螺紋傳動和螺紋.ppt

1、第五章 螺紋連接與螺旋傳動,5-1 螺紋,5-2 螺紋連接的類型與標準連接件,5-3 螺紋連接的預緊,5-6螺紋連接的強度計算,5-5螺栓組連接的設計,5-8 提高螺紋連接強度的措施,5-7 螺紋連接件的材料與許用應力,5-9 螺旋傳動,5-4 螺紋連接的防松,螺紋有外螺紋與內(nèi)螺紋之分，它們共同組成螺旋副。,螺紋,聯(lián)接用螺紋的當量摩擦角較大，有利于實現(xiàn)可靠聯(lián)接；,傳動用螺紋的當量摩擦角較小，有利于提高傳動的效率。,螺紋按工作性質(zhì)分為連接接用螺紋和傳動用螺紋。,一、螺紋的分類,螺紋按螺旋線繞行方向分為左旋螺紋和右旋螺紋。,螺紋按螺紋母體形狀分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。,螺紋按單位分為米制螺紋和英制螺

2、紋。,螺紋按牙型分為普通螺紋、管螺紋、梯形螺紋、矩形螺紋和鋸齒形螺紋。,二、普通螺紋的主要參數(shù),大徑d即螺紋的公稱直徑。 小徑d1常用于聯(lián)接的強度計算。 中徑d2常用于聯(lián)接的幾何計算。 螺距P螺紋相鄰兩個牙型上對應點間的 軸向距離。 牙型角a螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩 側邊的夾角。 升角y螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線 的平面間的夾角。 線數(shù)n螺紋的螺旋線數(shù)目。 導程S螺紋上任一點沿同一條螺旋線轉 一周所移動的軸向距離，S=nP。,升角y的計算式為：,螺紋,螺紋連接的類型與標準連接件,一、螺紋連接的基本類型,除上述連接的基本類型外，在機器中，還有一些特殊結構的螺紋聯(lián)接。如：T型槽螺栓連接、吊環(huán)螺

3、釘連接和地腳螺栓連接等。,二、標準螺紋連接件,螺紋連接的類型很多，在機械制造中常見的螺紋連接件的結構型式和尺寸都已經(jīng)標準化，設計時可以根據(jù)有關標準選用。,利用控制擰緊力矩的方法來控制預緊力的大小。通?？刹捎脺y力矩扳手或 定力矩扳手，對于重要的螺栓聯(lián)接，也可以采用測定螺栓伸長的方法來控制預 緊力。,螺紋聯(lián)接的預緊,大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預先受 到力的作用，這個預加作用力稱為預緊力。,增強聯(lián)接的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對移動。,注意：對于重要的聯(lián)接，應盡可能不采用直徑過小(M12)的螺栓。,擰緊后螺紋聯(lián)接件的預緊應力不得超過其材料的

4、屈服極限ss的80%，限制原則,預緊力：,預緊的目的：,預緊力的確定原則：,預緊力的控制：,預緊力和預緊力矩之間的關系,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自動松脫。但在沖擊、振動或變載荷作用下，或在高溫或溫度變化較大的情況下，螺紋聯(lián)接中的預緊力和摩擦力會逐漸減小或可能瞬時消失，導致聯(lián)接失效。,防松的根本問題在于防止螺旋副相對轉動。按工作原理的不同，防松 方法分為摩擦防松、機械防松等。此外還有一些特殊的防松方法，例如鉚 沖防松、在旋合螺紋間涂膠防松等。,為了防止連接松脫，設計時必須采取有效的防松措施。,螺栓組連接的設計,目的： 合理的確定連接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式， 力求

5、各螺栓和連接接合面間受力均勻，便于加工和裝配。,連接接合面的幾何形狀都設計成軸對稱的簡單幾何形狀便于加工制造和對稱布置螺栓，保證聯(lián)接結合面受力均勻。,螺栓布置應使各螺栓的受力合理。,螺栓的排列應有合理的間距、邊距。,分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線。,避免螺栓承受附加的彎曲載荷。,一、螺栓組連接的結構設計,需注意的問題：,螺栓組連接的設計,1受橫向載荷,2受轉矩,3受軸向載荷,4受傾覆力矩,目的：根據(jù)連接的結構和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力， 以便進行螺栓連接的強度計算。,受力分析時所作假設：所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同；,受

6、載后連接接合面仍保持為平面。,受力分析的類型：,二、螺栓組連接的受力分析,螺栓組的對稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；,（1）對于鉸制孔用螺栓連接（圖b），每個螺栓所受工作剪力為：,（2）對于普通螺栓連接（圖a） ，按預緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦 力必須大于或等于橫向載荷的要求，有：,式中：z為螺栓數(shù)目。,圖示為由四個螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。,1受橫向載荷的螺栓組連接,或,螺栓組連接的設計,為防滑系數(shù)，設計中可取Ks =1.11.3。,為接合面數(shù)。,2受轉矩的螺栓組連接,采用普通螺栓，是靠連接預緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉矩T。,采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠

7、壓作用來抵抗轉矩T。,螺栓組連接的設計,各螺栓的剪切變形量（剪切力）與螺栓到中心的距離成正比。,螺栓組連接的設計,3受軸向載荷的螺栓組連接,若作用在螺栓組上軸向總載荷F作用線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對稱中心，則各個螺栓受載相同，每個螺栓所受軸向工作載荷為：,通常，各個螺栓還承受預緊力F0的作用，當連接要有保證的殘余預緊 力為F1時，每個螺栓所承受的總載荷F2為。,F2 = F1 + F,螺栓組連接的設計,4受傾覆力矩的螺栓組連接,傾覆力矩 M 作用在連接接合面的一個對稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已擰緊并承受預緊力F0。,作用在底板兩側的合力矩與傾覆力矩M平衡，即：,由此可以求出最

8、大工作載荷：,螺栓與地基承受的載荷與螺栓到中心線的距離成正比：,螺栓組連接的設計,螺栓的總拉力：,底板受傾覆力矩后，在軸線 O-O 左側，螺栓與地基的工作點分別移至B1 和C1 ，兩者作用在底板上的合力為F。,受傾覆力矩的底板螺栓組連接的受力過程可用右圖表示。,在軸線O-O 右側，螺栓與地基的工作點分別移至B2 和C2 ，兩者作用在底板上的合力為 Fm 。,在傾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作點都處于A點。,螺栓組連接的設計,為防止結合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求：,受載后地基接合面壓應力最大值不超過許用值，最小值不小于0；,螺栓組連接受力分析,螺栓組連接受力分析,在實際使用中，

9、螺栓組連接所受的工作載荷常常是以上4中簡單受力狀態(tài)的不同組合。 可利用靜力分析方法將復雜的受力狀態(tài)簡化成簡單受力狀態(tài)。 分別計算出螺栓組在簡單受力狀態(tài)下每個螺栓的工作載荷，然后按向量相加，得到每個螺栓的總工作載荷。 對普通螺栓按軸向載荷或（和）傾覆力矩確定螺栓的工作拉力，按橫向載荷或（和）轉矩確定所需要的預緊力，然后求出螺栓的總拉力。 對鉸制孔用螺栓，按橫載荷或（向和）轉矩確定螺栓的工作剪力。 求得受力最大的螺栓后，課進行單個螺栓的連接強度計算。,螺栓組連接受力分析,螺紋聯(lián)接的強度計算1,螺紋連接的強度計算,螺栓連接的強度計算主要與連接的裝配情況（預緊或不預緊）、外載荷的性質(zhì)和材料性能等有關。

10、,螺栓連接強度計算的目的是根據(jù)強度條件確定螺栓直徑，而螺栓和螺母的螺紋牙及其他各部分尺寸均按標準選定。,一、松螺栓連接強度計算,二、緊螺栓連接強度計算,1僅受預緊力的緊螺栓連接,2受軸向載荷的緊螺栓連接,3承受工作剪力的緊螺栓連接,受拉螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂。 受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓桿被剪斷或螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰。,螺紋連接的強度計算,1僅受預緊力的緊螺栓連接,預緊力引起的拉應力：,螺牙間的摩擦力矩引 起的扭轉剪應力：,強度條件：,當連接承受較大的橫向載荷F時，由于要求F0Ff（f=0.2），即 F05F ，因而需要大幅度地增加螺栓直徑。為減小螺

11、栓直徑的增加， 可采用減載措施。,根據(jù)第四強度理論， 螺栓在預緊狀態(tài)下的 計算應力:,螺紋連接的強度計算,2受軸向載荷的緊螺栓連接,螺栓預緊力F0后，在工作拉力F 的作 用下，螺栓的總拉力,這時螺栓的總拉力為：,為使工作載荷作用后，連接結合面間有殘余預緊力F1存在，要求螺栓 連接的預緊力F0為：,靜強度條件：,式中F1為殘余預緊力，為保證連接的緊密 性，應使 F1 0，一般根據(jù)聯(lián)接的性質(zhì)確定F1的大小。,變載荷需要進行疲勞強度校核,螺紋連接的強度計算,3承受工作剪力的緊螺栓連接,這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓。在連接接合面處，螺栓桿則受剪切

12、。,螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為：,螺栓桿的剪切強度條件為：,式中：F螺栓所受的工作剪力，單位為N；d0螺栓剪切面的直徑（可取螺栓孔直徑），單位為mm；Lmin螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為mm；設計時應使Lmin1.25d0,單個螺栓受力情況及強度計算方法,單個螺栓受力情況及強度計算方法,1.對于只受預緊力的普通緊螺栓連接，螺桿在擰緊的同時承受拉伸和扭轉的聯(lián)合作用。計算時，按純拉伸問題處理，但將所受的拉力增大到1.3倍。 2.受軸向靜載荷的緊螺栓連接，螺桿上所受的總拉力等于殘余預緊力與工作拉力之和，或等于預緊力與一部分工作載荷之和。 3.對于受軸向變載荷的緊螺栓連接，工作拉力在 之間變

13、化，則螺栓總拉力在 之間變化。計算時，應先按受靜載荷緊螺栓連接計算公司計算滿足靜強度，然后驗算疲勞強度。 4.受工作剪力的緊螺栓連接，只能是鉸制孔用螺栓，計算時一般不考慮預緊力和摩擦力矩的影響。,國家標準規(guī)定了螺紋連接件的性能等級。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?分為10級，螺母的性能等級分為 7級。在一般用途的設計中，通常選用4.8級 左右的螺栓，在重要的或有特殊要求設計中的螺紋聯(lián)接件，要選用高的性能 等級，如在壓力容器中常采用8.8級的螺栓。,螺紋連接件的材料與許用應力,一、螺紋連接件材料,常用的螺紋連接件材料為Q215、Q235、35、45等碳素鋼。當強度要求高 時，還可采用合金鋼，如15C

14、r、40Cr等。,二、螺紋連接件的許用應力,1螺紋連接件的許用拉應力,2螺紋連接件的許用剪應力和許用擠壓應力,3螺紋連接件的安全系數(shù),（被連接件為鋼）,（被連接件為鑄鐵）,提高螺紋連接強度的措施,以螺栓連接為例，螺栓連接的強度主要取決于螺栓的強度，因此，提高 螺栓的強度，將大大提高聯(lián)接系統(tǒng)的可靠性。,影響螺栓強度的因素主要有以下幾個方面，或從以下幾個方面提高螺栓 強度。,改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象,降低影響螺栓疲勞強度的應力幅,減小應力集中的影響,采用合理的制造工藝,冷鐓螺栓頭部和滾壓螺紋、氮化、氰化、噴丸等。,強度計算,求擰緊兩個M12的普通螺栓后所能承受的最大牽引力F。,緊螺栓連接，承

15、受橫向載荷。,應滿足拉伸強度條件，保證接合面不滑移。,拉伸強度條件,接合面不滑移條件,強度計算,如圖所示凸緣聯(lián)軸器，用8個M16普通螺栓連接，已知：,計算該聯(lián)軸器能傳遞的最大轉矩。,僅承受預緊力的緊螺栓連接，普通螺栓承受旋轉力矩。,應滿足拉伸強度條件，摩擦力矩與轉矩載荷平衡。,拉伸強度條件,摩擦力矩與轉矩載荷平衡,強度計算,如圖所示凸緣聯(lián)軸器，用4個鉸制孔用螺栓連接，螺栓性能8.8級，聯(lián)軸器材料HT200,校核螺栓連接強度。,受工作剪力的緊螺栓連接，需驗算其擠壓和剪切強度。,確定許用應力。,單個螺栓的工作剪力,假定為變載荷，查表5-10取,驗算連接強度。查手冊：,強度計算,如圖所示為固定在鋼制

16、立柱上的鑄鐵托架，設計此螺栓組連接。,螺栓組由4個螺栓對稱分布，總載荷可分解為軸向載荷、橫向載荷和傾覆力矩分別作用。,1.螺栓組受力分析。,強度計算,在軸向力作用下，螺栓的工作載荷：,在傾覆力矩作用下，上面兩螺栓受到加載作用，下面兩螺栓受減載作用。所以，上面兩螺栓受力較大。,上面兩螺栓軸向工作載荷：,在橫向力作用下，底板連接接合面可能產(chǎn)生滑移，不滑移的條件：,查表5-5，,強度計算,2.確定螺栓直徑：,選擇材料為4.6級Q235螺栓，查表5-10,螺紋小徑：,查螺紋參數(shù)表選M12的螺栓。,3.校核螺栓組連接接合面的工作能力,連接接合面下端的擠壓應力不能超過需用值，以防接合面壓碎。,查表5-6，

17、滿足要求。,強度計算,連接接合面上端應保持一定的殘余預緊力，以防止托架受力時接合面間產(chǎn)生間隙。,4.校核螺栓所需的預緊力是否合適,滿足要求。,確定螺栓的公稱直徑后，螺栓的類型、長度、精度及相應的螺母、墊圈等結構尺寸，可根據(jù)底板厚度、螺栓在立柱上的固定方法及放松裝置等全面考慮定出。,螺旋傳動,一、螺旋傳動的類型和應用,傳力螺旋傳導螺旋 調(diào)整螺旋,螺旋傳動按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為：,滑動螺旋 滾動螺旋 靜壓螺旋,螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動的。它主要用于將回轉運動轉變?yōu)橹本€運動，同時傳遞動力。,螺旋傳動按其用途不同，可分為以下三種類型:,螺旋機構在機床的進給機構、起重設

18、備、鍛壓機械、測量儀器、工具、 夾具、玩具及其他工業(yè)裝備中有著廣泛的應用。,螺旋傳動常見的運動形式有：螺桿轉動，螺母移動或螺母固定，螺桿 轉動并移動。,螺旋傳動,二、滑動螺旋的結構和材料,1滑動螺旋的結構,整體螺母,組合螺母,剖分螺母,螺母結構:,滑動螺旋的結構主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結構形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結構有直接關系。,螺桿的材料要有足 夠的強度和耐磨性。螺 母的材料除了要有足夠 的強度外，還要求在與 螺桿材料相配合時摩擦 系數(shù)小和耐磨。,2滑動螺旋的材料,螺旋傳動,三、滑動螺旋傳動的設計計算,主要失效形式: 螺牙的磨損,設計準則：按抗磨損確定直徑，選擇螺距； 校核螺桿、螺母強度等。,設計方法和步驟：,1耐磨性計算,滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工 作面上的壓力，其強度條件：,設計公式：令,則得：,螺旋傳動,依據(jù)計算出的螺紋中徑，按螺紋標準選擇合適的直徑和螺距。,驗算：,若不滿足要求，則增大螺距。,對有自鎖性要求的螺旋傳動，應校核自鎖條件：,2螺桿的強度計算,對于受力比較大的螺桿，需根據(jù)第四強度理論求出危險截面的計算 應力：,螺桿的強度條件：,式中，F(xiàn)為螺桿所受的軸向壓力（或拉力），T為螺桿所受的扭矩，,螺旋傳動,3螺母螺牙的強度計算,螺牙上的平均壓力為：F/u,4螺母外徑與凸緣的強度計算,5螺桿的穩(wěn)定性