机械设计基础第十四章

《机械设计基础第十四章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础第十四章（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第十四章 螺纹联接和螺旋传动,任何机械均由若干零件按一定方式相互联接而成。如果相连接的零件其相对位置在工作时按一定的规律进行变化，此种联接称动联接。如果相联接的零件在工作时其相对位置固定不变，此种联接称静联接。根据是否可拆卸，联接还可分为可拆联接和不可拆联接。,螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联接，其结构简单，装拆方便，广泛应用于各种机械设备中。,一、螺纹的形成,1、螺旋线、螺纹的形成,将一直角三角形abc绕在直径为d2的圆柱表面上，使三角形底边ab与圆柱体的底边重合，则三角形的斜边amc在圆柱体表面形成一条螺旋线am1c1。三角形abc的斜边与底边的夹角，称为螺纹升角。若取一平面图形，使其平

2、面始终通过圆柱体的轴线并沿着螺旋线运动，则这平面图形在空间形成一个螺旋形体，称为螺纹。,14.1 机械制造中的常用螺纹,2、螺纹的类型,(1)按螺纹在轴向剖面内的形状，分为矩形螺纹、三角形螺纹、梯形螺纹及锯齿 形螺纹。,(2)按螺纹旋线绕行的方向，分为右旋螺纹和左旋螺纹。只有在特殊需要时，才采用左螺纹。,(3)按螺纹的线数，分为单线螺纹和多线螺纹。,1）外径（大径）d（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，亦称公称直径 2）内径（小径）d1(D1) 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径 3）中径d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱 面的直径，d20.5(d+d1),二、螺纹的主要

3、参数,4）螺 距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离 5）导程（S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面母线上的对应两点 间的轴向距离 6）线 数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：S =nP,7）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角 tan = S/d2 = nP/d2 8）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角 9）牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角,按牙型: 三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹,三.几种常用螺纹的特点和应用,一、螺纹联接主要类型,1、螺栓联接,a) 普通螺栓联

4、接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。,b) 铰制孔用螺栓联接装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接。,14.2 螺纹联结的基本类型及其预紧和防松,2、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。,3、螺钉联接适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母。,特殊联接：地脚螺栓联接 吊环螺钉联接,4、

5、紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相 应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。,二、螺纹联接件,2）双头螺柱两端带螺纹 A型有退刀槽 B型无退刀槽,1）螺栓 普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角头，大六角头, 内六角 铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺母,4）紧定螺钉 锥 端适于零件表面硬度较低不常拆卸场合 平 端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸 圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置.,3）螺钉 与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹,柱端紧定螺钉利用其端部小圆柱插入机件小孔（图a）或环槽（图c）中起定位、固定作用

6、，阻止机件移动。锥端紧定螺钉利用端部锥面顶入机件上小锥坑（b）起定位、固定作用。平端紧定螺钉则依靠其端平面与机件的摩擦力起定位作用。三种紧定螺钉能承受的横向力递减。 有时也将紧定螺钉“骑缝”旋入（将两机件装好，加工螺孔，使螺孔在两机件上各有一半，再旋入紧定螺钉），起固定作用（图d）。此时称为“骑缝螺钉”。,6）螺母 六角螺母：标准，扁，厚,5）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹,圆螺母+止退垫圈带有缺口，应 用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌 嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧。,7）垫圈,螺纹联接件精度： A:精度最高，用于要求配合精度高，防止振动的重要联接 B:用于受载较大且经常装拆调整或承受变载荷的联接

7、C:一般联接，最常用。,1、预紧,预紧目的增加联接的可靠性与紧密性，防止受载后被联接件间出现缝隙 与相对滑移。保持正常工作。,螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只在承载时才受到力的作用 紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，螺栓已预先受力。,一般规定，拧紧后螺纹联接件的预紧力不应超过其材料屈服极限 s 的80%。 通常借助于测力矩扳手或定力矩扳手，利用控制预紧力矩的方法来控制预紧力大小。,三、螺纹联接的预紧和防松,螺纹联接在承受工作载荷之前预先受到的一个拧紧作用力叫预紧力。,预紧力FQ的控制： 测力矩板手测出预紧力矩，如图 定力矩板手达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑，如图。 测量预紧前后螺

8、栓伸长量精度较高,测力矩扳手的工作原理是根据扳手上的弹性元件，在拧紧力的作用下所产生的弹性变形来指示拧紧力矩的大小。为了便于计量，可将指示刻度直接以力矩值标出。,定力矩扳手的工作原理是当拧紧力矩超过规定值时，弹簧被压缩，扳手卡盘与圆柱销之间打滑，如果继续转动手柄，卡盘即不再转动。拧紧力矩的大小可利用螺钉调整弹簧压紧力来加以控制。,重要联接若不能严格控制预紧力，而只靠安装经验来拧紧螺栓时，为避免螺栓拉断，通常不宜采用小于M12的螺栓，一般采用M12-M24的螺栓,1卡盘 2圆柱销 3弹簧 4螺钉,(1)、防松目的 螺纹联接一般都能满足自锁条件，拧紧后螺母和螺栓头部等支承面上也有防松作用，所以在静

9、载荷和工作温度变化不大时，螺纹联接不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹联接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致联接失效。 螺纹联接一旦失效，将严重影响机器的正常工作，甚至造成事故。因此，为保证联接安全可靠，设计时必须采取有效的防松措施。,(2)、防松原理 消除（或限制）螺纹副之间的相对运动， 或增大相对运动的难度。 (3)、防松办法及措施,1）摩擦防松,加双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等,2、螺纹防松,弹簧垫圈,自锁螺母,2）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，止动垫片、串联钢丝等。,3）永久防松：端铆、冲点、

10、点焊 4）化学防松粘合,开槽螺母 与开口销,圆螺母 与止动垫圈,串联钢丝,四、螺栓联接的失效形式、螺栓组的结构设计 普通螺栓的主要失效形式是螺栓杆或螺纹部分的塑性变形和断裂；铰制孔用螺栓的失效形式是螺栓杆被剪断、螺栓杆或孔壁被压溃；经常拆卸时会因磨损产生滑扣。 螺栓组的结构设计 主要目的：合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。 设计时应注意的问题集中在螺栓组联接接合面的结构设计和螺栓排列布置结构设计两个方面。 联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形、环形、矩形、框形、三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布

11、置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证联接接合面受力比较均匀。 螺栓布置结构设计要注意以下几点：,1）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理 对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置8个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均； 当螺栓联接受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力（见下图）；,2）螺栓的排列应有合理的间距、边距,3）分布在同一圆周上的螺栓数目应取成偶数，以便于分度和画线 4）同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均应相同 5）结构设计上避免螺栓承受附加的弯曲载荷,保证被联接件、螺母和螺栓头支承面平整，并与螺栓轴线相互垂直。在铸

12、、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台（图a）或沉头座（图b）。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（图c）等。,一、螺纹联接件的常用材料 制造螺栓的材料应具有足够的强度，一定的塑性和韧性，而且便于加工。制造一般螺栓常用的材料有10，35和45等钢。 对于承受冲击、振动或变载荷的螺纹联接件，可采用低合金钢、合金钢，如15Cr，40Cr，30CrMnsi等材料制造。 对于特殊用途的螺纹联接件，可采用特种钢、铜合金、铝合金等材料制造。 选择螺母的材料时，考虑到更换螺母比更换螺栓较经济、方便，所以应使螺母材料的强度低于螺栓材料的强度。,国家标准规定了螺纹联接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等

13、级 分为10级，螺母的性能等级分为 7级。在一般用途的设计中，通常选用4.8级 左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹联接件，要选用高的性能 等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。,14.3 螺栓联接件的材料,一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅,理论和实践证明，变载荷工作时，在工作载荷和残余预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度或增大被联接件刚度都能达到提高螺栓疲劳强度的目的，但应适当增大预紧力，以保证联接的密封性。 减小螺栓刚度的常用措施有：适当增加螺栓的长度、减小螺栓杆直径或做成中空的结构柔性螺栓。柔性螺栓受力时变形大，吸收能量作用强，也适于承受冲击和振动。在螺母下面安装弹性元件，当工作

14、载荷由被联接件传来时，由于弹性元件的较大变形，也能起到柔性螺栓的效果。 为了增大被联接件的刚度，不宜采用刚度小的垫片。,14.4 提高螺纹联接强度的措施,二、改善螺纹牙间载荷分布不均状况,a) 悬置螺母 b) 环槽螺母 c)内斜螺母 d)环槽内斜,分析,三.减小应力集中和附加应力,1）加大过渡处圆角(图1) 2）改用退刀槽 3）卸载槽，(图2) 4）卸载过渡结构。（图3）,避免附加弯曲应力 a）被联接件支承面不平突起 b）表面与孔不垂直 c）钩头螺栓联接,防偏载措施：a）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片,说明,四、采用合理的制造工艺 制造工艺对螺栓疲劳强度有很大影响。,1）用挤压法（滚压法

15、）制造螺栓，疲劳强度提高3040% 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，强度提高70100 %，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,14.4 螺纹零件的其他用途 螺纹零件不仅可用于联接，而且也可用于传动。螺旋传动由螺杆和螺母组成，主要用于将旋转运动变为直线移动，同时传递运动和动力。根据用途不同，螺旋传动可分为： 1.传力螺旋 传力螺旋以传递动力为主，要求用较小的转矩产生较大的轴向力。 2.传导螺旋 以传递运动为主，要求具有较高的传动精度。如车床进给机构中的螺旋传动。 3.调整螺旋 用于调整并固定零件或部件之间的相对位置。,第十五章 机械的平衡及调速 回转体平衡和机械调速是两个不同的机械动力学问题。在机械设计中，特别是设计高速机械和精密机械时必须予以考虑。 15.1 机械平衡的目的、分类及方法 1.目的：机械运动时，各运动构件由于制造、装配误差，材质不均等原因造成质量分布不均，质心做变速运动将产生大小及方向呈周期性变化的惯性力。 （1）在构件运动副中引起附加动压力。 （2）加剧运动副磨损，降低机械效率。 （3）降低构件有效承载能力，缩短寿命。 （4）引起机器及基础产生强迫振动，影