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1、提要介绍螺纹的分类、主要参数、 螺旋 副受力分析和自锁; 螺纹连接的主要类型和 使用；螺栓连接的强度计算；螺旋传动机构 的类型、滑动螺旋传动的设计计算、滚动螺 旋传动的结构和主要参数。,第四章 螺纹连接与螺旋传动,4.1 螺纹 4.2 螺纹连接的主要类型和使用 4.3 螺纹连接的强度计算 4.4 螺旋传动,圆锥管,圆柱管,普通,连 接 螺 纹,4.1.1、螺纹的分类、特点和应用,矩形,梯形,锯齿形,三角形,粗牙、细牙,4.1螺纹,1.按牙型分类：三角形 、梯形、锯齿形、矩形。,传 动 螺 纹,三角形螺纹 （普通公制、圆柱管、圆锥管螺纹）用于连接。,梯形、矩形和锯齿形螺纹用于传动.,2.按旋向分
2、类：左旋、右旋。,左旋（单线）,右旋（双线）,用右手定则 判断螺纹旋向,P,L,3.按线数分类：单线、多线。,多 线 螺 纹,单 线 螺 纹,L,4.1.2螺纹的主要参数,1.大径（D、d）,国标规定： 大径为螺纹的公称直径。,2.小径（D1、d1）,3.中径（D2、d2）,d2(d+d1)/2,中径是确定螺纹配合性质（松紧）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L和螺纹线数n,（1）线数n：螺纹的螺旋线数目（条数）。,传动螺纹要求传动效率高，可用双线或三线 螺纹。为了便于制造，一般n4。,（2）导程L：同一条螺旋线上，相邻两牙在 中径线上对应两点间的轴
3、向距离。,L = n p (4-1),连接螺纹要求自锁性好，多用单线螺纹。,6.升角：在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直螺纹轴线的平面的夹角。 7.牙形角：在轴向剖面内，螺纹牙型两侧面的夹角。 8.牙侧角：在轴向剖面内，螺纹牙侧一边与螺纹轴线垂线之间的夹角。,（4-2）,4.1.3螺旋副的受力分析、效率和自锁,1.矩形螺纹（=0） （1）螺母在Ft作用下， 沿与载荷F相反的方向 匀速运动：,螺母在Ft作用下，沿 与载荷F相反的方向 匀速运动时： 水平推力与轴向载荷之关系：,N,（4-3）,图4-3(a),（4-4）,总（全）反力R与法向反力N之夹角 称为摩擦角。,水平推力对螺纹轴心线的力矩：,（2
4、）螺母在Ft作用下，沿与 载荷F相同的方 向匀速运动：,N,图4-3(c),(4-5),（3）自锁条件：,（4）效率：,螺母上升时，螺母绕行一圈， 所需输入功为：,有效功为：,矩形螺旋副效率为：,（4-7）,2.牙形角不为零的螺纹（0）,0 螺旋副的相对转动， 可以看成是楔形斜面的滑 动（如图：4-4b所示）。 可推得：,图4-4（b）,（1）螺母匀速上升时：,Ft=Ftan(+v) (4-8),图4-4（a）,（2）水平推力力矩：,T=Ftan(+v)d2/2 (4-9),（3）自锁条件： v (4-10),（4）传动效率：,（4-11）,v为当量摩擦角, v=arctan fv。,fv为当
5、量摩擦系数，fv=f/cos，为牙侧角。,讨论：,1.v=arctan（f/cos），COS v自锁性效率 。,连接多用三角形螺纹=30, 传动多用梯形 螺纹=15。矩形螺纹=0，传动效率最 高，但自锁性最差，对中性也差。,2.提高的途径：,用较大的螺旋升角 （例：用较大的螺距或多线螺纹）, 较小的 （例：用梯形或矩形螺代三角形螺纹）, 减小f （例：加润滑油或改换f较小的材料）。,4.2 螺纹连接的主要类型和使用,4.2.1螺纹连接的主要类型,图4-6,螺 栓 连 接,图4-6,螺纹连接的主要类型共四种,4.2.2螺纹连接的预紧和防松,1. 螺纹连接的预紧：,（1）预紧：承受工作载荷 之前的
6、拧紧。预紧后螺栓 受拉力作用，如右图所示。,（2）拧紧力矩：,对M1068的粗牙螺纹，无润滑时：,T0.2Fd (4-12),F为预紧力（N）; d为螺纹大径。,指针式扭力扳手三维动画N701.flc,预置式定力扳手三维动画N702.flc,2.螺纹连接的防松,（1）防松的原因：,静载荷和恒温条件下，M1068的粗牙螺纹连 接 螺 纹升 角 =1.53, 螺旋副当量摩擦角 v=9.8满足自锁条件v，自锁可靠不会 松动。,在温度变化或冲击振动条件下， 预紧力瞬时 消失或消失，使连接失去自锁性能。 故必须 采取防松措施。,（2）常见防松方法：P41表4-2,摩擦力防松,机械防松, 其他防松,小结,
7、4.1螺纹 1.螺纹的分类、特点和应用 2. 螺纹的主要参数 3. 螺旋副的受力分析、效率和自锁 (1)平衡状态下Ft与F之关系 (2)T和的计算 (3)自锁条件,4.2 螺纹连接的主要类型和使用,1.螺纹连接的主要类型和应用场合,2.螺纹连接的预紧和防松,重点: 螺纹连接的类型选择、螺旋传动的 自锁条件和效率计算。,作业,P54: 4 2；4 3（1）,题4-2有关数据： M20 : P=2.5 d2=18.376; M201.5 : P=1.5 d2=19.026.,题4-3应先算出v和再计算。,4.3螺纹连接的强度计算,4.3.1普通螺栓连接的强度计算,1. 松螺栓连接的强度计算,（1）
8、松螺栓连接：装配时螺母不拧紧，除重 力外承受工作载荷前螺栓不受力。 例：起重吊钩与支架的螺栓连接。,起重机吊钩三维动画N901.flc,（2）强度条件：,（4-13）,d1为螺纹小径（mm）; F为螺栓承受的轴向工作载荷 （N）; 为螺栓的拉 应力（N/mm2）; 为螺栓连接的许用拉应力（N/mm2）， 值查表4-3、4-4。,2. 紧螺栓连接的强度计算,（1）只受预紧力作用的螺栓：,（4-14）,F为螺栓承受的预紧力（N），其余各参数 同公式4-13。,只承受预紧力作用的紧螺栓连接三维动画N902.flc,横向承载能力计算：,承受横向载荷时，由预紧力产生的结合面间 的摩擦力抵抗横向载荷R，阻
9、止相对滑动。,承载条件为：,f为摩擦系数，z为螺栓个数，m为结合面数， C为连结的可靠性系数，通常C=1.11.3。,（2）受预紧力和轴向静工作拉力的螺栓连接,螺栓拧紧后再承受轴向工作拉力F。 如图4-10所示气缸盖连接螺栓的受力情况。,工总,受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接 三维动画N903.flc,加工作载荷F时，螺栓再次被拉长，但被连 接件放松，轴向预紧力由F降至F。,（a）,（b）,（c）,为保证连接紧密和螺旋副自锁可靠，剩余预紧力（预紧力降低后 的保留值）必须保证一定的数值。,剩余预紧力与工作载荷的关系,静载：F=(0.20.6)F；,动载：F=(0.61.0)F；,紧密压力容器：F=
10、(1.51.8)F。,预紧力与剩余预紧力的关系,F= F+ ( 1- KC ) F (4-16),式中：KC称为相对刚度系数， 其大小与连 接的材料、结构型式、尺寸大小、载荷作用 方式有关。,c1为螺栓刚度，c2为被连接件的刚度。,总拉力F0与预紧力F的关系,F0=F+ KCF (4-15),总拉力并不等于预紧力F与工作拉力F之和， 这是因为加工作拉力F后预紧力F降低了。,强度公式：,或,（4-17）,受轴向工作载荷的紧螺栓连接设计步骤 .求单个螺栓的工作拉力F； .确定剩余预紧力F和预紧力F； .计算螺栓总拉力F0；(式4-15) .计算螺栓最小直径d1查标准确定公称 直径d。(式4-17)
11、,4.3.2.铰制孔用螺栓连接的强度计算,1.挤压强度条件：,（4-18）,2.抗剪强度条件：,（4-19）,P 、分别为许用 挤压应力 和 许用剪切 应力（MPa），查表4-3、4-4。,4.4螺旋传动,功用：将主动件的旋转运动，转变为从动 件的轴向直线运动。,按摩擦性质分类：,滑动螺旋传动：螺旋副之间为滑动摩擦。,滚动螺旋传动：螺旋副之间为滚动摩擦。,1. 螺旋传动机构的类型,（1）传力螺旋： 以传递动力为主， 要求以较小的转矩，产生较大的轴向力，要求有自锁性，运动速度较低，常作间歇运动。 例： 螺旋千斤顶、螺旋压力机的螺旋等。,螺旋千斤顶三维动画N504.flc,（2）传导螺旋 以传递运
12、动为主，要求有较高的传动精度。 一般连续工作，工作速度较高。,（3）调整螺旋：用来调整、 固定零件间的相对位置。不经常转动， 一般空载下调整。,2. 滑动螺旋传动的设计计算,（1）耐磨性计算,压强条件：,设：螺杆轴向载荷为F，螺纹中径为d2其耐磨性条件为：, 设计公式：,令=H/d2、Z=H/P代入耐磨性条件可得：,（mm） (4-20),为螺母高度系数，整体螺母=1.52.5, 剖分式螺母或受载较大的螺母=2.53.5， 对传动精度较高、载荷较大、 要求寿命较 长时取=4。,（2）螺纹牙的强度计算,抗剪强度条件,（N/mm2） (4-21),弯曲强度条件,（4-22）,（3）螺杆强度的计算,
13、螺杆工作时受拉力（或压力）和转矩T作用。 根据第四强度理论可求出危险截面的强度条 件：,（4-23）,为许用应力（N/mm2），查表4-7； T为转矩（N/mm2）。,（4）螺杆稳定性计算 对于长径比大的受压螺杆，承受轴向力较大时，螺杆会因失稳而破坏，故需进行稳定性验算。 FC/F2.54 (4-24) FC为螺杆的临界压应力，其值可查阅有关手册。 （5）自锁性验算 对于要求自锁的螺旋传动，应根据式（4-10）验算其自锁性。,3. 滚动螺旋传动,（1）滚珠丝杠副的结构、使用及主要参数,滚珠丝杠副的组成及特点,摩擦阻力小、传 动效率高、轴向 刚度大、运转平 稳、传动精度高。 具有传动可逆性。,丝
14、杠1,螺母3,反向器2,滚珠4,特点：,滚珠丝杠副的典型结构类型,单圆弧型,双圆弧型,滚珠丝杠副的主要尺寸参数,滚珠丝杠副的轴向间隙调整和预紧方法,(a)单螺母式,（b）双螺母式预紧（螺旋副有两个螺母）,总的调整方法是安装时设法改变两个螺母的 相对轴向距离，使各自的滚珠紧靠到滚道的 不同侧面上，从而消除滚珠丝杠副的轴向间 隙。,根据结构可分为齿差预紧式、垫片预紧式、 螺旋预紧式三种。,滚珠丝杠副的精度等级和标注方法,滚珠丝杠副的精度等级: 目前采用的部标JB 3162.2-91 等效 国 际标准ISO 3408-3-1992，将滚珠丝杠的精度等级分为1，2，3，4，5，7，10 共七个等级，
15、各级精度依次递减 T1 级最高，T10 级 最低。 一般精度要求时用T4、T5级，较高精度要求时采用T3级，T7T10级用在精度要求不高而要求传动效率高的场合。,滚珠丝杠副的标注方法,滚珠丝杠副根据其结构、规格、精度和螺纹 旋向等特征，用汉语拼音字母、数字和文字 按下列格式进行标注：,(2)滚珠丝杠副设计、选用方法和步骤：,滚珠丝杠副设计、选用方法和步骤与滚动轴承的选用、校核较为类似，故留给同学学完滚动轴承部分后自学。,4.3 螺纹连接的强度计算,（2）紧螺纹连接的强度计算,1. 普通螺栓连接强度计算,小结,（1）松螺栓连接的强度计算,（4-13）,2.铰制孔用螺栓连接强度计算,（1）挤压强度
16、条件,（2）抗剪强度条件,（4-18）,（4-19）,4.4螺旋传动,1.螺旋传动机构的类型 传力螺旋 、传导螺旋 、调整螺旋。,2. 滑动螺旋传动的设计计算,（1）耐磨性计算,(4-20),（2）螺纹牙的强度计算,抗剪强度条件,弯曲强度条件,(4-21),（4-22）,（3）螺杆强度的计算,（4-23）,（4）螺杆稳定性计算,FC/F2.54 (4-24),(5)自锁性验算 v (4-10),3. 滚动螺旋传动,（1）滚珠丝杠副的结构、使用及主要参数,滚珠丝杠副的组成及特点,滚珠丝杠副的典型结构类型,滚珠丝杠副的主要尺寸参数,滚珠丝杠副的轴向间隙调整和预紧方法,滚珠丝杠副的精度等级和标注方法,（2）滚珠丝杠副设计选用的方法和步骤（略）,重点：螺纹连接的强度计算。,作业,P54: 4-4,题4-4 （取d1=8.376mm，S=1.2, C=1.1）,横向载荷：R，可靠性系数：C=1.1,解题思路：,P45公式4-14：,摩擦力：,F为螺栓的预紧力，f为摩擦系数，z为螺栓 的个数，m为被连结件结合面的对数。,连接允许传递的静载荷：,属于只受预紧力的紧螺栓连接，,4-4解：,（1）,（2）,（3）,