螺紋傳動(dòng)和螺紋.ppt

1、第五章 螺紋連接與螺旋傳動(dòng),5-1 螺紋,5-2 螺紋連接的類型與標(biāo)準(zhǔn)連接件,5-3 螺紋連接的預(yù)緊,5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算,5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì),5-8 提高螺紋連接強(qiáng)度的措施,5-7 螺紋連接件的材料與許用應(yīng)力,5-9 螺旋傳動(dòng),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(dāng)量摩擦角較大，有利于實(shí)現(xiàn)可靠聯(lián)接；,傳動(dòng)用螺紋的當(dāng)量摩擦角較小，有利于提高傳動(dòng)的效率。,螺紋按工作性質(zhì)分為連接接用螺紋和傳動(dòng)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(qiáng)度計(jì)算。 中徑d2常用于聯(lián)接的幾何計(jì)算。 螺距P螺紋相鄰兩個(gè)牙型上對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的 軸向距離。 牙型角a螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩 側(cè)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(dǎo)程S螺紋上任一點(diǎn)沿同一條螺旋線轉(zhuǎn) 一周所移動(dòng)的軸向距離，S=nP。,升角y的計(jì)算式為：,螺紋,螺紋連接的類型與標(biāo)準(zhǔn)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(jī)器中，還有一些特殊結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件,螺紋連接的類型很多，在機(jī)械制造中常見的螺紋連接件的結(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。,利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。通?？刹捎脺y(cè)力矩扳手或 定力矩扳手，對(duì)于重要的螺栓聯(lián)接，也可以采用測(cè)定螺栓伸長的方法來控制預(yù) 緊力。,螺紋聯(lián)接的預(yù)緊,大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受 到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。,增強(qiáng)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(duì)移動(dòng)。,注意：對(duì)于重要的聯(lián)接，應(yīng)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(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的

4、屈服極限ss的80%，限制原則,預(yù)緊力：,預(yù)緊的目的：,預(yù)緊力的確定原則：,預(yù)緊力的控制：,預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)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(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)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(yù)緊力和摩擦力會(huì)逐漸減小或可能瞬時(shí)消失，導(dǎo)致聯(lián)接失效。,防松的根本問題在于防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。按工作原理的不同，防松 方法分為摩擦防松、機(jī)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(shè)計(jì)時(shí)必須采取有效的防松措施。,螺栓組連接的設(shè)計(jì),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(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀便于加工制造和對(duì)稱布置螺栓，保證聯(lián)接結(jié)合面受力均勻。,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。,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(shí)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),需注意的問題：,螺栓組連接的設(shè)計(jì),1受橫向載荷,2受轉(zhuǎn)矩,3受軸向載荷,4受傾覆力矩,目的：根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力， 以便進(jìn)行螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。,受力分析時(shí)所作假設(shè)：所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)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(duì)稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；,（1）對(duì)于鉸制孔用螺栓連接（圖b），每個(gè)螺栓所受工作剪力為：,（2）對(duì)于普通螺栓連接（圖a） ，按預(yù)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(gè)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(shè)計(jì),為防滑系數(shù)，設(shè)計(jì)中可取Ks =1.11.3。,為接合面數(shù)。,2受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接,采用普通螺栓，是靠連接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩T。,螺栓組連接的設(shè)計(jì),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(shè)計(jì),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(duì)稱中心，則各個(gè)螺栓受載相同，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為：,通常，各個(gè)螺栓還承受預(yù)緊力F0的作用，當(dāng)連接要有保證的殘余預(yù)緊 力為F1時(shí)，每個(gè)螺栓所承受的總載荷F2為。,F2 = F1 + F,螺栓組連接的設(shè)計(jì),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(gè)對(duì)稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已擰緊并承受預(yù)緊力F0。,作用在底板兩側(cè)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(shè)計(jì),螺栓的總拉力：,底板受傾覆力矩后，在軸線 O-O 左側(cè)，螺栓與地基的工作點(diǎn)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(cè)，螺栓與地基的工作點(diǎn)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(diǎn)都處于A點(diǎn)。,螺栓組連接的設(shè)計(jì),為防止結(jié)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(yīng)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(shí)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(jiǎn)單受力狀態(tài)的不同組合。 可利用靜力分析方法將復(fù)雜的受力狀態(tài)簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單受力狀態(tài)。 分別計(jì)算出螺栓組在簡(jiǎn)單受力狀態(tài)下每個(gè)螺栓的工作載荷，然后按向量相加，得到每個(gè)螺栓的總工作載荷。 對(duì)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(zhuǎn)矩確定所需要的預(yù)緊力，然后求出螺栓的總拉力。 對(duì)鉸制孔用螺栓，按橫載荷或（向和）轉(zhuǎn)矩確定螺栓的工作剪力。 求得受力最大的螺栓后，課進(jìn)行單個(gè)螺栓的連接強(qiáng)度計(jì)算。,螺栓組連接受力分析,螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算1,螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算,螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算主要與連接的裝配情況（預(yù)緊或不預(yù)緊）、外載荷的性質(zhì)和材料性能等有關(guān)。

10、,螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算的目的是根據(jù)強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)選定。,一、松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算,二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算,1僅受預(yù)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(qiáng)度計(jì)算,1僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接,預(yù)緊力引起的拉應(yīng)力：,螺牙間的摩擦力矩引 起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：,強(qiáng)度條件：,當(dāng)連接承受較大的橫向載荷F時(shí)，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(qiáng)度理論， 螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的 計(jì)算應(yīng)力:,螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算,2受軸向載荷的緊螺栓連接,螺栓預(yù)緊力F0后，在工作拉力F 的作 用下，螺栓的總拉力,這時(shí)螺栓的總拉力為：,為使工作載荷作用后，連接結(jié)合面間有殘余預(yù)緊力F1存在，要求螺栓 連接的預(yù)緊力F0為：,靜強(qiáng)度條件：,式中F1為殘余預(yù)緊力，為保證連接的緊密 性，應(yīng)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(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核,螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度條件為：,螺栓桿的剪切強(qiáng)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使Lmin1.25d0,單個(gè)螺栓受力情況及強(qiáng)度計(jì)算方法,單個(gè)螺栓受力情況及強(qiáng)度計(jì)算方法,1.對(duì)于只受預(yù)緊力的普通緊螺栓連接，螺桿在擰緊的同時(shí)承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用。計(jì)算時(shí)，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(yù)緊力與工作拉力之和，或等于預(yù)緊力與一部分工作載荷之和。 3.對(duì)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(jì)算時(shí)，應(yīng)先按受靜載荷緊螺栓連接計(jì)算公司計(jì)算滿足靜強(qiáng)度，然后驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度。 4.受工作剪力的緊螺栓連接，只能是鉸制孔用螺栓，計(jì)算時(shí)一般不考慮預(yù)緊力和摩擦力矩的影響。,國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了螺紋連接件的性能等級(jí)。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí) 分為10級(jí)，螺母的性能等級(jí)分為 7級(jí)。在一般用途的設(shè)計(jì)中，通常選用4.8級(jí) 左右的螺栓，在重要的或有特殊要求設(shè)計(jì)中的螺紋聯(lián)接件，要選用高的性能 等級(jí)，如在壓力容器中常采用8.8級(jí)的螺栓。,螺紋連接件的材料與許用應(yīng)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(dāng)強(qiáng)度要求高 時(shí)，還可采用合金鋼，如15C

14、r、40Cr等。,二、螺紋連接件的許用應(yīng)力,1螺紋連接件的許用拉應(yīng)力,2螺紋連接件的許用剪應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)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(qiáng)度的措施,以螺栓連接為例，螺栓連接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，因此，提高 螺栓的強(qiáng)度，將大大提高聯(lián)接系統(tǒng)的可靠性。,影響螺栓強(qiáng)度的因素主要有以下幾個(gè)方面，或從以下幾個(gè)方面提高螺栓 強(qiáng)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(qiáng)度的應(yīng)力幅,減小應(yīng)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(qiáng)度計(jì)算,求擰緊兩個(gè)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(yīng)滿足拉伸強(qiáng)度條件，保證接合面不滑移。,拉伸強(qiáng)度條件,接合面不滑移條件,強(qiáng)度計(jì)算,如圖所示凸緣聯(lián)軸器，用8個(gè)M16普通螺栓連接，已知：,計(jì)算該聯(lián)軸器能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩。,僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接，普通螺栓承受旋轉(zhuǎn)力矩。,應(yīng)滿足拉伸強(qiáng)度條件，摩擦力矩與轉(zhuǎn)矩載荷平衡。,拉伸強(qiáng)度條件,摩擦力矩與轉(zhuǎn)矩載荷平衡,強(qiáng)度計(jì)算,如圖所示凸緣聯(lián)軸器，用4個(gè)鉸制孔用螺栓連接，螺栓性能8.8級(jí)，聯(lián)軸器材料HT200,校核螺栓連接強(qiáng)度。,受工作剪力的緊螺栓連接，需驗(yàn)算其擠壓和剪切強(qiáng)度。,確定許用應(yīng)力。,單個(gè)螺栓的工作剪力,假定為變載荷，查表5-10取,驗(yàn)算連接強(qiáng)度。查手冊(cè)：,強(qiáng)度計(jì)算,如圖所示為固定在鋼制

16、立柱上的鑄鐵托架，設(shè)計(jì)此螺栓組連接。,螺栓組由4個(gè)螺栓對(duì)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(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度計(jì)算,2.確定螺栓直徑：,選擇材料為4.6級(jí)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(yīng)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(qiáng)度計(jì)算,連接接合面上端應(yīng)保持一定的殘余預(yù)緊力，以防止托架受力時(shí)接合面間產(chǎn)生間隙。,4.校核螺栓所需的預(yù)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(yīng)的螺母、墊圈等結(jié)構(gòu)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(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：,滑動(dòng)螺旋 滾動(dòng)螺旋 靜壓螺旋,螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(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)

18、備、鍛壓機(jī)械、測(cè)量儀器、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),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,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),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)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算 應(yīng)力：,螺桿的強(qiáng)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(dòng),3螺母螺牙的強(qiáng)度計(jì)算,螺牙上的平均壓力為：F/u,4螺母外徑與凸緣的強(qiáng)度計(jì)算,5螺桿的穩(wěn)定性