分處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。螺栓危險(xiǎn)界面上的拉伸應(yīng)力

9、為4210dF螺栓危險(xiǎn)界面上的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力為162/)tan(163120311ddFdTv 對(duì)于常用的單線、三角形螺紋的普通螺栓，取fv=0.15，簡(jiǎn)化處理的t=0.5,.根據(jù)第四理論，可求出當(dāng)量應(yīng)力e為3 . 1)5 . 0(332222e因此，強(qiáng)度條件為：3 . 1e即43 . 1210dF設(shè)計(jì)公式為3 . 1401Fd（2）受橫向外載荷的緊螺栓聯(lián)接 載荷與螺栓軸向垂直，靠被聯(lián)接件間的摩擦力傳遞。螺栓內(nèi)部危險(xiǎn)截面上既有軸向預(yù)緊力F0形成的拉應(yīng)力，又有因螺栓與螺紋牙面間的摩擦力矩T1而形成的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。螺栓預(yù)緊力mfFKFRf0當(dāng)f=0.15、Kf=1.1、m=1時(shí)，可得RRFFF7115

10、. 01 . 10（3）受軸向外載荷的緊螺栓聯(lián)接 載荷方向與螺栓軸向一致，螺栓受載前需預(yù)緊，受載前后受力不同。螺栓內(nèi)部危險(xiǎn)截面上同樣既有拉應(yīng)力s，又有扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力t。強(qiáng)度條件: 設(shè)計(jì)公式:式中F為螺栓受載后所受的軸向總拉力(N)，F(xiàn)為單個(gè)螺栓的軸向載荷, F0為殘余軸向預(yù)緊力4/3 . 121dF3 . 141FdF=F+ F0有密封要求時(shí) F0 =（1.51.8）F 一般聯(lián)接 F0 =（0.20.6）F 載荷穩(wěn)定 F0 =（0.61.0）F 載荷不穩(wěn)定地腳螺栓聯(lián)接 F0 F（二）受剪切螺栓聯(lián)接 螺栓受載前后不需預(yù)緊，橫向載荷靠螺栓桿與螺栓孔壁之間的相互擠壓傳遞。擠壓強(qiáng)度條件剪切強(qiáng)度條件psRp

11、dF4/2sRdmF四、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析要設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的幾何形狀（一）螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工程中螺栓成組使用，單個(gè)使用極少。因此，必須研究栓組設(shè)計(jì)和受力分析，它是單個(gè)螺栓計(jì)算基礎(chǔ)和前提條件。螺栓的布置應(yīng)使螺栓的受力合理螺栓的布置應(yīng)有合理的間距、邊距同一組螺栓聯(lián)接中各螺栓的直徑和材料均應(yīng)相同避免螺栓承受偏心載荷（二)螺栓組聯(lián)接的受力分析 螺栓組受力分析的目的是，根據(jù)螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受載最大的螺栓及其受力。受力分析是在作如下假設(shè)條件下進(jìn)行的，即：同組中的各螺栓都受相同的預(yù)緊力螺栓組的對(duì)稱中心與被聯(lián)接結(jié)合面的形心重合被聯(lián)接件為剛體,聯(lián)接結(jié)合面為剛性平面螺栓的變形在彈性

12、范圍內(nèi)螺栓組受力可劃分為4種典型情況：受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接受旋轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接五、螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力（一）螺紋聯(lián)接件的材料其它對(duì)螺紋有特殊要求（如防腐、耐高溫）時(shí)，應(yīng)選擇有特殊性能的材料。一般螺紋聯(lián)接件常用材料為低碳鋼和中碳鋼，如Q215、Q235、15、35、45等受沖擊、振動(dòng)和變載荷作用的螺栓可用合金鋼，如15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB等螺紋連接件常用材料的力學(xué)性能見(jiàn)表7.77.5.2 螺紋連接的許用應(yīng)力螺栓材料的許用應(yīng)力和安全系數(shù)見(jiàn)表7.8和7.9。六、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，

13、提高螺栓強(qiáng)度有以下幾種措施：1.改善螺紋牙間的載荷分配a) 懸置螺母 b) 環(huán)槽螺母 c)內(nèi)斜螺母 d)環(huán)槽內(nèi)斜 工作中螺栓牙抗拉伸長(zhǎng)，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面處第一圈為最大，應(yīng)變最大，應(yīng)力最大，其余各圈依次遞減。2.減小螺栓的應(yīng)力變化幅度 受變載荷作用的螺栓，其應(yīng)力也在一定的幅度內(nèi)變動(dòng)，減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度等皆可以使螺栓的應(yīng)力變化幅度減小。降低螺栓剛度 適當(dāng)增加螺栓長(zhǎng)度、減小螺栓光桿直徑，也可以在螺母下裝彈性元件以降低螺栓剛度。 增大被連接件的剛度 除可以從被連接件的結(jié)構(gòu)和尺寸考慮外，還可以采用剛度較大的金屬墊片或不設(shè)墊片。 理想方法 同時(shí)提高被聯(lián)接件剛性、降

14、低螺栓剛性3.減小應(yīng)力集中加大過(guò)渡處圓角改用退刀槽卸載槽卸載過(guò)渡結(jié)構(gòu)4.避免附加彎曲應(yīng)力 被聯(lián)接件支承面不平突起、表面與孔不垂直，使螺栓承受偏心載荷，從而使螺栓桿產(chǎn)生很大的附加彎曲應(yīng)力。防偏載措施：七、滑動(dòng)螺旋簡(jiǎn)介 螺旋傳動(dòng)是利用由螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的場(chǎng)合。（一）螺旋傳動(dòng)的類(lèi)型傳力螺旋舉重器、千斤頂、加壓螺旋 特點(diǎn)：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖傳導(dǎo)螺旋機(jī)床進(jìn)給匯杠傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特點(diǎn)：速度高、連續(xù)工作、精度高調(diào)整螺旋機(jī)床、儀器及測(cè)試裝置中的微調(diào)螺旋。特點(diǎn)：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng) （二）螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)及材料1.螺母結(jié)

15、構(gòu)整體螺母不能調(diào)整間隙，只能用在輕載且精度要求較低的場(chǎng)合組合螺母對(duì)開(kāi)螺母這種螺母便于操作，一般用于車(chē)床溜板箱的螺旋傳動(dòng)中2.螺桿結(jié)構(gòu) 通常采用牙型為矩形、提醒或鋸齒形的右旋螺紋。特殊情況下也采用左旋螺紋。3.材料一般螺桿的選用原則如下：l高精度傳動(dòng)時(shí)多選碳素工具鋼l需要較高硬度，可采用鉻錳合金鋼或者采用65Mn鋼l一般情況下可用45、50鋼 螺母材料可采用鑄造錫青銅，重載低速的場(chǎng)合可選用鑄造鋁鐵青銅，而輕載低速時(shí)也可選用耐磨鑄鐵。（一）滾珠絲杠的分類(lèi)、特點(diǎn)和應(yīng)用1.滾珠絲杠的分類(lèi)（1）按用途分定位滾珠絲杠傳動(dòng)滾珠絲杠通過(guò)旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程控制軸向位移量，稱P類(lèi)滾珠絲杠用于傳動(dòng)動(dòng)力的滾珠絲杠，稱為T(mén)

16、類(lèi)滾珠絲杠八、滾動(dòng)螺旋簡(jiǎn)介 在螺桿和螺母制建設(shè)有封閉循環(huán)的滾道，在滾道間填充鋼珠，使螺旋副的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，提高傳動(dòng)效率，這種傳動(dòng)稱為螺旋傳動(dòng)，又稱為滾珠絲杠副。（2）按循環(huán)方式分（1）內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠（2）外循環(huán)滾珠絲杠2.滾珠絲杠的特點(diǎn)及應(yīng)用滾珠絲杠的優(yōu)點(diǎn)滾動(dòng)摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高啟動(dòng)扭矩接近運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩，工作較平穩(wěn)磨損小且壽命長(zhǎng)，可用調(diào)整裝置調(diào)整間隙，傳動(dòng)精度與剛度均得到提高不具有自鎖性，可將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)滾珠絲杠的缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難在需要防止逆轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)中，要加字所機(jī)構(gòu)承載能力不如滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)大（二)滾珠絲杠副的特征代號(hào)及標(biāo)注精度等級(jí)類(lèi)型(P/T)承載鋼珠圈數(shù)螺紋旋向公稱導(dǎo)程公

17、稱直徑結(jié)構(gòu)特征預(yù)緊方式循環(huán)方式1、螺紋的類(lèi)型、主要參數(shù)、特點(diǎn)及應(yīng)用2、螺紋聯(lián)接的主要類(lèi)型及應(yīng)用場(chǎng)合3、螺栓聯(lián)接的預(yù)緊和防松4、單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算5、螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的常用措施1在常用的螺旋傳動(dòng)中，傳動(dòng)效率最高的螺紋是( )。 A .三角形螺紋 B. 梯形螺紋 C .鋸齒形螺紋 D .矩形螺紋2當(dāng)兩個(gè)被聯(lián)接件之一太厚，不宜制成通孔，且聯(lián)接不需要經(jīng)常拆卸時(shí)，往往采用( )。 A 螺栓聯(lián)接 B 螺釘聯(lián)接 C 雙頭螺柱聯(lián)接 D 緊定螺釘聯(lián)接3.兩被聯(lián)接件之一較厚，盲孔且經(jīng)常拆卸時(shí)，常用（）。A.螺栓聯(lián)接 B.雙頭螺柱聯(lián)接C.螺釘聯(lián)接4常用聯(lián)接的螺紋是( )。 A 三角形螺紋 B 梯

18、形螺紋 C 鋸齒形螺紋 D 矩形螺紋5承受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接，聯(lián)接中的螺栓受( )作用。 A 剪切 B 拉伸 C 剪切和拉伸6當(dāng)兩個(gè)被聯(lián)接件不厚,通孔，且需要經(jīng)常拆卸時(shí)，往往采用( )。 A 螺釘聯(lián)接 B 螺栓聯(lián)接 C 雙頭螺柱聯(lián)接 D 緊定螺釘聯(lián)接9.在螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，被聯(lián)接件與螺母和螺栓頭接觸表面處需要加工，這是為了 。A.不致?lián)p傷螺栓頭和螺母 B.增大接觸面積，不易松脫 C.防止產(chǎn)生附加偏心載荷 D.便于裝配。 7采用凸臺(tái)或沉頭座作為螺栓頭或螺母的支撐面是為了( )。 A .減少預(yù)緊力 B .減少擠壓力 C. 避免螺栓受彎曲應(yīng)力 D 便于放置墊圈8公制普通螺紋的牙型角為( )。 A .30 B. 55 C. 6011.設(shè)計(jì)螺栓組時(shí)常把螺栓布置成軸對(duì)稱的均勻的幾何形狀，這主要是為了 （ ）。A.美觀 B.受力最小 C.聯(lián)接方便 D.接合面受力較均勻 12.在確定緊螺栓聯(lián)接的計(jì)算載荷時(shí)，預(yù)緊力F0比一般值提高30%，這是考慮了（ ）。A.螺紋上的應(yīng)力集中 B.螺栓桿橫截面上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 C.載荷沿螺紋圈分布的不均勻性 D.螺紋毛刺的部分?jǐn)D壓 13.螺紋連接的基本形式有哪