螺纹传动课件解读

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1、一、 螺纹的主要参数 5-1 螺纹 第五章 螺纹联接与螺旋传动 基本概念：螺纹联接是利用螺纹零件构 成的联接 特 点：构造简单，拆装方便，工作可靠， 标准件，应用广 d-螺纹大径 d1-螺纹小径 d2-螺纹中径 p-螺距 n-线数 S-导程 -螺纹升角 ，牙型角 -牙型斜角 旋向 二、螺纹副的受力关系、效率和自锁 圆周力：拧紧时 松开时 效率：拧紧时 松开时 自锁条件 式中: -当量摩擦角 -当量摩擦系数 F-轴向力, N f-摩擦系数 三 、常用螺纹的特点和应用 对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性 联接螺纹：自锁 管 螺 纹：紧密性、气密性 传动螺纹：效率高 调整螺纹：精度高 起重螺纹：

2、效率高、自锁性好 螺纹的分类： 按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、 锯齿形螺纹、管螺纹 按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹 1 、普通螺纹(代号：M GB 192-81) 特点：螺纹的牙型角=2=60。因牙型 角大，所以当量摩擦系数大，自锁性能 好，主要用于联接 细牙螺纹与粗 牙螺纹的比较 粗牙：常用 细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易 脱扣 细牙：自锁性能更好。常用于承受冲击、振 动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装 置中 2 、矩形螺纹 特点： 牙形为正方形， =0，所以效率高，用于传动, 牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替 3 、梯形螺纹(代号：T 特点： =2=30。比矩形

3、螺纹效率略低。 牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母 可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。 r GB 192-81) 4、 锯齿形螺纹(代号：S JB 923- 66) 特点：工作边=3，非工作边=30，便于加工。 它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的 优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动 5 、圆柱管螺纹 特点：用于管件联接的三角螺纹，=55 螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在 1.6MPa以下的联接 6、 圆锥螺纹 特点：螺纹均布在锥度为1:16的管上,=55或60 螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性 好，适用于高温、高压的联接 5-2 螺纹联接的基本类型

4、与标准件联接 一 、螺纹联接的基本类型 1、 螺栓联接 普通螺栓联接 绞制孔螺栓联接 普通螺栓联接 绞制孔螺栓联接 普通螺栓联接 螺栓和孔壁有间隙 孔的加工精度低 绞制孔螺栓联接 螺杆与孔用过渡配 合，承受轴向载荷 孔需精制 可起定位作用 2、 螺钉联接 特点：被联接件不宜做成通 孔。 不宜经常拆卸。 拧入深度： 铜或青铜：H=d 铸 铁：H=1.251.5d 铝 合 金： H=1. 52.5d 3、双头螺柱联接 特点：被联接件不 宜做成通孔又需要 经常拆卸或用螺钉 无法安装。 拧入深度： 铜或青铜：H=d 铸 铁：H=1.251.5d 铝 合 金： H=1. 52.5d 4 、紧定螺钉联接

5、旋入被联接件的螺 纹孔中，顶住另一 被联接件的表面或 凹坑。 固定两个零件或传 递不大的力矩。 二 、标准螺纹联接件 各种螺栓 螺钉 紧定螺钉的头部和末端 三 、螺纹联接零件常用材料和机械性能等级 1、常用材料： 普通联接： 低碳钢，中碳钢，如:Q215、Q235和10、15 、35、45号钢 变载荷或有冲击、振动的重要联接： 合金钢，如: 40 Cr、15MnVB、30CrMnSi 螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低 2040HBS 2、螺栓、螺钉、螺柱性能等级 （摘自GB30981982）（1988年确认） 3、 螺母性能等级 （摘自GB3098.21982）（1988年确认） 5-3 螺

6、纹联接的预紧 预紧的作用： 预紧可使联接在承受工作载荷之前就受到预紧 力F的作用，以防止联接受载后被联接件之间 出现间隙或横向滑移。预紧也可以防松 控制预紧力的目的： 预紧力过大，会使联接超载 预紧力不足，可能导致联接失效 重要的螺栓应控制预紧力 拧紧螺母时的力矩和预紧力 装配时控制预紧力的方法 5-4 螺纹联接的防松 一 摩擦防松 1 、双螺母 在螺母和螺栓之间形 成内力，保证摩擦力 。 结构简单、使用方便 可靠性不高 用于平稳、低速、重 载 2 、弹簧垫圈 弹力保持一定压力 切口尖端逆向 3 、锁紧螺母 镶嵌弹性环或尼 龙圈挤入螺纹中 椭圆口螺母 二、 机械防松 1 、开口销与六角开槽螺母

7、 2 、止动垫圈 止动垫圈 3 、串联钢丝 三、 永久防松 焊接 冲点 涂胶 5-5 单个螺栓联接的强度计算 一 、松螺栓联接 MPa mm 强度条件 或 许用应力 MPa 二 、紧螺栓联接 1 、受横向载荷的紧螺栓联接 （1） 普通螺栓联接 对于常用的M10M68的普通螺栓 螺栓的当量应力（第四强度理论） 螺栓的强度条件为： MPa 当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，采 用套筒、键、销来承受横向载荷 （2）铰制孔螺栓联接 螺栓杆的剪切强度条件为: 螺栓与孔壁的挤压强度条 件为： MPa MPa 螺栓抗剪面直径，mm 式中 m 螺栓抗剪面数目 螺栓杆与孔壁挤压面的最小高 度 mm，设计时应

8、使 螺栓的许用剪切应力，MPa 螺栓或孔壁材料的许用挤压应 力，MPa 2 、受轴向工作载荷的紧螺栓联接 汽缸盖的联接 （1） 受力分析(见动画) 螺栓的相对刚度 螺栓受力 被联接件受力 （2）静强度计算 或 MPa mm 式中 紧螺栓联接的许用拉应力 （3）疲劳强度计算 对于受变载 荷的螺栓联 接，按静强 度设计尺寸 后，还需进 行疲劳强度 校核 疲劳强度条件为 MPa MPa 式中 有效应力集中系数 螺纹制造工艺系数 尺寸系数 安全系数 螺栓材料的对称拉压疲劳极限 三、 螺栓联接的许用应力 表5-5 螺栓许用剪应力及许用挤压应力 5-6 螺栓组联接设计 一、螺栓组联接的结构设计 1 、联接

9、结合面的几何形状常设计成轴 对称的简单几何形状 2、 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理 3 、螺栓的排列应有合理的间距、边距 扳手空间 4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应 取4， 6, 8等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画 线 5 、避免螺栓承受偏心载荷 产生偏心载荷的原因 凸面和沉头座的应用 斜垫圈的应用 二、 螺栓组联接的受力分析 1 、受轴向载荷Q的螺栓组联接 2 、受横向载荷R的螺栓组联接、 （1） 普通螺栓联接 式中：f接合面间摩擦系数 m接合面数 Kf考虑摩擦系数不稳定及靠摩 擦传力有时不可靠而引入的可靠性系数 一般Kf=1.11.3 (2) 用绞制孔螺栓联接 3、受旋转力矩T的螺栓

10、组联接 (1) 采用普通螺栓联接时，靠预紧后在 接合面上各螺栓处摩擦力对形心的力 矩之和平衡外加力矩T 式中: r1 、r2、. rz 各螺栓中心至螺栓 组形 心O的距离 Kf可靠性系数 f接合面间摩擦系数 （2）采用绞制孔用螺栓联接时，忽略接 合面上的摩擦力，外加力矩T靠螺栓所受 剪力对底板旋转中心的力矩之和来平衡 4、 受倾覆力矩M的螺栓组联接 受倾覆力矩的螺栓组联接除要求螺栓强 度足够外，还应保证接合面既不出缝隙也不 被压馈 接合面右端应满足： MPa Mpa （5-39 ） 左端应满足： MPa MPa （5-41 ） 由式5-39，5-41求得预紧力F，并取两 者较大值,和工作拉力F

11、max求得作用在螺栓 上的总拉力F0后，再求出所需螺栓直径 5-7 提高螺栓联接强度的措施 一 、改善螺纹牙上载荷的分配 均载螺母1 均载螺母2 均载螺母3 钢丝螺套 二、提高疲劳强度 1 减小应力幅 减小螺栓刚度 螺母下加弹性元件、中空螺杆、减小螺杆直径 增大被联接件刚度 去掉弹性密封垫、加密封环 2 减小应力集中 5-8 螺旋传动 一 、螺旋传动的类型和应用 螺旋传动按其类型可分为： 调整螺旋：如机床进给的微调螺旋 起重螺旋：如千斤顶 传动螺旋：如机床丝杠 螺旋传动按其螺纹间摩擦性质的不同,可分为: 滑动螺旋：滑动摩擦，结构简单，加工方 便，应用最广。 滚动螺旋：滚动摩擦 静压螺旋：液体摩

12、擦 滑动螺旋牙形： 多用梯形螺纹,重载起重螺旋也有用锯齿形螺 纹, 对效率要求高时可用矩形螺纹 螺旋受力： 滑动螺旋工作时，螺杆承受轴向载荷和转 矩；螺杆和螺母的螺纹牙承受挤压、弯曲 和剪切 滑动螺旋的失效形式有： 螺纹磨损、 螺杆断裂、 螺纹牙根剪断和弯断， 受压螺杆很长时还可能失稳 二 、滑动螺旋的失效形式和材料 螺杆的材料： 要求有足够的强度，常用35、45号钢;需经热处 理以达到高硬度的重要螺杆，则常用合金钢， 如65Mn、40Cr、T12、20CrMnTi等 螺母材料： 除要有足够的强度外，还要求在与螺杆配合时摩 擦系数小和耐磨 常用材料有铸造青铜，如ZCuSn10Pb1, ZCuS

13、n5Pb5Zn5 螺母材料选用： 重载低速使用强度较高的铸造青铜ZCuAl10Fe3或 铸造黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3 低速不重要的螺旋传动也可用耐磨铸铁或灰铸铁 三、滑动螺旋的设计计算 1 、耐磨性计算 耐磨性计算主要是限制 螺纹工作表面的压强， 以防止过度磨损 假想螺纹牙可以展成一长条，设螺旋的轴向载荷 为F，螺母旋合高度为H、螺距为p，螺纹旋合圈 数为Z=H/p、螺纹工作高度为h、承压面积为A， 螺纹工作面上的压强为 ps。 则螺纹的耐磨性条件为： MPa 若按耐磨性条件设计螺 纹中径d2时，可引用系数 以消去H mm 对于矩形和梯形螺纹，h=0.5p, 则 对于锯齿形螺纹，h

14、=0.75p, 则 系数的值： 可根据螺母结构选定 整体式螺母，磨损后间隙不能调整，取 =1.22.5; 剖分式螺母:=2.53.5; 对于传动精度较高时,允许=4 由于旋合各圈受力不均, 应使Z10 计算出d2后, 应选为标准值, 螺纹的其它参数 根据d2 按标准选取 2、 螺杆强度计算 螺杆危险截面的强度条 件为（第四强度理论）: 起重螺旋: 锯齿和矩形螺纹 梯形螺纹 式中:d1 -螺杆螺纹小径,mm -螺杆材料许用应力 F-螺杆所受轴向力, N T-螺杆所受转矩, N.mm 螺纹牙根部的剪切强度 计算: MPa 螺纹牙根部的弯曲强 度校核计算式为: 3 、螺纹牙强度计算 式中: d-螺母

15、螺纹大径，mm h -螺纹牙的工作高度，mm b -螺纹牙根部厚度，mm b、-螺母材料的许用剪切应力 和许用弯曲应力，MPa 4 、螺纹副自锁条件校核 5 、螺杆的稳定性计算 受压螺杆的稳定性条件式为: Fc-螺杆稳定的临界载荷 Fc与螺杆材料及长径比(柔度) 有关 当 85 时 对于淬火钢螺杆: 当 90 时 当 90 时 对于40的螺杆不用校核 式中: l-螺杆的最大工作长度 -螺杆长度系数 I-螺杆危险截面的轴惯性矩 i-螺杆危险截面的惯性半径 E-螺杆材料的弹性模量 滚动螺旋传动 特点： 滚动摩擦、效率高 克服爬行现象 原理： 外循环：径向尺寸大 内循环：本圈内循环 静压螺旋传动 优点：效率高、启动力矩小、减振、承载大、 刚度大、传动精度高 缺点：结构复杂、加工困难、安装困难 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。