第5章螺纹连接和螺旋传动ppt课件.ppt

《第5章螺纹连接和螺旋传动ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章螺纹连接和螺旋传动ppt课件.ppt（114页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第二篇 连接,第二篇 连接,连接,机械动连接,运动副,机械静连接,可拆卸连接,不可拆卸连接,螺纹连接,键、花键、销连接,无键连接,铆接,焊接,胶接,过盈连接,连接的基本类型,工作原理 形锁合、和摩擦锁合、材料锁合,第五章 螺纹连接和螺旋传动第六章 键、花键、无键和销连接第七章 铆接、焊接、胶接和过盈连接,第5章螺纹连接和螺旋传动,51螺纹,52螺纹连接的类型及标准连接件,53螺纹连接的预紧,55螺纹连接的强度计算,57螺栓的材料和许用应力,58提高螺栓连接强度的措施,59螺旋传动,54螺纹连接的防松,56螺栓组连接的设计,健身增肌 二次发育,WeiXin,TaoBao,潘存云教授研制,一、螺纹

2、的形成,51螺 纹,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,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,详见P62表5-1,螺纹的牙型,潘存云教授研制,潘存云教授研制,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,

3、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,一般:n 4,S=2P,S=P,n线螺纹:S=n P,单线螺纹,多线螺纹,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,潘存云教授研制,潘存云教授研制,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

4、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,连接螺纹传动螺纹,螺旋传动,连接螺纹,传动螺纹,潘存云教授研制,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,连接螺纹传动螺纹,圆柱螺纹圆锥螺纹,潘存云教授研制,圆柱螺纹,圆锥螺纹,(3)中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,(1)大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。代表螺纹规格，作为公称直径。,(2)

5、小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。,(4)螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,(5)导程S,(6)螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角,(7)牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。,牙侧角,S=nP,同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P,二、螺纹的主要几何参数,(8)接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。,牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。,普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。,螺纹的精度等级:,A级,B级,C级,公

6、差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合,受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接,用于一般连接，最常用,粗牙螺纹应用最广。,细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高,缺点：不耐磨，易滑扣。,应用：薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。,梯形螺纹：,为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。,锯齿形螺纹:,=15,=3,粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。,螺纹的基本尺寸：,直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸

7、 mm,标记示例：M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3),M241.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5),梯形螺纹基本尺寸 mm,标记示例：Tr488(梯形螺纹，直径48，螺距8),潘存云教授研制,潘存云教授研制,用螺纹密封的管螺纹,普通细牙螺纹,管螺纹,非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁=55）,用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁=55）,60圆锥管螺纹(米制),公称直径管子的公称通径。强调与普通螺纹不同,非螺纹密封的管螺纹,52螺纹连接的类型及标准连接件,一、螺纹连接的基本类型,螺栓连接,基本类型,可承受横向载荷。,螺纹余留长度l1,铰制孔用螺栓,静载荷l1=(0.30.5)d;,变载荷l1=0.7

8、5d;,冲击载荷或弯曲载荷l1 d;,铰制孔用螺栓l1 d;,螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到被连接件边缘的距离e=d+(36)mm,用于经常拆装易磨损之处。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,孔与螺杆之间留有间隙,潘存云教授研制,一、螺纹连接的基本类型,螺栓连接,基本类型,螺钉连接,座端拧入深度H，当螺孔材料为：,双头螺柱连接 连接件厚，允许拆装。,钢或青铜 H=d;,铸铁 H=(1.251.5)d,铝合金 H=(1.52.5)d,螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;,钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;,参数l1、e、a与螺栓相同,结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损

9、坏螺孔而修复困难。,52螺纹连接的类型及标准连接件,潘存云教授研制,一、螺纹连接的基本类型,螺栓连接,基本类型,螺钉连接,双头螺柱连接,紧定螺钉连接,52螺纹连接的类型及标准连接件,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,适用于空间尺寸受限的场合，但支撑面较少，经常装卸，螺栓头易磨圆。,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,双头螺柱,螺栓,A型,B型,刚度大,刚度小，应力集中小，疲劳强度好。,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,潘存云教授研制,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹连接,T 型螺栓,二、螺纹紧固件,螺纹紧

10、固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有余种不同结构的螺母,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹连接,潘存云教授研制,其它螺母：,潘存云教授研制,其它螺母：,垫圈,平垫圈,薄平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,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。,专用螺纹连接,53螺纹连接的预紧,预紧力：大多数螺纹连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：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相

11、对移动。,预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。,一、概述,一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。,碳素钢螺栓：,F0(0.60.7)s A1,合金钢螺栓：,F0(0.50.6)s A1,A1 危险截面积，A1 d21/4,二、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；,设预紧力为F0 或预紧力（不受轴向载荷）,fc 摩擦因子。无润滑时取 fc=0.15,rf 支撑面摩擦半径。rf=(dw+d

12、0)/4;dw为螺母支撑面直径。,简化公式 适用于M10M60的粗牙螺纹，f=0.10.2,fc=0.15,T 0.2 F0 d,F0是由连接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：,总力矩,注意：对于重要的连接，应尽可能采用大于M12的螺栓。,测力矩扳手,预紧力控制方法:,定力矩扳手,通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。,(1)凭手感经验,(2)测力矩扳手,(3)定力矩扳手,(4)测定伸长量,LM=Ls+F0/Cb,定力矩扳手,连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可

13、能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。,防松的方法,1.利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,54螺纹连接的防松,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.机械防松,圆螺母用止动垫圈,潘存云教授研制,止动垫圈,3.破坏螺旋副防松,涂粘合剂,5-5螺栓组连接的设计,选定螺栓的数目及布置形式,确定螺栓连接的结构尺寸,参考现有设备用类比法确定不进行强度校核,分析各螺栓受力情况找出受力最大的螺栓按单个螺栓的强度计算方法对其进行强度计算,不重要连接,重要连接,螺栓组连接

14、设计方法,一、螺栓组连接的结构设计,1）目的：合理地确定连接结合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和结合面间受力均匀，便于加工和装配2）设计时应综合考虑的问题：连接接合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状。便于加工、形心重合、受力均匀。,（2）螺栓布置应使各螺栓的受力合理,对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；,合理,不合理,当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。,(3)螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间,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

15、载荷。,扳手空间的尺寸见有关标准。,对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。,(4)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,分布在同一圆周上的螺栓数目应取4、6、8等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线。,保证被连接件，螺母和螺栓头支承面平整，并与螺栓轴线相互垂直。对于在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈等。,(5)避免螺栓承受附加的弯曲载荷,二、螺栓组连接的受力分析,受力分析的目的:根据连接的结构和受载情况，求

16、出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。,受力分析时所作假设:(1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；,(3)受载后连接接合面仍保持为平面。,受力分析的类型：,(2)螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；,受转矩,受横向载荷,受轴向载荷,（1）对于铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受工作剪力为,（2）对于普通螺栓连接，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有,式中 z为螺栓数目。,图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组连接。,1受横向载荷的螺栓组连接,Ks为防滑系数，设计中可取Ks=1.11.3。,普通螺栓,或,式中 f 摩擦系数 Z 螺栓数目

17、 i 结合面数,采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。,2受转矩的螺栓组连接,采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。,采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。,假设底板受载仍为平面，则螺栓的剪切变形量与距离成正比，F=Kri,剪切力与距离r的比值为常数,3受轴向载荷的螺栓组连接,若作用在螺栓组上轴向总载荷F作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，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F0的作用，当连接要有保证的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷F2为,F2=F1

18、+F,4受倾覆力矩的螺栓组连接,倾覆力矩 M 作用在连接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已被拧紧并承受预紧力F0且被拉伸，地基有均匀的压缩。在作用M后，接触面绕0-0线转动一个角度，左边的地基被放松，而螺栓被进一步拉伸；右边的螺栓被放松，而地基被进一步压缩。,单个螺栓拉力产生的力矩为,Mi=Fi Li,假设底板受载仍为平面，则螺栓受力与螺栓中心到螺栓组排列中心的距离成正比。,螺栓承受的载荷与距离成正比,单个螺栓的受力分析,作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即,未加倾覆力矩时，工作点在A。Mi=0,施加倾覆力矩M时，,左边的螺栓，工作点移至B1 和C1,右边的螺栓，工作点

19、移至B2 和C2,左边螺栓总拉力增加，右边螺栓总拉力减小。,求得最大工作载荷,验算接合面的强度计算,左侧不出现间隙：,右侧不压溃：,-许用挤压应力，P79表5-6,p地面受载前由于预紧力产生的挤压应力,pmax由于加载而在地面产生的附加应力最大值,螺栓的总拉力,为防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求,直接引用前面的结论,小结：1.在实际工作中，螺栓所受的工作载荷往往是以上四种 简单形式的不同组合，但不论受力多复杂，都可以将 复杂状态简化成以上四种简单的受力状况，先分别求 螺栓的工作载荷，然后向量迭加，就可求出螺栓所受 的总工作载荷；,横向荷载+轴向载荷+翻转力矩,横向载荷+旋转

20、力矩,2.虽然前面讲了螺栓的四种不同外载（横向、转矩、轴 向、倾覆力矩），但对单个螺栓而言，受力只有两种：拉力、剪力；3.为了保证螺栓连接的可靠性，还要考虑综合条件：不 出现间隙、不压溃等。,56螺纹连接的强度计算,螺栓连接的主要失效形式,滑扣 因经常拆装,受拉螺栓,塑性变形 螺纹部分,疲劳断裂,受剪螺栓,剪断,压溃 螺杆和孔壁的贴合面,经常拆卸,轴向变载荷,断裂,螺栓组受载：轴向、横向、弯矩、转矩,潘存云教授研制,螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓连接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直

21、径d及螺距P等。,一、松螺栓连接强度计算,强度条件,式中 d1 螺纹小径 mm，许用应力,二、紧螺栓连接强度计算,力除以面积,设计公式,装配时需要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。,1.仅承受预紧力的紧螺栓连接,2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接,3.承受工作剪力的紧螺栓连接,装配时不须要拧紧,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连接,扭转切应力,对于M10M64的普通钢制螺纹，可取：Tan f=0.17，d2/d1=1.04 1.08,tan 0.05,得：0.5（第四强度理论）,分母为抗剪截面系数,计算应力,由此可见，对于M10 M64普通螺

22、纹的钢制紧螺栓连接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。,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。,Ks 可靠性系数，常取Ks=1.11.3,预紧力F0,f 摩擦系数，对钢与铸铁，取 f=0.10.15,m 结合面数 上图m=1,下图m=2,若取 f=0.15，C=1.2,m=1,则,F0 8F,结构尺寸大,要想保持大的预紧力，必须增大螺栓直径。,2.受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接,改进措施：(1)采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用,(2)采用无间隙的铰

23、制孔用螺栓。,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,特别注意，轴向载荷：,F2 F0+F,加预紧力后螺栓受拉伸长b,被连接件受压缩短m,加载 F 后:,螺栓总伸长量增加为,总拉力为,被连接件压缩量减少为,残余预紧力减少为 F1,很显然 F1F0（被连接件放松了）,+b,m-,受载变形,b,F0/b=tanb=Cb,F0/m=tanm=Cm,Cb、Cm螺栓和连接件的刚度,F=Fb+Fm,=(Cb+Cm),F1=F0-Fm,=F0-Cm,F2=F0+Fb,=F0+Cb,代入得：,和螺栓、连接件材料、垫片及工作载荷的工作位置有关,静强度条件,重要场合的螺栓连接，还应进行疲劳强

24、度校核。,设计公式,当工作拉力在0F之间变化时，螺栓所受总拉力在F0 F2之间变化。,若不考虑摩擦力矩的影响，有,t,变形,因为min=C,应力工作点M落在ODG I区域内，依据疲劳强度理论有,其中-1tc 螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限。,材料特性系数碳素钢=0.10.2合金钢=0.20.3,K 综合影响系数,S 安全系数 见下页,表 5-7 螺栓连接件材料的疲劳极限(p85),P28,3-24,如落在IGC范围内：3-18,这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在连接接合面处，螺栓杆则受剪切。,3承受工作剪力的紧螺栓连接,螺栓杆与孔壁的挤压强

25、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；,铰制孔用螺栓,设计时应使 Lmin1.25d0,d0 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。,57螺栓的材料和许用应力,一、螺纹连接件材料,螺栓、螺柱、螺钉常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素钢；,特殊用途(防磁、导电):特殊钢、铜合金、铝合金等。,螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级。,作为标准零件，螺纹连接件是按其性能等级选用的。对于一定性能等级的螺纹连接件应具备一定的强度极限。等级小数点前b/100,后10（s/b）,冲击振动场合用：15Cr、4

26、0Cr、30CrMnSi等合金钢。,普通垫圈：Q235、15、35,弹簧垫圈：65Mn,选用原则：一般用途：通常选用4.8级左右的螺栓，重要场合：要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。,螺母的性能等级分为 7级。粗略螺栓承受最小应力的1/100,二、螺纹连接件的许用应力,螺纹连接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷)、装配情况(松、紧连接)、材料、结构尺寸有关。,许用拉应力,许用切应力和挤压应力,被连接件为钢,被连接件为铸铁,S,Sp 安全系数，其取值详见下页表。,控制预紧力的计算,58提高螺栓连接强度的措施,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：,一、降

27、低影响螺栓疲劳强度的应力幅值,轴向工作载荷F的变化范围 0 F,总拉伸载荷的F2变化范围,Cb 或 Cm,F2变化范围F,提高螺栓连接强度的措施有哪些呢？,以螺栓连接为例，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高连接系统的可靠性。,65%,20%,15%,潘存云教授研制,潘存云教授研制,措施一：降低螺栓刚度（Cb Cb,b b）,措施二：提高被连接件刚度（Cm Cm,m m）,措施三：综合措施（Cb Cm,F0 F0）,虽然F=F,FF强调残余预紧力减小,但有FF强调残余预紧力减小,F=F,F=F，F1=F 1,FF,前两种措施会导致残余预紧力减小，使密封性能降低。

28、为保证可靠工作，可适当增大预紧力。,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:,因密封采用软垫片将降低被连接件的刚度，这时可采用,二、改善螺纹牙间的载荷分布,措施:采用均载螺母,加厚螺母不能提高连接强度！,F=F1+F2+F3+F4+F5,F1F2F3F4F5,10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。,螺母体,均载螺母均载原理,螺母和螺杆均为拉伸变形，有助于减小两者螺距变化，使受载均匀。,均载原理相同螺母也受拉,内斜螺母因力的作用点外移可使载荷较大的头几圈螺纹牙容易变形，使载荷上移而改善载荷分布不均。,均载元件,悬置螺母,环槽螺

29、母,内斜螺母,内斜螺与环槽螺母,都是改变螺母旋合部分的变形性质，使之和螺栓变形性质相同，均为拉伸变形，从而使螺纹牙上载荷分布趋于均匀；,钢丝螺套,加工复杂，仅限于用在重要场合或大型连接。,三、减小应力集中,1.增大过渡圆角,2.切制卸载槽,四、避免或减小附加应力,3.卸载过渡结构,要从结构、制造与装配精度采取措施。,五、采用特殊制造工艺,冷镦头部、辗压螺纹,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。,潘存云教授研制,P92例题,一受轴向外载荷F1000N的紧螺栓联接，螺栓的刚度为Cb，被联接件的刚度为Cm，且Cm8Cb；预紧力F01000N

30、。试求螺栓中的总拉力F2和被联接件中的残余预紧力F1。,解：,用4个M12普通螺钉把板1固定在零件3上，零件1与3之间有摩擦片2，各零件之间摩擦系数=0.13，螺钉强度级别为5.6级，安全系数S=4.5；防滑系数(可靠性系数)Ks=1.3；大径d=12mm，中径d2=10.863mm，小径；d1=10.106mm,螺钉拧紧后靠摩擦力承受载荷F，求允许的F的最大值。,一、螺旋传动的类型和应用,调整螺旋,静压螺旋,类型,运动形式有,59螺旋传动,螺母固定，螺杆转动并移动,螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。,螺杆转动，螺母移动应用实例为车床刀架溜板,按用途分,传力螺旋,传导螺旋,滑动

31、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,潘存云教授研制,潘存云教授研制,调整螺旋,调整螺旋,潘存云教授研制,应用实例: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）、夹具、玩具、机器人及其他工业装备中。,应用实例,起重设备（千斤顶）,锻压机械(压力机),应用实例,工件夹紧装置(锯床),潘存云教授研制,应用实例,螺杆传动1,螺杆转动,螺母移动.这种机构占据空间小，用于长行程螺杆,但螺杆两端的轴在和螺母防转机构使其结构较复杂。,螺杆传动2,螺杆不动,螺母旋转并移动.由于螺杆固定不转,因而两端支承结构简单,但精度不高.如应用于某些钻床工

32、作台的升降.,螺杆传动3,螺母固定不动,螺杆转动并移动.这种结构以固定螺母为主要支承,结构简单,但占据空间大.常用于螺旋压力机、螺旋起重器、千分尺等.,螺杆传动4,螺母转动,螺杆移动.螺杆应设置防转装置和螺母转动要设置轴承均使结构复杂,且螺杆运动时占据空间尺寸,故很少应用,台虎钳,当转动手柄时,螺杆相对于螺母作螺旋运动,产生的位移带动活动钳口一起移动.这样,活动钳口相对于固定钳口之间可作合拢或张开的动作,从而可以夹紧或松开工件。,压力机,该机构是传力螺旋，螺母不动，螺杆旋转，以传力为主，一般速度较低，大多间歇工作，通常要求自锁,千斤顶,该机构是一种传力螺旋，以传力为主，用较小的驱动力矩可以产生

33、很大的轴向载荷，螺母固定不动，螺杆转动并移动，一般速度较低，通常要求自锁。,整体螺母,组合螺母,剖分螺母,螺母结构,组合螺母,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。,1.结构,剖分螺母,螺旋副材料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦因子小,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.,三、滑动螺旋传动的设计计算,承受载荷:转矩、轴向力,设计准则：按耐磨损确定直径，选择螺距校核螺杆、螺母强度等。

34、,主要失效形式:螺牙的磨损,对螺旋传动的要求:强度足够,耐磨,摩擦因子小.,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 通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺旋各主要参数，而后对可能发生的其它失效一一校核。,耐磨性计算:和压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度、润滑状态有关。,校核公式：,影响磨损的原因很多，目前还没有完善的计算方法，通常是限制螺纹接触处的压强。,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：,令=H/

35、d2，,又因为h=0.5P矩形、梯形螺纹的工作高度 h=0.75P锯齿形螺纹的工作高度。,代入上式得螺纹中径的计算公式：,校核公式：,Fa轴向力；,显然有：u=H/P,u螺纹工作圈数,d2 螺纹中径；,h 螺纹的工作高度;,H 螺母高度;,P 螺距;,锯齿形螺纹,=,1.22.5 整体式螺母,2.53.5 剖分式螺母,一般取 u10,梯形螺纹,值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。,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：,螺纹中径的计算公式,牙侧角、摩擦系数（表5-12）,2螺杆的强度计算,对于受力比较

36、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,对碳素钢,=5080 MPa,潘存云教授研制,潘存云教授研制,3螺母螺牙的强度计算,螺牙上的平均压力为 F/u,剪切强度条件,D:螺纹大径b:螺纹牙根部厚度。矩形0.5P；梯0.65P；锯齿0.75Pl:弯曲力臂。L=(D-D2)/2,其危险截面 a a 的,弯曲强度条件,4螺杆的稳定性计算,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,Ss=,3.55 传力螺旋,2.54 传导螺旋,4 精密螺杆或水平安装,螺杆的稳定性条件

37、为,螺杆长度系数，由下表确定。,I 为螺杆危险截面的惯性矩,(2)当螺杆一端以螺母支承时，l 取从螺母中部到另一支点上的距离。,l 为螺杆的工作长度:(1)当螺杆两端支承时，l 取两支点间的距离；,(1)若采用滑动支承时，则以轴承长度l0与直径d0的比值来确定：l0/d0 3 为固定支承。,(3)若以剖分螺母作为支承时，可作为不完全固定支承。,(2)若以整体螺母作为支承时，仍按上述方法确定。但取 l 0=H,判断螺杆端部支承情况的方法：,H为螺母高度,(4)若采用滚动轴承支承，且有径向约束时，可作为铰支；有径向和轴向约束时，可作为固定支承。,临界载荷Fcr与材料、螺杆长细比=l/i 有关。,（

38、1）当100时,临界载荷为,i 螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=d12/4,E螺杆的弹性模量,对于钢 E=2.06105 MPa,系数含义随后解释,I危险截面惯性距,I=d14/64,（2）当40时，不必进行稳定性校核,稳定性校核的条件：,为稳定性校核的安全系数，取 S=2.54,当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。,在螺旋和螺母之间设有封闭的循环滚道，其间充以滚珠，这样就使螺旋面的滑动摩擦成为滚动摩擦。,四、滚动螺旋简介,组成：螺杆、螺母、滚珠,返回通道,类型：外循环、内循环,不离开螺旋表面，每圈有一个反向器,优点：(1)摩擦损失小、效率在90%以上；,缺点：(1)结构复杂、制造困

39、难；,应用实例：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。,一、选择题1在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是_。自锁性能最好的螺纹是_。（1）三角形螺纹（2）梯形螺纹（3）锯齿形螺纹 4）矩形螺纹2当两个被联接件不太厚时，宜采用_。当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常拆装时，往往采用_。联接不需要经常拆装时，往往采用_。（1）双头螺柱联接（2）螺栓联接（3）螺钉联接（4）紧定螺钉联接3螺纹联接防松的根本问题在于_。（1）增加螺纹联接的轴向力（2）增加螺纹联接的横向力（3）防止螺纹副的相对转动（4）增加螺纹联接的刚度,5 普通螺纹的公称直径是_。(1)内径(2)大径(3)中径6一螺纹副（螺栓一螺母）相对转动一转时，沿轴线方向的相对位移是_(1)一个螺距(2)一个导程(3)导程头数(4)导程头数7联接用螺纹的螺旋线头数是_。(1)1(2)2(3)3(4)48在螺纹联接中，大量采用三角螺纹是因为三角螺纹_。(1)强度高(2)便于加工(3)效率高(4)自锁性好二、填空：1三角螺纹主要有（）螺纹和（）螺纹两种。2 螺旋传动按用途可分为（）、（）和（）三种；按螺旋副之间的摩擦性质又可分为（）和（）两种。3.螺纹防松主要有（）、（）和（）。,