机械基础(高职高专)第5章螺纹连接和螺旋传动分析ppt课件.ppt
第5章螺纹连接和螺旋传动,51螺纹的分类和参数,52螺纹连接的类型及标准连接件,53螺纹连接的预紧和防松,54螺旋传动,潘存云教授研制,潘存云教授研制,一、螺纹的形成,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,51螺纹的分类和参数,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,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,螺纹的牙型,潘存云教授研制,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,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,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,螺旋传动,连接螺纹,传动螺纹,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,潘存云教授研制,(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。,(2)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,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,潘存云教授研制,(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。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。,牙侧角,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。,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。,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=0.75d;,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,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,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,双头螺柱,螺栓,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,螺纹紧固件,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹连接,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,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螺纹连接的预紧与防松,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。,1、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。,一、螺纹连接的预紧,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%。,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,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对移动。,测力矩扳手,预紧力控制方法:,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，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动。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。,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,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,二、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.采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,潘存云教授研制,止动垫圈,3.其它方法防松,涂粘合剂,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。,三、支承面的平整,四、螺栓的材料,1、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。,冲击振动场合用：15Cr、40Cr、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。,五、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：,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%,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,因密封采用软垫片将降低被连接件的刚度，这时可采用,1、降低螺栓总拉伸载荷的变化范围,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。,潘存云教授研制,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。,3、减小应力集中,1.增大过渡圆角,2.切制卸载槽,4、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。,5、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,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,54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,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,潘存云教授研制,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.,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。,
