濰坊職業(yè)學(xué)院機(jī)械設(shè)計7螺紋連接與螺旋傳動

1、項目五 螺紋連接與螺旋傳動,螺紋連接的基本知識 螺紋連接的預(yù)緊與防松 單個螺栓連接的強(qiáng)度計算 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計與受力分析 螺紋連接件的材料和許用應(yīng)力 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 滑動螺旋傳動簡介,（一）教學(xué)要求,1、熟悉螺紋的類型、主要參數(shù)、特點(diǎn)及應(yīng)用 2、掌握螺紋聯(lián)接的主要類型及應(yīng)用場合 3、熟悉螺栓聯(lián)接的預(yù)緊和防松 4、掌握單個螺栓連接的強(qiáng)度計算 5、掌握螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，了解提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的常用措施和螺旋傳動的設(shè)計,（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn),1、螺紋聯(lián)接的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用 2、緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算 3、螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計,一、螺紋聯(lián)接的基本知識,按螺旋線繞行方向，螺紋可分為左旋螺紋和右旋螺紋

2、,按螺紋的位置，螺紋分為內(nèi)螺紋和外螺紋，二者共同組成螺紋副用于聯(lián)接和傳動。,（一）螺紋的類型,按螺旋線的數(shù)目，螺紋可分為單線螺紋（n=1）、雙線螺紋（n=2）和多線螺紋（n2）,按牙型，螺紋可分為,三角形螺紋 矩形螺紋 梯形螺紋 鋸齒形螺紋,主要用于聯(lián)接,主要用于傳動,鋸齒形螺紋,三角形螺紋,矩形螺紋,梯形螺紋,（二）螺紋的主要參數(shù),（三）常用螺紋的特點(diǎn)及應(yīng)用,管螺紋,矩形螺紋,梯形螺紋,鋸齒形螺紋,米制三角形螺紋，牙型角為60，同一公稱直徑下有多種 螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余為細(xì)牙螺紋。,英制螺紋，牙型角為55，公稱直徑是管子內(nèi)徑，可分為圓柱管螺紋 和圓錐管螺紋，前者用于低壓場合

3、，后者用于高溫、高壓或密封性高 的管連接。,牙型為正方形，牙型角為0，傳動效率最高，牙根強(qiáng)度低，傳動精 度低，常用于傳力或傳導(dǎo)螺旋，未標(biāo)準(zhǔn)化，逐漸被梯形螺紋所替代。,牙型為等腰梯形，牙型角為30，傳動效率低于矩形螺紋，但牙根 強(qiáng)度高，對中性好，廣泛用于傳力或傳導(dǎo)螺旋，如機(jī)床的絲杠、螺 旋舉重器等。,工作面的牙型斜角為3，非工作面的牙型斜角為30，綜合了 矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙根強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但僅用于單向受 力的傳力螺旋。,1.螺栓聯(lián)接,a) 普通螺栓聯(lián)接被聯(lián)接件不太厚，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，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，可多個裝拆，應(yīng)用較廣。主要用于被連接件

4、不厚、通孔、經(jīng)常拆卸的場合。,（四）螺紋聯(lián)接的基本類型,螺栓連接動畫展示,b) 鉸制孔螺栓聯(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.,鉸制孔螺栓連接動畫展示,螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。拆裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺柱從被聯(lián)接件中擰出。適用于被聯(lián)接件之一較厚、盲孔且經(jīng)常拆卸場合。,2.雙頭螺柱聯(lián)接,雙頭螺柱連接動畫展示,3.螺釘聯(lián)接,適用于被聯(lián)接件之一較厚、盲孔、不經(jīng)常裝拆且受力不大的場合。,螺釘連接動畫展示,4.緊定螺釘聯(lián)接,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，可傳遞不大的軸向力或

5、扭矩。,緊定螺釘聯(lián)接,地腳螺栓聯(lián)接 吊環(huán)螺釘接,（五）標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件,通用螺紋緊固件已標(biāo)準(zhǔn)化。常用的有螺栓、雙頭螺柱、螺釘、緊定螺釘、螺母和墊圈等，這類零件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。,1.螺栓,有普通螺栓和鉸制孔螺栓，精度分A、B、C三級，通常多用C級，桿部可以全是螺紋或只有一段螺紋。,2.雙頭螺柱,兩端帶螺紋， 分A型（有退刀槽）和B型（無退刀槽）。,3.螺釘,與螺栓區(qū)別：要求螺紋部分直徑較粗；要求全螺紋。,4.緊定螺釘,錐 端適于零件表面硬度較低不常拆卸場合。 平 端接觸面積大、不傷零件表面，用于頂緊硬度較大的平面，適于經(jīng)常拆卸的場合。 圓柱端壓入軸上凹抗中，適

6、于緊定空心軸上零件的位置輕材料和金屬薄板。,5.六角螺母,按厚度分為標(biāo)準(zhǔn)、薄型兩種，精度與螺栓對應(yīng)，分A、B、C三級，分別與同級別的螺栓配用。,6.圓螺母：,圓螺母與帶翅墊圈配用，螺母帶有缺口，應(yīng)用時帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊.,7.墊圈,墊圈放在螺母與被連接件之間，保護(hù)支承面。分平墊和斜墊兩者。斜墊用于傾斜的支承面。,二、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松,一般螺紋聯(lián)接在裝配時都必須擰緊，以增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性、緊密性和防松能力。,（一）螺栓聯(lián)接的預(yù)緊,對于一般聯(lián)接，可憑經(jīng)驗來控制預(yù)緊力F0的大小，對于重要的聯(lián)接就要嚴(yán)格控制其預(yù)緊力。,T=T1+T2=KF0d,擰緊時扳手力矩為

7、,式中F0是預(yù)緊力，K為擰緊力矩系數(shù),可查表7-2，,（二）螺栓聯(lián)接的防松,防松目的：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(fù)作用，螺紋聯(lián)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。,防松原理：消除（或限制）螺紋副之間的相對運(yùn)動，或增大相對運(yùn)動的難度。,1.摩擦防松,雙螺母,彈簧墊圈,自鎖螺母螺母一端做成非圓形收口或開峰后徑向收口，螺母擰緊后收口漲開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊,槽形螺母 與開口銷,止動墊片,2.機(jī)械防松,圓螺母與帶翅墊圈,串聯(lián)鋼絲,3、其它方法防松,如端鉚

8、防松、沖點(diǎn)防松、點(diǎn)焊防松、粘合防松、串聯(lián)鋼絲防松,三、單個螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算,單個螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算是螺紋聯(lián)接設(shè)計的基礎(chǔ)。,根據(jù)聯(lián)接的的工作情況，可將螺栓按受力形式分為受拉螺栓和受剪螺栓，兩者失效形式是不同的。,設(shè)計準(zhǔn)則：針對具體的失效形式，通過對螺栓的相應(yīng)部位進(jìn)行相應(yīng)強(qiáng)度條件的設(shè)計計算（或強(qiáng)度校核）。,螺栓聯(lián)接的計算主要是確定螺紋小徑d1,然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋的公稱直徑（大經(jīng)）d等。,（一）受拉螺栓聯(lián)接,1.松螺栓聯(lián)接,強(qiáng)度條件：,設(shè)計公式：,d1計算出后,再按標(biāo)準(zhǔn)查選螺紋的公稱直徑。,2.緊螺栓聯(lián)接,（1）只受預(yù)緊力緊螺栓聯(lián)接,螺栓螺紋部分處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。,螺栓危險界面上的拉

9、伸應(yīng)力為,螺栓危險界面上的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力為,對于常用的單線、三角形螺紋的普通螺栓，取fv=0.15，簡化處理的t=0.5,.根據(jù)第四理論，可求出當(dāng)量應(yīng)力e為,因此，強(qiáng)度條件為：,即,設(shè)計公式為,（2）受橫向外載荷的緊螺栓聯(lián)接,載荷與螺栓軸向垂直，靠被聯(lián)接件間的摩擦力傳遞。螺栓內(nèi)部危險截面上既有軸向預(yù)緊力F0形成的拉應(yīng)力，又有因螺栓與螺紋牙面間的摩擦力矩T1而形成的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。,螺栓預(yù)緊力,當(dāng)f=0.15、Kf=1.1、m=1時，可得,（3）受軸向外載荷的緊螺栓聯(lián)接,載荷方向與螺栓軸向一致，螺栓受載前需預(yù)緊，受載前后受力不同。螺栓內(nèi)部危險截面上同樣既有拉應(yīng)力s，又有扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力t。,強(qiáng)度條件:,設(shè)計

10、公式:,式中F為螺栓受載后所受的軸向總拉力(N)，,F為單個螺栓的軸向載荷, F0為殘余軸向預(yù)緊力,F=F+ F0,（二）受剪切螺栓聯(lián)接,螺栓受載前后不需預(yù)緊，橫向載荷靠螺栓桿與螺栓孔壁之間的相互擠壓傳遞。,擠壓強(qiáng)度條件,剪切強(qiáng)度條件,四、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力分析,要設(shè)計成軸對稱的幾何形狀,（一）螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計,工程中螺栓成組使用，單個使用極少。因此，必須研究栓組設(shè)計和受力分析，它是單個螺栓計算基礎(chǔ)和前提條件。,螺栓的布置應(yīng)使螺栓的受力合理,螺栓的布置應(yīng)有合理的間距、邊距,同一組螺栓聯(lián)接中各螺栓的直徑和材料均應(yīng)相同,避免螺栓承受偏心載荷,（二)螺栓組聯(lián)接的受力分析,螺栓組受力分析的

11、目的是，根據(jù)螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受載最大的螺栓及其受力。受力分析是在作如下假設(shè)條件下進(jìn)行的，即：,同組中的各螺栓都受相同的預(yù)緊力,螺栓組的對稱中心與被聯(lián)接結(jié)合面的形心重合,被聯(lián)接件為剛體,聯(lián)接結(jié)合面為剛性平面,螺栓的變形在彈性范圍內(nèi),螺栓組受力可劃分為4種典型情況：,受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接,受旋轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接,受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接,受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接,五、螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力,（一）螺紋聯(lián)接件的材料,其它對螺紋有特殊要求（如防腐、耐高溫）時，應(yīng)選擇有特殊性能的材料。,一般螺紋聯(lián)接件常用材料為低碳鋼和中碳鋼，如Q215、Q235、15、35、45等,受沖擊、振動和變載

12、荷作用的螺栓可用合金鋼，如15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB等,螺紋連接件常用材料的力學(xué)性能見表7.7,7.5.2 螺紋連接的許用應(yīng)力,螺栓材料的許用應(yīng)力和安全系數(shù)見表7.8和7.9。,六、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，提高螺栓強(qiáng)度有以下幾種措施：,1.改善螺紋牙間的載荷分配,a) 懸置螺母 b) 環(huán)槽螺母 c)內(nèi)斜螺母 d)環(huán)槽內(nèi)斜,工作中螺栓牙抗拉伸長，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面處第一圈為最大，應(yīng)變最大，應(yīng)力最大，其余各圈依次遞減。,2.減小螺栓的應(yīng)力變化幅度,受變載荷作用的螺栓，其應(yīng)力也在一定的幅度內(nèi)變動，減小螺栓剛度或增

13、大被聯(lián)接件剛度等皆可以使螺栓的應(yīng)力變化幅度減小。,降低螺栓剛度,適當(dāng)增加螺栓長度、減小螺栓光桿直徑，也可以在螺母下裝彈性元件以降低螺栓剛度。,增大被連接件的剛度,除可以從被連接件的結(jié)構(gòu)和尺寸考慮外，還可以采用剛度較大的金屬墊片或不設(shè)墊片。,理想方法,同時提高被聯(lián)接件剛性、降低螺栓剛性,3.減小應(yīng)力集中,加大過渡處圓角 改用退刀槽 卸載槽 卸載過渡結(jié)構(gòu),4.避免附加彎曲應(yīng)力,被聯(lián)接件支承面不平突起、表面與孔不垂直，使螺栓承受偏心載荷，從而使螺栓桿產(chǎn)生很大的附加彎曲應(yīng)力。,防偏載措施：,七、滑動螺旋簡介,螺旋傳動是利用由螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，同

14、時傳遞運(yùn)動和動力的場合。,（一）螺旋傳動的類型,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 傳導(dǎo)螺旋機(jī)床進(jìn)給匯杠傳遞運(yùn)動和動力 特點(diǎn)：速度高、連續(xù)工作、精度高 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,（二）螺旋傳動的結(jié)構(gòu)及材料,1.螺母結(jié)構(gòu),2.螺桿結(jié)構(gòu),通常采用牙型為矩形、提醒或鋸齒形的右旋螺紋。特殊情況下也采用左旋螺紋。,3.材料,一般螺桿的選用原則如下：,高精度傳動時多選碳素工具鋼,需要較高硬度，可采用鉻錳合金鋼或者采用65Mn鋼,一般情況下可用45、50鋼,螺母材料可采用鑄造錫青銅，重載低速的場合可選用鑄造鋁鐵青銅，而輕

15、載低速時也可選用耐磨鑄鐵。,（一）滾珠絲杠的分類、特點(diǎn)和應(yīng)用,1.滾珠絲杠的分類,（1）按用途分,定位滾珠絲杠,傳動滾珠絲杠,通過旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程控制軸向位移量，稱P類滾珠絲杠,用于傳動動力的滾珠絲杠，稱為T類滾珠絲杠,八、滾動螺旋簡介,在螺桿和螺母制建設(shè)有封閉循環(huán)的滾道，在滾道間填充鋼珠，使螺旋副的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，提高傳動效率，這種傳動稱為螺旋傳動，又稱為滾珠絲杠副。,（2）按循環(huán)方式分,（1）內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠,（2）外循環(huán)滾珠絲杠,2.滾珠絲杠的特點(diǎn)及應(yīng)用,滾珠絲杠的優(yōu)點(diǎn),滾珠絲杠的缺點(diǎn),（二)滾珠絲杠副的特征代號及標(biāo)注,精度等級,類型(P/T),承載鋼珠圈數(shù),螺紋旋向,公稱導(dǎo)程,公稱直

16、徑,結(jié)構(gòu)特征,預(yù)緊方式,循環(huán)方式,總 結(jié),1、螺紋的類型、主要參數(shù)、特點(diǎn)及應(yīng)用 2、螺紋聯(lián)接的主要類型及應(yīng)用場合 3、螺栓聯(lián)接的預(yù)緊和防松 4、單個螺栓連接的強(qiáng)度計算 5、螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的常用措施,復(fù)習(xí)思考題,1在常用的螺旋傳動中，傳動效率最高的螺紋是( )。 A .三角形螺紋 B. 梯形螺紋 C .鋸齒形螺紋 D .矩形螺紋 2當(dāng)兩個被聯(lián)接件之一太厚，不宜制成通孔，且聯(lián)接不需要經(jīng)常拆卸時，往往采用( )。 A 螺栓聯(lián)接 B 螺釘聯(lián)接 C 雙頭螺柱聯(lián)接 D 緊定螺釘聯(lián)接,C.螺釘聯(lián)接,4常用聯(lián)接的螺紋是( )。 A 三角形螺紋 B 梯形螺紋 C 鋸齒形螺紋 D 矩形螺紋 5承

17、受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接，聯(lián)接中的螺栓受( )作用。 A 剪切 B 拉伸 C 剪切和拉伸 6當(dāng)兩個被聯(lián)接件不厚,通孔，且需要經(jīng)常拆卸時，往往采用( )。 A 螺釘聯(lián)接 B 螺栓聯(lián)接 C 雙頭螺柱聯(lián)接 D 緊定螺釘聯(lián)接,9.在螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，被聯(lián)接件與螺母和螺栓頭接觸表面處需要加工，這是為了 。 A.不致?lián)p傷螺栓頭和螺母 B.增大接觸面積，不易松脫 C.防止產(chǎn)生附加偏心載荷 D.便于裝配。,7采用凸臺或沉頭座作為螺栓頭或螺母的支撐面是為了( )。 A .減少預(yù)緊力 B .減少擠壓力 C. 避免螺栓受彎曲應(yīng)力 D 便于放置墊圈 8公制普通螺紋的牙型角為( )。 A .30 B. 55 C. 60,11.設(shè)計螺栓組時常把螺栓布置成軸對稱的均勻的幾何形狀，這主要是為了 （ ）。 A.美觀 B.受力最小 C.聯(lián)接方便 D.接合面受力較均勻 12.在確定緊螺栓聯(lián)接的計算載荷時，預(yù)緊力F0比一般值提高30%，這是考慮了（ ）。 A.螺紋上的應(yīng)力集中 B.螺栓桿橫截面上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 C.載荷沿螺紋圈分布的不均勻性 D.螺紋毛刺的部分?jǐn)D壓,13.螺紋連接的基本形式有哪幾種？各適用于何種場合？有何特點(diǎn)？ 14.為