螺纹联接和螺旋传动

《螺纹联接和螺旋传动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《螺纹联接和螺旋传动（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、机械设计第十一章 螺纹联接和螺旋传动第一节 螺纹 一、螺纹的形成和类型类型 n 按螺纹母体形状分：圆柱形(Column)螺纹、 圆锥形(Taper)螺纹。 n 按螺纹牙型分：三角形(V Thread)、矩形 (Square)、梯形(Acme)、锯齿形(Buttress)螺 纹。 n 按螺纹旋向分：右(Right)旋和左(Left)旋 n 按螺旋线的数目，可分为单线(single)、双线 (Double)、三线等。 n 根据螺纹在圆柱表面上的位置，分为：外(External)螺纹：在圆柱外表面上形成；内(Internal)螺纹：在内壁上形成。v内外螺纹两者旋合组成的运动副称为螺纹副 。按螺纹牙型

2、分类SquareAcmeButtressV ThreadPipe Thread二、螺纹的主要参数n 直径(Diameter) 大径(Major dia.)d 小径(Minor dia.)d1 中径(Pitch dia.)d2 n 螺距(Pitch)P n 导程(Lead)S n 升角(Lead angle)y n 牙型角(Thread angle)a n 牙型斜角b n 螺纹工作高度(Working depth)h 三、常用螺纹的特点和应用v常用螺纹有联接螺纹和传动螺纹。联结 螺纹有普通螺纹、非螺纹密封的管螺纹 、用螺纹密封的管螺纹和米制锥螺纹等 ；传动螺纹有矩形螺纹、梯形螺纹、锯 齿形螺纹。

3、常用螺纹Coarse ThreadFine Threadn 普通螺纹是一种三角形螺纹，a=60，有粗牙、细牙 之分 n 非螺纹密封的管螺纹，a=55 n 用螺纹密封的管螺纹，a=55 n 米制锥螺纹 n 矩形螺纹， a=0 n 梯形螺纹， a=30 n 锯齿形螺纹螺纹形状普通螺纹非螺纹密 封的管螺 纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿螺纹螺纹联接v第二节 螺纹联接的类型和标准联接件 一、螺纹联接的主要类型v螺栓联接v螺钉联接v双头螺柱联接v紧定螺钉联接1）螺栓联接v特点和应用：无须在被联接件上切制螺纹，使用不 受被联接件材料的限制。构造简单，装拆方便，应 用最广。用于可制通孔的场合。分为受拉螺栓联接 和受剪

4、螺栓联接。2）双头螺柱联接v特点和应用：座端旋入并 紧定在被联接件之一的螺 纹孔中，用于受结构限制 而不能用螺栓或希望联接 结构较紧凑的场合。3）螺钉联接v特点和应用：不用螺母， 而且能有光整的外露表面 ，应用于与双头螺柱联接 相似，但不宜用于时常装 拆的联接，以免损坏被联 接件的螺纹孔。4）紧定螺钉联接Hex Socket Headless Setscrewv特点和应用：旋入被联 接件之一的螺纹孔中， 其末端顶住另一被联接 件的表面或顶入相应的 坑中，以固定两个零件 的相互位置，并可传递 不大的力或转矩。二、标准螺纹联接件v常用的标准螺纹联接件有螺栓、双头螺柱、 螺钉、螺母、垫圈。螺纹联接第

5、三节 螺纹联接的预紧与防松 一、螺纹联接的预紧v各种机械中实际使用的螺纹联接，绝大 多数在装配时就已预先拧紧，使螺纹联 接受到较大的预紧力的作用。v其目的是使螺纹联接可靠地承受载荷， 获得所要求的紧密性、刚性或防松能力 。 1）确定拧紧力矩F预紧力 T拧紧力矩 T1螺纹阻力矩 T2螺母支承面摩擦力矩 T3螺钉头支承面摩擦力矩 T4夹持力矩v反映了拧紧力矩、螺纹力矩、预紧力之间的关系；v一个小的拧紧力可以产生很大的预紧力，可能导致 过载折断。2）控制预紧力的方法v测量螺栓的伸长量或控制应力或应变；v规定螺母拧紧圈数；v控制拧紧力矩。二、螺纹联接的防松v在静载荷作用下，联接用螺纹能满足自锁条件，且

6、 螺母与支承面之间的摩擦力矩也有防松作用。因此 联接一般不会自动松脱。v但在变载荷、冲击振动及温度变化较大的情况下， 螺纹副间和支承面间的摩擦阻力可能瞬时消失，经 多次重复后，联接就可能松动，甚至松脱而造成事 故。v螺纹联接防松的根本问题在于防止螺纹副相对转动 。凡是能满足这一要求的结构都能防松。v按防松原理分，可分为：摩擦防松、机械防松及永 久止动。1）摩擦防松v使螺纹副中有不随联接载荷而变化的压力，因而始终有摩 擦力矩防止相对转动。压力可由螺纹副纵向或横向压紧而 产生。2）机械元件防松比如： 开口销与槽形螺母 止动垫片 串联金属丝v利用便于更换的金属元件约束螺纹副。开口销与槽形螺母止动垫片

7、串联金属丝机械防松实例3）永久止动焊接 铆冲v把螺纹幅转动变为非运动幅，从而排除相对运动的可能。螺纹联接 第四节 螺栓联接的结构设计一、螺栓组联接结构设计v设计时应考虑以下几个方面的因素：v （）联接结合面的几何形状通常都 设计成轴对称的简单几何形状。v （）受力矩作用的螺栓组，布置螺 栓应尽量远离对称轴v （）应使螺栓受力合理。v （）螺栓的排列应有合理的边距、 间距。二、螺栓组联接受力分析螺栓组联接的受力分析目的：v根据联接的结构和载荷情况，求出联接 中受载最大的螺栓及其载荷，为螺栓强 度计算提供依据。受横向载荷R的螺栓组联接1）受拉螺栓联接 每个螺栓需要的预紧力为：2）受剪螺栓联接 每个

8、螺栓受的横向工作剪力为：受旋转力矩T的螺栓组联接 1）受拉螺栓联接 每个螺栓需要的预紧力为：2）受剪螺栓联接 受载最大的螺栓承受的横向工作剪力为：受轴向载荷Q的螺栓组联接每个螺栓承受的工作载荷为：螺纹联接 第五节 螺纹联接的强度计算 概述v普通螺栓联接在工作时，螺栓主要受轴向拉力，故 又称受拉螺栓联接。在静载荷作用下：螺栓的主要 失效形式为螺纹部分的塑性变形或断裂；在变载作 用下，螺栓的主要失效形式为疲劳断裂。v铰制孔用螺栓联接，其工作时，螺栓只承受横向载 荷，故又称受剪螺栓联接，其主要失效形式为螺栓 剪断、栓孔或孔壁压溃。计算准则v对于受拉螺栓联接，保证螺栓的静力或 疲劳拉伸强度；v对于受剪

9、螺栓联接，保证螺栓的剪切强 度或联接挤压强度。一、松螺栓联接的强度计算设计公式：v在承受外载荷之前，联接并不受 力（如起重吊钩用的螺栓联接） 。在承受工作载荷后，螺栓受拉 ，其强度条件为：2）紧螺栓联接的强度计算v紧螺栓联接装配时需将螺母拧紧 ，在承受工作载荷之前，中已受 到螺纹力矩T1和预紧力F的联合作 用。这是应用中较广泛的情况。v按外载荷及结构不同主要分为下 面两种情况： 只受预紧力的紧螺栓联接 受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接 只受预紧力的紧螺栓联接v外载荷与螺栓轴线垂直。靠螺栓联 接预紧后在接合面之间产生的摩擦 力来承受和传递横向力。因而在施 加外载荷前后，螺栓所受拉力不变 ，均为预紧

10、力F。v只受预紧力的紧联接螺栓的螺纹部 分除受预紧力F的拉伸作用外，一 般还受拧紧力矩T施加给螺栓的螺纹 力矩T1的扭转作用。正应力与扭应力一般情况对于M10M68普通螺栓，有如下统计规律： 故：当量应力用于钢制螺栓是塑性材料，根据第四强度理论，其当量应力为设计公式：强度条件为：小节对只承受预紧力作用的紧螺栓，虽然受拉伸和扭转的联合 作用，但在强度计算时，仍可按纯拉伸计算，这时只需将 所受的拉力增大30。 讨论靠摩擦力传递横向外载荷的普通螺栓联接，构造简单，装 配方便等优点。此时预紧力为横向外载荷的8倍，因而所的螺栓直径和联接 尺寸都较大，并且在变载作用下或有冲击时，f不稳定，因而 可靠性较差

11、。 但分析若针对性措施 为避免上述缺点，必要时可采取各种减载装置，如减载 销、减载套筒、减载键等，他们靠挤压或剪切来传递一部 分横向外载荷，这样F可以减小，从而使螺栓联接的结 构尺寸减小。此外，还可改用铰制孔用螺栓联接。 受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接v这类螺栓联接拧紧后 ，螺栓受预紧力F的 作用，工作时还受到 轴向拉力F的作用。 螺栓所受的总拉力是 否为F+F？v由于螺栓和被联接件 都是弹性体，当应变 在弹性范围内时，联 接中各零件受力要由 静力平衡和变形协调 条件来确定。螺栓的工作过程公式的推导注意的问题v螺栓工作时被联接件间是不允许出现间隙的，因此 要求剩余预紧力F “大于零。强度条件与

12、设计公式设计公式：v一般紧联接螺栓通常应在承受工作拉力F0之前拧紧。但为了安全，应考虑可能在总拉力F0作用下被补 充拧紧（应尽量避免）。v所以此时应以F0和由F0引起的螺纹力矩进行计算。 因而紧联接螺栓的强度条件为：受预紧力和变载荷的紧螺栓联接和 v由于影响变载荷零件疲劳强度的主要因素是应力幅，因此 螺栓的疲劳强度应计算应力幅sa，但螺栓也可能在最大工 作拉力下被静力拉断，故其强度条件为：二、受剪螺栓联接的强度计算v采用铰制孔螺栓联接时，被联接件上的外载荷是靠螺栓杆 的剪切及螺栓杆与被联接件之间的挤压来传递，故联接只 需较小的F，一般忽略不计。强度条件1）螺栓杆的抗剪切条件： 2）螺栓杆与孔壁接触表面的挤压强度条件为： 三、螺栓联接的材料和许用应力v一般螺母材料的强度级别和硬度比相配螺栓材料稍 低，以防咬死和减小磨损。螺栓联接的许用应力对于松螺栓连接：对于紧螺栓连接：控制预紧力时S=1.21.5，不控制预紧力时S查表。v 第六节 螺旋传动v 螺旋传动是利用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。v 螺旋传动的类型v螺旋传动按其用途不同，可分为以下三 种类型：v（） 传力螺旋v（） 传导螺旋v（） 调整螺旋v螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同分 为：滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。