机械设计基础：第10章 联接4

1、第10章联接 10. 螺旋传动：螺旋传动是采用螺旋(螺杆)和螺母实现传动的。它一般是将回转运动变为直线运动，并同时进行动力的传递或调整零件的相对位置。 10.1螺旋传动的类型和特点：螺旋传动按其使用要求不同可分为三类： 传力螺旋：以传递动力为主，要求用较小的力矩转动螺杆(或螺母)而使螺母(或螺杆)产生轴向移动和较大的轴向力。一般速度不大，多为间歇工作，通常要求自锁，如起重螺旋(图10.28a)及螺旋压力机(图10.28b)。 传导螺旋：以传递运动为主，并要求具有很高的运动精度它常用作机床刀架或工作台的进给机构(图10.28c)。 调整螺旋：用于调整并固定零件或部件之间的相对位置，如调整带传动张

2、紧力的螺旋，一般不经常转动。 按螺旋副中摩擦性质又可分为三类： 滑动螺旋：螺杆和螺母作相对运动时产生滑动摩擦。本章以下主要研究它 滚动螺旋：在螺杆和螺母螺纹滚道间置有若干滚动体，当其转动时，滚动体沿螺纹滚道滚动产生滚动摩擦(图10.29)。摩擦力很低，效率高，运动灵活。 静压螺旋：利用液压泵供给压力油，使螺杆与螺母的螺纹表面被一层油膜分离，当其相对转动时，产生液体摩擦。是摩擦最小的一种螺旋传动形式，但它的外围设备复杂，设计麻烦，成本比较高，只用在重要场合中。 第10章联接 10. 螺旋传动 10. 2 滑动螺旋传动的设计计算： 1. 螺旋副的材料：螺杆和螺母的材料除要求有足够的强度、耐磨性外，

3、还要求两者配合时摩擦系数小。一般螺杆可选用Q275、45、50钢等；重要螺杆可选用40Cr、65Mn钢，或采用工具钢T10、T15等，并进行热处理。常用的螺母材料有铸造锡青铜ZCuSn10Pbl或ZCuSn5Pb5Zn5；重载低速时可选用强度高的铸造铝青铜ZCuAl10Fe3；在低速轻载时也可选用耐磨铸铁。 2. 滑动螺旋传动的设计计算 ：传动螺旋的主要失效形式是螺纹磨损，通常先由耐磨性条件算出螺杆的直径和螺母高度，并参照标准确定螺旋各主要参数，最后进行强度、自锁、稳定性等校核。 (1)耐磨性计算：影响磨损的因素很多，尚无全面的耐磨性计算方法。目前螺旋传动的耐磨性主要是限制螺纹接触表面的压强p

4、： 式中，Fw轴向载荷(N)；d2螺纹中径(mm); h螺纹工作高度(mm)；z螺纹的旋合圈数；p为许用压强(表10.11) 为方便设计令H/d2；zH/P(螺距mm)，将该关系代入上式可得设计式 对常用梯形和锯齿形螺纹可有更具 体的公式，见具体设计公式 对梯形螺纹：h0.5P对锯齿形螺纹：h0.75P 值的取法：对整体式螺母，因磨损后不能调整间隙，为使受力较均匀，螺纹旋合圈数z不宜太多，一般取=1.22.5；对剖分式螺母，可取2.53.5。但应注意z10 计算出中径d2后，应按国家标准选取相应的公称直径d及螺距P。 第10章联接 10. 螺旋传动 10. 2滑动螺旋传动的设计计算 2. 滑动

5、螺旋传动的设计计算 (2)螺杆的强度校核：螺杆工作时承受轴向力Fw(拉或压)和转矩T联合作用。根据第四强度理论，螺杆螺纹部分的强度条件为 式中 螺杆材料许用应力(Mpa)，查表10.12；d1为螺纹小径(mm) (3)螺牙强度校核：因螺杆材料强度一般高于螺母，通常只计算螺母牙的强度。把一圈螺牙展直后相当于悬臂梁(图10.30)，剪切和弯曲强度条件为 D螺母螺纹的公称直径(mm)；a螺纹牙根宽度(mm)，梯形a0.65P，锯齿形a0.74P；、b分别为螺母螺牙的许用剪切应力和弯曲应力(表10.12) 当螺母和螺杆材料相同时，按展开的螺杆计算，式中的D改用d1 第10章联接 10. 螺旋传动 10

6、. 2滑动螺旋传动的设计计算 2. 滑动螺旋传动的设计计算 (4)螺杆稳定性的校核：对于长径比大的受压细长螺杆，在轴向载荷Fw作用下可能失去稳定，故需验算其稳定性 。材料力学给出的保证稳定性条件是 Fwc螺杆的临界载荷(N)，它取决于材料和螺杆的长细比(柔度)l/i 100时，临界载荷Fwc由欧拉公式来决定 E螺杆材料弹性模量； I危险截面惯性矩，按小径d1计算Id14 /64 (mm4)；l螺杆的最大工作长度(mm)；长度系数，与螺杆端部结构有关：一端固定、一端自由2；一端固定、一端铰支0.7；两端铰支1 。i为螺杆危险截面惯性半径，若螺杆危险截面面积A=d12 /4 (mm2) 则 其Fw

7、c计算公式为。计算得到的结果代入10.43计算稳定性安全系数。 当40100时:需要进行稳定性校核 对b370MPa的碳素钢(如Q235等)取 对b470MPa的优质碳素钢(如35和40钢)取当100时:因失稳可能性小，可不校核第10章联接 11.键联接和花键联接 11. 1键联接类型及应用 ：键分平键、半圆键、楔键和切向键等 ，分别介绍 1. 平键联接 ：平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂槽底间留有间隙(图10.31)。它定心性好，装拆方便 。常用的有普通平键和导向平键两种。普通平键的端部形状分如图三种，分别为：圆头(A型)、方头(B型)或单圆头(C型) 2. 半圆键联接：半圆键也以两侧面为

8、工作面(图10.32)，它同样有定心好的优点。半圆键能在轴槽中摆动以适应毂槽底面，装配方便。其缺点是；键槽比较深，对轴的削弱较大。锥形轴端采用它在工艺上较为方便(图10.32b)。 3. 楔键联接和切向键联接： (图10.33/图10.34) (1)楔键联接(左图)：楔键的上下面是工作面，键的上表面有1：100的斜度，轮毂键槽底也有同样斜度。把楔键打人轴和轮毂槽内时，其工作面上产生很大的预紧力Fn。工作时，主要靠摩擦力fFn (f为接触面间的摩擦系数)传递转矩T，并能承受单向的轴向力。因楔键打人会迫使轴和轮毂产生偏心e，高速旋转会产生偏心载荷，故楔键仅适用于定心精度要求低，载荷平稳和低速的联接 (2)切向键联接(右图) ：