螺紋聯(lián)接和螺旋傳動()

螺紋聯(lián)接和螺旋傳動()江西農(nóng)大工學(xué)院第1頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動一、螺紋（thread）1、螺紋的形成2、螺紋的類型①按平面圖形分牙根強度工藝性適用場合三角形螺紋(triangularthread)最大好聯(lián)接矩形螺紋(rectanglethread)小差傳動梯形螺紋(trapezoidalthread)

較大好傳動鋸齒形螺紋(sawtooththread)較大好傳動管螺紋（pipethread）聯(lián)接江西農(nóng)大工學(xué)院第2頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四②按螺線的繞行方向分左旋螺紋（left-handthread）右旋螺紋（right-handthread）③按螺紋線數(shù)分單線螺紋（single-thread）——用于聯(lián)接雙線螺紋（double-thread）——用于傳動三線螺紋（triple-thread）——用于傳動多線螺紋——用于傳動江西農(nóng)大工學(xué)院第3頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3、主要參數(shù)大徑d——公稱直徑（nominalthread）小徑d1——危險剖面直徑，強度計算直徑中徑d2——軸線剖面上的假想直徑線數(shù)n

——螺旋線數(shù)目螺距P（threadpitch）導(dǎo)程S（lead）

S＝nP升角ψ（leadangle）牙型角牙側(cè)角工作高度h江西農(nóng)大工學(xué)院第4頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四二、螺紋聯(lián)接的基本類型1、螺栓（bolt）聯(lián)接普通螺栓（generalbolt）聯(lián)接鉸制孔螺栓（reamerbolt）聯(lián)接2、雙頭螺柱（stud，double-endbolt）聯(lián)接江西農(nóng)大工學(xué)院第5頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3、螺釘（screw）聯(lián)接4、緊定螺釘（setscrew）聯(lián)接5、特殊用螺釘聯(lián)接地腳螺釘(foundationbolt)聯(lián)接吊環(huán)螺釘（eyebolt）聯(lián)接江西農(nóng)大工學(xué)院第6頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四6、標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件螺栓、螺柱、螺釘、緊定螺釘自攻螺釘、螺母、墊圈

江西農(nóng)大工學(xué)院第7頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四三、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松（一）螺紋副受力分析1、矩形螺紋①

物體沿斜面勻速上升F0RFF0RNFFfψ

F

＝F0tan（ψ+φ）螺母旋轉(zhuǎn)一周的輸入功為

A1＝Fd2＝F0tan（ψ+φ）d2舉升重物的有效功為

A2＝F0S＝F0d2tanψ江西農(nóng)大工學(xué)院第8頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四效率：當(dāng)ψ＝45o－0.5φ

時，螺紋副的效率最高②

物體沿斜面勻速下降F0RNFFfψF0RF

F＝

F0tan（ψ－φ）自鎖條件為：

F＝F0tan（ψ―φ）≤0

ψ≤φ江西農(nóng)大工學(xué)院第9頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四2、三角形螺紋摩擦力：NF0Nγ力的關(guān)系F＝

F0tan（ψφv）效率自鎖條件江西農(nóng)大工學(xué)院第10頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四（二）螺紋聯(lián)接的預(yù)緊1、螺紋阻力矩2、支承面阻力矩3、擰緊力矩增加可靠性緊密性江西農(nóng)大工學(xué)院第11頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四4、控制預(yù)緊力的方法①

測力矩板手②定力矩板手③測定螺栓伸長量江西農(nóng)大工學(xué)院第12頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四（三）螺紋聯(lián)接的防松1、摩擦防松（preventlooseningbyfriction）雙螺母（doublenut）彈簧墊圈（springwasher）自鎖螺母（self-lockingnut）江西農(nóng)大工學(xué)院第13頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四2、機械防松開口銷(springcotter)與六角開槽螺母(notchnut)止動墊圈（stopwasher）串聯(lián)金屬絲（inserieswire）江西農(nóng)大工學(xué)院第14頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3、永久防松（破壞螺紋副）沖點、焊接(jointing)、粘合(conglutination)四、單個螺栓聯(lián)接的強度計算1、失效形式及計算準(zhǔn)則①

受拉螺栓斷裂（過載斷裂、疲勞斷裂）、螺紋滑扣；計算準(zhǔn)則：保證螺栓的靜力拉伸強度。占65%占20%占15%江西農(nóng)大工學(xué)院第15頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四②受剪螺栓螺桿和通孔孔壁被壓潰和螺桿被剪斷；計算準(zhǔn)則：保證螺栓的擠壓強度和剪切強度。江西農(nóng)大工學(xué)院第16頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四2、松螺栓聯(lián)接的強度計算拉伸強度條件為：式中：d1——危險剖面直徑，mm[]——許用應(yīng)力，Mpa[]＝

S／S江西農(nóng)大工學(xué)院第17頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3、緊螺栓聯(lián)接的強度計算拉伸應(yīng)力為：扭剪應(yīng)力：普通鋼制螺栓，tanφv＝0.17

d2／d1＝1.04～1.08，tanψ＝0.05代入計算得≈0.5江西農(nóng)大工學(xué)院第18頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四1）受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接螺桿的強度條件為：減載鍵、減載環(huán)江西農(nóng)大工學(xué)院第19頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四擠壓強度：剪切強度：2）鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強度剪切強度：擠壓強度：江西農(nóng)大工學(xué)院第20頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3）受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接螺桿的總受力F2＝F0＋F？殘余預(yù)緊力（residualpretighteningforce）江西農(nóng)大工學(xué)院第21頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四相對剛度盡可能取小些，推薦值為：金屬墊片(或無墊片)0.2～0.3，皮革墊片0.7，銅皮石棉墊片0.8，橡膠墊片0.9。江西農(nóng)大工學(xué)院第22頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四拉伸強度：①

保證聯(lián)接的緊密性，應(yīng)使F1＞0

有緊密性要求的：F1＝（1.5～1.8）F

一般聯(lián)接，載荷穩(wěn)定：F1＝（0.2～0.6）F

一般聯(lián)接，載荷不穩(wěn)定：F1＝（0.6～1.0）F

地腳螺栓：F1≥F

設(shè)計式：

說明江西農(nóng)大工學(xué)院第23頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四②

對變載重要聯(lián)接，應(yīng)作疲勞強度校核σ-1tc—螺栓材料的對稱循環(huán)拉壓疲勞極限；ψσ—試件的材料常數(shù)，碳素鋼ψσ＝0.1～0.2，合金鋼ψσ＝0.2～0.3；Kσ—拉壓疲勞強度綜合影響系數(shù)kσ—有效應(yīng)力集中系數(shù)εσ—尺寸系數(shù)S—安全系數(shù)江西農(nóng)大工學(xué)院第24頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四4）受偏心載荷的緊螺栓聯(lián)接江西農(nóng)大工學(xué)院第25頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四避免偏載的措施：①

鑄造出凸臺；③

斜面用斜墊圈；④

采用球面墊圈。②

加工沉頭座；江西農(nóng)大工學(xué)院第26頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四五、螺栓組聯(lián)接的設(shè)計

1、螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計①

軸對稱的簡單幾何形狀江西農(nóng)大工學(xué)院第27頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四a、鉸制孔螺栓，在載荷方向不要成排布置8個以上的螺栓。b、受彎矩或扭矩時，螺栓應(yīng)布置在結(jié)合面的邊緣上，使受力小。c、同時受軸向、橫向載荷時，用減載鍵、銷、套筒等。

②

螺栓的受力合理江西農(nóng)大工學(xué)院第28頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四③螺栓間有合理的間距、邊距；④同一圓周上的螺栓數(shù)目盡量取偶數(shù)，同一螺栓組中各螺栓的材料、直徑、長度應(yīng)一致；⑤避免螺栓受偏心載荷。江西農(nóng)大工學(xué)院第29頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四2、螺栓組受力分析目的：找出受力最大的螺拴及所受力的大小假設(shè)：螺栓的材料、直徑、長度、預(yù)緊力相同；螺栓組的對稱中心與接合面形心重合；受載后結(jié)合面仍保持為平面。江西農(nóng)大工學(xué)院第30頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四（1）受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接FΣ／z

＝Ff—接合面摩擦系數(shù)；i—接合面數(shù)目；z—螺栓數(shù)目；KS—防滑系數(shù)，KS＝1.1～1.3。FΣF0fzF0fzF0fzi≥FΣKS江西農(nóng)大工學(xué)院第31頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四（2）受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接

①普通螺栓聯(lián)接不滑移條件ri—第i個螺栓的軸線到螺栓組對稱中心的距離。fF0fF0江西農(nóng)大工學(xué)院第32頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四②鉸制孔螺栓組聯(lián)接F1Fmax江西農(nóng)大工學(xué)院第33頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四（3）受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接假設(shè)：底板是剛性底板繞O—O翻轉(zhuǎn)螺桿和地基按各自的剛度拉伸和壓縮。F＝FΣ／z（4）受傾覆力矩的螺紋組聯(lián)接F1Fmax江西農(nóng)大工學(xué)院第34頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四①

計算受力最大螺栓的受力最大外載荷：螺栓總拉力：江西農(nóng)大工學(xué)院第35頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四②考慮地基強度受外載前地基的擠壓應(yīng)力：M引起的最大應(yīng)力：近似取左邊不出現(xiàn)縫隙右邊地基不被壓潰[σp]—地基材料的許用擠壓應(yīng)力江西農(nóng)大工學(xué)院第36頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四六、螺紋聯(lián)接件的材料及許用應(yīng)力1、螺紋聯(lián)接件的材料常用材料：Q215、Q235，10、35、45等；沖擊振動大的場合：40Cr、30CrMnSi等；特殊場合：1Cr13、CrNi2、H62等。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：螺紋聯(lián)接件按材料的力學(xué)性能分等級：螺栓、螺柱、螺釘從3.6～12.9分十個等級；3.6的含義：抗拉強度σB：300MPa屈服強度σS：180MPa螺母從4～12分七個等級。標(biāo)記的含義：保證最小應(yīng)力的1／100選用時：螺母的性能等級不低于螺栓的性能等級江西農(nóng)大工學(xué)院第37頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四2、許用應(yīng)力螺紋聯(lián)接件的許用拉應(yīng)力：[σ]＝σs／S螺紋聯(lián)接件的許用剪應(yīng)力：[τ]＝σs／Sτ螺紋聯(lián)接件的許用擠壓應(yīng)力：鋼：[σp]＝σs／Sp

鑄鐵：[σp]＝σB／Spσs、σB—聯(lián)接件材料的屈服極限、強度極限；S、Sτ

、Sp—安全系數(shù)。江西農(nóng)大工學(xué)院第38頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四七、提高螺拴聯(lián)接強度的措施①減少螺栓剛度Cb1、降低應(yīng)力幅用腰狀螺桿、空心螺桿螺母下安裝彈性元件改變前改變后江西農(nóng)大工學(xué)院第39頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四②

增大被聯(lián)接件剛度Cm不用墊片，或用剛性較大墊片③

減少螺栓剛度Cb、增大被聯(lián)接件剛度Cm和增大預(yù)緊力并用。改變前改變后改變前改變后江西農(nóng)大工學(xué)院第40頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四2、改善螺紋牙上載荷分布不均現(xiàn)象螺栓和螺母的剛度和變形性質(zhì)不同，造成螺紋牙上各圈的受力不均第一圈螺紋牙承受約l／3的載荷，以后各圈依次遞減，第8圈以后的螺紋幾乎不受載。江西農(nóng)大工學(xué)院第41頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四①

用受拉螺母

懸置螺母②

內(nèi)斜螺母環(huán)槽螺母③內(nèi)斜、環(huán)槽共用螺母④

用鋼絲螺套江西農(nóng)大工學(xué)院第42頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3、減小應(yīng)力集中增大過渡圓角、增加卸載槽、卸載過渡結(jié)構(gòu)采用球面墊圈采用腰環(huán)結(jié)構(gòu)江西農(nóng)大工學(xué)院第43頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四4、采用合理的制造工藝采用冷墩螺紋頭部；滾壓螺紋；冷作硬化表面。江西農(nóng)大工學(xué)院第44頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四八、螺旋傳動（helicaldrive）1、分類①

按用途分傳力螺旋（screwoftransmissionpower）傳導(dǎo)螺旋（screwoftransmissionmotion）傳遞動力為主間歇工作速度不高需要自鎖調(diào)整螺旋（adjustingscrew）傳遞運動為主連續(xù)工作速度較高傳動精度和效率要高調(diào)整、固定零件位置不經(jīng)常轉(zhuǎn)動江西農(nóng)大工學(xué)院第45頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四②

按摩擦性質(zhì)分滑動螺旋（slidingscrew）滾動螺旋（rollingscrew）結(jié)構(gòu)簡單易于自鎖摩擦阻力大傳動效率低傳動精度低靜壓螺旋（pressurescrew）結(jié)構(gòu)復(fù)雜摩擦阻力小傳動效率高結(jié)構(gòu)復(fù)雜摩擦阻力小傳動效率高需供油系統(tǒng)江西農(nóng)大工學(xué)院第46頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四2、滑動螺旋的結(jié)構(gòu)和材料①

結(jié)構(gòu)運動轉(zhuǎn)變方式有：螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動機床進(jìn)給絲桿起重螺旋螺母轉(zhuǎn)動，螺桿移動螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動及移動螺桿固定，螺母轉(zhuǎn)動及移動江西農(nóng)大工學(xué)院第47頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四螺母結(jié)構(gòu)整體螺母——結(jié)構(gòu)簡單，但由磨損產(chǎn)生的軸向間隙不能補償，只是用于精度要求較低的螺旋。組合螺母——結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可以定期地調(diào)整，以消除軸向間隙，避免反向轉(zhuǎn)動時的空行程。剖分式螺母——結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可以補償旋合螺紋的磨損?；瑒勇菪穆菁y類型有矩形、梯形和鋸齒形。江西農(nóng)大工學(xué)院第48頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四②

材料a、螺桿低速輕載：不經(jīng)熱處理的Q235、Q275、45；較高速重載：熱處理的40Cr、65Mn、20CrMnTi；精密傳導(dǎo)：熱處理的9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl。b、螺母一般傳動：ZQSn10—l、ZQSn6—6—3重載低速：ZQAl9—4、ZHAl66—6—3—2重載調(diào)整：35、球墨鑄鐵低速輕載：耐磨鑄鐵大尺寸：鋼或鑄鐵做外套，內(nèi)孔澆鑄青銅高速：鋼或鑄鐵做外套，內(nèi)孔澆鑄巴氏合金。江西農(nóng)大工學(xué)院第49頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3、螺旋傳動的設(shè)計計算①

失效形式及校核內(nèi)容主要失效形式：磨損校核：受力較大的傳力螺旋：校核螺桿危險剖面及螺紋牙的強度；精密的傳導(dǎo)螺旋：校核螺桿的剛度；長徑比很大的螺桿：校核其穩(wěn)定性；高速長螺桿：校核其臨界轉(zhuǎn)速；要求自鎖的螺桿：校核其自鎖性。江西農(nóng)大工學(xué)院第50頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四②

耐磨性計算工作面上的壓力p：A——螺紋承壓面積（mm2）；d2——螺紋中徑（mm）；h——螺紋工作高度（mm）；u——螺紋工作圈數(shù)，u＝H／PH——螺母高度（mm）P——螺距（mm）；F——軸向力（N）；江西農(nóng)大工學(xué)院第51頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四令φ＝H／d2，則H＝φd2，代入整理后得矩形和梯形螺紋，h＝0.5P，則30o的鋸齒形螺紋，h＝0.75P，則φ：整體螺母：φ＝1.2～2.5；剖分螺母，兼作支承螺母：φ＝2.5～3.5；傳動精度高、載荷大、壽命長：φ＝4。螺紋工作圈數(shù)不易超過10圈。江西農(nóng)大工學(xué)院第52頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四③

自鎖條件④

螺桿的強度計算式中：F——軸向壓力（N）；A——危險剖面面積（mm2）；WT——抗扭截面模量（mm3）；T——扭矩（N·mm）；[σ]——螺桿材料的許用應(yīng)力（MPa）。江西農(nóng)大工學(xué)院第53頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四⑤

螺母螺紋牙的強度計算剪切強度：彎曲強度：式中：b——牙根部的厚度(mm)，矩形螺紋b＝0.5P，梯形螺紋b＝0.65P，鋸齒形螺紋b＝0.75P；l——彎曲力臂(mm)，江西農(nóng)大工學(xué)院第54頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四⑥

螺母外徑與凸緣強度計算a、b—b剖面拉伸應(yīng)力b、凸緣與底座接觸表面擠壓強度考慮摩擦力

螺母許用拉伸應(yīng)力(Mpa)，[σ]＝0.83[σb]c、凸緣根部的彎曲強度許用擠壓應(yīng)力(Mpa)，[σp]＝(1.5～1.7)[σb]江西農(nóng)大工學(xué)院第55頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四