螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)-機(jī)械設(shè)計(jì)-課件-05

1、第五章第五章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng) 聯(lián)接 動(dòng)聯(lián)接 運(yùn)動(dòng)副 靜聯(lián)接 可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接 螺紋聯(lián)接 鍵聯(lián)接 花鍵聯(lián)接 銷聯(lián)接 小過盈配合 焊接 鉚接 膠接 大過盈配合 帶螺紋的零件 螺紋聯(lián)接：自鎖、聯(lián)接強(qiáng)度 螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)：效率高、壽命長(zhǎng) 51螺紋螺紋 一、形成、類型及應(yīng)用一、形成、類型及應(yīng)用 1.形成 S 導(dǎo)程 P 螺距 升角 螺旋線： 螺紋： 2.類型類型 (1) 按牙型分 三角形 聯(lián)接 矩形 梯形鋸齒形 傳動(dòng) 矩性牙 梯形牙 強(qiáng)度低 矩齒形牙 強(qiáng)度高 效率高 公制 英制 自鎖性好 (2)按用途分 螺紋 傳動(dòng) 矩 形：最高，牙根強(qiáng)度弱，磨損后間 隙不可調(diào) 梯 形：高，強(qiáng)度高，雙向傳動(dòng)

2、 矩齒形：高,強(qiáng)度高,單向傳動(dòng) 聯(lián)接三角形 普通 粗牙：常用 M20 細(xì)牙：緊固、薄壁、微調(diào) 圓錐 圓柱 英制 =55 圓錐 公制 =60 管 3.旋向 右旋: 正扣(常用) 左旋: 反扣 右旋左旋 4.線段:螺旋線根數(shù)(單、多) 單線:小 自鎖性好聯(lián)接 多線:大 效率高傳動(dòng) 小結(jié): 聯(lián)接螺紋:單線、三角形螺紋 傳動(dòng)螺紋:多線、矩形、梯形、矩齒 形螺紋 二、主要參數(shù) d 大徑 公稱直徑 M 10 d1小徑 危險(xiǎn)直徑 d2中徑 平均直徑 d2=(d1+d)2 n線數(shù) p螺距 S=np 導(dǎo)程 升角 =arctg 牙形角 2 d s 公制：60 。 英制：55。 牙側(cè)角 h接觸高度 效 率： )(

3、v tg tg 自鎖條件： cos 11 f tgftg vv 5-2 螺紋聯(lián)接的類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件螺紋聯(lián)接的類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件 1.螺栓聯(lián)接：被聯(lián)接件必須打成通孔 一 、螺栓聯(lián)接的基本類型 普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接 2.雙頭螺柱聯(lián)接：被聯(lián)接件不能打成通孔 經(jīng)常拆卸處 盲孔 螺釘聯(lián)接：被聯(lián)接件不能打成通孔 不經(jīng)常拆卸處 緊釘螺釘聯(lián)接：用于軸向或周向固定 傳遞較大的力或力矩 其他：地腳螺栓聯(lián)接 吊環(huán)螺栓聯(lián)接 T型槽螺栓聯(lián)接 二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件 五大件：螺栓、雙頭螺栓、螺釘、螺 母、墊圈 自學(xué)（結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用） 5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊螺紋聯(lián)接的預(yù)緊 一般聯(lián)接：擰緊 不控制預(yù)緊力 重要聯(lián)接：控制預(yù)

4、緊力 一、一般聯(lián)接：預(yù)緊力 Qp 碳素鋼：Qp=(0.60.7) SA1 合金鋼：Qp（0.50.6)SA1 A1= 4 2 1 d 二、重要聯(lián)接：擰緊力矩T T=T1+T2 T1：螺旋副摩擦阻力矩 T2：螺母支承面的摩擦阻力矩 對(duì)于普通粗牙螺紋 M10M68 T0.2Qpd 2 0 2 0 3 0 3 0 2 3 2 2 1 dD dD ftgdQT cvp 注意：對(duì)于重要聯(lián)接 dM12 一般扳手長(zhǎng)度 L=15d T=FL Qp=75F(擰緊力） 當(dāng) F=200N Qp=15000N M12以下的螺栓以被擰斷 三、控制Qp的方法 測(cè)力矩扮手，定力矩扮手（不準(zhǔn)確） 測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量的方法 （準(zhǔn)確

5、） 5-4 螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接的防松 目的：防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 靜載荷 溫差小：靠本身自鎖 變載荷 溫差大 ： 防松 =14232 =69自鎖 防松方法：類型 結(jié)構(gòu) 特點(diǎn) 摩擦防松：增大摩擦力，不可靠 v 對(duì)頂螺母： 彈簧墊圈： 自旋螺母： 機(jī)械防松：鎖住螺旋副， 可靠 開口銷與六角開槽螺母： 止動(dòng)墊圈： 串聯(lián)鋼絲： a）正確 b）不正確 鉚、沖、焊、膠接防松： 破壞螺旋副 可靠 5-5螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì) 螺栓組聯(lián)接一般均成組使用 螺栓組聯(lián)接設(shè)計(jì)內(nèi)容 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 受力設(shè)計(jì) 一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目的：合理確定接合面的形狀和螺栓 組的步置 聯(lián)接接合面為簡(jiǎn)單幾何形狀： 圓形、環(huán)形、矩形、三

6、角形 便于制造、受力均勻 螺栓的布置應(yīng)保證受力合理 鉸制孔用螺栓小于8 承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)靠邊緣布置 （圖5-20） a)合理b)不合理 圖5-20接合面彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)螺栓的布置 合理的間距和扳手空間 （圖5-21) (表5-6) 同一圓周數(shù)為偶數(shù)（4、6、8等） 且螺栓的直徑材料長(zhǎng)度均相同 避免承受附加彎曲載荷 鑄鍛表面應(yīng)制成凸臺(tái)或沉頭座 （圖5-22) 傾斜面加斜面墊圈 （圖5-23) 圖5-23斜面墊圈的應(yīng) 用 圖5-22 凸臺(tái)與沉頭座的應(yīng)用 二、螺栓組聯(lián)接的受力分析 目的：找出受力最大的螺栓和求出所受 力，以便于強(qiáng)度計(jì)算。 幾種典型受力分析： 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接 橫向載荷：載荷作用

7、線垂直螺栓軸線 普通螺栓組聯(lián)接：接和面不滑移靠 摩擦力來抵抗橫向載荷 ( 圖 5-24 a) 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接 FkZifQ sp 每個(gè)螺栓所受預(yù)緊力 p Q fZi Fk Q s p f 接合面摩擦系數(shù)（表（5-7) i 接合面數(shù) 防滑系數(shù)， s ks k =1.11.5 2.鉸制孔用聯(lián)接 靠螺栓桿受擠壓和剪切來抵抗橫向載荷 (圖5-24b) 每個(gè)螺栓所受剪力F Z F F 二 受轉(zhuǎn)矩T 防止底版繞對(duì)稱中心O轉(zhuǎn)動(dòng) 普通螺栓聯(lián)接：螺栓受預(yù)緊力 p Q 圖（5-25 a ) P79 下圖 TkrfQrfQrfQ sZppp 21 TkrfQ s Z i ip 1 i s p rf Tk Q

8、 特例：聯(lián)軸器 （圖5-25) P80 fzr Tk Q rrrr s p Z 21 鉸制孔用螺栓組聯(lián)接：螺栓受剪力F 根據(jù)變形協(xié)調(diào)原則：距對(duì)稱中心O 越遠(yuǎn)，剪切變形量越大，所受工作 剪力越大。（圖5-25b) i i r F r F max max max max r r FF i i 或 TrFrFrF zz 2211 TrF ii T r r F i max 2 max 或 特例：聯(lián)軸器 zr T F rrrr z 21 受軸向載荷 F 軸向載荷：載荷作用線平行螺栓軸線 圖（5-26) 螺栓受 拉力 預(yù)緊力 z F F p Q 聯(lián)合作用聯(lián)合作用Q Q 總拉力 受傾覆力矩的 螺栓組連接 受

9、傾覆力矩受傾覆力矩M (圖圖 5-27) 防止底板繞對(duì)稱軸線OO翻轉(zhuǎn) MLF ii 根據(jù)變形協(xié)調(diào)原則 i i L F L F max max max max L L FF i i 或 2 max max i L ML F 兩項(xiàng)驗(yàn)算： 接合面受壓最大處不壓潰 p p MQp W M A zQ p max 接合面材料 p （表5-8) 接合面受壓最大處不出現(xiàn)間隙 0 max W M A zQ p MQp p 注意：實(shí)際螺栓組受力為組合狀況 普通螺栓聯(lián)接：受拉力 按 和M求工作拉力F 按 和T求預(yù)緊力 v F H F p Q 求Q總拉力 鉸制孔用螺栓聯(lián)接：受剪力 按 和T 求工作剪力 H F 5-6

10、 螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 選擇螺栓類型： 軸向載荷 傾覆力矩 橫向載荷 轉(zhuǎn)矩 普通螺栓 普通螺栓 鉸制孔用螺栓 普通螺栓 受拉螺栓 鉸制孔用螺栓受剪螺栓 失效形式： 受拉螺栓：靜力或疲勞斷裂（圖5-12) 受剪螺栓： 接合面被壓潰 螺栓桿被剪斷 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 受拉螺栓： 受剪螺栓： rr p p 強(qiáng)度計(jì)算 確定 （或 ） 1 d 0 d 查手冊(cè) 確定 d 按等強(qiáng)度 查手冊(cè)確定螺栓、螺母、墊圈 一 受拉螺栓：普通螺栓 松聯(lián)接（不預(yù)緊） 例：拉桿、吊鉤、定滑輪架等 圖（5-13) 強(qiáng)度條件： 4 2 1 d F F d 4 1 或 二 緊聯(lián)接（預(yù)緊） 只受預(yù)緊力（橫向載荷、轉(zhuǎn)矩） 例：索引器、聯(lián)軸器 螺

11、栓 預(yù)緊力 螺紋摩擦力矩 p Q 1 T 復(fù)合應(yīng)力 ca 5 . 0 根據(jù)第四強(qiáng)度理論： 3 . 13 22 ca 強(qiáng)度條件： 4 3 . 1 2 1 d Q p ca p Q d 3 . 14 1 或 同時(shí)受預(yù)緊力和工作拉力（軸向載 荷傾覆力矩） 例：汽缸、高壓容器 預(yù)緊未加工作載荷 螺栓：拉伸 變形為 被聯(lián)接件：壓縮 變形為 p Q p Q b m 圖5-17 a,b 單個(gè)緊螺栓聯(lián)接受力變形圖 圖5-17 單個(gè)螺栓受力變形線圖 )a)b)c 加入工作載荷 螺柱：進(jìn)一步拉伸 變形為 被聯(lián)接件：放松 變形為 Q b p Q m 圖5-17 c 螺栓的總拉力Q F CC C QFQQ FQQ m

12、b b pp p Q 選擇 p Q 有密封性要求時(shí) 一般聯(lián)接，載荷穩(wěn)定時(shí) 一般聯(lián)接，載荷不穩(wěn)定時(shí) 地腳螺栓聯(lián)接 FQ p )8 . 15 . 1( FQ p )6 . 02 . 0( FQ p )0 . 16 . 0( FQ p 根據(jù)橫向載荷或轉(zhuǎn)矩求出 p Q F CC C QFFQQ bm m ppp )( 強(qiáng)度條件： 4 3 . 1 2 1 d Q ca Q d 3 . 14 1 mb b CC C 螺栓的相對(duì)剛度，表5-4 受軸向載荷 （圖5-18) 工作拉力在0F之間變化 螺栓總拉力在 QpQ之間變化 4 2 1 min d Q p 4 2 1 max d Q F CC C QQ mb

13、 b p 2 1 minmax 2 2d F CC C mb b a c min S k k S a ca min min1 2 2 按 二 受剪螺栓：鉸制孔用螺栓 （圖5-19) 螺栓桿與孔壁 的擠壓條件： p p Ld F min0 螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件： 4 2 0 d F min L擠壓面的最小高度 )25. 1( 0 d 0 d光桿直徑 5-7 材料及許用應(yīng)力 一 材料 常用材料：螺栓 一般：碳鋼 低碳鋼Q215 、 10 中碳鋼Q235 、 35 、 45 變載荷；合金鋼 低碳鋼：15Cr 高合金鋼：40Cr、30CrMnSi 特殊用途：防銹、防磁、導(dǎo)電耐高溫 螺母墊圈：Q235

14、、15、 35 彈簧墊圈：65Mn 性能等級(jí)（表5-9 表5-10) 二 許用應(yīng)力 許用拉應(yīng)力： 許用切應(yīng)力： S s S s 許擁擠壓應(yīng)力： 鋼： 鑄鐵： p s p S p B p s B S p SS 表5-9 安全系數(shù) 表5-11 5-8 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 一 降低應(yīng)力幅，提高疲勞強(qiáng)度 F,Qp 不變 減少螺栓剛度 增加被聯(lián)接件剛度 Q 降低應(yīng)力幅 減少螺栓剛度)( 21 bb CC 圖5-29a加長(zhǎng)螺栓 柔性螺栓： ( 圖5-30) 空心 腰桿 螺母下加彈性元件 （圖 5-31) 增加被聯(lián)接件的剛度)( 21 mm CC （圖5-29 b) 剛度大的墊圈 密封環(huán) （圖5-32)

15、 同時(shí)再增大預(yù)緊力Qp更有效 （圖5-29c) 二 改善牙間載荷分布不均 （圖5-33) 螺栓：受拉Pb 螺母：受壓Pm 第一圈 變化最大 p （圖5-34) 第一圈承受1/3 的載荷 第八圈幾乎不受載荷 措施：使 減小 p 拉伸螺母：懸置、環(huán)槽 （圖5-35) 內(nèi)斜螺母：載荷上移、趨于均勻 環(huán)槽 、內(nèi)斜螺母：綜合 鋼絲螺套：均載、防震 （圖5-36) 三 減少應(yīng)力集中 加大圓角卸載槽螺尾退刀槽 減小彎曲應(yīng)力：凸臺(tái)沉頭座球面墊 圈要環(huán)螺栓 （圖5-38 圖5-39) 四 合理的制造工藝 改車制為冷鐓、滾壓 （圖5-40) 表面處理：氮化、氰化、噴丸等 例題例題固定在鋼制立柱上的鑄鐵托架 已知：

16、載荷P、底版尺寸bh 解 1.螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.螺栓組受力分析：向底板對(duì)稱中心簡(jiǎn)化。 軸向載荷軸向載荷 軸向載荷軸向載荷 傾覆力矩傾覆力矩 sin 1 PP cos 2 PP 21 MMM150160 21 PP 3.螺栓受力分析螺栓受力分析 上面兩螺栓受力最大：上面兩螺栓受力最大： ZL M FM Z P FP max 1 11 : : max1 FFF 4.在在 作用下，按底板接合面不滑移的作用下，按底板接合面不滑移的 條件，求出殘余預(yù)緊力條件，求出殘余預(yù)緊力 2 P p Q 2 PKZfQ sp 預(yù)緊力預(yù)緊力: 1 )1 (F CC C QQ mb b pp 5. 螺栓所受總拉力螺栓所

17、受總拉力Q F CC C QQ mb b p 6.強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算 Q d 3 . 14 1 7.螺栓組接合面的兩項(xiàng)校核螺栓組接合面的兩項(xiàng)校核 （1）接合面不壓潰）接合面不壓潰 （2）接合面不產(chǎn)生間隙）接合面不產(chǎn)生間隙 p p p W M A ZQ max 0 min W M A ZQ p p 5-9 螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng) 一、螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用一、螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用 1.組成組成 螺旋副螺旋副 效率高效率高 2.作用作用 螺桿螺桿 螺母螺母 變轉(zhuǎn)動(dòng)為移動(dòng)變轉(zhuǎn)動(dòng)為移動(dòng) 傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 3.類型類型 （1）按用途分）按用途分 傳力螺旋：增力（千斤頂，壓力機(jī)）傳力螺旋：增力（千斤頂，

18、壓力機(jī)） 傳導(dǎo)螺旋：傳遞運(yùn)動(dòng)（進(jìn)給、分度）傳導(dǎo)螺旋：傳遞運(yùn)動(dòng)（進(jìn)給、分度） 調(diào)整螺旋：調(diào)節(jié)位置（相機(jī)、儀器）調(diào)整螺旋：調(diào)節(jié)位置（相機(jī)、儀器） （2）按摩擦性質(zhì)分）按摩擦性質(zhì)分 滑動(dòng)螺旋：簡(jiǎn)單，易制造，滑動(dòng)螺旋：簡(jiǎn)單，易制造， 易自鎖，易自鎖， 滾動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋 靜壓螺旋靜壓螺旋 ，精度高，精度高 1.托杯；托杯；2.螺釘螺釘 3.手柄；手柄；4.擋環(huán)擋環(huán) 5.螺母；螺母；6.緊訂螺釘緊訂螺釘 7.螺桿；螺桿；8.底座底座 9.擋環(huán)擋環(huán) 二、滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料二、滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料 1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 螺桿：多線，梯形、鋸齒形螺紋螺桿：多線，梯形、鋸齒形螺紋 螺母：整體：簡(jiǎn)單，間隙不可調(diào)螺母：整體

19、：簡(jiǎn)單，間隙不可調(diào) 剖分剖分 組合組合 間隙可調(diào)間隙可調(diào) 2.材料材料 要求：強(qiáng)度、耐磨性、減磨性、工藝性要求：強(qiáng)度、耐磨性、減磨性、工藝性 螺桿（耐磨）螺桿（耐磨） 螺母（減磨）螺母（減磨） ，青銅，青銅ZCu10P1等等 一般：一般：45等等 重要：重要：40Cr等等 f 螺螺 旋旋 副副 材料牌號(hào)材料牌號(hào)應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍 Q235,Q275,45,50材料不經(jīng)熱處理，適用于經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，受力不大，轉(zhuǎn)速材料不經(jīng)熱處理，適用于經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，受力不大，轉(zhuǎn)速 較地的傳動(dòng)較地的傳動(dòng) 40Cr,65Mn,T12,40WMn, 8CrMnTi 材料需經(jīng)熱處理，以提高其材料需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性，耐磨性，適

20、用于重載、轉(zhuǎn)適用于重載、轉(zhuǎn) 速較高的重要傳動(dòng)速較高的重要傳動(dòng) 螺螺 桿桿 9Mn2V,CrWMn, 8CrMnAl 材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸穩(wěn)定性，適用于精密材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸穩(wěn)定性，適用于精密 傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng) ZCu10P1,ZCu5Pb5Zn5材料材料耐磨性好，耐磨性好，適用于一般傳動(dòng)適用于一般傳動(dòng) 螺螺 母母 ZCuAl9Fe4Ni4Mn2, ZCn25Al6Fe3Mn3 材料材料耐磨性好，強(qiáng)度高，耐磨性好，強(qiáng)度高，適用于重載、底速的傳動(dòng)。適用于重載、底速的傳動(dòng)。 對(duì)于尺寸較大或高傳動(dòng)螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)對(duì)于尺寸較大或高傳動(dòng)螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi) 孔澆注

21、青銅或巴氏合金孔澆注青銅或巴氏合金 三、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算三、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 主要失效形式：螺紋磨損主要失效形式：螺紋磨損 設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)內(nèi)容： （1）按耐磨性計(jì)算確定主要參數(shù)）按耐磨性計(jì)算確定主要參數(shù)d2 H2 （2）其他失效形式的較核計(jì)算）其他失效形式的較核計(jì)算 （3）查手冊(cè)確定螺旋的其他尺寸）查手冊(cè)確定螺旋的其他尺寸 1.耐磨性計(jì)算耐磨性計(jì)算 確定確定d2 H2 驗(yàn)算自鎖條件驗(yàn)算自鎖條件 （1） 較核：較核： p hHd QP hHd Q A Q p 22 設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)： 矩形、梯形：矩形、梯形： 鋸齒形鋸齒形 p Q d 8.0 2 p Q d 65.0 2 (2) 2 dH 系數(shù)中系數(shù)中 整體式整體式 剖分式剖分式 載荷大、精度高、壽命長(zhǎng)載荷大、精度高、壽命長(zhǎng) 5 .22 .1 5 .35 .2 4 工作高度工作高度h 矩形、梯形：矩形、梯形：h=0