第5章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動--機械設(shè)計課件

1、青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制,第5章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動,§5－1

2、 螺紋,§5－2 螺紋聯(lián)接的類型及標準聯(lián)接件,§5－3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊,§5－5 螺紋聯(lián)接的強度計算,§5－7 螺栓的材料和許用應(yīng)力,§5－8 提高螺栓聯(lián)接強度的措施,§5－9 螺旋傳動,§5－4 螺紋聯(lián)接的防松,§5－6 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計,青島科技大學(xué)專用

3、 潘存云教授研制,一、螺紋的形成,§5－1 螺 紋,,,,,,,螺旋線----一動點在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋

4、轉(zhuǎn)，同時沿軸向作等速移動的軌跡。,螺紋----一平面圖形沿螺旋線運動，運動時保持該圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。,螺紋,青島科技大學(xué)專用

5、 潘存云教授研制,按螺紋的牙型分,螺紋的分類,按螺紋的旋向分,按螺旋線的根數(shù)分,按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分,,按螺旋的作用分,按母體形狀分,,矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋,青島科技大學(xué)專用

6、 潘存云教授研制,螺紋的牙型,青島科技大學(xué)專用

7、 潘存云教授研制,按螺紋的牙型分,螺紋的分類,按螺紋的旋向分,按螺旋線的根數(shù)分,按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分,,按螺旋的作用分,按母體形狀分,,矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋,右旋螺紋,,,,,,,,,,,,左旋螺紋,青島科技大學(xué)專用

8、 潘存云教授研制,按螺紋的牙型分,螺紋的分類,按螺紋的旋向分,按螺旋線的根數(shù)分,按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分,,按螺旋的作用分,按母體形狀分,,矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒

9、形螺紋,右旋螺紋,,左旋螺紋,單線螺紋多線螺紋,一般: n ≤ 4,,雙線螺紋,單線螺紋,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,S = 2P,S =P,n線螺紋: S = n P,青島科技大學(xué)專用

10、 潘存云教授研制,按螺紋的牙型分,螺紋的分類,按螺紋的旋向分,按螺旋線的根數(shù)分,按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分,,按螺旋的作用分,按母體形狀分,,矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋,右旋螺紋,,左旋螺紋,單線螺紋多線螺紋,,外螺紋內(nèi)螺紋,,青島科技大學(xué)專用

11、 潘存云教授研制,,青島科技大學(xué)專用

12、 潘存云教授研制,按螺紋的牙型分,螺紋的分類,按螺紋的旋向分,按螺旋線的根數(shù)分,按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分,,按螺旋的作用分,按母體形狀分,,矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋,右旋螺紋,,左

13、旋螺紋,單線螺紋多線螺紋,,外螺紋內(nèi)螺紋,,聯(lián)接螺紋傳動螺紋,,螺旋傳動,,青島科技大學(xué)專用

14、 潘存云教授研制,聯(lián)接螺紋,傳動螺紋,青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制,按螺紋

15、的牙型分,螺紋的分類,按螺紋的旋向分,按螺旋線的根數(shù)分,按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分,,按螺旋的作用分,按母體形狀分,,矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋,右旋螺紋,,左旋螺紋,單線螺紋多線螺紋,,外螺紋內(nèi)螺紋,,聯(lián)接螺紋傳動螺紋,,圓柱螺紋圓錐螺紋,,青島科技大學(xué)專用

16、 潘存云教授研制,圓柱螺紋,圓錐螺紋,管螺紋,青島科技大學(xué)專用

17、 潘存云教授研制,(3)中徑d2 也是一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。,,(1)大徑d 與外螺紋牙頂(或內(nèi)螺紋牙底)相重合的假想圓柱體的直徑。,(2) 小徑 d1 與外螺紋牙底(或內(nèi)螺紋牙頂)相重合的假想圓柱體的直徑。,(4) 螺距P 相鄰

18、兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。,(5) 導(dǎo)程S,(6) 螺紋升角ψ 中徑d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角,(7)牙型角 α 軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角。牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。,牙側(cè)角 β,S = nP,同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距P,二、螺紋的主要幾何參數(shù),(8)接觸高度 h 內(nèi)外螺紋旋合后，接觸面的徑向高度。,青島科技大學(xué)專用

19、 潘存云教授研制,普通螺紋以大徑d為公稱直徑，同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細牙螺

20、紋。,螺紋的精度等級:,A級,B級,C級,,公差小，精度最高，用于配合精確，防振動等場合；,受載較大且經(jīng)常拆卸，調(diào)整或承受變載荷的聯(lián)接；,用于一般聯(lián)接，最常用。,粗牙螺紋應(yīng)用最廣,細牙螺紋的優(yōu)點：升角小、小徑大、自鎖性好、強度高,缺點：不耐磨易滑扣。,應(yīng)用：薄壁零件、受動載荷的聯(lián)接和微調(diào)機構(gòu)。,青島科技大學(xué)專用

21、 潘存云教授研制,梯形螺紋：,為了減少摩擦和提高效率，這兩種螺紋的牙側(cè)角β比三角形螺紋的要小得多。用于剖分螺母時，梯形螺紋可消除因摩擦而產(chǎn)生的間隙，應(yīng)用較廣。鋸齒形螺紋的效率比矩形螺紋高，但只適合單向傳動。,鋸齒形螺

22、紋:,β= 15º,β= 3º,粗牙普通螺紋、細牙普通螺紋和梯形螺紋的基本尺寸見后續(xù)各表（或查閱相關(guān)機械設(shè)計手冊）。,螺紋的基本尺寸：,青島科技大學(xué)專用

23、 潘存云教授研制,直徑與螺距、粗牙普通螺紋基本尺寸 mm,,標記示例：M24(粗牙普通螺紋、直徑24、螺距3),M24X1.5(細牙普通螺紋,直徑24,螺距1.5),,青島科技大學(xué)專用

24、 潘存云教授研制,青島科技大學(xué)專用

25、 潘存云教授研制,梯形螺紋基本尺寸 mm,標記示例：Tr48X8(梯形螺紋，直徑48，螺距8),,青島科技大學(xué)專用

26、 潘存云教授研制,用螺紋密封的管螺紋,普通細牙螺紋,管螺紋,非螺紋密封管螺紋（圓柱管壁α = 55?）,用螺紋密封管螺紋（圓錐管壁α = 55?）,60?圓錐管螺紋,,公稱直徑----管子的公稱通徑。強調(diào)與普通螺紋不同,非螺紋密封的管螺紋,青島科技大學(xué)專用

27、 潘存云教授研制,§5－2 螺紋聯(lián)接的類型及標準聯(lián)接件,一、 螺紋聯(lián)接的基本類型,螺栓聯(lián)接,

28、基本類型,,可承受橫向載荷。,螺紋余留長度l1,鉸制孔螺栓,孔與螺桿之間留有間隙,靜載荷l1>=(0.3~0.5)d;,變載荷l1>=0.75d;,沖擊載荷或彎曲載荷l1≥ d;,鉸制孔用螺栓l1≈ 0;,螺紋伸出長度a=(0.2~0.3)d;,螺栓軸線到邊緣的距離e=d+(3~6) mm,用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。,青島科技大學(xué)專用

29、 潘存云教授研制,一、 螺紋聯(lián)接的基本類型,螺栓聯(lián)接,基本類型,螺釘聯(lián)接,,座端擰入深度H，當螺孔材料為：,雙頭螺柱聯(lián)接 聯(lián)接件厚，允許拆裝。,鋼或青銅 H=d;,鑄鐵 H

30、=(1.25~1.5)d,鋁合金 H=(1.5~2.5)d,螺紋孔深度 H1=H+(2~2.5)P;,鉆孔深度 H2=H1+(0.5~1)d;,參數(shù)l1 、e、a與螺栓相同,結(jié)構(gòu)簡單，省了螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺孔而修復(fù)困難。,§5－2 螺紋聯(lián)接的類型及標準聯(lián)接件,青島科技大學(xué)專用

31、 潘存云教授研制,一、 螺紋聯(lián)接的基本類型,螺栓聯(lián)接,基本類型,螺釘聯(lián)接,雙頭螺柱聯(lián)接,緊定螺釘聯(lián)接,,§5－2 螺紋聯(lián)接的類型及標準聯(lián)接件,青島科技大學(xué)專用

32、 潘存云教授研制,二、螺紋緊固件,螺栓,,螺紋緊固件,螺栓的結(jié)構(gòu)形式,青島科技大學(xué)專用

33、 潘存云教授研制,二、螺紋緊固件,,螺紋緊固件,雙頭螺柱,螺栓,青島科技大學(xué)專用

34、 潘存云教授研制,二、螺紋緊固件,,螺紋緊固件,末端結(jié)構(gòu),頭部結(jié)構(gòu),螺釘、緊定螺釘,雙頭螺柱,螺栓,青島科技大學(xué)專用

35、 潘存云教授研制,二、螺紋緊固件,,螺紋緊固件,地腳螺栓,螺釘、緊定螺釘,雙頭螺柱,螺栓,專用螺紋聯(lián)接,T 型螺

36、栓,青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制,二、螺紋緊固件,,螺紋緊固件,用于經(jīng)常拆裝易磨損之

37、處。,用于尺寸受限制之處。,國標羅列有六十余種不同結(jié)構(gòu)的螺母,螺母,螺釘、緊定螺釘,雙頭螺柱,螺栓,專用螺紋聯(lián)接,青島科技大學(xué)專用

38、 潘存云教授研制,其它螺母：,,,,青島科技大學(xué)專用

39、 潘存云教授研制,其它螺母：,青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制,墊圈,平墊圈,薄平

40、墊圈,螺母,螺釘、緊定螺釘,雙頭螺柱,二、螺紋緊固件,螺栓,,螺紋緊固件,斜墊圈,彈簧墊圈,圓螺母用止動墊圈,作用：增加支撐面積以減小壓強，避免擰緊螺母擦傷表面、防松。,專用螺紋聯(lián)接,青島科技大學(xué)專用

41、 潘存云教授研制,§5－3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊,預(yù)緊力：大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。,預(yù)緊的目的：增強聯(lián)接的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對移動。,預(yù)緊力的確定原則： 擰緊后螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限

42、ss的80%。,一、概述,一般螺紋聯(lián)接在裝配時都必須擰緊，這時螺紋聯(lián)接受到預(yù)緊力的作用。對于重要的螺紋聯(lián)接，應(yīng)控制其預(yù)緊力，因為的大小對螺紋聯(lián)接的可靠性，強度和密封均有很大影響。,碳素鋼螺栓：,Qp≤(0.6~0.7) σs A1,合金鋼螺栓：,Qp ≤(0.5~0.6) σs A1,A1 ---危險截面積， A1 ≈πd21/4,青島科技大學(xué)專用

43、 潘存云教授研制,二、 擰緊力矩,,T1—克服螺紋副相對轉(zhuǎn)動的阻力矩；,T2—克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；,設(shè)軸向力為Fa 或預(yù)緊力（不受軸向載荷）,fc—摩擦系數(shù)。 無

44、潤滑時?。?fc =0.15,rf—支撐面摩擦半徑。 rf =(dw+d0)/4,簡化公式： 適用于M10~M60的粗牙螺紋， f’=0.15, fc=0.15,,T ≈ 0.2 Fa d,Fa是由聯(lián)接要求決定的，為了發(fā)揮螺栓的工作能力和保證預(yù)緊 可靠，應(yīng)?。?總力矩：,注意：對于重要的聯(lián)接，應(yīng)盡可能采用>M12的螺栓。,青島科技大學(xué)專用

45、 潘存云教授研制,測力矩扳手,預(yù)緊力控制方法:,聯(lián)接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時，不會自動松脫。但在沖擊、振動和變載條件下，預(yù)

46、緊力可能在某一瞬時消失，聯(lián)接仍有可能松動。高溫下的螺栓聯(lián)接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設(shè)計時必須考慮防松。即防止相對轉(zhuǎn)動。,定力矩扳手,通常螺紋聯(lián)接擰緊是憑工人的經(jīng)驗來決定的，重要螺栓則必須預(yù)緊力進行精確控制。,1)憑手感經(jīng)驗；,2)測力矩扳手；,3)定力矩扳手；,4)測定伸長量。,青島科技大學(xué)專用

47、 潘存云教授研制,聯(lián)接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時，不會自動松脫。但在沖擊、振動和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時消失，聯(lián)接仍有可能松動而失效。高溫下的螺栓聯(lián)接，由于溫度變

48、形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設(shè)計時必須考慮防松，即防止相對轉(zhuǎn)動。,防松的方法：,1. 利用附加摩擦力防松,,彈簧墊圈,對頂螺母,§5－3 螺紋聯(lián)接的防松,防松----防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。,青島科技大學(xué)專用

49、 潘存云教授研制,開口銷與六角開槽螺母,串聯(lián)鋼絲,2. 采用專門防松元件防松,圓螺母用止動墊圈,止動墊圈,青島科技大學(xué)專用

50、 潘存云教授研制,3. 其他方法防松,涂粘合劑,青島科技大學(xué)專用

51、 潘存云教授研制,§5－5 螺紋聯(lián)接的強度計算,螺栓聯(lián)接的主要失效形式：,滑扣 因經(jīng)常拆裝,,受拉螺栓,塑性變形 螺紋部分,疲勞斷裂,受剪螺栓,剪斷,,壓潰 螺桿和孔壁的貼合面,經(jīng)常拆卸,,斷裂,,--軸向變載荷,青島科技大學(xué)專用

52、 潘存云教授研制,螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據(jù)等強度原則及使用經(jīng)驗規(guī)定的。采用標準件時，這些部分都不需

53、要進行強度計算。所以，螺栓聯(lián)接的計算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標準選定螺紋公稱直徑d及螺距P等。,一、松螺栓聯(lián)接強度計算,強度條件：,式中: d1----螺紋小徑 mm ， [σ]—許用應(yīng)力,二、緊螺栓聯(lián)接強度計算,力除以面積,設(shè)計公式：,裝配時須要擰緊，在工作狀態(tài)下可能還需要補充擰緊。,1. 僅承受預(yù)緊力的緊螺栓強度,2.受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接,3.承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接,,裝配時不須要擰緊,青島科技大學(xué)專用

54、 潘存云教授研制,螺栓受軸向拉力F0和摩擦力矩T1的雙重作用。,拉應(yīng)力：,1. 僅承受預(yù)緊力的緊螺栓強

55、度,扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：,對于M10~M64的普通鋼制螺紋，可?。?tgρ’ ≈ f ’ =0.17， d2 /d1=1.04-1.08, tgρ’≈ 0.5,得： τ ≈ 0.5 σ,分母為抗剪截面系數(shù),計算應(yīng)力：,由此可見，對于M10—M64普通螺紋的鋼制緊螺栓聯(lián)接，在擰緊時，雖然同時承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，但在計算時，可以只考慮拉伸強度計算，并將預(yù)緊力增大30%來考慮扭轉(zhuǎn)的影響。,強度條件：,青島科技大學(xué)專用

56、 潘存云教授研制,當承受橫向工作載荷時， 預(yù)緊力F0導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于橫向載荷

57、F。,C---可靠性系數(shù)，常取 C=1.1~1.3,預(yù)緊力F0 ：,f---摩擦系數(shù)，對鋼與鑄鐵，取: f =0.1~0.15,m---結(jié)合面數(shù) 上圖m=1,下圖m=2,若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 則：,F0 ≥ 8F,→結(jié)構(gòu)尺寸大,青島科技大學(xué)專用

58、 潘存云教授研制,2. 受軸向工作載荷的螺栓強度,改進措施： a. 采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷。螺栓僅起連接作用,b. 采用無間隙的鉸制孔螺栓。,設(shè)流體壓強為p，螺栓數(shù)目為Z，則缸體周圍每個螺栓的平均載荷為：,青島科技大學(xué)專用

59、 潘存云教授研制,特別注意，軸向載荷：,F2≠ F0+F,加預(yù)緊力后→螺栓受拉伸長λb0,→被聯(lián)接件

60、受壓縮短λm0,加載 F 后:,螺栓總伸長量增加為:,總拉力為：,被聯(lián)接件壓縮量減少為：,殘余預(yù)緊力減少為： F1,很顯然: F1<F0 被聯(lián)接件放松了,?λ+λb0,λm0 - ?λ,青島科技大學(xué)專用

61、 潘存云教授研制,,,,,青島科技大學(xué)專用

62、 潘存云教授研制,F= ?Fb +?Fm,=(Cb +Cm ) ?δ,F1= F0- ? F,= F0 - Cm ?δ,F2= F0 +? Fb,= F0 +Cb ? δ,代入得：,,,,,,青島科技大學(xué)專用

63、 潘存云教授研制,3．承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接,這種聯(lián)接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓。在聯(lián)接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。,螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為：,螺栓桿的剪切強度條件為：,F－螺栓所受的工

64、作剪力，單位為N；,鉸制孔螺栓,設(shè)計時應(yīng)使: Lmin≥1.25d0,d0－螺栓剪切面的直徑（可取螺栓 孔直徑），單位為mm；,Lmin－螺栓桿與孔壁擠壓面的最小 高度， 單位為mm；,青島科技大學(xué)專用

65、 潘存云教授研制,§5－6 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計,在設(shè)計螺栓組聯(lián)接時，關(guān)鍵是聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計。它是根據(jù)被聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)和聯(lián)接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式。,▲為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證聯(lián)接結(jié)合面受力均勻，通常聯(lián)接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計成:,一、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計,基

66、本原則：,大多數(shù)機械中螺栓都是成組使用的。,軸對稱的簡單幾何形狀。,青島科技大學(xué)專用 潘

67、存云教授研制,▲螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理,a) 對于鉸制孔用螺栓聯(lián)接，不要在平衡于工作載荷的方向上成排地布置８個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均；,合理,不合理!,b) 當螺栓聯(lián)接彎距或轉(zhuǎn)距時，應(yīng)使螺栓的位置適當靠近聯(lián)接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。,青島科技大學(xué)專用

68、 潘存云教授研制,▲螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距，以保證扳手空間,c) 當同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，采用抗 剪零件來承受橫向載荷。,扳手空間的尺寸見有關(guān)標準。,青島科技大學(xué)專用