螺纹联接和螺旋传动()精选PPT.ppt

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1、螺纹联接和螺旋传动()江西农大工学院第1页，此课件共60页哦第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动一、一、螺纹（螺纹（thread）1、螺纹的形成、螺纹的形成2、螺纹的类型、螺纹的类型按平面图形分按平面图形分牙根强度牙根强度工艺性工艺性适用场合适用场合三角形螺纹三角形螺纹(triangularthread)最大最大好好联接联接矩形螺纹矩形螺纹(rectanglethread)小小差差传动传动梯形螺纹梯形螺纹(trapezoidalthread)较大较大好好传动传动锯齿形螺纹锯齿形螺纹(sawtooththread)较大较大好好传动传动管螺纹（管螺纹（pipethread）联接联接江

2、西农大工学院第2页，此课件共60页哦按螺线的绕行方向分按螺线的绕行方向分左旋螺纹（左旋螺纹（left-handthread）右旋螺纹（右旋螺纹（right-handthread）按螺纹线数分按螺纹线数分单线螺纹（单线螺纹（single-thread）用于联接用于联接双线螺纹（双线螺纹（double-thread）用于传动用于传动三线螺纹（三线螺纹（triple-thread）用于传动用于传动多线螺纹多线螺纹用于传动用于传动江西农大工学院第3页，此课件共60页哦3、主要参数、主要参数大径大径d公称直径（公称直径（nominalthread）小径小径d1危险剖面直径，强度计算直径危险剖面直径，强度

3、计算直径中径中径d2轴线剖面上的假想直径轴线剖面上的假想直径线数线数n 螺旋线数目螺旋线数目螺距螺距P（threadpitch）导程导程S（lead）SnP升角升角（leadangle）牙型角牙型角 牙侧角牙侧角 工作高度工作高度h江西农大工学院第4页，此课件共60页哦二、螺纹联接的基本类型二、螺纹联接的基本类型1、螺栓（、螺栓（bolt）联接）联接普通螺栓（普通螺栓（generalbolt）联接）联接铰制孔螺栓（铰制孔螺栓（reamerbolt）联接）联接2、双头螺柱（、双头螺柱（stud，double-endbolt）联接）联接江西农大工学院第5页，此课件共60页哦3、螺钉（、螺钉（scr

4、ew）联接）联接4、紧定螺钉（、紧定螺钉（setscrew）联接）联接5、特殊用螺钉联接、特殊用螺钉联接地脚螺钉地脚螺钉(foundationbolt)联接联接吊环螺钉（吊环螺钉（eyebolt）联接）联接江西农大工学院第6页，此课件共60页哦6、标准螺纹联接件、标准螺纹联接件螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉自攻螺钉、螺母、垫圈自攻螺钉、螺母、垫圈江西农大工学院第7页，此课件共60页哦三、螺纹联接的预紧和防松三、螺纹联接的预紧和防松（一）螺纹副受力分析（一）螺纹副受力分析1、矩形螺纹、矩形螺纹物体沿斜面匀速上升物体沿斜面匀速上升F0RFF0RNFFf F F0tan（+）螺

5、母旋转一周的输入功为螺母旋转一周的输入功为A1F d2F0tan（+）d2举升重物的有效功为举升重物的有效功为A2F0SF0 d2tan江西农大工学院第8页，此课件共60页哦效率：效率：当当450.5 时，螺纹副的效率最高时，螺纹副的效率最高物体沿斜面匀速下降物体沿斜面匀速下降F0RNFFfF0RF F F0tan（）自锁条件为：自锁条件为：FF0tan（）0江西农大工学院第9页，此课件共60页哦2、三角形螺纹、三角形螺纹摩擦力：摩擦力：NF0N力的关系力的关系F F0tan（v）效效率率自锁条件自锁条件江西农大工学院第10页，此课件共60页哦（二）螺纹联接的预紧（二）螺纹联接的预紧1、螺纹阻

6、力矩、螺纹阻力矩2、支承面阻力矩、支承面阻力矩3、拧紧力矩、拧紧力矩增加可靠性增加可靠性紧密性紧密性江西农大工学院第11页，此课件共60页哦4、控制预紧力的方法、控制预紧力的方法测力矩板手测力矩板手定力矩板手定力矩板手测定螺栓伸长量测定螺栓伸长量江西农大工学院第12页，此课件共60页哦（三）螺纹联接的防松（三）螺纹联接的防松1、摩擦防松（、摩擦防松（preventlooseningbyfriction）双螺母（双螺母（doublenut）弹簧垫圈（弹簧垫圈（springwasher）自锁螺母（自锁螺母（self-lockingnut）江西农大工学院第13页，此课件共60页哦2、机械防松、机械防

7、松开口销开口销(springcotter)与六角开槽螺母与六角开槽螺母(notchnut)止动垫圈（止动垫圈（stopwasher）串联金属丝（串联金属丝（inserieswire）江西农大工学院第14页，此课件共60页哦3、永久防松（破坏螺纹副）、永久防松（破坏螺纹副）冲点、焊接冲点、焊接(jointing)、粘合、粘合(conglutination)四、单个螺栓联接的强度计算四、单个螺栓联接的强度计算1、失效形式及计算准则、失效形式及计算准则受拉螺栓受拉螺栓断裂（过载断裂、疲劳断裂）断裂（过载断裂、疲劳断裂）、螺纹滑扣；、螺纹滑扣；计算准则：保证螺栓的静力拉伸强度。计算准则：保证螺栓的静力

8、拉伸强度。占占65%占占20%占占15%江西农大工学院第15页，此课件共60页哦受剪螺栓受剪螺栓螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断；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。计算准则：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。江西农大工学院第16页，此课件共60页哦2、松螺栓联接的强度计算、松螺栓联接的强度计算拉伸强度条件为：拉伸强度条件为：式中：式中：d1危险剖面直径，危险剖面直径，mm 许用应力，许用应力，Mpa SS江西农大工学院第17页，此课件共60页哦3、紧螺栓联接的强度计算、紧螺栓联接的强度计算拉伸应力为：拉伸应力为：扭剪应力：扭剪应力：普通钢制螺栓，普通钢制螺栓

9、，tanv0.17d2d11.041.08，tan0.05代入计算得代入计算得 0.5 江西农大工学院第18页，此课件共60页哦1）受横向载荷的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接螺杆的强度条件为：螺杆的强度条件为：减载键、减载环减载键、减载环江西农大工学院第19页，此课件共60页哦挤压强度：挤压强度：剪切强度：剪切强度：2）铰制孔用螺栓联接的强度）铰制孔用螺栓联接的强度剪切强度：剪切强度：挤压强度：挤压强度：江西农大工学院第20页，此课件共60页哦3）受轴向载荷的紧螺栓联接）受轴向载荷的紧螺栓联接螺杆的总受力螺杆的总受力F2F0F？残余预紧力残余预紧力（residualpretightening

10、force）江西农大工学院第21页，此课件共60页哦相对刚度尽可能取小相对刚度尽可能取小些，推荐值为：金属些，推荐值为：金属垫片垫片(或无垫片或无垫片)0.20.3，皮革垫片，皮革垫片0.7，铜皮石棉垫片铜皮石棉垫片0.8，橡，橡胶垫片胶垫片0.9。江西农大工学院第22页，此课件共60页哦拉伸强度：拉伸强度：保证联接的紧密性，应使保证联接的紧密性，应使F10有紧密性要求的：有紧密性要求的：F1（1.51.8）F一般联接，载荷稳定：一般联接，载荷稳定：F1（0.20.6）F一般联接，载荷不稳定：一般联接，载荷不稳定：F1（0.61.0）F地脚螺栓：地脚螺栓：F1F设计式设计式：说明说明江西农大工

11、学院第23页，此课件共60页哦对变载重要联接，应作疲劳强度校核对变载重要联接，应作疲劳强度校核-1tc螺栓材料的对称循环拉压螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限；疲劳极限；试件的材料常数，碳素钢试件的材料常数，碳素钢0.10.2，合金钢，合金钢0.20.3；K拉压疲劳强度综合影响系数拉压疲劳强度综合影响系数k有效应力集中系数有效应力集中系数尺寸系数尺寸系数S 安全系数安全系数江西农大工学院第24页，此课件共60页哦4）受偏心载荷的紧螺栓联接）受偏心载荷的紧螺栓联接江西农大工学院第25页，此课件共60页哦避免偏载的措施：避免偏载的措施：铸造出凸台；铸造出凸台；斜面用斜垫圈；斜面用斜垫圈；采用球面垫圈。

12、采用球面垫圈。加工沉头座；加工沉头座；江西农大工学院第26页，此课件共60页哦五、螺栓组联接的设计五、螺栓组联接的设计1、螺栓组的结构设计、螺栓组的结构设计轴对称的简单几何形状轴对称的简单几何形状江西农大工学院第27页，此课件共60页哦a、铰制孔螺栓，在载荷方向不要成排布置、铰制孔螺栓，在载荷方向不要成排布置8个以个以上的螺栓。上的螺栓。b、受弯矩或扭矩时，螺栓应布置在结合面的边、受弯矩或扭矩时，螺栓应布置在结合面的边缘上，使受力小。缘上，使受力小。c、同时受轴向、横向载荷时，用减载键、销、套、同时受轴向、横向载荷时，用减载键、销、套筒等。筒等。螺栓的受力合理螺栓的受力合理江西农大工学院第28

13、页，此课件共60页哦螺栓间有合理的间距、边距；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；组中各螺栓的材料、直径、长度应一致；避免螺栓受偏心载荷。避免螺栓受偏心载荷。江西农大工学院第29页，此课件共60页哦2、螺栓组受力分析、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；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；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。受载后结

14、合面仍保持为平面。江西农大工学院第30页，此课件共60页哦（1）受横向载荷的螺栓组联接）受横向载荷的螺栓组联接FzFf 接合面摩擦系数；接合面摩擦系数；i 接合面数目；接合面数目；z 螺栓数目；螺栓数目；KS防滑系数，防滑系数，KS1.11.3。FF0f zF0f zF0f z i FKS江西农大工学院第31页，此课件共60页哦（2）受转矩的螺栓组联接）受转矩的螺栓组联接普通螺栓联接普通螺栓联接不滑移条件不滑移条件ri第第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心的距离。个螺栓的轴线到螺栓组对称中心的距离。f F0f F0江西农大工学院第32页，此课件共60页哦 铰制孔螺栓组联接铰制孔螺栓组联接F1Fma

15、x江西农大工学院第33页，此课件共60页哦（3）受轴向载荷的螺栓组联接）受轴向载荷的螺栓组联接假设：底板是刚性假设：底板是刚性底板绕底板绕OO翻转翻转螺螺杆杆和和地地基基按按各各自自的的刚刚度度拉拉伸和压缩。伸和压缩。FFz（4）受倾覆力矩的螺纹组联接受倾覆力矩的螺纹组联接F1Fmax江西农大工学院第34页，此课件共60页哦计算受力最大螺栓的受力计算受力最大螺栓的受力最大外载荷：最大外载荷：螺栓总拉力：螺栓总拉力：江西农大工学院第35页，此课件共60页哦 考虑地基强度考虑地基强度受外载前地基的挤压应力：受外载前地基的挤压应力：M引起的最大应力：引起的最大应力：近似取近似取左边不出现缝隙左边不出

16、现缝隙右边地基不被压溃右边地基不被压溃p地基材料的许用挤压应力地基材料的许用挤压应力江西农大工学院第36页，此课件共60页哦六、螺纹联接件的材料及许用应力六、螺纹联接件的材料及许用应力1、螺纹联接件的材料、螺纹联接件的材料常用材料：常用材料：Q215、Q235，10、35、45等；等；冲击振动大的场合：冲击振动大的场合：40Cr、30CrMnSi等；等；特殊场合：特殊场合：1Cr13、CrNi2、H62等。等。国家标准规定：国家标准规定：螺纹联接件按材料的力学性能分等级：螺纹联接件按材料的力学性能分等级：螺栓、螺柱、螺钉从螺栓、螺柱、螺钉从3.612.9分十个等级；分十个等级；3.6的含义：的

17、含义：抗拉强度抗拉强度B：300MPa屈服强度屈服强度S：180MPa螺母从螺母从412分七个等级。分七个等级。标记的含义：标记的含义：保证最小应力的保证最小应力的1100选用时：选用时：螺母的性能等级不低于螺螺母的性能等级不低于螺栓的性能等级栓的性能等级江西农大工学院第37页，此课件共60页哦2、许用应力、许用应力螺纹联接件的螺纹联接件的许用拉应力：许用拉应力：sS螺纹联接件的螺纹联接件的许用剪应力：许用剪应力：sS螺纹联接件的螺纹联接件的许用挤压应力：许用挤压应力：钢：钢：psSp铸铁：铸铁：pBSps、B联接件材料的屈服极限、强度极限联接件材料的屈服极限、强度极限；S、S、Sp安全系数。

18、安全系数。江西农大工学院第38页，此课件共60页哦七、提高螺拴联接强度的措施七、提高螺拴联接强度的措施减少螺栓刚度减少螺栓刚度Cb1、降低应力幅、降低应力幅用用腰腰状状螺螺杆杆、空空心心螺杆螺杆螺母螺母下安下安装弹装弹性元性元件件改变前改变前改变后改变后江西农大工学院第39页，此课件共60页哦增大被联接件刚度增大被联接件刚度Cm不用垫片，或用刚性较大垫片不用垫片，或用刚性较大垫片减少螺栓刚度减少螺栓刚度Cb、增大被联接件、增大被联接件刚度刚度Cm和增大预紧力并用。和增大预紧力并用。改变前改变前改变后改变后改变前改变前改变后改变后江西农大工学院第40页，此课件共60页哦2、改善螺纹牙上载荷分布不

19、均现象、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各圈的受力不均第第一一圈圈螺螺纹纹牙牙承承受受约约l3的的载载荷荷，以以后后各各圈圈依依次次递递减减，第第8圈以后的螺纹几乎不受载。圈以后的螺纹几乎不受载。江西农大工学院第41页，此课件共60页哦用受拉螺母用受拉螺母悬置螺母悬置螺母内斜螺母内斜螺母环槽螺母环槽螺母内斜、内斜、环槽共环槽共用用螺母螺母用钢丝螺套用钢丝螺套江西农大工学院第42页，此课件共60页哦3、减小应力集中、减小应力集中增大过渡圆角、增加卸载槽、卸载过渡结构增大过渡圆角、增加卸载槽、卸载过渡

20、结构采用球面垫圈采用球面垫圈采用腰环结构采用腰环结构江西农大工学院第43页，此课件共60页哦4、采用合理的制造工艺、采用合理的制造工艺采用冷墩螺纹头部；采用冷墩螺纹头部；滚压螺纹；滚压螺纹；冷作硬化表面。冷作硬化表面。江西农大工学院第44页，此课件共60页哦八、螺旋传动（八、螺旋传动（helical drive）1、分类、分类按用途分按用途分传力螺旋传力螺旋（screwoftransmissionpower）传导螺旋传导螺旋（screwoftransmissionmotion）传递动力为主传递动力为主间歇工作间歇工作速度不高速度不高需要自锁需要自锁调整螺旋调整螺旋（adjustingscrew

21、）传递运动为主传递运动为主连续工作连续工作速度较高速度较高传动精度和效率要高传动精度和效率要高调整、固定零件位置调整、固定零件位置不经常转动不经常转动江西农大工学院第45页，此课件共60页哦按摩擦性质分按摩擦性质分滑动螺旋（滑动螺旋（slidingscrew）滚动螺旋（滚动螺旋（rollingscrew）结构简单结构简单易于自锁易于自锁摩擦阻力大摩擦阻力大传动效率低传动效率低传动精度低传动精度低静压螺旋（静压螺旋（pressurescrew）结构复杂结构复杂摩擦阻力小摩擦阻力小传动效率高传动效率高结构复杂结构复杂摩擦阻力小摩擦阻力小传动效率高传动效率高需供油系统需供油系统江西农大工学院第46页

22、，此课件共60页哦2、滑动螺旋的结构和材料、滑动螺旋的结构和材料结构结构运动转变方式有：运动转变方式有：螺杆转动，螺母移动螺杆转动，螺母移动机床进机床进给丝杆给丝杆起重起重螺旋螺旋螺母转动，螺杆移动螺母转动，螺杆移动螺母固定，螺杆转动及移动螺母固定，螺杆转动及移动螺杆固定，螺杆固定，螺母转动及螺母转动及移动移动江西农大工学院第47页，此课件共60页哦螺母结构螺母结构整整体体螺螺母母结结构构简简单单，但但由由磨磨损损产产生生的的轴轴向向间间隙隙不不能能补补偿，只是用于精度要求较低的螺旋。偿，只是用于精度要求较低的螺旋。组组合合螺螺母母结结构构复复杂杂，但但可可以以定定期期地地调调整整，以以消消除

23、除轴轴向向间间隙，避免反向转动时的空行程。隙，避免反向转动时的空行程。剖剖分分式式螺螺母母结结构构复复杂杂，但但可可以以补补偿偿旋旋合合螺螺纹纹的的磨磨损。损。滑滑动动螺螺旋旋的的螺螺纹纹类类型型有有矩矩形形、梯形和锯齿形。梯形和锯齿形。江西农大工学院第48页，此课件共60页哦材料材料a、螺杆、螺杆低速轻载：不经热处理的低速轻载：不经热处理的Q235、Q275、45；较高速重载：热处理的较高速重载：热处理的40Cr、65Mn、20CrMnTi；精密传导：热处理的精密传导：热处理的9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl。b、螺母、螺母一般传动：一般传动：ZQSn10l、ZQSn663重载低速：

24、重载低速：ZQAl94、ZHAl66632重载调整：重载调整：35、球墨铸铁、球墨铸铁低速轻载：耐磨铸铁低速轻载：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。高速：钢或铸铁做外套，内孔浇铸巴氏合金。江西农大工学院第49页，此课件共60页哦3、螺旋传动的设计计算、螺旋传动的设计计算失效形式及校核内容失效形式及校核内容主要失效形式：磨损主要失效形式：磨损校核：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；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；精密的传导螺旋：校核螺杆

25、的刚度；长径比很大的螺杆：校核其稳定性；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；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。要求自锁的螺杆：校核其自锁性。江西农大工学院第50页，此课件共60页哦耐磨性计算耐磨性计算工作面上的压力工作面上的压力p：A螺纹承压面积（螺纹承压面积（mm2）；）；d2螺纹中径（螺纹中径（mm）；）；h螺纹工作高度（螺纹工作高度（mm）；）；u螺纹工作圈数，螺纹工作圈数，uHP H螺母高度（螺母高度（mm）P螺距（螺距（mm）；）；F轴向力（轴向力（N）；）；江西农大工学院第51页，此课件共60页哦令令 Hd2，则，则 Hd2，代入整理

26、后得，代入整理后得矩形和梯形螺纹，矩形和梯形螺纹，h0.5P，则，则30的锯齿形螺纹，的锯齿形螺纹，h0.75P，则，则：整体螺母：整体螺母：1.22.5；剖分螺母，兼作支承螺母：剖分螺母，兼作支承螺母：2.53.5；传动精度高、载荷大、寿命长：传动精度高、载荷大、寿命长：4。螺纹工作圈数不易超过螺纹工作圈数不易超过10圈。圈。江西农大工学院第52页，此课件共60页哦 自锁条件自锁条件螺杆的强度计算螺杆的强度计算式中：式中：F轴向压力（轴向压力（N）；）；A危险剖面面积（危险剖面面积（mm2）；）；WT抗扭截面模量（抗扭截面模量（mm3）；）；T扭矩（扭矩（Nmm）；）；螺杆材料的许用应力（螺

27、杆材料的许用应力（MPa）。）。江西农大工学院第53页，此课件共60页哦 螺母螺纹牙的强度计算螺母螺纹牙的强度计算剪切强度：剪切强度：弯曲强度：弯曲强度：式中：式中：b牙根部的厚度牙根部的厚度(mm)，矩形螺纹矩形螺纹b0.5P，梯形螺纹梯形螺纹b0.65P，锯齿形螺纹锯齿形螺纹b0.75P；l弯曲力臂弯曲力臂(mm)，江西农大工学院第54页，此课件共60页哦螺母外径与凸缘强度计算螺母外径与凸缘强度计算a、bb剖面拉伸应力剖面拉伸应力b、凸缘与底座接触表面挤压强度、凸缘与底座接触表面挤压强度考虑摩擦力考虑摩擦力螺母许用拉伸应力螺母许用拉伸应力(Mpa)，0.83bc、凸缘根部的弯曲强度、凸缘根

28、部的弯曲强度许用挤压应力许用挤压应力(Mpa)，p(1.51.7)b江西农大工学院第55页，此课件共60页哦螺杆的稳定性验算螺杆的稳定性验算稳定条件：稳定条件：SSCFcrFSS SSC稳定性计算安全系数稳定性计算安全系数 SS稳定性安全系数稳定性安全系数Fcr螺杆临界压力螺杆临界压力按按Sli选用不同的公式：选用不同的公式：传力：传力：SS3.55.0传导：传导：SS2.54.0精密或水平：精密或水平：SS4s100拉压弹性模数拉压弹性模数E2.06105(Mpa)螺杆危险剖面的惯性矩螺杆危险剖面的惯性矩(mm4)江西农大工学院第56页，此课件共60页哦s100，且，且B480Mpa的优质碳

29、钢的优质碳钢s100，且，且B380Mpa的普通碳钢的普通碳钢s40时，不必进行稳定性校核。时，不必进行稳定性校核。江西农大工学院第57页，此课件共60页哦在在Sli公式中：公式中：螺杆长度系数，查表；螺杆长度系数，查表；l 螺杆工作长度螺杆工作长度(mm)，i螺杆危险剖面的惯性半径螺杆危险剖面的惯性半径(mm)两端支承，取支点间的距离，两端支承，取支点间的距离，一端螺母支承，支点取螺母中点；一端螺母支承，支点取螺母中点；江西农大工学院第58页，此课件共60页哦Ssc稳定条件：稳定条件：SSCFcrFSS不满足此条件不满足此条件怎么办？怎么办？Fcr增大螺杆小径增大螺杆小径d1江西农大工学院第59页，此课件共60页哦九、螺纹的公差配合与检测九、螺纹的公差配合与检测1、螺纹的公差原则、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。江西农大工学院第60页，此课件共60页哦