螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng)(公開課)

1、第四章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng) 第一節(jié) 螺 紋 如用一個(gè)三角形K沿螺旋線運(yùn)動(dòng)并使K平面始終通過圓柱體軸線YY-這樣就構(gòu)成了三角形螺紋。同樣改變平面圖形K，可得到矩形、梯形、鋸齒形、管螺紋螺紋的形成:yyKddLyyKddLyyKddLyyKddL按牙型: 三角形螺紋、管螺紋 聯(lián)接螺紋 矩形、梯形、鋸齒形螺紋傳動(dòng)螺紋按位置： 內(nèi)螺紋在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋 外螺紋在圓柱孔的外表面形成的螺紋三角形螺紋： 粗牙螺紋用于緊固件 細(xì)牙螺紋同樣的公稱直徑下，螺距最小，自鎖性好，適于薄壁細(xì)小零件和沖擊變載等根據(jù)螺旋線繞行方向： 左旋如圖 右旋常用根據(jù)螺旋線頭數(shù)： 單頭螺紋（n=1）用于聯(lián)接 雙頭螺紋（n=2）

2、如圖 多線螺紋（n2）用于傳動(dòng)一、螺紋的分類、特點(diǎn)和應(yīng)用內(nèi)螺紋外螺紋Pd1d2d60內(nèi)螺紋外螺紋Pd1d2d60內(nèi)螺紋外螺紋Pd1d2d60內(nèi)螺紋外螺紋Pd1d2d60外螺紋內(nèi)螺紋Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋Pd1d2d30Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋30Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋30Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋30Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋P330內(nèi)螺紋外螺紋d1d2dP330內(nèi)螺紋外螺紋d1d2dP330內(nèi)螺紋外螺紋d1d2dP330內(nèi)螺紋外螺紋d1d2d鋸齒形螺紋三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋1）外徑（大徑）d（D）與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱 面直徑，亦稱公

3、稱直徑2）內(nèi)徑（小徑）d1(D1) 與外螺紋牙底相重合的假想圓柱 面直徑3）中徑d2 在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱 面的直徑，d20.5(d+d1)二、螺紋的主要參數(shù)d2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lh4）螺 距 P 相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點(diǎn)間 的軸向距離5）導(dǎo)程（S）同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線 上的對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離線 數(shù) n 螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n4 螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：L=nP 6）螺旋升角）螺旋

4、升角 中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋 線軸線的平面的夾角線軸線的平面的夾角7）牙型角）牙型角 螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角22dnpdLtg二、螺紋副的受力分析、效率和自鎖二、螺紋副的受力分析、效率和自鎖（一）矩形螺紋（牙型角）)()(2212tgtgdFtgtgdFWW自鎖條件 （二）三角形螺紋 )(vtgtg第二節(jié) 螺紋聯(lián)接的類型及使用 一、螺紋聯(lián)接主要類型1、螺栓聯(lián)接a) 普通螺栓聯(lián)接被聯(lián)接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，結(jié)構(gòu)簡單，裝

5、拆方便，可多個(gè)裝拆，應(yīng)用較廣。b) 精密螺栓聯(lián)接裝配后無間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用，采用基孔制配合鉸制孔螺栓聯(lián)接dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)2、雙頭螺栓聯(lián)接螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時(shí)一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時(shí)。折裝時(shí)只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯(lián)接件中擰出。3、螺釘聯(lián)接適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況(b)(a)dHl

6、2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接 , 吊環(huán)螺釘聯(lián)接4、緊定螺釘聯(lián)接擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應(yīng)的缺口中以固定零件的相對位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。(a)(b)(a)(b)(a)(b)(a)(b)二、螺紋聯(lián)接的擰緊和防松 一、擰緊 絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)需要擰緊，使聯(lián)接在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加的作用力稱為預(yù)緊力。預(yù)緊的目的是為了增大聯(lián)接的緊密性和可靠性。此外，適當(dāng)?shù)靥岣哳A(yù)緊力還能提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。擰緊時(shí)，用扳手施加擰緊力矩T，以克服

7、螺紋副中的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2，故擰緊力矩T=T1+T2。對于M10M68的粗牙普通螺紋，無潤滑時(shí)可取T0.2Fd （4-12）式中：F為預(yù)緊力（N）；d為螺紋公稱直徑（ mm）。為了保證預(yù)緊力F不致過小或過大，可在擰緊過程中控制擰緊力矩T的大小，其方法有采用測力矩扳手（圖4-7）或定力矩扳手（圖4-8），必要時(shí)測定螺栓伸長量等。 預(yù)緊力QP的控制：測力矩板手測出預(yù)緊力矩，如左圖定力矩板手達(dá)到固定的擰緊力矩T時(shí)，彈簧受壓將自動(dòng)打滑.測量預(yù)緊前后螺栓伸長量精度較高 12圖4-12 測力矩扳手123412圖4-12 測力矩扳手123412圖4-12 測力矩扳手123412圖4-

8、12 測力矩扳手12341、防松目的實(shí)際工作中，外載荷有振動(dòng)、變化、材料高溫蠕變等會(huì)造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動(dòng)，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋聯(lián)接就會(huì)松馳而失效。因此，必須進(jìn)行防松，否則會(huì)影響正常工作，造成事故 2、防松原理消除（或限制）螺紋副之間的相對運(yùn)動(dòng)，或增大相對運(yùn)動(dòng)的難度。3、防松辦法及措施 上螺母螺栓下螺母上螺母螺栓下螺母1）摩擦防松 雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等 二、螺紋防松 彈簧墊圈自鎖螺母螺母一端做成非圓形收口或開峰后徑面收口，螺母擰緊后收口漲開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊2）機(jī)械防松： 開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動(dòng)墊圈，彈

9、簧墊片，軸用帶翅墊片，止動(dòng)墊片，串聯(lián)鋼絲等(a)正確(b)不正確開槽螺母與開口銷圓螺母與止動(dòng)墊圈串聯(lián)鋼絲3）永久防松：端鉚、沖點(diǎn)、點(diǎn)焊4）化學(xué)防松粘合 第三節(jié) 螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 針對不同零件的不同失效形式，分別擬定其設(shè)計(jì)計(jì)算方法，則失效形式是設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。1、失效形式和原因 受拉螺栓螺栓桿和螺紋可能發(fā)生塑性變形或斷裂受剪螺栓螺栓桿和孔壁間可能發(fā)生壓潰或被剪斷b）失效原因：應(yīng)力集中 a）失效形式 工程中螺栓聯(lián)接多數(shù)為疲勞失效 受拉螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證螺栓的疲勞拉伸強(qiáng)度和靜強(qiáng)度受剪螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證螺栓的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度 應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程2、設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則與思路（一

10、）松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無預(yù)緊力，只有工作載荷F起拉伸作用強(qiáng)度條件為：421dF41Fd （4-13）-驗(yàn)算用 設(shè)計(jì)用 d1螺桿危險(xiǎn)截面直徑（小徑）（mm）許用拉應(yīng)力 N/mm2 (MPa) sS/ s材料屈服極限Mpa表4-3 s 安全系數(shù)，表4-4一、螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算（二）緊螺栓聯(lián)接1.只受預(yù)緊力作用的螺栓1）預(yù)緊力的計(jì)算工作前擰緊，在擰緊力F作用下，接合面間的摩擦力抵抗橫向力R，阻止摩擦面間產(chǎn)生相對滑動(dòng)。由下式求預(yù)緊力F2）螺栓強(qiáng)度計(jì)算43 . 121dF CRZfmF 其中f為摩擦系數(shù)，z為螺栓數(shù)量，c為可靠性系數(shù)，m為接合面數(shù)量，R為傳遞的橫向載荷。如果傳遞

11、的載荷為扭矩，則R=2000T/D0（4-15）QpQpRRRRLmind0式中： 1.3系數(shù)將外載荷提高30%，以考慮螺紋力矩對螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的影響，這樣把拉扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)簡化為純拉伸來處理，大大簡化了計(jì)算手續(xù)，故又稱簡化計(jì)算法 比較4-13與4-1543 . 11Fd設(shè)計(jì)公式： 2、受預(yù)緊力和軸向靜工作拉力作用的螺栓連接 這種聯(lián)接比較常見，圖4-10所示氣缸蓋螺栓聯(lián)接就是典型的實(shí)例。由于螺栓和被聯(lián)接件都是彈性體，在受有預(yù)緊力F的基礎(chǔ)上，因受到兩者彈性變形的相互制約，故總拉力Fo 并不等于預(yù)緊力F 與工作拉力F之和，它們的受力關(guān)系屬靜不定問題。 4/3 . 1210dF 4/3 . 101F

12、d 或 （4-17）受拉螺栓螺紋部分的強(qiáng)度條件為： QpQpRRRRLmind0二、鉸制孔螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算特點(diǎn)：螺桿與孔間緊密配合，無間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來傳遞外載荷R進(jìn)行工作4/20dmFs螺栓的剪切強(qiáng)度條件為：螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強(qiáng)度條件為： PsPdF0 Fs 橫向載荷（N） d0螺桿或孔的直徑（mm）被連接件中受擠壓孔壁的最小長度（mm），如圖所示Lmin 螺栓許用剪應(yīng)力，MPa，p螺栓或被連接件中較弱者的許用擠壓應(yīng)力，MPa鉸制孔螺栓能承受較大的橫向載荷，但被加工件孔壁加工精度較高，成本較高4-6題4-5中凸緣聯(lián)軸器若采用M16螺栓聯(lián)成一體，以摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，T15

13、00N.m,螺栓材料為45鋼，接合面摩擦系數(shù)f = 0.15，安裝時(shí)不控制預(yù)緊力，試決定螺栓數(shù)。 MPasS1203/360/CRZfmF解（1）求許用應(yīng)力由螺栓材料為45鋼查表4-3得s360MPa，表4-4得安全系數(shù)S=3,故（2）求螺栓所受預(yù)緊力由得：NzzzfmCRF7 .154838115. 0155150020002 . 1（3）計(jì)算所需螺栓數(shù)量43 . 121dFNdF6 .137992 . 58 .131203 . 14221ZF7 .154838由4-15式得：將代入上式得：22.11z取Z12第四節(jié) 螺旋傳動(dòng)一、螺旋機(jī)構(gòu)的組成和類型螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)

14、傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。 傳動(dòng)形式： a)螺桿轉(zhuǎn)螺母移 b)螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺平固定）用得多 c) 螺母轉(zhuǎn)螺桿移 d) 螺母又轉(zhuǎn)又移（螺桿固定）用得少 按用途分三類： 1）傳力螺旋舉重器、千斤頂、加壓螺旋 特點(diǎn)：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖 2）傳導(dǎo)螺旋機(jī)床進(jìn)給匯杠傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 特點(diǎn)：速度高、連續(xù)工作、精度高 3）調(diào)整螺旋機(jī)床、儀器及測試裝置中的微調(diào)螺旋。 特點(diǎn)：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng) 螺旋傳動(dòng)類型螺旋傳動(dòng)按摩擦副的性質(zhì)分： 1、滑動(dòng)螺旋：構(gòu)造簡單、傳動(dòng)比大，承載能力高，加工方便、傳動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠、易于自鎖缺 點(diǎn) ：磨損快

15、、壽命短，低速時(shí)有爬行現(xiàn)象（滑移），摩擦損耗大，傳動(dòng)效率低（3040%）傳動(dòng)精度低2、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)摩擦性質(zhì)為滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動(dòng)體（多用鋼球），當(dāng)傳動(dòng)工作時(shí)，滾動(dòng)體沿螺紋滾道滾動(dòng)并形成循環(huán)。按循環(huán)方式有：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)兩種 二、滑動(dòng)螺旋的設(shè)計(jì)計(jì)算 （一）根據(jù)耐磨性計(jì)算 螺桿直徑 滑動(dòng)螺旋中磨損是最主要的一種失效形式，它會(huì)引起傳動(dòng)精度下降，空間大，并使強(qiáng)度下降。 磨損的影響因素：工作面的比壓，螺紋表面質(zhì)量，滑動(dòng)速度和潤滑狀態(tài) 所以耐磨性計(jì)算主要限制螺紋工作面上比壓P要求小于材料的許用比壓PP 設(shè)計(jì)公式： 2phFpd（二）螺牙的強(qiáng)度計(jì)算 由于

16、螺母材料的強(qiáng)度通常低于螺桿材料的強(qiáng)度，因此螺紋牙受剪和彎曲均在螺母上。將螺母一圈螺紋沿螺紋大徑處展開，即可視為一懸壁梁，每圈螺紋承受的平均壓力Q/u作用在中徑d2的圓周上。 zdbF bbbdFhbdFhWMz36/z2/22 剪切強(qiáng)度條件：彎曲強(qiáng)度條件：（三）螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 螺桿工作時(shí)同時(shí)受軸面壓力（拉力）Q與扭矩T的作用，截面受拉（壓）應(yīng)力與扭剪應(yīng)力的復(fù)合作用按彎扭復(fù)合強(qiáng)度條件計(jì)算第四強(qiáng)度理論 )2 . 0( 3)4(323122122dTdFe（四）螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算當(dāng)螺桿較細(xì)長且受較大軸向壓力時(shí)，可能會(huì)雙向彎曲而失效，螺桿相當(dāng)于細(xì)桿，螺桿所承受的軸向壓力F應(yīng)小于其臨界壓力Fc。45 .

17、2/FFc三、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)(一) 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)、使用及主要參數(shù)1.滾珠絲杠副的組成及特點(diǎn)滾珠絲杠副主要由絲杠1、螺母3、滾珠4和反向器2組成。 2.滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型(1)滾珠的循環(huán)方式。分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。 3.滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)如圖4-17所示，在GB/T 17587.2-1998（等效于國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/DIS 3408-2-1991）中對公稱直徑和基本導(dǎo)程已作了規(guī)定。(1)公稱直徑d0。指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠中心的圓柱直徑。系列尺寸：6，8，10，12，16，20，25，32，40，50，63，80，100, 125, 160，200。(2)基本導(dǎo)程 l0 。絲杠相對于螺母轉(zhuǎn)過一周時(shí)螺母基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。系列尺寸：1，2.5, 3, 4, 5, 6，8，10，12，16，