螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng).ppt

第五章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng),5-1 螺紋,5-2 螺紋聯(lián)接,5-3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,5-6 螺旋傳動(dòng),5-5 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,5-4 螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算,5-0 引言,引言,5-0 引 言,由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運(yùn)輸?shù)确矫娴脑?，機(jī)器中很 多零件需要彼此聯(lián)接。 機(jī)械零件之間的聯(lián)接分為：,被聯(lián)接件之間相互完全固定。,被聯(lián)接件之間能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如：運(yùn)動(dòng)副。,本課程介紹的聯(lián)接主要是靜聯(lián)接。,聯(lián)接的類型：,5-1 螺紋,5-1 螺 紋,一、螺紋的主要參數(shù),大徑d 是螺紋的公稱直徑。,小徑d1常用于強(qiáng)度計(jì)算。,中徑d2常用于幾何計(jì)算。,螺距P 相鄰兩螺紋牙上對(duì)應(yīng)點(diǎn) 間的軸向距離。,導(dǎo)程 S 沿螺紋上同一條螺旋線 轉(zhuǎn)一周所移動(dòng)的軸向距離，S = nP。,線數(shù) n 螺紋的螺旋線數(shù)目。,牙型角a在軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。,牙型斜角在軸向截面內(nèi)，螺紋牙型一側(cè)邊與螺紋軸線的垂 線之間的夾角。,螺紋的類型,螺紋升角y螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。,螺 紋,二、螺紋的類型,常用右旋,此外，還有 管螺紋： 主要用于管路的聯(lián)接。,效率低，易自鎖，多用于聯(lián)接。,詳細(xì)介紹,5-2 螺紋聯(lián)接,5-2 螺紋聯(lián)接,一、螺紋聯(lián)接的基本類型,螺栓、螺柱、螺釘、螺母等稱為螺紋聯(lián)接件。在機(jī)械制造中常用螺紋聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。,虛擬現(xiàn)實(shí)中的螺紋聯(lián)接件,螺紋聯(lián)接的擰緊,螺紋聯(lián)接,二、螺紋聯(lián)接的擰緊,大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)就已經(jīng)擰緊，稱之為預(yù)緊。預(yù)緊使聯(lián)接中的零件所受的力稱為預(yù)緊力，用 F表示 。,預(yù)緊的目的：增大聯(lián)接的剛性；提高緊密性；防松。,預(yù)緊力的控制：,通常，通過(guò)控制擰緊力矩 M 來(lái)控制預(yù)緊力。,預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系：,注意：對(duì)于重要的聯(lián)接，盡可能不采用直徑過(guò)小(M12)的螺栓。,可采用測(cè)力矩扳手或定力矩扳手控制擰緊力矩。對(duì)于重要的螺栓聯(lián)接，也可以通過(guò)控制螺栓的伸長(zhǎng)量來(lái)控制預(yù)緊力。,紋聯(lián)接的防松,螺紋聯(lián)接,三、螺紋聯(lián)接的防松,螺紋聯(lián)接一般都能滿足自鎖條件不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，或在溫度變化較大的情況下，螺紋聯(lián)接可能會(huì)產(chǎn)生松脫現(xiàn)象。,防松的本質(zhì)在于防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。,按工作原理的不同，防松方法分三類：,（詳見(jiàn)表53）,5-3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度,5-3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,本節(jié)以螺栓聯(lián)接為代表，討論強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題，其方法和結(jié)論也適用于其他形式的螺紋聯(lián)接。,螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算的目的是：確定防止失效所需的螺栓直徑。,聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)容，根據(jù)其可能的失效形式而定。,螺紋聯(lián)接的受載形式基本分為：,采用受拉螺栓,可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。,下面按螺栓類型和受載形式的不同，分別討論其強(qiáng)度計(jì)算方法。,一、受剪螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,受剪螺栓的強(qiáng)度,2）螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：,1）螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為：,式中：Fs螺栓所受的工作剪力（N）； ds螺栓剪切面的直徑（mm）； m螺栓受剪面數(shù)； 螺栓的許用切應(yīng)力，見(jiàn)表59。,單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,式中： h計(jì)算對(duì)象（ 即 最小者）的擠壓面高度（mm）； 計(jì)算對(duì)象的許用擠壓應(yīng)力（Mpa)，見(jiàn)表59。,受拉螺栓的強(qiáng)度,單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,二、受拉螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,1. 松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,工作中，松螺栓只受工作拉力 F 。,強(qiáng)度條件為：,式中：d1螺紋小徑（mm）； 螺栓的許用拉應(yīng)力（Mpa)。,實(shí)例,僅受預(yù)緊力的螺栓聯(lián)接,單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,2. 緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,1）僅受預(yù)緊力 F的緊螺栓聯(lián)接,這種聯(lián)接在擰緊的瞬間最危險(xiǎn)， 此時(shí)：,F引起的拉應(yīng)力：,按第四強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力，則,承受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接,強(qiáng)度條件為：,單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,設(shè)計(jì)式為：,2）承受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接,如右圖所示的氣缸蓋上的聯(lián)接即屬此種類型。,雖然，這種螺栓是在受預(yù)緊力F的基礎(chǔ)上，又受工作拉力F 。但是，螺栓的總拉力,。為什么？,承受軸向載荷的緊螺栓2,預(yù)緊時(shí),受工作載荷后,F剩余預(yù)緊力,螺栓的總拉力為,單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,承受軸向載荷的緊螺栓3,可用載荷變形圖分析各力之間的關(guān)系。,則螺栓的總拉力,或?qū)懗桑?受力變形動(dòng)畫(huà),單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,承受軸向載荷的緊螺栓4,單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,為保證聯(lián)接的緊密性，應(yīng)使 F 0 。通常根據(jù)工作拉力 F 的性質(zhì)確定F。 （見(jiàn)教材P88）,a) 靜強(qiáng)度計(jì)算（ F 不變化時(shí)）,注：式中“ 1.3 ” 考慮的是工作中可能的補(bǔ)充擰緊引起的切應(yīng)力的影響。,螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力1,b) 疲勞強(qiáng)度計(jì)算（F變化時(shí)）,當(dāng)工作拉力在 0F 之間變化時(shí)，螺栓的總拉力在 之間變化。則螺栓的應(yīng)力幅,強(qiáng)度條件,單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,三、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力,螺栓、螺釘、螺柱性能等級(jí)示例： ，,（見(jiàn)表55）,a) 靜強(qiáng)度計(jì)算的許用拉應(yīng)力,式中：S安全系數(shù)。,螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力2,b) 疲勞強(qiáng)度計(jì)算的許用應(yīng)力幅,c) 受剪螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力，見(jiàn)表59。,單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,5-4 螺栓組聯(lián)接受力分析,目的：求出螺栓組中受力最大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓 聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。,假設(shè)：所有螺栓的剛度和預(yù)緊力均相同； 被聯(lián)接件為剛體； 各零件的變形在彈性范圍內(nèi)。,5-4 螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算,一、承受軸向載荷 時(shí),當(dāng) 通過(guò)螺栓組形心時(shí)，各螺栓所受的工作載荷 相等。,則,注：如 不通過(guò)螺栓組的形心，應(yīng)向形心平移后再計(jì)算。,螺栓組聯(lián)接的基本受載類型有四種：,受橫向載荷1,二、受橫向載荷 時(shí),1）用受拉螺栓,螺栓預(yù)緊后在被聯(lián)接件的接觸面上產(chǎn)生正壓力，靠由此產(chǎn)生的摩擦力承受 。,保證被聯(lián)接件不相對(duì)滑動(dòng)，須滿足：,則所需預(yù)緊力為,螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算,受橫向載荷2,2）用受剪螺栓,通過(guò)螺栓組形心時(shí)，在前述假設(shè)下，各螺栓承受的橫向力 相等。 則,注：a) 不通過(guò)螺栓組形心時(shí)，向形心平移后再計(jì)算。,b) 沿 方向上的受剪螺栓個(gè)數(shù)不宜過(guò)多。,螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算,承受轉(zhuǎn)矩 T 時(shí)1,三、承受轉(zhuǎn)矩 T 時(shí),1）用受拉螺栓,靠結(jié)合面上的摩擦力承受T 。,式中： 、 見(jiàn)教材 P94。,螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算,承受轉(zhuǎn)矩 T 時(shí)2,2）用受剪螺栓,螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算,在前述假設(shè)下，各螺栓所受的工作剪力 與其中心到底板中心的距離 成正比。,底板的靜力平衡方程為,聯(lián)立兩式求解，得最大工作剪力,即,受翻轉(zhuǎn)力矩M時(shí)1,螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算,四、受傾翻力矩 M 時(shí),在 M 作用下，底板有繞通過(guò)螺栓組形心的軸線 O 轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。,在前述假設(shè)下，各螺栓所受的工作拉力 與其中心到翻轉(zhuǎn)軸線的距離 成正比。,即,底板的靜力平衡方程為,聯(lián)立兩式求解，得最大工作拉力,受翻轉(zhuǎn)力矩M時(shí)2,為防止結(jié)合面受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求：,為防止結(jié)合面受壓最大處被壓潰，要求：,螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算,注： 實(shí)際中，螺栓組往往同時(shí)承受兩種或兩種以上的載荷。,實(shí)例,螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算,例：如圖所示的支架受 F 力。,將 F 力分解并向螺栓組形心及結(jié)合面平移，得：,設(shè)計(jì)中，需要防止如下四種可能的失效形式：,上沿開(kāi)縫；,下沿壓潰,支架下滑； 需要足夠大的 。,螺栓拉斷； 需要足夠大的螺栓直徑 。,5-5 提高螺栓強(qiáng)度的措施,5-5 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,可從以下幾個(gè)方面提高螺栓的強(qiáng)度。,4）采用合理的制造工藝。,2）減小螺栓的應(yīng)力幅。,3）減小附加彎曲應(yīng)力。,1）改善各螺紋牙受載不均的現(xiàn)象。,工作中，螺栓受拉，螺母受壓，從而產(chǎn)生螺距差，導(dǎo)致旋合的各圈螺紋牙受載不均。見(jiàn)圖520。,（ ）,冷鐓、碾壓、氮化、噴丸等工藝均可提高螺栓的強(qiáng)度。,螺紋聯(lián)接組的設(shè)計(jì)1,螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)螺栓組聯(lián)接時(shí)，關(guān)鍵是聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。它是根據(jù)被聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)和聯(lián)接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式。,為了便于加工制造和對(duì)稱布置螺栓，保證聯(lián)接結(jié)合面受力均勻，通常聯(lián) 接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀。,螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。,螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。,為了便于在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫(huà)線，通常分布在同一圓周上的螺栓 數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。,避免螺栓承受附加的彎曲載荷。,說(shuō)明,說(shuō)明,說(shuō)明,一、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),各螺栓之間的距離大小既要保證聯(lián)接的可靠性又要考慮裝拆方便，還應(yīng)留有足夠的扳手空間。,大多數(shù)機(jī)械中螺栓都是成組使用的。,螺栓組聯(lián)接的受載類型,螺栓組聯(lián)接的受載類型,螺栓組聯(lián)接的基本受載類型：,螺旋傳動(dòng)1,螺旋傳動(dòng),一、螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用,傳力螺旋 傳導(dǎo)螺旋 調(diào)整螺旋,螺旋傳動(dòng)按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為：,說(shuō)明,滑動(dòng)螺旋 滾動(dòng)螺旋 靜壓螺旋,說(shuō)明,螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞動(dòng)力。,螺旋傳動(dòng)按其用途不同，可分為以下三種類型:,螺旋機(jī)構(gòu)在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、起重設(shè)備、鍛壓機(jī)械、測(cè)量?jī)x器、工具、 夾具、玩具及其他工業(yè)裝備中有著廣泛的應(yīng)用。,螺旋傳動(dòng)常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式有：螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)或螺母固定，螺桿 轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。,螺旋傳動(dòng)2,螺旋傳動(dòng),二、滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料,1滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu),整體螺母,組合螺母,剖分螺母,螺母結(jié)構(gòu):,滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動(dòng)的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。,螺桿的材料要有足 夠的強(qiáng)度和耐磨性。螺 母的材料除了要有足夠 的強(qiáng)度外，還要求在與 螺桿材料相配合時(shí)摩擦 系數(shù)小和耐磨。,2滑動(dòng)螺旋的材料,說(shuō)明,螺旋傳動(dòng)3,螺旋傳動(dòng),三、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,主要失效形式: 螺牙的磨損,設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：按抗磨損確定直徑，選擇螺距； 校核螺桿、螺母強(qiáng)度等。,設(shè)計(jì)方法和步驟：,1耐磨性計(jì)算,滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工 作面上的壓力，其強(qiáng)度條件：,設(shè)計(jì)公式：令,則得：,螺旋傳動(dòng)4,螺旋傳動(dòng),依據(jù)計(jì)算出的螺紋中徑，按螺紋標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的直徑和螺距。,驗(yàn)算：,若不滿足要求，則增大螺距。,對(duì)有自鎖性要求的螺旋傳動(dòng)，應(yīng)校核自鎖條件：,2螺桿的強(qiáng)度計(jì)算,對(duì)于受力比較大的螺桿，需根據(jù)第四強(qiáng)度