螺纹联接和螺旋传动.ppt

江西农大工学院,第二篇 联接（connection）,动联接（movable connection）机器工作时，被联接零件之间可以有相对运动的联接。,可拆联接不需要毁坏任何零件就可拆开的联接。,静联接（fixed joint）机器工作时，被联接零件之间不允许有相对运动的连接。,运动副滑动轴承,螺纹联接焊接,不可拆联接拆开时至少要破坏一个零件的联接。,考虑结构安装运输维护,螺纹联接键联接,焊接铆接,考虑制造经济性,江西农大工学院,第五章 螺纹联接和螺旋传动,一、螺纹（thread）1、螺纹的形成2、螺纹的类型 按平面图形分,牙根强度 工艺性 适用场合三角形螺纹(triangular thread)最大 好 联接,矩形螺纹(rectangle thread)小 差 传动,梯形螺纹(trapezoidal thread)较大 好 传动,锯齿形螺纹(sawtooth thread)较大 好 传动,管螺纹（pipe thread）联接,江西农大工学院,按螺线的绕行方向分左旋螺纹（left-hand thread）右旋螺纹（right-hand thread）按螺纹线数分单线螺纹（single-thread）用于联接双线螺纹（double-thread）用于传动三线螺纹（triple-thread）用于传动多线螺纹用于传动,江西农大工学院,3、主要参数,大径d公称直径（nominal thread）小径d1危险剖面直径，强度计算直径中径d2轴线剖面上的假想直径线数n 螺旋线数目螺距P（thread pitch）导程S（lead）,SnP,升角（lead angle）牙型角牙侧角工作高度h,江西农大工学院,二、螺纹联接的基本类型,1、螺栓（bolt）联接 普通螺栓（general bolt）联接,铰制孔螺栓（reamer bolt）联接,2、双头螺柱（stud，double-end bolt）联接,江西农大工学院,3、螺钉（screw）联接,4、紧定螺钉（setscrew）联接,5、特殊用螺钉联接 地脚螺钉(foundation bolt)联接,吊环螺钉（eye bolt）联接,江西农大工学院,6、标准螺纹联接件 螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉,自攻螺钉、螺母、垫圈,江西农大工学院,三、螺纹联接的预紧和防松,（一）螺纹副受力分析1、矩形螺纹 物体沿斜面匀速上升,F F0 tan（+）螺母旋转一周的输入功为 A1 Fd2F0 tan（+）d2举升重物的有效功为 A2 F0SF0d2 tan,江西农大工学院,效率：,当450.5 时，螺纹副的效率最高,物体沿斜面匀速下降,F F0 tan（）自锁条件为：FF0 tan（）0,江西农大工学院,2、三角形螺纹,摩擦力：,力的关系 F F0 tan（v）效 率,自锁条件,江西农大工学院,（二）螺纹联接的预紧,1、螺纹阻力矩,2、支承面阻力矩,3、拧紧力矩,增加可靠性紧密性,江西农大工学院,4、控制预紧力的方法,测力矩板手,定力矩板手,测定螺栓伸长量,江西农大工学院,（三）螺纹联接的防松,1、摩擦防松（prevent loosening by friction）双螺母（double nut）,弹簧垫圈（spring washer）,自锁螺母（self-locking nut）,江西农大工学院,2、机械防松,开口销(spring cotter)与六角开槽螺母(notch nut),止动垫圈（stop washer）,串联金属丝（in series wire）,江西农大工学院,3、永久防松（破坏螺纹副）,冲点、焊接(jointing)、粘合(conglutination),四、单个螺栓联接的强度计算,1、失效形式及计算准则受拉螺栓 断裂（过载断裂、疲劳断裂）、螺纹滑扣；,计算准则：保证螺栓的静力拉伸强度。,占65%,占20%,占15%,江西农大工学院,受剪螺栓 螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断；计算准则：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。,江西农大工学院,2、松螺栓联接的强度计算,拉伸强度条件为：,式中：d1 危险剖面直径，mm 许用应力，Mpa SS,江西农大工学院,3、紧螺栓联接的强度计算,拉伸应力为：,扭剪应力：,普通钢制螺栓，tanv0.17 d2d11.041.08，tan0.05代入计算得 0.5,江西农大工学院,1）受横向载荷的紧螺栓联接,螺杆的强度条件为：,减载键、减载环,江西农大工学院,挤压强度：,剪切强度：,2）铰制孔用螺栓联接的强度,剪切强度：,挤压强度：,江西农大工学院,3）受轴向载荷的紧螺栓联接,螺杆的总受力 F2F0F？,残余预紧力（residual pretightening force）,江西农大工学院,相对刚度尽可能取小些，推荐值为：金属垫片(或无垫片)0.20.3，皮革垫片0.7，铜皮石棉垫片0.8，橡胶垫片0.9。,江西农大工学院,拉伸强度：,保证联接的紧密性，应使F10 有紧密性要求的：F1（1.51.8）F 一般联接，载荷稳定：F1（0.20.6）F 一般联接，载荷不稳定：F1（0.61.0）F 地脚螺栓：F1F,设计式：,说明,江西农大工学院,对变载重要联接，应作疲劳强度校核,-1tc螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限；,试件的材料常数，碳素钢0.10.2，合金钢0.20.3；K拉压疲劳强度综合影响系数,k有效应力集中系数尺寸系数S 安全系数,江西农大工学院,4）受偏心载荷的紧螺栓联接,江西农大工学院,避免偏载的措施：铸造出凸台；,斜面用斜垫圈；,采用球面垫圈。,加工沉头座；,江西农大工学院,五、螺栓组联接的设计,1、螺栓组的结构设计 轴对称的简单几何形状,江西农大工学院,a、铰制孔螺栓，在载荷方向不要成排布置8个以上的螺栓。b、受弯矩或扭矩时，螺栓应布置在结合面的边缘上，使受力小。,c、同时受轴向、横向载荷时，用减载键、销、套筒等。,螺栓的受力合理,江西农大工学院,螺栓间有合理的间距、边距；,同一圆周上的螺栓数目尽量取偶数，同一螺栓组中各螺栓的材料、直径、长度应一致；避免螺栓受偏心载荷。,江西农大工学院,2、螺栓组受力分析目的：找出受力最大的螺拴及所受力的大小假设：螺栓的材料、直径、长度、预紧力相同；螺栓组的对称中心与接合面形心重合；受载后结合面仍保持为平面。,江西农大工学院,（1）受横向载荷的螺栓组联接,F z F,f 接合面摩擦系数；i 接合面数目；z 螺栓数目；KS防滑系数，KS1.11.3。,F0 f z i FKS,江西农大工学院,（2）受转矩的螺栓组联接,普通螺栓联接,不滑移条件,ri第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心的距离。,f F0,f F0,江西农大工学院,铰制孔螺栓组联接,F1,Fmax,江西农大工学院,（3）受轴向载荷的螺栓组联接,假设：底板是刚性 底板绕OO翻转 螺杆和地基按各自的刚度拉伸和压缩。,FF z,（4）受倾覆力矩的螺纹组联接,F1,Fmax,江西农大工学院,计算受力最大螺栓的受力,最大外载荷：,螺栓总拉力：,江西农大工学院,考虑地基强度,受外载前地基的挤压应力：,M引起的最大应力：,近似取,左边不出现缝隙,右边地基不被压溃,p地基材料的许用挤压应力,江西农大工学院,六、螺纹联接件的材料及许用应力,1、螺纹联接件的材料,常用材料：Q215、Q235，10、35、45等；冲击振动大的场合：40Cr、30CrMnSi等；特殊场合：1Cr13、CrNi2、H62等。国家标准规定：螺纹联接件按材料的力学性能分等级：螺栓、螺柱、螺钉从3.612.9分十个等级；,3.6的含义：抗拉强度B：300MPa屈服强度S：180MPa,螺母从412分七个等级。,标记的含义：保证最小应力的1100,选用时：螺母的性能等级不低于螺栓的性能等级,江西农大工学院,2、许用应力,螺纹联接件的许用拉应力：sS螺纹联接件的许用剪应力：sS螺纹联接件的许用挤压应力：钢：p sSp 铸铁：p BSps、B联接件材料的屈服极限、强度极限；S、S、Sp安全系数。,江西农大工学院,七、提高螺拴联接强度的措施,减少螺栓刚度Cb,1、降低应力幅,用腰状螺杆、空心螺杆,螺母下安装弹性元件,江西农大工学院,增大被联接件刚度Cm,不用垫片，或用刚性较大垫片,减少螺栓刚度Cb、增大被联接件刚度Cm和增大预紧力并用。,江西农大工学院,2、改善螺纹牙上载荷分布不均现象,螺栓和螺母的刚度和变形性质不同，造成螺纹牙上各圈的受力不均,第一圈螺纹牙承受约l3的载荷，以后各圈依次递减，第8圈以后的螺纹几乎不受载。,江西农大工学院,用受拉螺母悬置螺母,内斜螺母,环槽螺母,内斜、环槽共用螺母,用钢丝螺套,江西农大工学院,3、减小应力集中,增大过渡圆角、增加卸载槽、卸载过渡结构,采用球面垫圈,采用腰环结构,江西农大工学院,4、采用合理的制造工艺,采用冷墩螺纹头部；滚压螺纹；冷作硬化表面。,江西农大工学院,八、螺旋传动（helical drive）,1、分类 按用途分传力螺旋（screw of transmission power）,传导螺旋（screw of transmission motion）,传递动力为主间歇工作速度不高需要自锁,调整螺旋（adjusting screw）,传递运动为主连续工作速度较高传动精度和效率要高,调整、固定零件位置不经常转动,江西农大工学院,按摩擦性质分,滑动螺旋（sliding screw）,滚动螺旋（rolling screw）,结构简单易于自锁摩擦阻力大传动效率低传动精度低,静压螺旋（pressure screw）,结构复杂摩擦阻力小传动效率高,结构复杂摩擦阻力小传动效率高需供油系统,江西农大工学院,2、滑动螺旋的结构和材料,结构运动转变方式有：螺杆转动，螺母移动,机床进给丝杆,起重螺旋,螺母转动，螺杆移动螺母固定，螺杆转动及移动,螺杆固定，螺母转动及移动,江西农大工学院,螺母结构,整体螺母结构简单，但由磨损产生的轴向间隙不能补偿，只是用于精度要求较低的螺旋。组合螺母结构复杂，但可以定期地调整，以消除轴向间隙，避免反向转动时的空行程。,剖分式螺母结构复杂，但可以补偿旋合螺纹的磨损。滑动螺旋的螺纹类型有矩形、梯形和锯齿形。,江西农大工学院,材料,a、螺杆低速轻载：不经热处理的Q235、Q275、45；较高速重载：热处理的40Cr、65Mn、20CrMnTi；精密传导：热处理的9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl。b、螺母一般传动：ZQSn10l、ZQSn663重载低速：ZQAl94、ZHAl66632重载调整：35、球墨铸铁低速轻载：耐磨铸铁大尺寸：钢或铸铁做外套，内孔浇铸青铜高速：钢或铸铁做外套，内孔浇铸巴氏合金。,江西农大工学院,3、螺旋传动的设计计算,失效形式及校核内容主要失效形式：磨损校核：受力较大的传力螺旋：校核螺杆危险剖面及螺纹牙的强度；精密的传导螺旋：校核螺杆的刚度；长径比很大的螺杆：校核其稳定性；高速长螺杆：校核其临界转速；要求自锁的螺杆：校核其自锁性。,江西农大工学院,耐磨性计算,工作面上的压力p：,A螺纹承压面积（mm2）；,d2螺纹中径（mm）；,h螺纹工作高度（mm）；,u螺纹工作圈数，uHP H螺母高度（mm）,P螺距（mm）；,F轴向力（N）；,江西农大工学院,令 Hd2，则 Hd2，代入整理后得,矩形和梯形螺纹，h0.5P，则,30的锯齿形螺纹，h0.75P，则,：整体螺母：1.22.5；剖分螺母，兼作支承螺母：2.53.5；传动精度高、载荷大、寿命长：4。螺纹工作圈数不易超过10圈。,江西农大工学院,自锁条件,螺杆的强度计算,式中：,F轴向压力（N）；A危险剖面面积（mm2）；WT抗扭截面模量（mm3）；T扭矩（Nmm）；螺杆材料的许用应力（MPa）。,江西农大工学院,螺母螺纹牙的强度计算,剪切强度：,弯曲强度：,式中：b牙根部的厚度(mm)，,矩形螺纹b0.5P，梯形螺纹b0.65P，锯齿形螺纹b0.75P；,l弯曲力臂(mm)，,江西农大工学院,螺母外径与凸缘强度计算,a、bb剖面拉伸应力,b、凸缘与底座接触表面挤压强度,考虑摩擦力,螺母许用拉伸应力(Mpa)，0.83b,c、凸缘根部的弯曲强度,许用挤压应力(Mpa)，p(1.51.7)b,江西农大工学院,螺杆的稳定性验算,稳定条件：SSCFcrFSS SSC稳定性计算安全系数 SS 稳定性安全系数,Fcr螺杆临界压力 按Sli选用不同的公式：,传力：SS3.55.0传导：SS2.54.0精密或水平：SS4,s100,拉压弹性模数E2.06105(Mpa),螺杆危险剖面的惯性矩(mm 4),江西农大工学院,s100，且B480 Mpa的优质碳钢,s100，且B380 Mpa的普通碳钢,s40时，不必进行稳定性校核。,江西农大工学院,在Sli公式中：螺杆长度系数，查表；l 螺杆工作长度(mm)，,i螺杆危险剖面的惯性半径(mm),两端支承，取支点间的距离，一端螺母支承，支点取螺母中点；,江西农大工学院,Ssc,稳定条件：SSCFcrFSS,不满足此条件怎么办？,Fcr,增大螺杆小径d1,江西农大工学院,九、螺纹的公差配合与检测,1、螺纹的公差原则影响螺纹互换性的主要因素是螺距误差、牙型半角误差和中径偏差。螺距误差体现为多个螺距的螺距累计误差。对联接螺纹，主要保证可旋合性和一定的联接强度，应采用包容原则来处理，即标准中只规定中径公差，而螺距误差和半角误差都由中径公差来综合控制。螺纹的大径和小径，主要是旋合时不发生干涉，标准对外螺纹大径和内螺纹小径规定了较大的公差值，对外螺纹小径和内螺纹大径没有规定公差值，只规定了保证旋合时不会发生干涉。,