螺纹连接和螺旋传动课件

1、3-1 概述3-2 螺纹连接3-3 螺旋传动第三章 螺纹连接和螺旋传动静连接动连接与动力源组合零件构件机构机器静连接动连接(运动副)可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接等。不可拆连接：铆接、焊接、胶接等。 连接分类连接：将两个或两个以上的零（构）件组合成一体 的结构。运动副低副高副 3 -1 概 述1、螺旋线2、螺纹3、螺旋副 3 -2 螺 纹 连 接一、螺纹（一）螺纹的形成a、螺纹的牙型 矩型、三角形、梯形、锯齿形（二）螺纹的分类及应用矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹3033015左 旋右 旋b、螺纹的旋向双线螺纹单线螺纹c、螺纹的线数d、螺纹分布位置内螺纹外螺纹e、螺纹的作用联接螺纹传动

2、螺纹f、螺纹母体形状圆锥螺纹圆柱螺纹管螺纹3)中径 d2d1d2d1) 大径 d2) 小径 d14) 螺距 PSPP/2P/2（三）螺纹的主要参数 螺纹的最大直径。螺纹轴向截面上牙型沟槽和凸起宽度相等处的直径。相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 螺纹的最小直径。d1d2dSPP/2P/25) 导程 SS = nP 同一条螺旋线上！6) 螺纹升角7)牙型角 8)牙侧角 d2S9）接触高度 hd2S（一）螺纹连接的基本类型1.螺栓连接eal1da.普通螺栓连接二、 螺纹连接的类型和螺纹连接件b、铰制孔用螺拴连接2.螺钉连接3.双头螺柱连接ael1HH1H2d4.紧定螺钉连接（二）标准螺纹连接件

3、1.螺栓LL0d六角头LdL0小六角头精度由高到低分A、B、C三级dL0L1LL1 -座端长度L0 -螺母端长度2.双头螺柱3.螺钉、紧定螺钉4.螺母六角螺母圆螺母5.垫圈平垫圈斜垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈 防止工作时联接出现缝隙和滑移，保证联接的紧密性和 可靠性。预紧力F预先轴向作用力（拉力）松连接在装配时不拧紧，承受外载荷时才受到力的作用紧连接在装配时需拧紧，即未承载时，螺纹已预先到受 力的作用，即预紧力F预紧过紧螺杆静载荷增大，降低本身强度。 预紧过松工作不可靠 三、 螺纹连接的预紧和防松连接装配的分类（一）螺纹连接的预紧1. 预紧的目的2.拧紧力矩T1 克服螺纹副相对转动的阻力矩；T

4、2 克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩； 通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须对预紧力进行精确控制。测力矩板手测出预紧力矩，如左图定力矩板手达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将 自动打滑，如右图 测量预紧前后螺栓伸长量精度较高 测力矩扳手定力矩扳手3.预紧力F的控制1.防松目的 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松。2.防松原理 消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。（二） 螺纹连接的防松3.防松的方法1）摩擦防松自锁螺

5、母弹簧垫圈对顶螺母开槽螺母与开口销2）机械防松圆螺母和带翅止动垫片单耳止动垫片串联钢丝3）永久防松冲点法粘合法焊点法铆冲 四、螺栓组连接的结构设计和受力分析一）螺栓组连接的结构设计1、连接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。2、螺栓布置应使各螺栓的受力合理。3、一组螺栓的规格（直径、长度、材料）应一致，有利于加工和美观。4、螺栓的排列应有合理的间距、边距。5、装配时，对于紧螺栓连接，每个螺栓预紧程度应一致。6、避免螺栓承受附加的弯曲载荷。7、同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。二）螺栓组联接的受力分析目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓联

6、接的强度计算。假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受载后联接接合面仍保持为平面。类型：1受横向载荷的螺栓组连接2受转矩的螺栓组连接3受轴向载荷的螺栓组连接4受倾覆力矩的螺栓组连接1螺栓组连接受轴向载荷每个螺栓所受轴向工作载荷为： 通常，各个螺栓还承受预紧力F的作用，当连接要有保证的残余预紧力为F时，每个螺栓所承受的总载荷F2为：F2 = F + F（1）普通螺栓连接有：或：式中：z 为螺栓的数目； Kf 为防滑系数，设计中可取Kf =1.1-1.3； m 为接合面数； s 为接合面间的摩擦系数。 2螺栓组连接受横向载荷（2）铰制孔用螺栓联接每

7、个螺栓所受工作剪力为： 式中： 为螺栓的数目。3受转矩的螺栓组连接 (2)铰制孔用螺栓组连接 （1）普通螺栓组连接 靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。 靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。4受倾覆力矩的螺栓组连接 倾覆力矩 M 作用在联接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已拧紧并承受预紧力F。 作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即： 为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：螺栓的总拉力： 举例:底板螺栓组连接，外力F =6000N,作用在包含X轴并垂直于底板结合面的平面内，作用线与水平夹角为30，尺寸l=350mm, h=280

8、mm, 底板连接螺栓布置l1=150mm， l2=75mm, 试分析受力最大的螺栓所受的工作载荷。解：1、螺栓受总载荷可分解为： 螺栓组所受总横向力（水平向右，作用于接合面内）总轴向力（铅直向上，作用于螺栓组中心）倾覆力矩（顺时针）所以最左端螺栓受工作载荷最大，为：3、在倾覆力矩作用下，最左边两螺栓受力最大：2、各螺栓所受工作拉力为：螺栓组连接的主要失效形式： 1. 螺栓杆和螺纹部分塑性变形或断裂（轴向力）； 2. 螺栓杆和孔壁贴合面被压溃或螺栓杆被剪断（挤压力和剪切力）； 3. 经常装拆因磨损而发生螺旋副间的滑扣。五、单个螺纹连接的强度计算疲劳破坏（失效）部位： 一）受拉螺栓连接强度计算1.

9、受拉松连接螺栓强度计算对于M10 M68,可取0.5预紧力F0产生拉伸应力：螺纹摩擦力矩T1产生扭切应力：1）仅承受预紧力的紧螺栓连接2.受拉紧连接螺栓强度计算 拉、扭联合作用时，根据材料力学的第四强度理论，其当量应力为：故螺栓螺纹部分的强度条件为：设计公式为：在横向力作用下，连接接合面不滑移的条件：连接结构尺寸增加。改进措施：1、用减载零件；2、用铰制孔螺栓连接2） 承受预紧力和轴向工作拉力的螺栓连接 螺栓预紧力F后，在工作拉力F 的作用下，螺栓的总拉力F2 = ?单个紧螺栓连接受力变形关系：未受力、无变形 未拧紧未受力、无变形预紧F拉力F，伸长 b压力F，压缩 m受载F拉力F, 伸长 b+

10、 压力F，压缩 m - 螺栓被连件螺栓的相对刚度，其值在0-1间变化。式中：单个紧螺栓连接受力变形线图静强度条件： 设计公式：受变载荷的重要连接应精确校核螺栓的疲劳强度二）受剪螺栓连接螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为： h螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，mm；设计时取h1.25d01、材料 六、螺纹连接件的材料及许用应力国家标准规定螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级，螺母的性能等级分为 7级。注意：选用时螺母的性能等级应不低于与其相配螺栓的性能等级。 常用Q215、Q235、35、45等碳素钢。特殊（重要、有冲击、振动或变载荷）时采用15Cr、40Cr、 30CrMnSi等

11、合金钢。 2、许用应力 1螺纹联接件的许用拉应力：2螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力3螺纹联接件的安全系数说明（被联接件为钢）（被联接件为铸铁）1.改善螺纹牙间载荷分布不均状况 七、提高螺栓联接强度的措施a) 悬置螺母 b) 环槽螺母 c)内斜螺母 d)环槽内斜2、降低螺栓应力幅 3、减小应力集中的影响1）加大过渡处圆角；2）改用退刀槽；3）卸载槽；4）卸载过渡结构。4、采用合理的制造工艺 1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高3040% 2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等可提高疲劳强度3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度提高70100 %，此法具有优质、高

12、产、低消耗功能4）控制单个螺距误差和螺距累积误差例1：一钢制液压油缸，油压 内壁直径 ，试设计该螺栓组连接，并确定螺栓直径。 3）强度计算：取螺栓材料45钢,5.6级 ，装配时不要求严格控制预紧力，暂取S=3 ，则 1）确定螺栓工作载荷 暂取螺栓数Z=8，则每个螺栓承受的平均轴向工作载荷 为2）螺栓总拉伸载荷因有密封要求：取 故按标准，取M16螺栓（ ）。故该螺栓组连接采用8个M16螺栓连接，安全系数S=3。 由强度公式得螺纹小径为解：1、螺栓组连接结构设计 由图已知螺栓数 ，对称布置。例2: 底板螺栓组连接，外力F =6000N,作用在包含X轴并垂直于底板结合面的平面内，作用线与水平夹角为3

13、0，尺寸l=350mm, h=280mm, 底板连接螺栓布置l1=150mm， l2=75mm, 试设计螺栓组连接，确定螺栓直径。（第102页5-48图） 1）螺栓受总载荷可分解为： 螺栓组所受总横向力（水平向右，作用于接合面内）总轴向力（铅直向上，作用于螺栓组中心）2、螺栓组连接受力分析 所以最左端螺栓受工作载荷最大，为：3）在倾覆力矩作用下，最左边两螺栓受拉力最大：2）各螺栓所受工作拉力为：倾覆力矩（顺时针） 的作用下，由联接不滑移条件，4）在钢制底板与铸铁机架间 f=0.15取则: 取防滑系数K=1.35）最左边螺栓受总拉力：求各螺栓预紧力和3、确定螺栓直径： 选材中碳钢35钢，性能等级

14、4.8级，取S=1.5，故故查普通粗牙螺纹标准（GB19681）选螺栓公称直径d=10mm(其小径=8.3766.99mm）。4、校核螺栓组联接的接合面工作情况 1）防止压溃校核 由表56，联接接合面许用压力： 故不会被压溃，合格。2）防止接合面左端出现缝隙，校核最小挤压应力：故不会产生缝隙 。 预紧力的下限：故满足预紧力的要求4、校核螺栓联接所需的预紧力一、螺旋传动的类型、特点和应用传力螺旋传导螺旋 调整螺旋螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为：滑动螺旋 滚动螺旋 静压螺旋 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递动力。螺旋传动按其

15、用途不同，可分为以下三种类型: 螺旋机构在机床的进给机构、起重设备、锻压机械、测量仪器、工具、夹具、玩具及其他工业装备中有着广泛的应用。 螺旋传动常见的运动形式有：螺杆转动，螺母移动或螺母固定， 螺杆转动并移动。 3-3 螺旋传动二、滑动螺旋的结构和材料1滑动螺旋的结构整体螺母组合螺母剖分螺母螺母结构: 滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系。 螺杆的材料要有足够的强度和耐磨性。螺母的材料除了要有足够的强度外，还要求在与螺杆材料相配合时摩擦系数小和耐磨。2滑动螺旋的材料 三、滑动螺旋传动的设计计算1.主要失效形式: 螺牙的磨损 2

16、. 设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距； 校核螺杆、螺母强度等。3.设计方法和步骤：1）耐磨性计算 滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，其强度条件：设计公式：令则得：一般值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。式中:30锯齿形螺纹矩形和梯形螺纹螺纹工作高度 依据计算出的螺纹中径，按螺纹标准选择合适的直径和螺距。验算：若不满足要求，则增大螺距。对有自锁性要求的螺旋传动，应校核自锁条件：2）螺杆的强度计算 对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度理论求出危险截面的计算应力：螺杆的强度条件：式中，F为螺杆所受的轴向压力（或拉力），T为螺杆所受的扭矩， 3）螺母螺牙的强度计算螺牙上的平均压力为：F/u4）螺母外径与凸缘的强度计算5）螺杆的稳定性计算 对于支撑螺母，需要校核螺母本体的强度。 对于长径比较大的受压螺杆，需要校核压杆的稳定性，要求螺杆的工作压力F要小于临界载荷Fcr传力螺旋传导螺旋精