螺紋聯(lián)接1PPT課件

1、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)三、螺紋的主要參數(shù)三、螺紋的主要參數(shù)第1頁/共86頁4）螺 距 P 相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點間 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)兩點間的軸向距離6）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 第2頁/共86頁7）螺旋升角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8）

2、牙型角 螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角9）牙型斜角螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角22/dnParctgdarctgL第3頁/共86頁T擰緊力矩 Q軸向力Q一、矩形螺紋一、矩形螺紋TZZB假定：螺母與螺桿間的作用力是作用在中徑d2的螺旋線上 螺旋副中力的作用可看成是滑塊和斜面間力的作用A22dA 螺母 B 螺桿 F22dFT 四、螺旋副的受力分析、效率及自鎖 螺旋副的受力關(guān)系第4頁/共86頁AB 軸向力（相當(dāng)于被連接件的板通過螺母作用在螺桿相當(dāng)于被連接件的板通過螺母作用在螺桿 上的由彈性變形而引起的軸向力上的由彈性變形而引起的軸向力） F 假想的水平力 當(dāng)擰緊螺母時： 螺旋副可簡化為滑

3、塊螺旋副可簡化為滑塊沿斜面勻速上升沿斜面勻速上升FRfNNRF擰緊力：)tg( QFQQQ)tg(f摩擦角第5頁/共86頁 當(dāng)松開螺母時：2)tg(222dFdFTa擰緊力矩：RFABFR水平支持力：13QQ)tg(QF第6頁/共86頁 矩形螺紋螺旋副的自鎖BANfNnFN（自鎖條件） 螺紋連接被擰緊后，若不施加反向的外力矩,雖然受有相當(dāng)大的被連接件的彈性恢復(fù)力，也不會自動松開，即為現(xiàn)象cossinQFQFnt若自鎖,須滿足：fNFttFQtgtg11第7頁/共86頁 矩形螺紋螺旋副的效率)(tg2tgTSFa輸入功有效功)( f一定時，當(dāng).1）（0;,42. 2max第8頁/共86頁二、非矩

4、形螺紋二、非矩形螺紋矩非矩NNcoscosffQffQfN非矩當(dāng)量摩擦角令： tgf第9頁/共86頁五、常用螺紋的種類、特點與應(yīng)用五、常用螺紋的種類、特點與應(yīng)用具體見表4-1對螺紋的要求： 足夠的強(qiáng)度和良好的工藝性連接螺紋：自鎖管 螺 紋：緊密性、氣密性傳動螺紋：效率高調(diào)整螺紋：精度高起重螺紋：效率高、自鎖性好rvarctgfftgcos1)(vtgtg2)(2)(22dQtgdFTQtgFvv螺旋副的自鎖條件為：螺旋副的傳動效率為：克服軸向力Q勻速上升所需的圓周力：第10頁/共86頁1 、普通螺紋(代號：M GB 192-81)特點：螺紋的牙型角 =2 =60 。因牙型角 大，所以當(dāng)量摩擦系

5、數(shù)大，自鎖性能好，主要用于連接。第11頁/共86頁細(xì)牙螺紋與粗 牙螺紋的比較粗牙：常用細(xì)牙的缺點：牙小，相同載荷下磨損快，易脫扣。細(xì)牙：自鎖性能更好。常用于承受沖擊、振動及變載荷、或空心、薄壁零件上及微調(diào)裝置中。第12頁/共86頁2 、矩形螺紋特點：牙形為正方形， =0 ，所以效率高，用于傳動, ,牙根強(qiáng)度弱，加工困難，常被梯形螺紋代替。第13頁/共86頁3 、梯形螺紋(代號：T特點： =2 =30 。比矩形螺紋效率略低。 牙根強(qiáng)度高，易于對中，易于制造，剖分螺母可消除間隙，在螺旋傳動中有廣泛應(yīng)用。 r GB 192-81)第14頁/共86頁4、 鋸齒形螺紋(代號：S JB 923-66)特點

6、：工作邊 =3 ，非工作邊 =30 ，便于加工。它綜合了矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙根強(qiáng)度高的優(yōu)點, ,能承受較大的載荷, ,但只能用于單向傳動。第15頁/共86頁5 、圓柱管螺紋 特點：用于管件連接的三角螺紋， =55 螺紋面間沒有間隙，密封性好，適用于壓強(qiáng)在1.6MPa1.6MPa以下的連接。第16頁/共86頁6、 圓錐螺紋特點：螺紋均布在錐度為1:16的管上, =55 或60 螺紋面間沒有間隙，不用填料，靠牙變形，密封性好，適用于高溫、高壓的連接。第17頁/共86頁7、 其它螺紋主要用于金屬薄板的連接第18頁/共86頁52 螺紋連接的類型及螺紋連接件 一、螺紋連接主要類型1、螺栓連接a)

7、普通螺栓連接被連接件不太厚，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，裝拆方便，可多個裝拆，應(yīng)用較廣。b) 精密螺栓連接裝配后無間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用，采用基孔制過渡配合(鉸制孔螺栓連接)第19頁/共86頁2、雙頭螺栓連接螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被連接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被連接件之一較厚時。折裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被連接件中擰出。3、螺釘連接適于被連接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況第20頁/共86頁4、緊定螺釘連接擰入后，利用桿

8、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。可傳遞不大的軸向力或扭矩。第21頁/共86頁5、其它特殊結(jié)構(gòu)的螺紋連接地腳螺栓吊環(huán)螺釘T型槽螺栓第22頁/共86頁二 、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件各種螺栓第23頁/共86頁雙頭螺柱各種螺釘?shù)?4頁/共86頁各種螺釘緊定螺釘?shù)念^部和末端第25頁/共86頁各種螺母與墊片第26頁/共86頁53 螺紋連接的預(yù)緊目的：防止松動提高可靠性、強(qiáng)度、緊密性F0擰緊阻力矩 T 的大小： 擰緊時預(yù)緊力F0螺紋阻力矩 T1 : 1F d2/2F0 tg() d2 /2螺母支持面上的摩擦阻力矩T2: TT1T20.2F0d 因 F0 =5T/d 若d小，則F0很大

9、對于重要的聯(lián)結(jié)，不宜采用M12的螺栓螺栓預(yù)緊拉力 被連接件預(yù)緊壓力12T2 fc F0 r m第27頁/共86頁54 螺紋連接的防松 螺栓連接擰緊(自鎖) 防松？ 靠摩擦力自鎖 ，實際工作中，外載荷有振動、變化、材料高溫蠕變等會造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋連接松動，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋連接就會松馳而失效。因此，必須進(jìn)行防松，否則會影響正常工作，造成事故。要防松防松方法： 摩擦防松使螺紋接觸面間始終保持一定的壓力(縱向、橫向)始終有阻止螺旋副轉(zhuǎn)動的摩擦阻力矩。 機(jī)械防松利用便于更換的金屬元件來約束螺旋副。 不可拆防松焊、鉚沖、涂粘合劑阻止螺旋副相對轉(zhuǎn)動第28

10、頁/共86頁第29頁/共86頁第30頁/共86頁55 螺紋連接的強(qiáng)度計算 針對不同零件的不同失效形式，分別擬定其設(shè)計計算方法，失效形式是設(shè)計計算依據(jù)和出發(fā)點。1 1、失效形式和原因、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 工程中螺栓連接多數(shù)為疲勞失效 受拉螺栓：設(shè)計準(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 2、設(shè)計計算準(zhǔn)則、設(shè)計計算準(zhǔn)則第31頁/共86頁螺栓連接一 松螺栓連接強(qiáng)度計算 （無0 ）緊螺栓連接 有預(yù)緊力

11、，還有工作拉力松螺栓連接 無預(yù)緊力，只有工作拉力 FddF4412155 螺栓連接的強(qiáng)度計算校核設(shè)計第32頁/共86頁緊螺栓連接二 緊螺栓連接強(qiáng)度計算 （有0 ） M10M64的螺栓：05預(yù)緊狀態(tài)的應(yīng)力：ca=有預(yù)緊力，還有工作拉力只有預(yù)緊力，無工作拉力 21043 . 1dFca緊螺栓擰緊擰緊力矩剪應(yīng)力擰緊預(yù)緊拉力拉應(yīng)力1只有預(yù)緊力緊螺栓連接F0的大小與橫向載荷有關(guān)3 . 1322第33頁/共86頁2 受預(yù)緊力0和工作拉力緊螺栓連接強(qiáng)度 緊螺栓擰緊預(yù)緊拉力加載工作拉力總拉力F2 0 + ？第34頁/共86頁擰緊 伸長 b F0 縮短 m F0 F= FmbbCCC 螺栓 被連接件受載 再伸長

12、 放松 變形協(xié)調(diào)條件： 相同被連接件所受的壓力：殘余預(yù)緊力 F1= F0 F Cb = F0 b 螺栓剛度 Cm = F0 m 被連接件剛度 螺栓的總拉力： F2= F0 +F =F +F1 F2力變形F0FF1 F第35頁/共86頁螺栓的相對剛度：1）要降低F2，只有減少螺栓的相對剛度， 即Cm Cb 2）為保證連接的緊密性， 應(yīng)保證F1 0（1）靜強(qiáng)度公式：F不變mbbCCC 212123 . 1443 . 1FddF第36頁/共86頁的取法的取法: : =（1.51.81.51.8）F F有密封要求有密封要求 =（0.20.6）F 載荷穩(wěn)定載荷穩(wěn)定一般連接 =（0.61.0）F 載荷不穩(wěn)

13、定載荷不穩(wěn)定 F 地腳螺栓連接地腳螺栓連接第37頁/共86頁（2）疲勞強(qiáng)度公式：F在0F之間變化SSdFCCCcambba21minmax22因F在0F之間變化，則F2在F0 F2之間變應(yīng)力在max min之間變210min212max44dFdF詳見P75頁第38頁/共86頁 3 承受工作剪力的緊螺栓連接 204dF鉸制孔用螺栓，承受剪切和擠壓來平衡（橫向）載荷FppLdFmin0螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度：螺栓桿的剪切強(qiáng)度：1）d0是螺栓剪切面直徑 2）Lmin螺栓桿與孔壁擠壓 面的最小高度 3）p取兩者之弱者第39頁/共86頁螺栓組連接結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的： 接合面形狀對稱 螺栓布置合理 間距 邊

14、距 扳手空間 接合面與螺栓受力均勻 加工安裝方便 螺栓材料直徑 長度相同一 螺栓組連接結(jié)構(gòu)設(shè)計56 螺栓組連接的設(shè)計1 、連接結(jié)合面的幾何形狀常設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀第40頁/共86頁2、 螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理第41頁/共86頁3 、螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距第42頁/共86頁扳手空間第43頁/共86頁4、分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng) 取4, 6, 8等偶數(shù)，以便鉆孔時在圓周上分度和畫線第44頁/共86頁5 、避免螺栓承受偏心載荷產(chǎn)生偏心載荷的原因第45頁/共86頁斜墊圈的應(yīng)用凸面和沉頭座的應(yīng)用避免偏載的結(jié)構(gòu)第46頁/共86頁二 螺栓組連接的受力分析 螺栓組連接的受力分析的

15、目的：找出受力最大的螺栓并求出其所受力的大小螺栓組所受載荷類型 橫向載荷軸向載荷轉(zhuǎn)矩（扭矩）傾覆力矩第47頁/共86頁平衡條件：f F0 ziKs F Ks防滑系數(shù) Ks=1.11.3 F0 Ks F zi f i接合面的數(shù)目 f接合面的摩擦系數(shù) 螺栓本身受剪切和擠壓各螺栓受力為： F= F z z螺栓數(shù)目1）鉸制孔用螺栓連接1 受橫向載荷F的螺栓組連接 螺栓本身受預(yù)緊拉力F0 擰緊產(chǎn)生夾緊力接合面間的摩擦力承受載荷橫向載荷(垂直螺栓軸心線）2）普通螺栓連接第48頁/共86頁 討論: 若 f =0.2, z=1, i=1, Ks =1.2 ,則 F0 =Ks F zi f=6 F 1）受橫向載

16、荷普通螺栓受力比鉸制孔用螺栓 的大， 此時宜采用后者 2）若要采用普通螺栓，靠利用減載鍵銷或減載套筒第49頁/共86頁螺栓受剪切和擠壓來平衡載荷，各螺栓受力為 Fi1）鉸制孔用螺栓連接2 受轉(zhuǎn)矩T的螺栓組連接分析分析：受載后接合面仍為平面，螺栓的剪切變形與其到中心的距受載后接合面仍為平面，螺栓的剪切變形與其到中心的距 離成正比離成正比, ,螺栓剛度相同，故其受剪力螺栓剛度相同，故其受剪力F Fi i也與與其到中心的距離也與與其到中心的距離r ri i成正比。假設(shè)此剪力方向垂直其到中心的向徑成正比。假設(shè)此剪力方向垂直其到中心的向徑 即：zirrFFrFrFiiii.,3,2,1maxmaxmax

17、max，或第50頁/共86頁力矩平衡條件：TrFizii1受力最大的螺栓的工作剪力：21maxmaxizirTrF2）普通螺栓連接螺栓本身受預(yù)緊拉力F0, ，各螺栓要擰緊產(chǎn)生相同的夾緊力第51頁/共86頁2）普通螺栓連接分析：各螺栓預(yù)緊拉力均為F0各螺栓連接處產(chǎn)生相同的 摩擦力，并假設(shè)此摩擦力集中作用螺栓中心處, 且方向垂直其到中心的向徑。z螺栓數(shù)目ri 螺栓的向徑Ks防滑系數(shù)ziiszsrfTKrrrfTKF1210.力矩平衡條件：f F0 r1+ f F0 r2 + f F0 rz KsT各螺栓所需受預(yù)緊拉力第52頁/共86頁螺栓受拉力為： F= F z3 受軸向載荷F的螺栓組連接軸向載荷

18、平行螺栓軸心線，各螺栓平均受力：此時螺栓除了受工作拉力F外， 還受預(yù)緊力F0作用第53頁/共86頁分析：M作用前：各螺栓受預(yù)緊力F0 M作用后：一側(cè)螺栓拉力增大， 一側(cè)螺栓拉力減少4 受傾覆力矩M的螺栓組連接iziiLFM1平衡條件：1）螺栓的受力第54頁/共86頁ziiziiLMLFLLFM12maxmax1max2maxmaxmaxLLFFii即：為平面）：變形協(xié)調(diào)條件（底板仍受力最大的螺栓所受工作載荷為 Li螺栓軸線到的底 板軸 線oo的距離第55頁/共86頁受力最大的螺栓的總拉力為2）被連接件和底板防止接合面被壓潰：max=p+ pmax p防止接合面出現(xiàn)縫隙： min=p - pma

19、x 0WMAzFWMAzFWMCCCMWpppbmmp0min0maxmax 1 則而0max02FCCCFFmbb p查表57W抗彎截面系數(shù)第56頁/共86頁 螺紋連接件材料的力學(xué)性能螺栓、螺釘、螺柱的性能等 級共十級見表58和表59 如：48 表示：B=400Mpa ，s=320Mpa 一 螺紋連接件的材料57 螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力二 螺紋連接件的許用應(yīng)力S、S、Sp安全系數(shù) 見表510：查表時緊螺栓連接要試算 （鑄鐵）鋼）pBpsssSSSSpp ( 第57頁/共86頁1、常用材料：普通連接：低碳鋼，中碳鋼，如:Q215、Q235和10、15、35、45號鋼。變載荷或有沖擊、振動的

20、重要連接：合金鋼，如: 40 Cr、15MnVB、30CrMnSi。螺母材料一般較相配合的螺栓的硬度低2040HBS。第58頁/共86頁2、螺栓、螺釘、螺柱、螺母性能等級第59頁/共86頁一 降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅58 提高螺栓連接強(qiáng)度的措施1降低螺栓的剛度：降低螺栓的剛度： 增加螺栓長度增加螺栓長度 采用腰狀桿螺栓或空心螺栓采用腰狀桿螺栓或空心螺栓2增大被連接件的剛度：不用墊片或采用增大被連接件的剛度：不用墊片或采用 剛度較大的墊片剛度較大的墊片第60頁/共86頁二 改善螺紋牙上載荷分布不均勻的現(xiàn)象原因：螺母與螺栓的變形性質(zhì)不同原因：螺母與螺栓的變形性質(zhì)不同 螺母與螺栓的剛度不同螺母與

21、螺栓的剛度不同改善措施：采用均載螺母（懸置螺母、內(nèi)斜螺母等）使螺母受拉或改變螺母牙受載位置 采用鋼絲螺套，利用其彈性來均載第61頁/共86頁三 減少應(yīng)力集中的影響措施：采用大圓角、卸載槽，加工支承、加球面墊圈四 采用合理的制造工藝方法采用冷鐓和滾壓方法，提高疲勞強(qiáng)度第62頁/共86頁一 、螺旋傳動的類型和應(yīng)用螺旋傳動按其類型可分為： 調(diào)整螺旋：如機(jī)床進(jìn)給的微調(diào)螺旋 傳力螺旋：如千斤頂 傳動螺旋：如機(jī)床絲杠58 螺旋傳動第63頁/共86頁螺旋傳動按其螺紋間摩擦性質(zhì)的不同,可分為: 滑動螺旋：滑動摩擦，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，應(yīng)用最廣。 滾動螺旋：滾動摩擦 靜壓螺旋：液體摩擦滑動螺旋牙形：多用梯形螺紋

22、,重載起重螺旋也有用鋸齒形螺紋, 對效率要求高時可用矩形螺紋。第64頁/共86頁螺旋傳動的應(yīng)用第65頁/共86頁螺旋傳動的應(yīng)用立式加工中心第66頁/共86頁二維數(shù)控臺原理圖螺旋傳動的應(yīng)用第67頁/共86頁二維數(shù)控臺螺旋傳動的應(yīng)用第68頁/共86頁滾珠絲杠螺旋傳動的應(yīng)用第69頁/共86頁螺旋千斤頂螺旋傳動的應(yīng)用第70頁/共86頁螺旋受力：滑動螺旋工作時，螺桿承受軸向載荷和轉(zhuǎn)矩；螺桿和螺母的螺紋牙承受擠壓、彎曲和剪切?；瑒勇菪氖问接校郝菁y磨損，螺桿斷裂，螺紋牙根剪斷和彎斷，受壓螺桿很長時還可能失穩(wěn)。二 、滑動螺旋的失效形式和材料第71頁/共86頁螺桿的材料：要求有足夠的強(qiáng)度，常用35、45號

23、鋼;需經(jīng)熱處理以達(dá)到高硬度的重要螺桿，則常用合金鋼，如65Mn、40Cr、T12、20CrMnTi等。螺母材料：除要有足夠的強(qiáng)度外，還要求在與螺桿配合時摩擦系數(shù)小和耐磨。常用材料有鑄造青銅，如ZCuSn10Pb1, ZCuSn5Pb5Zn5第72頁/共86頁螺母材料選用：重載低速使用強(qiáng)度較高的鑄造青銅ZCuAl10Fe3或鑄造黃銅ZCuZn25Al6Fe3Mn3 。低速不重要的螺旋傳動也可用耐磨鑄鐵或灰鑄鐵。三、滑動螺旋的設(shè)計計算1 、耐磨性計算 耐磨性計算主要是限制螺紋工作表面的壓強(qiáng)，以防止過度磨損。第73頁/共86頁假想螺紋牙可以展成一長條，設(shè)螺旋的軸向載荷為F，螺母旋合高度為H、螺距為p，螺紋旋合圈數(shù)為Z=H/p、螺紋工作高度為h、承壓面積為A，螺紋工作面上的壓強(qiáng)為 ps。則螺紋的耐磨性條件為：22phHdFphZdFAFpsMPa若按耐磨性條件設(shè)計螺紋中徑d2時，可引用系數(shù)2dH以消去H第74頁/共86頁2phFpdmm對于矩形和梯形螺紋，h=0.5p, 則8 . 02pFd對于鋸齒形螺紋，h=0.75p, 則65. 02pFd第75頁/共86頁系數(shù) 的值：可根據(jù)螺母結(jié)構(gòu)選定，整體式螺母，磨損后間隙不能調(diào)整，取 =1.22.5;剖分式螺母: =2.53.5;對于傳動精度較高時,允許 =4由于旋合各圈受力