螺紋連接與螺旋傳動(dòng)課件

1、第五章 螺紋連接與螺旋傳動(dòng)基本概念：螺紋連接是利用螺紋零件構(gòu)成的 連接。特 點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，拆裝方便，工作可靠，標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)用廣。1第五章 螺紋連接與螺旋傳動(dòng)基本概念：螺紋連接是利用螺紋零件構(gòu)d-螺紋大徑d1-螺紋小徑d2-螺紋中徑p-螺距n-線數(shù)S-導(dǎo)程y -螺紋升角，牙型角-牙型斜角旋向一、 螺紋的主要參數(shù)5.1 螺紋2d-螺紋大徑一、 螺紋的主要參數(shù)5.1 螺紋2螺紋的線數(shù)和旋向3螺紋的線數(shù)和旋向3二、螺紋副的受力關(guān)系、效率和自鎖 圓周力：擰緊時(shí)松開時(shí)效率：擰緊時(shí)松開時(shí)4二、螺紋副的受力關(guān)系、效率和自鎖 圓周力：擰緊時(shí)松開時(shí)效率：自鎖條件式中: -當(dāng)量摩擦角 -當(dāng)量摩擦系數(shù)F-軸向力, Nf

2、-摩擦系數(shù)5自鎖條件式中: -當(dāng)量摩擦角 -當(dāng)量摩擦系數(shù)F-軸三 、常用螺紋的特點(diǎn)和應(yīng)用對(duì)螺紋的要求： 足夠的強(qiáng)度和良好的工藝性聯(lián)接螺紋：自鎖管 螺 紋：緊密性、氣密性傳動(dòng)螺紋：效率高調(diào)整螺紋：精度高起重螺紋：效率高、自鎖性好螺紋的分類：按牙形：三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋、管螺紋按母體形狀：圓柱螺紋、圓錐螺紋6三 、常用螺紋的特點(diǎn)和應(yīng)用對(duì)螺紋的要求：螺紋的分類：61 、普通螺紋(代號(hào)：M GB 192-81)特點(diǎn)：螺紋的牙型角=2=60。因牙型角大，所以當(dāng)量摩擦系數(shù)大，自鎖性能好，主要用于連接。71 、普通螺紋(代號(hào)：M GB 192-81)特點(diǎn)：螺紋的細(xì)牙螺紋與粗 牙螺紋的比

3、較粗牙：常用細(xì)牙的缺點(diǎn)：牙小，相同載荷下磨損快，易脫扣。細(xì)牙：自鎖性能更好。常用于承受沖擊、振動(dòng)及變載荷、或空心、薄壁零件上及微調(diào)裝置中。8細(xì)牙螺紋與粗 牙螺紋的比較粗牙：常用細(xì)牙的缺點(diǎn)：牙小，相同載2 、矩形螺紋特點(diǎn)：牙形為正方形， =0，所以效率高，用于傳動(dòng),牙根強(qiáng)度弱，加工困難，常被梯形螺紋代替。92 、矩形螺紋特點(diǎn)：93 、梯形螺紋(代號(hào)：T特點(diǎn)： =2=30。比矩形螺紋效率略低。 牙根強(qiáng)度高，易于對(duì)中，易于制造，剖分螺母可消除間隙，在螺旋傳動(dòng)中有廣泛應(yīng)用。 r GB 192-81)103 、梯形螺紋特點(diǎn)： =2=30。比矩形螺紋效率略低。4、 鋸齒形螺紋(代號(hào)：S JB 923-66

4、)特點(diǎn)：工作邊=3，非工作邊=30，便于加工。它綜合了矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙根強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn),能承受較大的載荷,但只能用于單向傳動(dòng)。114、 鋸齒形螺紋特點(diǎn)：工作邊=3，非工作邊=30，便5 、圓柱管螺紋 特點(diǎn)：用于管件連接的三角螺紋，=55螺紋面間沒有間隙，密封性好，適用于壓強(qiáng)在1.6MPa以下的連接。125 、圓柱管螺紋 特點(diǎn)：用于管件連接的三角螺紋，6、 圓錐螺紋特點(diǎn)：螺紋均布在錐度為1:16的管上,=55或60 螺紋面間沒有間隙，不用填料，靠牙變形，密封性好，適用于高溫、高壓的連接。136、 圓錐螺紋特點(diǎn)：螺紋均布在錐度為1:16的管上,=557、 其它螺紋主要用于金屬薄板的連接14

5、7、 其它螺紋主要用于金屬薄板的連接14 普通螺栓連接 絞制孔螺栓連接普通螺栓連接 螺栓和孔壁有間隙孔的加工精度低。絞制孔螺栓連接螺桿與孔用過渡配合，承受軸向載荷孔需精制。可起定位作用。5.2 螺紋連接的基本類型與標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件一 、螺紋連接的基本類型1、 螺栓連接 15 普通螺栓連接 絞制孔螺栓連接普通螺特點(diǎn)：被連接件不宜做成通孔。不宜經(jīng)常拆卸。擰入深度：銅或青銅：H=d鑄 鐵：H=1.251.5d鋁 合 金： H=1. 52.5d2、 螺釘連接16特點(diǎn)：被連接件不宜做成通孔。2、 螺釘連接16特點(diǎn)：被連接件不宜做成通孔又需要經(jīng)常拆卸或用螺釘無法安裝。擰入深度：銅或青銅：H=d鑄 鐵：H=1

6、.251.5d鋁 合 金： H=1. 52.5d3、雙頭螺柱連接 17特點(diǎn)：被連接件不宜做成通孔又需要經(jīng)常拆卸或用螺釘無法安裝。擰4 、緊定螺釘連接旋入被連接件的螺紋孔中，頂住另一被連接件的表面或凹坑。固定兩個(gè)零件或傳遞不大的力矩。184 、緊定螺釘連接185、其它特殊結(jié)構(gòu)的螺紋連接地腳螺栓吊環(huán)螺釘T型槽螺栓195、其它特殊結(jié)構(gòu)的螺紋連接地腳螺栓吊環(huán)螺釘T型槽螺栓19二 、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件各種螺栓20二 、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件各種螺栓20雙頭螺柱各種螺釘21雙頭螺柱各種螺釘21各種螺釘緊定螺釘?shù)念^部和末端22各種螺釘緊定螺釘?shù)念^部和末端22各種螺母與墊片23各種螺母與墊片23三 、螺紋連接零件常用材料

7、和機(jī)械性能等級(jí)1、常用材料：普通連接：低碳鋼，中碳鋼，如:Q215、Q235和10、15、35、45號(hào)鋼。變載荷或有沖擊、振動(dòng)的重要連接：合金鋼，如: 40 Cr、15MnVB、30CrMnSi。螺母材料一般較相配合的螺栓的硬度低2040HBS。24三 、螺紋連接零件常用材料和機(jī)械性能等級(jí)1、常用材料：242、螺栓、螺釘、螺柱、螺母性能等級(jí)252、螺栓、螺釘、螺柱、螺母性能等級(jí)255.3 螺紋連接的預(yù)緊265.3 螺紋連接的預(yù)緊261、預(yù)緊的作用：預(yù)緊可使連接在承受工作載荷之前就受到預(yù)緊力F的作用，以防止連接受載后被連接件之間出現(xiàn)間隙或橫向滑移。預(yù)緊也可以防松。2、控制預(yù)緊力的目的：預(yù)緊力過大

8、，會(huì)使連接超載。預(yù)緊力不足，可能導(dǎo)致連接失效。重要的螺栓應(yīng)控制預(yù)緊力。271、預(yù)緊的作用：2、控制預(yù)緊力的目的：27擰緊螺母時(shí)的力矩和預(yù)緊力3、擰緊力矩和預(yù)緊力的計(jì)算28擰緊螺母時(shí)的力矩和預(yù)緊力3、擰緊力矩和預(yù)緊力的計(jì)算28螺紋副摩擦力矩螺母與被連件摩擦力矩?cái)Q緊力矩29螺紋副摩擦力矩螺母與被連件摩擦力矩?cái)Q緊力矩29 當(dāng)鋼制螺紋M10M68時(shí)，由螺紋幾何關(guān)系和摩擦系數(shù)可得：故：擰緊力矩系數(shù)30 當(dāng)鋼制螺紋M10M68時(shí)，由螺紋幾何關(guān)系和4、裝配時(shí)控制預(yù)緊力的方法測(cè)力矩扳手314、裝配時(shí)控制預(yù)緊力的方法測(cè)力矩扳手31定力矩扳手32定力矩扳手325.4 螺紋連接的防松一 、摩擦防松1 、雙螺母在螺母

9、和螺栓之間形成內(nèi)力，保證摩擦力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便?？煽啃圆桓?。用于平穩(wěn)、低速、重載。335.4 螺紋連接的防松一 、摩擦防松1 、雙螺母332 、彈簧墊圈彈力保持一定壓力切口尖端逆向。342 、彈簧墊圈343 、鎖緊螺母鑲嵌彈性環(huán)或尼龍圈擠入螺紋中橢圓口螺母。353 、鎖緊螺母35二、 機(jī)械防松 1 、開口銷與六角開槽螺母36二、 機(jī)械防松 1 、開口銷與六角開槽螺母362 、止動(dòng)墊圈372 、止動(dòng)墊圈37止動(dòng)墊圈38止動(dòng)墊圈383 、串聯(lián)鋼絲393 、串聯(lián)鋼絲39三、 永久防松焊接 沖點(diǎn) 涂膠40三、 永久防松焊接 5.5 單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算一 、松螺栓連接415.5 單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)

10、度計(jì)算一 、松螺栓連接41MPamm強(qiáng)度條件 或許用應(yīng)力MPa42MPamm強(qiáng)度條件MPa42二 、緊螺栓連接1 、受橫向載荷的緊螺栓連接 （1） 普通螺栓連接靠接合面的摩擦力傳遞外力螺栓既受拉應(yīng)力又受扭剪應(yīng)力43二 、緊螺栓連接（1） 普通螺栓連接靠接合面的摩擦力傳遞外力對(duì)于常用的M10M68的普通螺栓拉應(yīng)力剪應(yīng)力44對(duì)于常用的M10M68的普通螺栓拉應(yīng)力剪應(yīng)力44螺栓的當(dāng)量應(yīng)力（第四強(qiáng)度理論）螺栓的強(qiáng)度條件為：MPa校核公式：設(shè)計(jì)公式：45螺栓的當(dāng)量應(yīng)力（第四強(qiáng)度理論）螺栓的強(qiáng)度條件為：MPa校核公當(dāng)所需預(yù)緊力很大時(shí)，為了減小螺栓尺寸，采用套筒、鍵、銷來承受橫向載荷。46當(dāng)所需預(yù)緊力很大時(shí)

11、，為了減小螺栓尺寸，采用套筒、鍵、銷來承受（2）鉸制孔螺栓連接 螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為:螺栓與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：MPaMPa47（2）鉸制孔螺栓連接 螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為:螺栓與孔壁的擠螺栓抗剪面直徑，mm式中m 螺栓抗剪面數(shù)目螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度 mm，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使螺栓的許用剪切應(yīng)力，MPa 螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力，MPa48螺栓抗剪面直徑，mm式中m 螺栓抗剪面數(shù)目螺栓桿與孔2 、受軸向工作載荷的緊螺栓連接汽缸蓋的連接492 、受軸向工作載荷的緊螺栓連接汽缸蓋的連接49（1） 受力分析(見動(dòng)畫)50（1） 受力分析(見動(dòng)畫)50螺栓受力被連接件受力51螺栓受力被連接件受力

12、51螺栓的相對(duì)剛度剩余預(yù)緊力52螺栓的相對(duì)剛度剩余預(yù)緊力52（2）靜強(qiáng)度計(jì)算MPamm式中 緊螺栓連接的許用拉應(yīng)力校核公式：設(shè)計(jì)公式：53（2）靜強(qiáng)度計(jì)算MPamm式中 緊螺栓連接的許用拉應(yīng)力校核（3）疲勞強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于受變載荷的螺栓連接，按靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)尺寸后，還需進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。54（3）疲勞強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于受變載荷的螺栓連接，按靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)尺寸么么么么方面Sds絕對(duì)是假的么么么么方面Sds絕對(duì)是假的疲勞強(qiáng)度條件為MPaMPa式中有效應(yīng)力集中系數(shù)螺紋制造工藝系數(shù) 尺寸系數(shù)安全系數(shù)螺栓材料的對(duì)稱拉壓疲勞極限56疲勞強(qiáng)度條件為MPaMPa式中有效應(yīng)力集中系數(shù)螺紋制造工三、 螺栓連接的許用應(yīng)力57三、

13、 螺栓連接的許用應(yīng)力57螺栓許用剪應(yīng)力及許用擠壓應(yīng)力58螺栓許用剪應(yīng)力及許用擠壓應(yīng)力585.6 螺栓組連接設(shè)計(jì)一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 、連接結(jié)合面的幾何形狀常設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀595.6 螺栓組連接設(shè)計(jì)一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 、連接結(jié)合2、 螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理602、 螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理603 、螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距613 、螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距61扳手空間62扳手空間624、分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng) 取4, 6, 8等偶數(shù)，以便鉆孔時(shí)在圓周上分度和畫線634、分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng) 取4, 6, 8等偶數(shù)，5 、避免螺

14、栓承受偏心載荷產(chǎn)生偏心載荷的原因645 、避免螺栓承受偏心載荷產(chǎn)生偏心載荷的原因64斜墊圈的應(yīng)用凸面和沉頭座的應(yīng)用避免偏載的結(jié)構(gòu)65斜墊圈的應(yīng)用凸面和沉頭座的應(yīng)用避免偏載的結(jié)構(gòu)65二、 螺栓組連接的受力分析 1 、受軸向載荷Q的螺栓組連接設(shè)定有z個(gè)螺栓則：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓受外力66二、 螺栓組連接的受力分析 1 、受軸向載荷Q的螺栓組連接設(shè)2 、受橫向載荷R的螺栓組連接、（1） 普通螺栓連接式中： f 接合面間摩擦系數(shù) m 接合面數(shù) Kf 考慮摩擦系數(shù)不穩(wěn)定及靠摩擦傳力有時(shí)不可靠而引入的可靠性系數(shù) 一般Kf =1.11.3672 、受橫向載荷R的螺栓組連接、（1） 普通螺栓連接式中： (2) 用絞制孔

15、螺栓連接螺栓受力：剪切力Fs68(2) 用絞制孔螺栓連接螺栓受力：683、受旋轉(zhuǎn)力矩 T 的螺栓組連接(1) 采用普通螺栓連接時(shí)，靠預(yù)緊后在接合面上各螺栓處摩擦力對(duì)形心的力矩之和平衡外加力矩T。693、受旋轉(zhuǎn)力矩 T 的螺栓組連接(1) 采用普通螺栓連接時(shí)，式中: r1 、r2、. rz 各螺栓中心至螺栓 組形 心O的距離 Kf 可靠性系數(shù) f 接合面間摩擦系數(shù)70式中: r1 、r2、. rz 各螺栓中心至螺栓 組（2）采用絞制孔用螺栓連接時(shí)，忽略接合面上的摩擦力，外加力矩T靠螺栓所受剪力對(duì)底板旋轉(zhuǎn)中心的力矩之和來平衡。71（2）采用絞制孔用螺栓連接時(shí)，忽略接合面上的摩擦力，外加力矩7272

16、4、 受傾覆力矩M的螺栓組連接734、 受傾覆力矩M的螺栓組連接737474 受傾覆力矩的螺栓組連接除要求螺栓強(qiáng)度足夠外，還應(yīng)保證接合面既不出縫隙也不被壓饋。接合面右端應(yīng)滿足：MPaMPa （5-39）75 受傾覆力矩的螺栓組連接除要求螺栓強(qiáng)度足夠外，左端應(yīng)滿足：MPaMPa （5-41）由式5-39，5-41求得預(yù)緊力F，并取兩者較大值,和工作拉力Fmax求得作用在螺栓上的總拉力F0后，再求出所需螺栓直徑。76左端應(yīng)滿足：MPaMPa （5-41）由式5-395.7 提高螺栓連接強(qiáng)度的措施一 、改善螺紋牙上載荷的分配775.7 提高螺栓連接強(qiáng)度的措施一 、改善螺紋牙上載荷的分配均載螺母178

17、均載螺母178均載螺母279均載螺母279均載螺母3鋼絲螺套80均載螺母3鋼絲螺套80二、提高疲勞強(qiáng)度1 減小應(yīng)力幅減小螺栓剛度螺母下加彈性元件、中空螺桿、減小螺桿直徑81二、提高疲勞強(qiáng)度減小螺栓剛度81增大被連接件剛度去掉彈性密封墊、加密封環(huán)82增大被連接件剛度822 減小應(yīng)力集中832 減小應(yīng)力集中83減小應(yīng)力集中84減小應(yīng)力集中845.8 螺旋傳動(dòng)一 、螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用螺旋傳動(dòng)按其類型可分為： 調(diào)整螺旋：如機(jī)床進(jìn)給的微調(diào)螺旋 傳力螺旋：如千斤頂 傳動(dòng)螺旋：如機(jī)床絲杠855.8 螺旋傳動(dòng)85螺旋傳動(dòng)按其螺紋間摩擦性質(zhì)的不同,可分為: 滑動(dòng)螺旋：滑動(dòng)摩擦，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，應(yīng)用最廣。

18、滾動(dòng)螺旋：滾動(dòng)摩擦 靜壓螺旋：液體摩擦滑動(dòng)螺旋牙形：多用梯形螺紋,重載起重螺旋也有用鋸齒形螺紋, 對(duì)效率要求高時(shí)可用矩形螺紋。86螺旋傳動(dòng)按其螺紋間摩擦性質(zhì)的不同,可分為:滑動(dòng)螺旋牙形：86螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用87螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用87螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用立式加工中心88螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用立式加工中心88二維數(shù)控臺(tái)原理圖螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用89二維數(shù)控臺(tái)原理圖螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用89二維數(shù)控臺(tái)螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用90二維數(shù)控臺(tái)螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用90滾珠絲杠螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用91滾珠絲杠螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用91螺旋千斤頂螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用92螺旋千斤頂螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用92螺旋受力：滑動(dòng)螺旋工作時(shí)，螺桿承受軸向載荷和轉(zhuǎn)矩；螺桿和螺母的螺紋牙承受擠壓、彎曲

19、和剪切?；瑒?dòng)螺旋的失效形式有：螺紋磨損，螺桿斷裂，螺紋牙根剪斷和彎斷，受壓螺桿很長時(shí)還可能失穩(wěn)。二 、滑動(dòng)螺旋的失效形式和材料93螺旋受力：滑動(dòng)螺旋的失效形式有：二 、滑動(dòng)螺旋的失效形式和材螺桿的材料：要求有足夠的強(qiáng)度，常用35、45號(hào)鋼;需經(jīng)熱處理以達(dá)到高硬度的重要螺桿，則常用合金鋼，如65Mn、40Cr、T12、20CrMnTi等。螺母材料：除要有足夠的強(qiáng)度外，還要求在與螺桿配合時(shí)摩擦系數(shù)小和耐磨。常用材料有鑄造青銅，如ZCuSn10Pb1, ZCuSn5Pb5Zn594螺桿的材料：螺母材料：94螺母材料選用：重載低速使用強(qiáng)度較高的鑄造青銅ZCuAl10Fe3或鑄造黃銅ZCuZn25Al6

20、Fe3Mn3 。低速不重要的螺旋傳動(dòng)也可用耐磨鑄鐵或灰鑄鐵。三、滑動(dòng)螺旋的設(shè)計(jì)計(jì)算1 、耐磨性計(jì)算 耐磨性計(jì)算主要是限制螺紋工作表面的壓強(qiáng)，以防止過度磨損。95螺母材料選用：三、滑動(dòng)螺旋的設(shè)計(jì)計(jì)算1 、耐磨性計(jì)算95假想螺紋牙可以展成一長條，設(shè)螺旋的軸向載荷為F，螺母旋合高度為H、螺距為p，螺紋旋合圈數(shù)為Z=H/p、螺紋工作高度為h、承壓面積為A，螺紋工作面上的壓強(qiáng)為 ps。則螺紋的耐磨性條件為：MPa若按耐磨性條件設(shè)計(jì)螺紋中徑d2時(shí)，可引用系數(shù)以消去H96假想螺紋牙可以展成一長條，設(shè)螺旋的軸向載荷為F，螺母旋合高度mm對(duì)于矩形和梯形螺紋，h=0.5p, 則對(duì)于鋸齒形螺紋，h=0.75p, 則

21、97mm對(duì)于矩形和梯形螺紋，h=0.5p, 則對(duì)于鋸齒形螺紋，h系數(shù)的值：可根據(jù)螺母結(jié)構(gòu)選定，整體式螺母，磨損后間隙不能調(diào)整，取=1.22.5;剖分式螺母:=2.53.5;對(duì)于傳動(dòng)精度較高時(shí),允許=4由于旋合各圈受力不均, 應(yīng)使Z10計(jì)算出d2后, 應(yīng)選為標(biāo)準(zhǔn)值, 螺紋的其它參數(shù)根據(jù)d2 按標(biāo)準(zhǔn)選取。98系數(shù)的值：由于旋合各圈受力不均, 應(yīng)使Z10計(jì)算出d2后2、 螺桿強(qiáng)度計(jì)算螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度條件為（第四強(qiáng)度理論）:起重螺旋:矩形和鋸齒螺紋 梯形螺紋992、 螺桿強(qiáng)度計(jì)算螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度條件為（第四強(qiáng)度理論）:式中:d1 -螺桿螺紋小徑,mm -螺桿材料許用應(yīng)力 F-螺桿所受軸向力, N T-螺桿