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1、第六章 螺纹连接及螺旋传动,概述,螺纹联接的类型及螺纹联接件,螺纹联接的预紧和防松,螺旋传动的基本形式,螺旋传动,螺旋副中的摩擦与效率,6.1概述,功能通过螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为直线运动，用以实现测量、调整以及传递运动。分类根据使用的目的分为(1)示数螺旋传动 (2)传力螺旋传动 (3)一般传动螺旋,示数螺旋传动,传力螺旋传动,一般传动螺旋,62 螺旋传动的主要形式,如用一个三角形K沿螺旋线运动并使K平面始终通过圆柱体轴线YY-这样就构成了三角形螺纹。同样改变平面图形K，可得到矩形、梯形、锯齿形、管螺纹也可以设想底边为,一、螺纹的形成,按牙型: 三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹 矩形
2、、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹按位置： 内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹三角形螺纹： 粗牙螺纹用于紧固件 细牙螺纹同样的公称直径下，螺距最小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等根据螺旋线绕行方向： 左旋如图 右旋常用根据螺旋线头数： 单头螺纹（n=1）用于联接 双头螺纹（n=2）如图 多线螺纹（n2）用于传动,二、螺纹的类型,锯齿形螺纹,三角形螺纹,矩形螺纹,梯形螺纹,1）外径（大径）d（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，亦称公称直径2）内径（小径）d1(D1) 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径3）中径d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱
3、 面的直径，d20.5(d+d1),三、螺纹的主要参数,4）螺 距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离5）导程（S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线 上的对应两点间的轴向距离6）线 数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：L=nP,7）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角8）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9）牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角,二、螺纹的运动形式及特点,l螺杆(或螺母)的位移；t螺距；n螺旋线头数； 螺杆和螺母间的相对转角。,二、螺纹的运动形式及特点,螺母固定，螺杆转动并移
4、动(a)。 螺杆转动，螺母移动(b)。螺母转动，螺杆移动(c)螺杆固定，螺母转动并移动(d)。,螺母固定，螺杆转动并移动,螺杆转动，螺母移动,差动螺旋传动,当 、 相差很小时，L很小。差动螺旋可用于各种测微及微动装置中。,差动螺旋微位移机构,差动螺旋传动,当左、右两段螺纹的旋向相反，若螺杆转动K转时，可动螺母2的移动距离为： 差动螺旋变成快速移动螺旋，即螺母2相对于螺母1快速靠近或离开。螺旋装置用于要求夹紧的夹具或锁紧装置中。,螺旋传动的特点,降速传动比大。 传动精度高。 具有自锁性能。 轴向牵引力(或压力)大。 效率低、磨损快。,三、螺纹基本参数确定,1.螺纹牙形及半角矩形螺纹牙形半角三角形
5、螺纹牙形半角 梯形螺纹牙形半角,三、螺纹基本参数确定,2.螺距,三、螺纹基本参数确定,3.螺纹线数、螺纹升角及旋向螺杆上螺纹部分的长度l应保证必需的工作行程H螺母长度 行程长度,63 螺纹联接的类型及螺纹联接件,一、螺纹联接主要类型,1、螺栓联接,a) 普通螺栓联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。,b) 精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接,2、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。
6、适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。,3、螺钉联接适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况,特殊联接：地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接,4、紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。,二、螺纹联接件,2）双头螺柱两端带螺纹 A型有退刀槽 B型无退刀槽,1）螺栓 普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角头，大六角头, 内六角 铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺母,4）紧定螺钉 锥 端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 平 端接触面积大、不伤零
7、件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸 圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板,3）螺钉 与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹,6）螺母 六角螺母：标准，扁，厚,5）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹,圆螺母+止退垫圈带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧,7）垫圈,64 螺纹联接的预紧和防松,一、预紧,预紧目的保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大刚性等。增大刚性增加联接刚度、紧密性和提高防松能力预紧力QP预先轴向作用力（拉力）,螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作
8、用 紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力QP,预紧过紧拧紧力QP过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松拧紧力QP过小，工作不可靠,扳手拧紧力矩T=FHL,拧紧时螺母：T=T1+T2T拧紧力矩 T1螺纹摩擦阻力矩 T2螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩,FH作用于手柄上的力，L力臂,一般 K=0.10.3,拧紧力矩系数,由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接不宜小于M10M14,预紧力QP的控制：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,二、螺纹防松,1、防松目的实际工作中，外
9、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，否则会影响正常工作，造成事故,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。3、防松办法及措施,1）摩擦防松,双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等,弹簧垫圈,自锁螺母螺母一端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧,2）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等,3）永久防松：端铆、冲点、点焊4）化学防松粘合,
10、开槽螺母与开口销,圆螺母与止动垫圈,串联钢丝,1、矩形螺纹（1） 上升时载荷为FQ，驱动力矩为T,FQ+ F + FR = 0, 6-5 螺旋副中的摩擦与效率,（2）下滑时 v 反向,F = FQ tg ( -), F 0 下滑需加反向力，否则无论FQ 有多大都不会使螺母自动下滑螺旋的自锁,自锁条件： ,FQ+ F + FR = 0,1、矩形螺纹,2、非矩形螺纹,矩形 FN= FQ Ff =FN f = FQ f,非矩形, 当量摩擦系数, 当量摩擦角,各计算公式, = 0 矩形螺纹,2、非矩形螺纹, f （ ） 便于自锁 三角形 联接矩形、梯形、锯齿形螺纹 传动 便于自锁 单线螺纹联接，多线螺
11、纹 传动,66 螺旋传动,一、螺旋传动的类型、特点与应用,1、应用,螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传递运动或动力。,2、传动形式： a)螺杆转螺母移 b)螺杆又转又移（螺平固定）用得多 c) 螺母转螺杆移 d) 螺母又转又移（螺杆固定）用得少,按用途分三类： 1）传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋 特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁 2）传导螺旋机床进给汇杠传递运动和动力 特点：速度高、连续工作、精度高 3）调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。 特点：是受力较小且不经常转动,3、螺旋传动类型,螺旋传动
12、按摩擦副的性质分：,1、滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁,缺 点 ：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗大，传动效率低（3040%）传动精度低,2、滚动螺旋传动摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环两种,特点：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆运动效率相同，可实现逆传动。 缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺要求高，成本较
13、高。,3、静压螺旋液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开,特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现象，定位精度高，磨损小，寿命长。但螺母结构复杂（需密封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机床中进给和分度机构,二、滑动螺旋的设计计算,1、结构与材料,千斤顶典型结构,2、耐磨性计算,滑动螺旋中磨损是最主要的一种失效形式，它会引起传动精度下降，空间大，并使强度下降。 磨损的影响因素：工作面的比压，螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态 所以耐磨性计算主要限制螺纹工作面上比压P要求小于材料的许用比压,当速度相同时，比压大
14、，磨损量大润滑油不被挤出，易形成油膜润滑,耐磨性条件：,设计公式：,2、自锁性验算,3、螺杆的强度计算,螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）Q与扭矩T的作用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用按弯扭复合强度条件计算第四强度理论,4、螺母的螺纹牙强度计算,由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，因此螺纹牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处展开，即可视为一悬壁梁，每圈螺纹承受的平均压力Q/u作用在中径d2的圆周上。,螺纹牙根部危险剖面的变曲强度条件为：,剖面 -的剪切强度条件为：,5、螺杆的稳定性计算,当螺杆较细长且受较大轴向压力时，可能会双向弯曲而失效，螺杆相当于细杆，螺杆所承受的轴向压力Q小于其临界压力Qca,nS螺杆稳定许用安全系数 传导螺旋nS =2.54.0；传力螺旋 nS =3.55.0；精密螺杆或水平螺杆 nS 4,
