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1、10.1 螺纹参数 10.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 10.3 机械制造常用螺纹 10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件 10.5 螺纹连接的预紧与防松 10.6 螺栓连接的强度计算 10.7 螺纹连接件的材料和许用应力 10.8 提高螺栓连接强度的措施 10.9 螺旋传动 10.10 滚动螺旋传动简介 10.11 键连接 10.12 销连接,第10章 连接,10.1 螺纹参数,左旋螺纹和右旋螺纹 单线螺纹和多线螺纹,螺纹分为内螺纹和外螺纹，二者共同组成螺纹副用于连接和传动。,螺纹的牙型,10.1.1 螺纹的类型,三角形 矩形 梯形 锯齿形,主要用于连接,多用于传动,10.1.2 螺纹
2、的主要参数,大径d,小径d1,中径d2,螺距P,导程S,升角l,牙型角a、牙型斜角b,10.1 螺纹参数,作用在螺旋副上的相应驱动力矩(拧紧力矩),当滑块沿斜面等速下滑(松开螺母)时，轴向载荷Fa变为驱动力，而F变为维持滑块等速运动所需的平衡力(图10-4c)。,10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁,F=Fatg(-) (10-3a) 作用在螺旋副上的相应力矩,当斜面倾角大于摩擦角时，滑块在重力作用下有向下加速的趋势。这时由式(10-3a) 求出的平衡力F为正，方向如图10-4c所示。它阻止滑块加速以便保持等速下滑，故F是阻力。 当斜面倾角小于摩擦角(斜面自锁条件)时，滑块不能在重力作用下自
3、行下滑，即处于自锁状态，由式(10-3a) 求出的平衡力F为负， 即F与运动方向成锐角，F为驱动力。它说明在自锁条件下，必须施加驱动力F才能使滑块等速下滑。,10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁,二、非矩形螺纹(0) 对比图10-5a和b可知，若略去螺纹升角的影响，在轴向载荷Fa作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹的大。若把法向力的增加看作摩擦系数的增加，则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为,式中f为当量摩擦系数，即,式中为当量摩擦角， 为牙侧角。,10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁,当滑块沿非矩形螺纹等速上升(拧紧螺母)时，可得水平推力： F=Fatg(+) (10-5a) 相应的驱动力矩,当
4、滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得： F=Fatg(-) (10-6a) 相应的力矩为,10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁,若螺纹升角小于当量摩擦角，则螺旋具有自锁特性，如不施加驱动力矩，无论轴向驱动力Fa多大，都不能使螺旋副相对运动考虑到极限情况，非矩形螺纹的自锁条件可表示为 (10-7) 为了防止螺母在轴向力作用下自动松开，用于连接的紧固螺纹必须满足自锁条件。 结论： 当轴向载荷为阻力，阻止螺旋副相对运动时，相当于滑块沿斜面等速上升，应使用式(10-2b)或式(10-5b)。 当轴向载荷为驱动力，与螺旋副相对运动方向一致时，相当于滑块沿斜面等速下滑，应使用式(10-3b)或式(10-6b
5、)。,10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁,螺旋副的效率是有效功与输入功之比。着按螺旋转动一圈计算，输入功为2T，此时升举滑块所作的有效功为FaS，故螺旋副的效率为,由上式可知，当量摩擦角一定时，效率只是螺纹升角的函数。效率曲线如图10-6所示。令d/d=0，可得当=45/2时效率最高。,10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁,普通螺纹,常用螺纹的特点及应用,管螺纹,矩形螺纹,梯形螺纹,锯齿形螺纹,10.3 机械制造常用螺纹,1.螺栓连接,一 螺栓连接的基本类型,10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,2.双头螺柱连接,10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,3. 螺钉连接,10.4 螺
6、纹连接的基本类型及螺纹紧固件,4. 紧定螺钉连接,10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,二 标准螺纹连接件,1.螺栓、螺柱、螺钉连接件,10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,2.紧定螺钉、螺母,10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,3.垫圈,10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,10.5 螺纹连接的预紧和防松,一般螺纹连接在装配的时候都必须拧紧，以增强连接的可靠性、紧密性和防松能力。,10.5.1 螺栓连接的预紧,对于一般连接，可凭经验来控制预紧力F0的大小，但对于重要的连接就要严格控制其预紧力。,T=T1+T2=KF0d,拧紧时扳手力矩为,T可由测力矩扳手测定!,式中K为拧紧
7、力矩系数,可查表,10.5 螺纹连接的预紧和防松,10.5.2 螺栓连接的防松,连接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象。,螺纹连接放松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。,常用的防松方法:,摩擦防松,机械防松:,其他防松,弹簧垫圈,对顶螺母,尼龙圈锁紧螺母,开口销,带翅垫片,止动垫片,10.6 螺栓连接的强度计算,单个螺栓连接的强度计算是螺纹连接设计的基础。,根据连接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。,设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。,螺栓连接的计算主
8、要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹的公称直径（大经）d等。,10.6.1 受拉螺栓连接,10.6 螺栓连接的强度计算,1.松螺栓连接,强度条件：,设计公式：,式中s为松连接螺栓的许用拉应力（MPa）,查表,d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。,2.紧螺栓连接,只受预紧力紧螺栓连接,螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应力状态。,螺栓危险界面上的拉伸应力为,螺栓危险界面上的扭转剪切应力为,10.6 螺栓连接的强度计算,对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，取fv=tan jv=0.15，简化处理的t=0.5s，根据第四理论，可求出当量应力se为,因此，强度条件为：,即,设计公式为,10
9、.6 螺栓连接的强度计算,受横向外载荷的紧螺栓连接,载荷与螺栓轴向垂直，靠被连接件间的摩擦力传递。螺栓受载前需预紧,受载前后受力相同。螺栓内部危险截面上既有轴向预紧力F0形成的拉应力s，又有因螺栓与螺纹牙面间的摩擦力矩T1而形成的扭转剪应力t。,受力特点,螺栓预紧力,当f=0.15、Kf=1.1、m=1时，可得,此结构，要使连接不发生滑动，螺栓要承受7倍于横向外载荷的预紧力。结构笨重、不经济。因此要避免这种结构，而采用新结构。,10.6 螺栓连接的强度计算,承受轴向静载荷的紧螺栓连接,载荷方向与螺栓轴向一致,螺栓受载前需预紧,受载前后受力不同.螺栓内部危险截面上同样既有拉应力s,又有扭转剪应力
10、t.,受力特点,强度条件:,设计公式:,式中FS为螺栓受载后所受的轴向总拉力(N),通过受载前对螺栓的预紧,和受载后螺栓轴向拉力的分析,可知,这里F为单个螺栓的轴向载荷, F0为残余轴向预紧力,FS=F+ F0,10.6 螺栓连接的强度计算,10.6.2 受剪切螺栓连接,受力特点：螺栓受载前后不需预紧，横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。,挤压强度条件,剪切强度条件,10.6 螺栓连接的强度计算,10.7 螺纹连接件的材料和许用应力,10.7.1 螺纹连接件的材料,其它对螺纹有特殊要求（如防腐、耐高温）时，应选择有特殊性能的材料。,一般螺纹连接件常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215、
11、Q235、15、35、45等,受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB等,螺栓材料的许用拉应力按下式确定:,式中S为安全系数。紧连接螺栓若不控制预紧力，则S大小与螺栓直径和载荷性质有关，此时设计螺栓连接时，常用试算法确定S。即先预估螺栓直径，再与计算出的螺栓直径作比较后，对S作调整和计算。,10.7 螺纹连接件的材料和许用应力,10.7.2 螺纹连接的许用应力,10.7 螺纹连接件的材料和许用应力,10.8 提高螺栓连接强度的措施,螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，提高螺栓强度有以下几种措施：,改善螺纹牙间的载荷分配,内斜螺母,环槽螺母,
12、悬置螺母,螺纹牙间载荷分配关系,减小螺栓的应力变化幅度,10.8 提高螺栓连接强度的措施,受变载荷作用的螺栓，其应力也在一定的幅度内变动，减小螺栓刚度或增大被连接件刚度等皆可以使螺栓的应力变化幅度减小。,减小螺栓刚度的方法,a.柔性螺栓,b.弹性元件,10.8 提高螺栓连接强度的措施,增大被连接件刚度的方法,a.金属垫片,b.密封环,减小应力集中,10.8 提高螺栓连接强度的措施,10.8 提高螺栓连接强度的措施,避免附加弯曲应力,10.9 螺旋传动,螺旋运动是利用由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力的场合。,10.9.1 螺旋传动的
13、类型,传力螺旋,传动螺旋,调整螺旋,10.9.2 螺旋传动的结构及材料,1.螺母结构,整体螺母,不能调整间隙，只能用在轻载且精度要求较低的场合,组合螺母,这种螺母便于操作，一般用于车床溜板箱的螺旋传动中,2.螺杆结构,通常采用牙型为矩形、提醒或锯齿形的右旋螺纹。特殊情况下也采用左旋螺纹。,10.9 螺旋传动,3.材料,一般螺杆的选用原则如下：,高精度传动十多选碳素工具钢,需要较高硬度，可采用铬锰合金钢或者采用65Mn钢,一般情况下可用45、50钢,螺母材料可采用铸造锡青铜，重载低速的场合可选用铸造铝铁青铜，而轻载低速时也可选用耐磨铸铁。,10.9 螺旋传动,10.10 滚动螺旋传动简介,在螺杆
14、和螺母制建设有封闭循环的滚道，在滚道间填充钢珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，提高传动效率，这种传动称为螺旋传动，又称为滚珠丝杠副。,10.10.1 滚珠丝杠的分类、特点和应用,1.滚珠丝杠的分类,按用途,定位滚珠丝杠,传动滚珠丝杠,通过旋转角度和导程控制轴向位移量，称为P类滚珠丝杠,用于传动动力的滚珠丝杠，称为T类滚珠丝杠,10.10 滚动螺旋传动简介,按循环方式,内循环滚珠丝杠,外循环滚珠丝杠,10.10 滚动螺旋传动简介,2.滚珠丝杠的特点及应用,滚珠丝杠的优点,滚动摩擦系数小，传动效率高,启动扭矩接近运转扭矩，工作较平稳,磨损小且寿命长，可用调整装置调整间隙，传动精度与刚度均得到提高
15、,不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动,10.10 滚动螺旋传动简介,滚珠丝杠的缺点,结构复杂，制造困难,在需要防止逆转的机构中，要加自锁机构,承载能力不如滑动螺旋传动大,滚动丝杠多用在车辆转向机构及对传动精度要求较高的场合。,10.10 滚动螺旋传动简介,10.10.2 滚珠丝杠副的特征代号及标注,精度等级,类型(P/T),承载钢珠圈数,螺纹旋向,公称导程,公称直径,结构特征,预紧方式,循环方式,10.10 滚动螺旋传动简介,10.11 键联接,常用的轴毂联接有键联接、花键联接等。,轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并用来传递运动和扭矩,键联接1,平键的两侧面是工作面，上表面与轮
16、毂上的键槽底部之间留有间隙，键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，故定心性较好。,普通平键应用极为广泛。 轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。,1平键联接,普通平键 导向平键和滑键,根据用途，平键又可分为,普通平键,普通平键按端部形状的不同可分为圆头（A型）、方头（B型）、半圆头（C型）三种，具体结构如下图：,点击查看三维图,10.11 键联接,A型,C型,B型,10.11 键联接,导向平键和滑键,导向平键和滑键用于动联接。当轮毂需要在轴上沿轴向移动时可采用这种键联接。,当被联接零件滑移距离较大时，宜采用滑键。,导向平键,滑 键,点击查看三维图,平键的尺寸,10.11 键联接,平键的失效,平键联接工作时的主要失效形式为组成联接的键、轴和轮毂中强度较弱材料表面的压溃，极个别情况下也会出现键被剪断的现象。通常只须按工作面上的挤压强度进行计算。,键被剪断,
