螺纹参数计算.ppt

1、第第1010章章 连连 接接u内容内容10-1 螺纹参数螺纹参数10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁（重点）（重点）10-3 机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件10-5 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松（重点）（重点）10-6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算（重点）（重点）10-7 螺纹的材料和许用应力螺纹的材料和许用应力10-8 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施10-9 螺旋传动螺旋传动10-10 滚动螺旋简介滚动螺旋简介10-11 键连接和花键连接键连接和花键连接（重

2、点）（重点）10-12 销联结销联结常见的连接：常见的连接：由于使用、结构、制造、装配、运输由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼此连接。等方面的原因，机器中很多零件需要彼此连接。v连接的类型：连接的类型：螺纹连接螺纹连接键连接、花键连接、销连接键连接、花键连接、销连接弹性环连接等弹性环连接等焊接焊接铆接铆接粘接粘接连接连接可拆连接可拆连接不可拆连接不可拆连接本章介绍的内容第第1010章章 连连 接接1螺纹的形成：螺纹的形成：将一倾斜角为将一倾斜角为的直线绕在圆住体上便形成一的直线绕在圆住体上便形成一条螺旋线。如用平面图形三角形条螺旋线。如用平面图形三角形K 沿螺旋

3、线运动并使沿螺旋线运动并使K平面始平面始终通过圆柱体轴线，就得到三角形螺纹。终通过圆柱体轴线，就得到三角形螺纹。u同样取平面图形同样取平面图形K的形状如右上角任一图形，可得到矩形、梯的形状如右上角任一图形，可得到矩形、梯形、锯齿形、管螺纹等。形、锯齿形、管螺纹等。10-1 10-1 螺纹参数螺纹参数动画动画动画动画10-1 10-1 螺纹参数螺纹参数3螺纹分类：螺纹分类：1.一般分法：一般分法：外螺纹、内螺纹；圆柱螺纹、圆锥螺纹；外螺纹、内螺纹；圆柱螺纹、圆锥螺纹；左旋螺纹、右旋螺纹。左旋螺纹、右旋螺纹。2.按牙型的不同分为：按牙型的不同分为：三角螺纹，普通螺纹：三角螺纹，普通螺纹：效率低，易

4、自锁，多用于连效率低，易自锁，多用于连接。接。矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹：效率较高，主效率较高，主要用于螺旋传动。要用于螺旋传动。3.管螺纹：管螺纹：主要用于管路的连接。主要用于管路的连接。4.根据螺旋线数目分：根据螺旋线数目分：单线螺纹（单线螺纹（n=1），双线螺纹），双线螺纹（n=2），用于连接；多线螺纹（），用于连接；多线螺纹（n2），用于传动。），用于传动。一般不超过一般不超过4。10-1 10-1 螺纹参数螺纹参数10-1 10-1 螺纹参数螺纹参数4螺纹的主要参数螺纹的主要参数1.1.大径大径d d 是螺纹的是螺纹的公称直径公称直径，与外螺纹牙顶

5、与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底或内螺纹牙底)相相重合的假想圆柱体的直径重合的假想圆柱体的直径。2.2.小径小径d d1 1常用于强度计算常用于强度计算，与外螺纹牙底与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶或内螺纹牙顶)相相重合的假想圆柱体的直径。重合的假想圆柱体的直径。3.3.中径中径d2d2常用于几何计算常用于几何计算，一个假想圆柱体的直径，该圆一个假想圆柱体的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。度相等。4.4.螺距螺距P P 相邻两螺纹牙在中相邻两螺纹牙在中径线上对应点间的轴向距离。径线上对应点间的轴向距离。5.线数线数 n：螺纹的螺旋线数目。螺纹的螺旋线数目。6.导程导程

6、 S：沿螺纹上同一条螺旋线转沿螺纹上同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离，一周所移动的轴向距离，S=nP。7.螺纹升角螺纹升角：中径中径d2圆柱上，螺旋圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角的夹角,如上图如上图。8.牙型角牙型角a：在轴向截面内，螺纹牙在轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。型两侧边的夹角。9.牙侧角牙侧角：在轴向截面内，螺纹牙在轴向截面内，螺纹牙型一侧边与螺纹轴线的垂线之间型一侧边与螺纹轴线的垂线之间的夹角。的夹角。10-1 10-1 螺纹参数螺纹参数1螺旋副的特点：螺旋副的特点：1.螺旋副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面；螺旋副作为一种

7、空间运动副，其接触面为螺旋面；2.螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动；螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动；3.当螺杆和螺母之间受到轴向力当螺杆和螺母之间受到轴向力Fa时，拧动螺杆或螺时，拧动螺杆或螺母，螺旋面间将产生摩擦力。母，螺旋面间将产生摩擦力。10-2 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁几个补充概念：几个补充概念：1.机械效率：机械效率：输入功与输出功输入功与输出功之比之比。2.自锁：自锁：当机构无论受多大的当机构无论受多大的驱动力时都无法运动的现象。驱动力时都无法运动的现象。3.总反力：总反力：运动副中法向反力运动副中法向反力与摩擦力的合力，

8、称为运动与摩擦力的合力，称为运动副中的总反力。副中的总反力。4.摩擦角摩擦角：总反力与法向反力：总反力与法向反力之间的夹角。其大小为：之间的夹角。其大小为：10-2 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁nns=n pvrFRFF Fa ay yF Fa ad2dd1y y2矩形螺纹受力分析矩形螺纹受力分析(牙侧角牙侧角=0)u基本假设：基本假设：载荷分布在中线上；单面产生摩擦力。载荷分布在中线上；单面产生摩擦力。u力学模型：力学模型：内外螺纹旋合形成的螺旋副，旋紧或松开时，在内外螺纹旋合形成的螺旋副，旋紧或松开时，在驱动力矩和轴向载荷作用下的相对运动，可简化为作用

9、在中驱动力矩和轴向载荷作用下的相对运动，可简化为作用在中径上的水平推力推动滑块沿中径展开的斜面上的运动。径上的水平推力推动滑块沿中径展开的斜面上的运动。10-2 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁nns=n pvrFRFF Fa ay yu拧紧力矩为：拧紧力矩为：10-2 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁1.1.拧紧螺母时相当于滑块沿斜面上升拧紧螺母时相当于滑块沿斜面上升n拧紧力为：拧紧力为：nns=n pvFRFF Fa ay yFFRF Fa a+3.自锁条件自锁条件y y r ru防松力矩为：防松力矩为：2.松开螺母时相当

10、于滑块沿斜面等速下滑松开螺母时相当于滑块沿斜面等速下滑10-2 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁u维持滑块等速运动所需的平衡力（防松力）为：维持滑块等速运动所需的平衡力（防松力）为：FFRF Fa a-nns=n pvFRFF Fa ay yu式中式中f为当量摩擦系数，即为当量摩擦系数，即u式中式中=arctanf，为当量摩擦角，为当量摩擦角，为牙侧角。为牙侧角。3 3非矩形螺纹受力分析非矩形螺纹受力分析(00)u如下图所示，非矩形螺纹的如下图所示，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹的大。法向力比矩形螺纹的大。u若把法向力的增加看作摩擦若把法向力的增加看作摩擦系数的

11、增加，则非矩形螺纹系数的增加，则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为的摩擦阻力可写为10-2 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁1.拧紧螺母拧紧螺母u当滑块沿非矩形螺纹等速上升时，可得水平推力：当滑块沿非矩形螺纹等速上升时，可得水平推力：F=Fatg(+)u相应的拧紧力矩相应的拧紧力矩2.松开螺母松开螺母u当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得：当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得：F=Fatg(-)相应的防松力矩为相应的防松力矩为10-2 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁n若螺纹升角若螺纹升角小于当量摩擦角小于当量摩擦角，则螺旋具有自，则螺旋

12、具有自锁特性，如不施加驱动力矩，无论轴向驱动力锁特性，如不施加驱动力矩，无论轴向驱动力Fa多大，都不能使螺旋副相对运动。多大，都不能使螺旋副相对运动。n考虑到极限情况，考虑到极限情况，非矩形螺纹的自锁条件可表非矩形螺纹的自锁条件可表示为示为 n为了防止螺母在轴向力作用下自动松开，用于为了防止螺母在轴向力作用下自动松开，用于连接的紧固螺纹必须满足自锁条件。连接的紧固螺纹必须满足自锁条件。10-2 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁4螺旋副的效率n螺旋副的效率是有效功与输入功之比螺旋副的效率是有效功与输入功之比。若按螺旋转动一圈。若按螺旋转动一圈计算，输入功为计算，

13、输入功为2T，此时升举滑块所作的有效功为，此时升举滑块所作的有效功为FaS，故螺旋副的效率为故螺旋副的效率为n由上式可知，当量摩擦角由上式可知，当量摩擦角一定一定时，效率只是螺纹升角时，效率只是螺纹升角的函数。的函数。效率曲线如图效率曲线如图10-6所示。令所示。令d/d=0，可得当，可得当=45/2时时效率最高。效率最高。10-2 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁10-2 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁滑块沿斜面匀速上升（旋紧）滑块沿斜面匀速上升（旋紧）滑块沿斜面匀速下滑（松开）滑块沿斜面匀速下滑（松开）水平推力水平推力

14、驱动力矩驱动力矩 效率效率 自锁条件自锁条件 10-3 10-3 机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹动画动画10-4 10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件n除上述基本类型以外，还有其它特殊连接：如地脚螺除上述基本类型以外，还有其它特殊连接：如地脚螺栓、吊环螺钉等。栓、吊环螺钉等。螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型螺栓连接螺栓连接双头螺栓连接双头螺栓连接螺钉连接螺钉连接紧定螺钉连接紧定螺钉连接普通螺栓连接普通螺栓连接铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接1 1螺栓连接螺栓连接的基本类型的基本类型10-4 10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件螺纹连接的基本类型及螺纹紧固

15、件1.普通螺栓连接普通螺栓连接n特点：特点：孔与杆间有孔与杆间有间隙、被连接件上间隙、被连接件上无需切制螺纹、装无需切制螺纹、装拆方便。拆方便。n适用场合：适用场合：经常装经常装拆的一般场合。拆的一般场合。10-4 10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件2.螺钉连接螺钉连接n特点：特点：孔与杆间有孔与杆间有间隙、被连接件上间隙、被连接件上需切制螺纹、装拆需切制螺纹、装拆方便。方便。n适用场合：适用场合：被连接被连接件之一较厚，且不件之一较厚，且不常装拆的场合。常装拆的场合。10-4 10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件3.双头螺

16、栓连接双头螺栓连接n特点特点：孔与杆间有孔与杆间有间隙、被连接件上间隙、被连接件上需切制螺纹、装拆需切制螺纹、装拆方便。方便。n适用场合适用场合：用于被用于被连接件之一较厚、连接件之一较厚、经常装拆的场合。经常装拆的场合。10-4 10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件4.4.紧定螺钉连接紧定螺钉连接n适用场合：适用场合：多多用于轴上零件用于轴上零件的固定，传递的固定，传递较小的力。较小的力。n其他连接其他连接u地脚螺栓连接、吊环螺栓连接、地脚螺栓连接、吊环螺栓连接、T T形槽螺栓连接形槽螺栓连接10-4 10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件2螺纹紧固件螺纹紧固件u螺纹紧固件的种类繁多，有适应面广、用螺纹紧固件的种类繁多，有适应面广、用量大的量大的通用螺纹紧固件通用螺纹紧固件，还有适应某种需，还有适应某种需要、具有特殊结构的要、具有特殊结构的专用螺纹紧固件专用螺纹紧固件。u通用螺纹紧固件已标准化通用螺纹紧固件已标准化。常用的有螺栓、。常用的有螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母和垫圈双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母和垫圈等