螺紋連接和螺紋轉動.ppt

1、第五章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動,51 螺紋主要參數(shù),52 螺旋副的受力分析、效率和自鎖,54 螺紋聯(lián)接的基本類型及螺紋緊固件,概 述,53 機械制造常用螺紋,55 螺紋聯(lián)接的預緊和防松,56 螺紋聯(lián)接的強度計算,57 螺紋的材料和許用應力,59 螺旋傳動（不講）,58 提高螺紋聯(lián)接強度的措施,510 滾動螺旋簡介（不講）,聯(lián)接是指被聯(lián)接件與聯(lián)接件的組合。常見的機械聯(lián)接有兩類： 一是機械動聯(lián)接，如運動副； 二是機械靜聯(lián)接，本章所學習內(nèi)容是機械靜聯(lián)接問題。,聯(lián) 接,不可拆聯(lián)接,裝拆方便，多次裝拆無損于使用性能。如螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接,在拆開聯(lián)接時會損壞聯(lián)接中的零件或使用性能。如焊接、鉚接、粘接,概

2、述,可拆聯(lián)接,（永久性聯(lián)接）,一、螺紋線、螺紋、螺紋副,二、螺紋分類,三、螺紋的主要幾何參數(shù),51 螺紋主要參數(shù),一、螺紋線、螺紋、螺紋副,1、螺紋線：,將一傾斜角為的直線繞在圓柱體上便形成一條螺旋線。,2、螺紋：,平面始終通過圓柱體軸線就得到螺紋。若改變平面圖形的形狀，可得到三角形、梯形、鋸齒形、矩形螺紋。,取一個平面圖形沿螺旋線運動并使,3、螺紋副：,內(nèi)外螺紋旋合組成螺旋副或稱螺紋副。,二、螺紋分類,1、螺紋的牙型：,2、螺紋的旋向：,3、螺紋的線數(shù)（頭數(shù)）：,4、母體形狀：,6、按位置：,三角形、梯形、鋸齒形；,左旋、右旋；,單線、等距排列多線；,圓柱螺紋、圓錐螺紋；,內(nèi)螺紋、外螺紋；,

3、5、按作用：,聯(lián)接螺紋、傳動螺紋；,1、將螺紋軸線豎直放置，螺旋線自左向右逐漸升高的是右旋螺紋。反之也成立。 2、從端部沿軸線看去，當螺紋順時針方向旋轉為旋進時，此螺紋為右旋螺紋。,旋向判斷方法：,雙線螺紋,單線螺紋,三、螺紋的主要幾何參數(shù)：,1）大徑（外徑）d（D） 與外（內(nèi)）螺紋牙頂 （底）相重合的假想圓柱體直徑，亦稱公稱直徑。 2）小徑（內(nèi)徑）d1 (D1) 與外螺紋牙底相重合的 假想圓柱體直徑。 3）中徑d2 假想圓柱面的直徑，該圓柱的母線上 牙形溝槽和凸起寬度相。,4）螺 距 P 相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應兩點間的軸向距離。 5）導程（Ph） 同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的

4、母線上的對應兩點間的軸向距離。 6）線數(shù)z 螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造z4。 螺距、導程、線數(shù)之間關系： Ph = z P,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。 tg =zP/d2 8）牙型角軸向截平面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側邊的夾角。牙型側邊與螺紋軸線的垂線間夾角稱為牙側角（牙型斜角）。 對稱牙側角 /2,一、矩形螺紋,二、非矩形螺紋,52 螺旋副的受力分析、 效率和自鎖,三、螺旋副效率,一、矩形螺紋（=0),1、螺紋受力分析,摩擦角：,滑塊在水平面上，受到外力R（F+FQ）作用，同時還受到法向反力Fn與摩擦力Ff的作用，令法向反力與摩擦力的總反力為Fr，則FR

5、與Fn方向之間所夾的銳角被稱為摩擦角。,tg = Ff /Fn； Ff = Fntg= Fnf f = tg稱為摩擦系數(shù)。,（1）把螺旋副在力矩和軸向載荷作用下的運動，看 成作用在中徑的水平力推動滑塊沿螺紋運動。,（2）將矩形螺紋沿中徑d2展開得一斜面。,圖中為螺旋升角， FQ為軸向載荷， Ft為水平推力，F(xiàn)n為法向反力， Ff為摩擦力， f為摩擦系數(shù)，為摩擦角，法向反力Fn與摩擦力Ff的總反力為Fr 。,Ft= FQ tg ( +),（3）其受力狀況可以理解為：,作用在滑塊上F為一驅動力，軸向載荷 FQ為一阻力，總反力為Fr 。,若使滑塊等速沿斜面上升，滑塊所受三力平衡：,可得：,擰緊時：,

6、Ft= FQ tg (-),松開時：,相當于使滑塊等速沿斜面下滑，軸向載荷 FQ變?yōu)轵寗恿Γ?Ft變?yōu)榫S持滑塊等速運動所需的平衡力。,可得：,（1） -0， ， Ft 0,分析：,F= FQ tg ( -),（1） 0， ， F 0,分析：,說明滑塊在重力作用下下滑，必須給以止動力，防止加速下滑。,說明滑塊不能在重力作用下下滑。這一現(xiàn)象稱為自鎖現(xiàn)象。螺旋千斤頂就是利用這一原理工作的。,2、螺紋自鎖：,二、非矩形螺紋（=0),三角形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋,1、螺紋受力分析：,唯一差別是：,法向力比矩形螺紋大。（忽略升角的影響）,這時螺紋的摩擦阻力為：,在Fa的作用下，法向反力比矩形螺紋大為：

7、,f 稱為當量摩擦系數(shù),稱為當量摩擦角,這時把法向力的增加看成摩擦系數(shù)的增加。,為牙型斜角,用f 取代f，用取代，就可像矩形螺紋那樣對 非矩形螺紋進行受力分析,上升：,F= FQ tg ( +),下滑：,F= FQ tg ( - ),2、螺紋自鎖條件為：,三、螺旋副效率為：,螺旋副的效率問題是由于摩擦引起的：,上升：,在同樣的載荷Fa，同樣的牽引速度V，走過同樣的距離S情況下：,F= FQ tg (),若不考慮摩擦時：,若考慮摩擦時：,F= FQ tg ( +),沒有摩擦時，需要的輸入功,=FS= FQ S tg (),考慮摩擦時，需要的輸入功,=FS= FQ Stg ( +),理論上,實際上

8、,+,FQ,F,Fr,所以：,從上式可以看出：,當不變時， 與的關系如右圖所示。,取：,可得：,當 =45 - 時效率最高。,常取25左。 太大會引起制造困難，且效率增高也不顯著。,一、三角形螺紋,二、梯形和鋸齒形螺紋,53 機械制造常用螺紋,三、螺紋標注,四、例題1,三角形螺紋，主要有普通螺紋和管螺紋，前者多用于緊固聯(lián)接和后者用于緊密聯(lián)接。,三角形螺紋,1、普通螺紋,在我國的國家標準中，把牙型角=60的三角形米制螺紋稱為普通螺紋，以大徑d為公稱直徑。,（1）普通螺紋種類,因為同一公稱直徑可以有多種螺距的螺紋，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的稱為細牙螺紋。,一、三角形螺紋,（2）粗、細螺紋特

9、點、適用范圍,細牙螺紋：,升角小，小徑大，自鎖性能好，強度高，但不耐磨損，易滑扣，用于薄壁零件、受動載荷的聯(lián)接和微調(diào)機構的調(diào)整。,粗牙螺紋：,應用最廣。,粗牙螺紋,細牙螺紋,2、管螺紋,管螺紋種類：,管螺紋除普通細牙螺紋外，還有60、55的圓柱管螺紋和60、55的圓錐管螺紋。,管螺紋廣泛用于水、汽、油管路聯(lián)接中。,管螺紋公稱直徑是管子的公稱通徑。,二、梯形（雙向）和鋸齒形（單向）螺紋,梯形螺紋與鋸齒形螺紋一般用于傳動，效率高。它們的牙側角比三角形螺紋小的多，可以減少摩擦和提高效率。,梯形螺紋牙側角=15 效率比鋸齒形螺紋低。,鋸齒形螺紋牙側角=3。 鋸齒形螺紋只能用于承受單向軸向載荷。,有粗牙

10、普通螺紋M10和M68，請說明在靜載荷下這兩種螺紋能否自鎖（已知摩擦系數(shù)f = 0.10.15）,例題1,1、首先求螺紋升角 。,解：,M10螺紋： M68螺紋：,由表 查得：,螺距P=1.5mm，中徑d2=9.026mm； 螺距P=6mm， 中徑d2=64.103mm。,M10螺紋升角：,M68螺紋升角：,2、求當量摩擦角 。,則當量摩擦角為：,普通螺紋牙型角=,60o,牙側角 =,30o,摩擦系數(shù) f取為：,0.1,因為: 同理:,10=3.03o ，所以能夠自鎖。,68=1.707o ，所以能夠自鎖。,一、螺紋聯(lián)結基本類型,二、螺紋緊固件,54 螺紋聯(lián)接的基本類 型及螺紋緊固件,一、螺紋

11、聯(lián)接的基本類型,a) 普通螺栓聯(lián)接：,1、螺栓聯(lián)接,被連接件通孔不帶螺紋，被聯(lián)接件不太厚， 裝拆方便。螺桿帶釘頭，螺桿穿過通孔與螺母配合 使用。裝配后孔與桿間有間隙，結構簡單，可多次裝拆，應用較廣。,普通螺栓： 無需在被聯(lián)件上加工螺紋 孔，裝拆方便，用于兩被聯(lián)件均不太厚的場合。,b)鉸制孔螺栓聯(lián)接：,裝配后無間隙，主要承受垂直于螺栓軸線的橫向載荷，也可作定位用，采用基孔制過渡配合鉸制 孔螺栓聯(lián)接,鉸制孔螺栓：除起聯(lián)接作用外， 還起定位作用。,2、螺釘聯(lián)接,螺釘直接旋入被連接的螺孔，結構比較簡單，這種連接不宜經(jīng)常裝拆，以免被連件的螺紋孔磨損而修復困難。,用于有一聯(lián)接件較厚， 且不需經(jīng)常裝拆的場合

12、。,3、雙頭螺柱聯(lián)接,多用于較厚的被連接件或為了結構緊湊而采用盲孔的連接。允許多次裝拆，而不會損壞被連接零件。其中一被連接件需要切制螺紋螺桿，,用于有一聯(lián)接件較厚，并 經(jīng)常裝拆的場合，拆卸時只需 擰下螺母即可。,4、緊定螺釘聯(lián)接,常用來固定兩零件的相對位置，并可用來傳遞不大的力和力矩。,二、螺紋緊固件,1、螺栓 2、雙頭螺柱 3、螺釘、緊定螺釘 4、螺母 5、墊圈 墊圈作用：增加被連接件的支撐面積以減少接觸處的壓強和避免擰緊螺母時擦傷被連接件的表面。,平墊圈 彈簧墊圈 圓螺母用止動墊圈 圓螺母,六角頭螺栓,雙頭螺柱,六角螺母,六角開槽螺母,內(nèi)六角圓柱頭螺釘,開槽圓柱頭螺釘,開槽沉頭螺釘,緊定螺

13、釘,一、擰緊力矩,二、螺紋連接的防松,5-5 螺紋聯(lián)接的預緊和防松,三、例題2,一、擰緊力矩,T = T+Tf =,一般情況下，螺紋聯(lián)接都需要擰緊，對重要的螺紋，必須控制預緊力的大小，以保證工作的可靠性。,擰緊力矩 T主要包括： 螺紋副相對轉動的阻力矩T; 螺母支承面上的摩擦阻力矩Tf。,T ,對于M10M68的普通粗牙螺紋：取 f =tg =0.15 ， f =0.15 則上式簡化為：,T =0.2 FQ d (N.mm),式中，d為螺紋公稱直徑； FQ為預緊力。FQ由螺紋聯(lián)接的要求決定。一般是取螺栓材料屈服極限的50%70%。 重要的螺紋（大于M12M16) 應采用有效的措施控制預緊力。,

14、測力矩板手,沖擊扳手,二、螺紋聯(lián)接的防松,螺紋防松是防止螺紋副的相對轉動。常用的方法見p104-105。,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，從而使螺紋聯(lián)接松動，如經(jīng)反復作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進行防松，否則會影響正常工作，造成事故,1、防松目的,消除（或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。,2、防松原理,3、防松辦法及措施,1）利用附加摩擦力防松,2）采用專門防松元件防松：,槽形螺母與開口銷,圓螺母用帶翅墊片,止動墊片,3）其他方法防松：,已知梯形螺紋 Fa=30KN, n=1, d2=33m

15、m, P=6mm, f=0.08, fc=0.1, rf=20mm 求：1. 能否自鎖， 2. 舉起重物的驅動力矩 3. 總效率。,例題2,解：,T = T+Tf,一、松螺栓聯(lián)接,二、緊螺栓聯(lián)接連接,5-6 螺栓聯(lián)接的強度計算,螺栓的強度計算就是確定小徑d1。,1.螺栓桿拉斷；2.螺紋的壓潰和剪斷；3.磨損后的滑扣,螺栓的主要失效形式有：,一、松螺栓聯(lián)接,工作時不需要將螺母擰緊。如吊鉤螺栓.,螺栓所受拉力,工作載荷,=,松螺栓聯(lián)接強度條件：,其中： 許用拉應力,MPa d1螺紋小徑,例題3,例題3,如下圖所示，起重吊鉤的起吊重量是25kN，吊鉤材料為35鋼，許用應力為60MPa，求吊鉤尾部螺紋

16、直徑。,根據(jù)：,有,解：,查出的d1比根據(jù)強度計算求得的d1值略大，強度合適。故吊鉤尾部螺紋可采用M27。,由表查得：,d=27mm時，d1=23.752mm,d1=23.033mm,二、緊螺栓聯(lián)接,螺栓在工作前擰緊，便受到預緊力F0（等于Fa）和螺紋摩擦力矩T1的作用。,預緊力F0,產(chǎn)生拉伸應力：,螺紋摩擦力矩T1,產(chǎn)生剪應力,拉、扭聯(lián)合作用時，根據(jù)材料力學的第四強度理論，其當量應力為：, 螺栓螺紋部分的強度條件為：,1、受橫向工作載荷的螺栓強度,桿孔間有間隙，為保證聯(lián)接可靠即被連接件之間不產(chǎn)生相對滑移，應滿足的條件為：,使接合面摩擦力大于工作載荷F,摩擦力：,f FQo,F,S,特點：,m

17、 接合面數(shù)目 f 摩擦系數(shù) （0.10.15） S 可靠性系數(shù)（1.11.3） FQ0 預緊力,n,螺栓預緊力為：,分析：當f=0.15,C=1.2,m=1時,FQo 8F，這說明螺栓聯(lián)接靠摩擦力來承擔橫向載荷時,其直徑尺寸較大。為了減小直徑，簡化結構，提高聯(lián)接承載能力,可以采用以下減載裝置:,c)減載銷,a)減載鍵,b)減載套筒,d)采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接,這些減載裝置中的鍵、套筒、銷和鉸制孔用螺栓 可按受剪切和受擠壓進行強度計算。,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F進行工作,補充：鉸制孔螺栓聯(lián)接強度,螺栓的剪切強度條件為：,m 螺栓剪切面數(shù) 螺栓許用剪應力，M

18、Pa,特點：,螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強度條件為：,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,F 橫向載荷（N） d0 螺栓剪切面直徑（mm） h 螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁間 接觸受壓的最小軸向長度（mm）,2、受軸向工作載荷的緊螺栓強度：,工作特點：,工作前擰緊，有預緊力FQ0 工作后加上工作載荷FQ 工作前、工作中螺栓所受總載荷發(fā)生變化,下面以氣缸為例進行分析：,右圖所示的缸體中， 設流體壓強為p，螺栓 數(shù)為z，則缸體周圍每 個螺栓平均承受的軸 向工作載荷為：,在受軸向工作載荷的螺栓中，螺栓實際承受的總拉伸載荷FQ并不等于預緊力FQ0與軸向工作載荷FQ之和。,1、如右圖所示，當螺母未擰緊時，螺栓螺母松馳狀態(tài).,、擰緊預緊狀態(tài),聯(lián)接件FQo 壓2,螺桿FQo 拉1,螺栓桿,聯(lián)接件,3、