螺旋传动及螺纹联接课件

第一节螺纹第二节螺旋传动第三节螺纹联接螺旋传动及螺纹联接第一节螺纹一、螺纹及其主要参数二、螺纹的分类三、螺旋副的受力分析、效率和自锁一、螺纹及其主要参数d2

螺旋线——一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。

螺纹——一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹1.螺纹的形成(3)中径d2βd1d2d(1)大径d(2)小径

d1

。(4)螺距P(5)导程S(6)螺纹升角ψ

(7)牙型角

αtanψ=πd2

nP

牙侧角

β

βψπd2SψS=nPSPP/2P/2

(8)接触高度

h

h2.螺纹的主要几何参数α按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹二、螺纹的分类螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分

按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹多线螺纹一般:

n≤4双线螺纹单线螺纹PSS=2PPSPS=Pn线螺纹:

S=nP单线螺纹螺纹的分类按螺纹的牙型分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹传动螺纹螺旋传动联接螺纹内螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹圆锥螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹管螺纹常用螺纹的类型、特点和应用见表6-1。其中除矩形螺纹外，都已标准化

.ψNRfNFaF(1).牙型角等于零的螺纹(矩形螺纹)FRψ+

Fa

tan

=fN/N=f

=arctanfF=Fa

tan(+r)

Fa

S

(2

T)

tan

tan

r)式中：

---摩擦角，f---摩擦系数N---法向反力F--作用于中径的水平推力Fa---轴向载荷S---轴向载荷所移动的距离①拧紧

---螺旋升角三、螺旋副的受力分析、效率和自锁

②松退F=Fatan(

r)T

Fa

d2/2tan

r)当

,

0,F

0自锁

4.5

（2）牙型角不等于零的螺纹当滑块等速下滑时f

=f/cos

=tan¢Fa

f

/

cos

=f’FaF=Fatg(

-¢)T

Fa

d2/2tan

’

FRFNfFNFa

FψFFa

FR-

牙型角不等于零的螺纹的受力分析与牙型角等于零的螺纹的受力分析过程一样，而牙型角等于零的螺纹与牙型角不等于零的螺纹的不同之处在于，在相同轴向载荷FQ作用下，牙型角不等于零的螺纹的法向力比牙型角等于零的螺纹大。

当ψ

<

'时，F为负值，即F必须改为推动力，才可能运动，否则单凭Fa力作用，无论多大，滑块不会自动下滑。

当f相同时，

’

>

。所以牙型角不等于零的螺旋副更容易自锁，随

增大而增大。所以联接螺纹多用牙型角为55

或60

三角螺纹。

η=tan(

+ρ′)tan

分析：ψ↑→η↑→加工困难ψ过大当ψ≤ρ′时，具有自锁性，但效率η很低（<50%）。这种现象称为自锁。牙型角不等于零的螺纹自锁的条件为：

ψ

r’返回章目录第二节螺旋传动一、螺旋传动的类型和应用二、滑动螺旋的结构和材料三、滚动螺旋简介调整螺旋静压螺旋类型运动形式有：螺母固定，螺杆转动并移动作用：回转运动直线运动，同时传递动力。螺杆转动，螺母移动按用途分传力螺旋传导螺旋滑动螺旋滚动螺旋按摩擦性质分传递动力传递运动,要求精度高调整相对位置

一、螺旋传动的类型和应用调整螺旋调整螺旋

机床的进给机构、起重设备（千斤顶）、锻压机械(压力机)、测量仪器（千分尺）、工具（老虎钳）、夹具、玩具、机器人及其他工业装备中。千斤顶应用：二、滑动螺旋的结构和材料

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。压力机1.结构

螺旋副材料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦系数小。2．滑动螺旋的材料螺杆材料:Q257、45、50钢，或T12、40Cr、65Mn螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3.滑动螺旋副材料的许用压力[p]及摩擦系数如表8－14所示。3.滑动螺旋传动的失效形式及计算准则承受载荷:

转矩、轴向力

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。主要失效形式:

螺牙的磨损强度足够,耐磨,摩擦系数小.螺杆材料:

Q257、45、50钢，或T12、40Cr、65Mn

螺母材料:

ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3

失效形式:

磨损对螺旋传动的要求:

三、滚动螺旋简介滑动摩擦

滚动摩擦组成：螺杆、螺母、滚珠类型：外循环、内循环反向器（返回通道）返回通道外循环返回通道内循环螺旋返回通道优点：(1)摩擦损失小、效率在90%以上；

缺点：(1)结构复杂、制造困难；飞机机翼和起落架的控制、水闸的升降、数控机床、机器人。

(2)磨损很小，传动精度高；(2)有些机构为防止逆转需要另加自锁机构。(3)不自锁，可实现直线旋转运动转换；应用实例：返回章目录第三节螺纹联接一、螺纹联接及其标准件的类型、特点和应用二、螺纹联接的预紧和防松三、螺栓联接的应用类型及尺寸选择四、螺栓组联接的结构分析五、提高螺栓联接强度的措施六、螺纹联接的使用与维护

1.螺纹联接的基本类型螺栓联接基本类型eaal1l1可承受横向载荷。螺纹余留长度l1铰制孔螺栓孔与螺杆之间留有间隙静载荷l1>=(0.3~0.5)d;变载荷l1>=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷l1≥d;铰制孔用螺栓l1≈0;螺纹伸出长度a=(0.2~0.3)d;

螺栓轴线到边缘的距离e=d+(3~6)mmdd一、螺纹联接及其标准件的类型、特点和应用1.螺纹联接的基本类型螺栓联接基本类型螺钉联接座端拧入深度H，当螺孔材料为：aee双头螺柱联接钢或青铜H=d;铸铁H=(1.25~1.5)d铝合金H=(1.5~2.5)d螺纹孔深度H1=H+(2~2.5)P;钻孔深度H2=H1+(0.5~1)d;参数l1

、e、a与螺栓相同

al1l1HHH1H1H2H2d一、螺纹联接的类型及标准联接件紧定螺钉联接紧定螺钉1.螺纹联接的基本类型螺栓联接基本类型螺钉联接双头螺柱联接一、螺纹联接的类型及标准联接件2.螺纹紧固件螺栓螺纹紧固件螺栓的结构形式LL0d六角头LdL0小六角头dL0L1LL1-----座端长度L0-----螺母端长度2.螺纹紧固件螺纹紧固件双头螺柱螺栓2.螺纹紧固件螺纹紧固件螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓2.螺纹紧固件地脚螺栓

起吊螺钉

螺纹紧固件螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹联接T型螺栓

六角扁螺母六角厚螺母圆螺母2.螺纹紧固件螺母螺纹紧固件螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹联接六角螺母垫圈

平垫圈薄平垫圈A型平垫圈B型平垫圈2.螺纹紧固件斜垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。螺母

螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓螺纹紧固件专用螺纹联接

预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧,使之在承受工作载荷之前,预先受到力的作用,这个预加作用力称为预紧力。

预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。

预紧力的确定原则：

拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。

碳素钢螺栓：Qp≤(0.6～0.7)σsA1

合金钢螺栓：Qp≤(0.5～0.6)σsA1A1——危险截面积，A1≈πd21/41．螺纹联接的预紧

二、螺纹联接的预紧和防松（1）拧紧力矩T1—克服螺纹副相对转动的阻力矩；T2—克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设轴向力为Fafc

—摩擦系数。无润滑时取：

fc=0.15rf—支撑面摩擦半径。rf=(dw+d0)/4简化公式：T≈0.2Fad总力矩：

注意：对于重要的联接，应尽可能采用>M12的螺栓。FaTd0ddw测力矩扳手预紧力控制方法:F定力矩扳手①凭手感经验；②测力矩扳手；③定力矩扳手；④测定伸长量。LMLS（2）控制螺栓伸长量

拧紧力矩由于受摩擦系数不符实际等影响可能计算不准确，影响预紧力Q的准确性。

较准确的控制预紧力Q0的方法是用测量拧紧时螺栓伸长量来控制预紧力。伸长量与Q0的关系参见材料力学。防松的方法：

（1）利用附加摩擦力防松尼龙圈锁紧螺母弹簧垫圈对顶螺母2．螺纹联接的防松防松——防止螺旋副相对转动。

开口销与六角开槽螺母串联钢丝（2）采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈止动垫圈（3）其他方法防松1~1.5P用冲头冲2~3点冲点防松法粘合法防松涂粘合剂三、螺栓联接的应用类型及尺寸选择螺栓联接的主要失效形式：滑扣受拉螺栓塑性变形疲劳断裂受剪螺栓剪断压溃经常拆卸

断裂--轴向变载荷(1)松螺栓联接强度计算强度条件：式中:d1——螺纹小径mm，[σ]——许用应力(2)紧螺栓联接强度计算FaFa设计公式：①仅承受预紧力的紧螺栓强度②承受横向工作载荷的紧螺栓联接③受轴向载荷的紧螺栓联接1．普通螺栓联接的强度计算螺栓受轴向拉力F0和摩擦力矩T1的双重作用。拉应力：(1)仅承受预紧力的紧螺栓强度扭转切应力：对于M10--M64的普通钢制螺纹，可取：tgρ’

≈f’=0.17，d2/d1=1.04～1.08,tgρ’≈0.5

得：

τ≈0.5σ计算应力：强度条件:

当承受横向工作载荷时，预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。C——可靠性系数，常取C=1.1～1.3预紧力F0

：f——摩擦系数，对钢与铸铁，取:f=0.1～0.15

m——结合面数若取f=0.15，C=1.2,m=1,

则：F0≥8F→结构尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0(2)承受横向工作载荷紧螺栓强度（3）受轴向工作载荷的螺栓强度

设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：p·πD2/4F

=ZpFFD

这种联接的螺栓在预紧力作用下，在其危险截面（小径处）产生拉应力;为对螺栓施加预紧力，拧紧时螺栓同时还受扭矩,螺栓受轴向拉力F0和摩擦力矩T1的双重作用。据前述的强度条件其小径为：≤

受载变形松弛状态预紧状态λb0F0F0λm0FFF0F0FFFF∆λF1F1∆λ

特别注意，轴向载荷：F2≠F0+F→被联接件受压缩短λm0加载F

后:螺栓总伸长量增加为:总拉力为：被联接件压缩量减少为：

残余预紧力减少为：F1

很显然:F1<F0∆λ+λb0λm0-∆λ加预紧力后→螺栓受拉伸长λb0

为了保证联接的紧密性，受轴向载荷的紧联接必须维持一定的剩余预紧力。其大小可根据联接的工作条件按表8-5选取。λ

b0∆λ联接件变形力螺栓变形力∆Fb∆Fm螺栓变形力F2F1FF0F0λ

m0F0λb0λ

C0arctgCbarctgCm力螺栓变形arctgCb——

相对刚度系数F=∆Fb+∆Fm=(Cb+Cm)∆δCb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0

–F

1-F1=F0-∆F=F0

-Cm∆δF2=F0

+∆Fb=F0

+Cb∆

δCb+CmF∆λ=FF2∆FbF0∆λ代入得：表6-6螺栓的相对刚度系数垫片类型金属垫片或无垫片皮革铜皮石棉橡胶0.2~0.30.70.80.9Cb+CmCb∆FmF1

考虑到联接在外载荷的作用下可能需要补充拧紧，即螺栓除受总拉力外，还同时受扭矩T作用，与受横向载荷的紧螺栓联接相似，螺栓的强度条件为：或式中，为许用应力（MPa），按表6-9查算。2．配合螺栓联接的强度计算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：F－螺栓所受的工作剪力，单位为N；Lmin铰制孔螺栓FFd0设计时应使:Lmin≥1.25d0d0－螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm；Lmin－螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；四、螺栓组联接的结构分析▲为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成:基本原则：大多数机械中螺栓都是成组使用的。轴对称的简单几何形状。

圆形

圆环形

矩形

矩形框

三角形

▲螺栓布置应使各螺栓的受力合理FF(1)对于铰制孔用螺栓联接，不要在平衡于工作载荷的方向上成排地布置８个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；合理不合理!(2)当螺栓联接弯距或转距时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。dhD▲螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间(3)当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗剪零件来承受横向载荷。60˚CCEE60˚AB

对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。t0螺栓间距t0工作压力(MPa)7d4.5d4.54d3.53dt0(mm)≤1.61.6~44~1010~1616~2020~30d▲为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成:4、6、8等偶数。

同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。▲避免螺栓承受附加的弯曲载荷。采用凸台或沉孔结构切削加工支承面支承面不平支承面倾斜采用斜垫圈五、提高螺栓联接强度的措施承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：疲劳断裂容易断裂部位：1.降低螺栓总拉伸载荷F2的变化范围轴向工作载荷F的变化范围:0～FCb+CmCbF0~F0+F总拉伸载荷的F2变化范围:Cb

↓

或

Cm↑→F2变化范围∆F

↓65%20%15%F0

θm

θb措施一：降低螺栓刚度（

C’b<Cb,θ’b

<

θb

）措施二：提高被联接件刚度（C’m>Cm,θ’m

>θm

）

措施三：综合措施（

C’b<Cb,C’m>Cm,F’0>F0

）∆FFF1

F2

F’2F’

∆Fθ’m

F’1θ’bF’0θm

F’=F∆F’<∆F∆F’<∆FF’=FF’=F，F’1

=F1∆F’<∆FF’2F’

∆F’

F’1

θ’b

F0

θm

θb∆FFF1

F2

F’F’1∆F’F0

θb∆FF

F1

F2

θm

d0.8d0.7dd(1)采用柔性结构：加弹性元件、

或采用柔性螺栓。(2)有密封要求时，采用金属薄垫片。(3)或者采用O形密封圈。宜采取措施:2.改善螺纹牙间的载荷分布措施:采用均载螺母。加厚螺母不能提高联接强度。普通螺母螺栓杆螺母体螺栓杆螺母体螺栓杆FaF5/2F4/2F3/2F2/2F1/2F5/2F4/2F3/2F2/2F1/2螺母体螺栓杆FF=F1+F2+F3+F4+F5F1>F2>F3>F4>F5螺栓杆F螺栓杆F螺母体均载螺母均载原理加厚螺母10~15˚悬置螺母环槽螺母内斜螺母10~15˚内斜与环槽螺母均载原理相同

螺母也受拉均载元件悬置螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺与环槽螺母钢丝螺套

加工复杂，仅限于用在重要场合或大型联接。支承面不平3.减小应力集中(1)增大过渡圆角(2)切制卸载槽r4.避免或减小附加应力采用凸台或沉孔结构切削加工支承面被联接件变形太大(3)卸载过渡结构要从结构、制造与装配精度采取措施。5.采用特殊制造工艺冷镦头部、辗压螺纹疲劳强度提高30%表面处理：氰化、氮化也能提高疲劳强度。球面垫圈

采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺栓的装配精度。腰环螺栓

工程上时有发生安装操作与设计理论相悖，造成不良工程，不按设计要求维护设备，使设备不能正常工作。因此，必须深入理解螺栓联接的设计理论，并用之指导制造、