机械设计螺纹连接和螺旋传动标准课件.ppt
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- 机械设计 螺纹 连接 螺旋 传动 标准 课件
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1、机械设计螺纹连接和螺旋传动1、本章主要内容包括两部分:、本章主要内容包括两部分:第一部分为螺栓联接的设计,包括螺栓联接的预紧、第一部分为螺栓联接的设计,包括螺栓联接的预紧、强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高联接强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高联接强度的措施等;第二部分为滑动螺旋传动的设计计强度的措施等;第二部分为滑动螺旋传动的设计计算方法。算方法。2、本章特点市内容包括螺纹联接和螺旋传动两个、本章特点市内容包括螺纹联接和螺旋传动两个部分。前者属于联接,后者属于传动。二者在内容部分。前者属于联接,后者属于传动。二者在内容上虽有一定的联系,但在设计要求上却有很大差别。上虽有一定的联系
2、,但在设计要求上却有很大差别。3、本章学习要求:、本章学习要求:对于螺纹联接的基本知识,应了解螺纹及螺纹联接件的类型、对于螺纹联接的基本知识,应了解螺纹及螺纹联接件的类型、特性、标准、结构、应用场合及有关的防松方法等,以便在设特性、标准、结构、应用场合及有关的防松方法等,以便在设计时能够正确地选用。计时能够正确地选用。对于螺栓联接设计及强度计算部分,应掌握结构设计原则及对于螺栓联接设计及强度计算部分,应掌握结构设计原则及强度计算的理论与方法,能正确进行螺栓组的受力分析,能较强度计算的理论与方法,能正确进行螺栓组的受力分析,能较为合理地设计出可靠的螺栓组联接。为合理地设计出可靠的螺栓组联接。对于
3、螺旋传动部分,主要是掌握螺旋传动性能(效率、自锁对于螺旋传动部分,主要是掌握螺旋传动性能(效率、自锁等)对螺纹选型的要求及主要零件(螺杆、螺母)的设计计算等)对螺纹选型的要求及主要零件(螺杆、螺母)的设计计算方法,并通过一种基本类型方法,并通过一种基本类型螺旋起重器的设计,了解滑动螺旋起重器的设计,了解滑动螺旋传动的主要设计过程。螺旋传动的主要设计过程。重点:重点:1.各类不同外载荷情况下,螺栓组中各螺栓的受力分析;各类不同外载荷情况下,螺栓组中各螺栓的受力分析;2.螺栓联接的强度计算,尤其是承受轴向拉伸载荷的紧螺螺栓联接的强度计算,尤其是承受轴向拉伸载荷的紧螺 栓联接的强度计算。栓联接的强度
4、计算。难点:承受倾覆力矩的底板螺栓组联接的设计。难点:承受倾覆力矩的底板螺栓组联接的设计。学习时注意:学习时注意:1、前四节是叙述性内容,对于设计螺栓是必不可少的基本知识,、前四节是叙述性内容,对于设计螺栓是必不可少的基本知识,应当结合阅读机械设计手册学习。应当结合阅读机械设计手册学习。2、螺纹及螺纹联接件大都已标准化。设计时,对不太重要的螺纹、螺纹及螺纹联接件大都已标准化。设计时,对不太重要的螺纹联接一般只需根据不同情况进行选用,不需自行设计。对重要的联接一般只需根据不同情况进行选用,不需自行设计。对重要的螺纹联接,设计计算也只是确定螺栓危险截面的直径(螺纹小径),螺纹联接,设计计算也只是确
5、定螺栓危险截面的直径(螺纹小径),螺栓联接的其它部分尺寸由标准选定。但是,在个别特殊情况下,螺栓联接的其它部分尺寸由标准选定。但是,在个别特殊情况下,需要自行设计某种非标准螺纹联接件。需要自行设计某种非标准螺纹联接件。3、螺纹联接的设计主要是螺栓组联接的设计。其设计工作包括两、螺纹联接的设计主要是螺栓组联接的设计。其设计工作包括两部分内容:一是正确进行结构设计,通过受力分析找出受力最大部分内容:一是正确进行结构设计,通过受力分析找出受力最大的螺栓;二是按照单个螺栓联接的强度计算公式来设计这个受力的螺栓;二是按照单个螺栓联接的强度计算公式来设计这个受力最大螺栓的尺寸,其余螺栓则按同样尺寸选用。最
6、大螺栓的尺寸,其余螺栓则按同样尺寸选用。复习思考题复习思考题 机械联接可分哪两大类?静联接又可分为哪两类?根机械联接可分哪两大类?静联接又可分为哪两类?根据什么条件划分?选用它们时应考虑哪些因素?据什么条件划分?选用它们时应考虑哪些因素?设计联接时,一般应考虑哪些因素?设计联接时,一般应考虑哪些因素?当一个联接中包含多个危险截面或工作面时,为什么当一个联接中包含多个危险截面或工作面时,为什么要按最薄弱的部位来决定联接的尺寸?要按最薄弱的部位来决定联接的尺寸?在具体的机器上找出几种联接,分析一下为什么要在在具体的机器上找出几种联接,分析一下为什么要在那个部位采用那种联接,你认为采用哪种联接最为合
7、那个部位采用那种联接,你认为采用哪种联接最为合适?为什么?适?为什么?被联接件联接件被联接件与联接件的组合被联接件与联接件的组合北京林业大学专用 作者:潘存云教授 联接的类型联接的类型一、不可拆联接一、不可拆联接破坏联接件或被联接件方能拆卸的联接。铆接、焊接、粘接、过盈配合联接。二、可拆联接二、可拆联接无需破坏零件方可拆卸的联接。螺纹联接、键联接、销联接。北京林业大学专用 作者:潘存云教授 联接件预制孔铆钉铆合铆接铆接特点:工艺简单,可靠,耐冲击;笨重,劳动条件差。应用:目前用于桥梁、飞机制造。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者:潘存云教授 被联接件局部熔融熔化焊条填充焊缝冷却焊接焊接特点
8、:重量轻,强度高,工艺简单。残存焊接应力。应用:广泛,单件生产周期短,成本低。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者:潘存云教授 粘合剂被联接件粘合剂固化粘接粘接特点:重量轻,耐腐蚀,密封好,适用于不同材料。要求有一定粘接面积。应用:应用于金属三十多年历史。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者:潘存云教授 粘接应用例粘接应用例粘接的蜗轮被联接件粘接表面涂胶粘剂,经固化。粘接的管道粘接的管件联接的类型和应用北京林业大学专用 作者:潘存云教授 被联接件(包容件与被包容件)间存在过 盈量,二者装配后产生压力,工作时 靠摩擦力传递载荷。过盈配合联接过盈配合联接特点:结构简单,定心性好,对轴无削弱,耐
9、冲击性能好。表面精度要求高。过 盈量小时用压入法装配,大时用温差法装配。应用:轻载,定心要求高,不能对轴有削弱之场合。过盈量压入法,温差法联接的类型和应用北京林业大学专用 作者:潘存云教授 螺纹联接螺纹联接被联接件螺纹紧固件(拧紧)。被联接件螺纹紧固件(拧紧)。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者:潘存云教授 键联接键联接被联接件键(定位,传递扭矩)被联接件键(定位,传递扭矩)联接的类型和应用北京林业大学专用 作者:潘存云教授 销联接销联接被联接件销(定位,传递不大的载荷)。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺纹的形成一、螺纹的形成5 51螺
10、螺 纹纹d2螺旋线螺旋线一动点在一圆柱体的表面上,一边绕轴线一动点在一圆柱体的表面上,一边绕轴线等速旋转,同时沿轴向作等速移动的轨迹。等速旋转,同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹螺纹一平面图形沿螺旋线运动,运动时保持该图一平面图形沿螺旋线运动,运动时保持该图形通过圆柱体的轴线,就得到螺纹。形通过圆柱体的轴线,就得到螺纹。螺纹螺纹026 d-2+0.3 d-2+0.2 d-2+0.M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3)则首先应求出受力最大螺栓的工作载荷Fmax和预紧力F0。5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.对碳素钢,=5080 MPa避免螺栓承受附加的弯曲载荷设预紧力为F0 或预紧力(不受轴向
11、载荷)m 结合面数 上图m=1,下图m=245 250340 190250北京林业大学专用 作者:潘存云教授垫片类型 金属垫片或无垫片 皮革 铜皮石棉 橡胶左边的螺栓,工作点移至为合理地设计出可靠的螺栓组联接。北京林业大学专用 作者:潘存云教授(2)采用无间隙的铰制孔用螺栓。7 3.单个螺栓拉力产生的力矩为在轴向载荷Q的和倾覆力矩M的作用下,支架或底板下部被压溃。按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺
12、纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹潘存云教授研制螺纹的牙型螺纹的牙型矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹1530330潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹潘存云教授研制左旋螺纹左旋螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹
13、的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹 一般一般:n 4PSS=2PPSPS=Pn线螺纹线螺纹:S=n P单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形
14、螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺纹副螺纹副潘存云教授研制潘存云教授研制外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺
15、纹连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹螺旋传动螺旋传动连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制潘存
16、云教授研制管螺纹管螺纹但在冲击、振动和变载条件下,预紧力可能在某一瞬时消失,连接仍有可能松动而失效。各类不同外载荷情况下,螺栓组中各螺栓的受力分析;在设计螺栓组连接时,关键是连接的结构设计。保证被连接件,螺母和螺栓头支承面平整,并与螺栓轴线相互垂直。rf=(dw+d0)/4滑动螺旋的耐磨性计算,主要是限制螺纹工作面上的压力,其强度条件:右边的螺栓,工作点移至国标罗列有余种不同结构的螺母合金钢 =0.上虽有一定的联系,但在设计要求上却有很大差别。高温下的螺栓连接,由于温度变形差异等,也可能发生松脱现象(如高压锅),因此设计时必须考虑防松,即防止相对转动。冲击载荷或弯曲载荷l1 d;按粗牙普通螺纹
17、标准,选用螺纹公称直径d=12mm(螺纹小径的=10.Fcr=N滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。连接用三角形螺纹都具有自锁性,在静载荷和工作温度变化不大时,不会自动松脱。单个螺栓拉力产生的力矩为采用标准件时,这些部分都不需要进行强度计算。滑动摩擦 滚动摩擦国标罗列有余种不同结构的螺母潘存云教授研制(3)中径中径d2 也是一个假想圆柱的直径,该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。d1d2d(1)大径大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。(2)小径小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(4)螺距螺距P 相邻两牙在中径线上对
18、应两点间的轴向距离。(5)导程导程S(6)螺纹升角螺纹升角 中径d2圆柱上,螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角(7)牙型角牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。tan=d2 nP 牙侧角牙侧角 d2SS=nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P二、螺纹的主要几何参数二、螺纹的主要几何参数SPP/2P/2(8)接触高度接触高度 h 内外螺纹旋合后,接触面的径向高度。h 普通螺纹以大径普通螺纹以大径d为公称直径,同一公称直径可为公称直径,同一公称直径可以有多种螺距,其中螺距最大的称为粗牙螺纹,其以有多种螺距,其中螺距最大的称为粗牙螺纹
19、,其余的统称为细牙螺纹。余的统称为细牙螺纹。60螺纹的精度等级螺纹的精度等级:A级级B级级C级级公差小,精度最高,用于配合精确,防振动等场合公差小,精度最高,用于配合精确,防振动等场合受载较大且经常拆卸,调整或承受变载荷的连接受载较大且经常拆卸,调整或承受变载荷的连接用于一般连接,最常用用于一般连接,最常用粗牙螺纹应用最广。粗牙螺纹应用最广。细牙螺纹的优点:升角小、小径大、自锁性好、强度高细牙螺纹的优点:升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点:不耐磨,易滑扣。缺点:不耐磨,易滑扣。应用:薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。应用:薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙
20、细牙潘存云教授研制潘存云教授研制梯形梯形螺纹:螺纹:梯梯 形形锯齿形锯齿形30330为了减少摩擦和提高效率,这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时,梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙,应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高,但只适合单向传动。锯齿形螺纹锯齿形螺纹:常用于传动。常用于传动。=15=3 粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表(或查阅相关机械设计手册)。本尺寸见后续各表(或查阅相关机械设计手册)。螺纹的基本尺寸:螺纹的基本尺寸:潘存云教授研制直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm
21、mm3 0.5 2.675 2.459 3 0.5 2.675 2.459 公称直径(大径)公称直径(大径)粗粗 牙牙 细细 牙牙 D D d d 螺距螺距P P 中径中径 D D2 2 d d2 2 小径小径 D D2 2 d d2 2 螺距螺距P P 4 0.7 3.545 3.242 4 0.7 3.545 3.242 5 0.8 3.545 4.1345 0.8 3.545 4.1340.350.350.50.56 1 5.350 4.918 6 1 5.350 4.918 8 1.25 7.188 6.647 8 1.25 7.188 6.647 10 1.5 9.026 8.376
22、 1.25,1 0.75 10 1.5 9.026 8.376 1.25,1 0.75 12 1.75 10.863 10.106 1.5,1.25 0.5 12 1.75 10.863 10.106 1.5,1.25 0.5(14)2 12.701 11.835 (14)2 12.701 11.835 1.5,11.5,116 2 14.701 13.835 16 2 14.701 13.835 (18)2.5 16.376 15.294 (18)2.5 16.376 15.294 20 2.5 18.376 17.294 20 2.5 18.376 17.294 (20)2.5 20.37
23、6 19.294 (20)2.5 20.376 19.294 24 3 22.052 20.752 24 3 22.052 20.752 (27)3 25.052 23.752 (27)3 25.052 23.752 30 3.5 27.727 26.211 30 3.5 27.727 26.211 2,1.5,12,1.5,1注:括号内的公称直径为第二系列注:括号内的公称直径为第二系列 H H=0.866=0.866P P d d2 2=d d-0.6495-0.6495P P d d1 1=d d-1.0825-1.0825P PD D1 1、d d1 1内、外螺纹小径内、外螺纹小径 D
24、D2 2、d d2 2内、外螺纹中径内、外螺纹中径 D D、d d 内、外螺纹大径内、外螺纹大径 P P螺距螺距 标记示例:标记示例:M24(M24(粗牙普通螺纹、直径粗牙普通螺纹、直径2424、螺距、螺距3)3)M24M241.5(1.5(细牙普通螺纹细牙普通螺纹,直径直径24,24,螺距螺距1.5)1.5)P PP P/8/8P P/8/8P P/8/8H H/4/4D D d dD D2 2 d d2 2 D D1 1 d d1 1 P P/2/2P P/4/43030 6060 9090 潘存云教授研制 细牙普通螺纹基本尺寸细牙普通螺纹基本尺寸 mm螺距螺距P 中径中径D2、d2 小径
25、小径D1、d10.35 d-1+0.773 d-1+0.621 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1.25 d-1+0.188 d-2+0.647 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 2 d-2+0.701 d-3+0.835 3 d-2+0.052 d-4+0.752 潘存云教授研制潘存云教授研制 梯形螺纹基本尺寸梯形螺纹基本尺寸 mmmm标记示例:标记示例:Tr488(梯形螺纹,直径梯形螺纹,直径48,螺距,螺距8)P P h h3 3=H H4 4 a ac c 第第1
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