矩形螺紋與梯形螺紋

1、矩形螺紋與梯形螺紋一、螺紋形成：將一傾斜角為 入的直線繞在圓柱體上便形成一條螺旋線（圖 10-1a）,取一平面圖 形（圖b）,使它沿著螺旋線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)保持此圖形通過(guò)圓柱體的軸線，就得到螺紋。矩形螺紋 三角形螺紋梯形螺紋 鋸齒形螺紋二、分類：1、按牙形分：（按照平面圖形的形狀）矩形：用于聯(lián)結(jié)三角形梯形：用于傳動(dòng)鋸齒形2、按螺旋線旋向分左旋：特殊要求時(shí)才用左旋螺紋。右旋：機(jī)械制造中一般采用右旋螺紋。3、按照螺旋線數(shù)目分單線：多線：為了制造方便，一般不超過(guò)四線。4、按母體形狀分 圓柱螺紋和圓錐螺紋5、除此之外，還有內(nèi)螺紋和外螺紋，兩者旋合組成螺紋副或稱螺旋副。三、主要幾何參數(shù)：以圓柱螺紋為例，圖1

2、0-3 （ P136）。注：在普通螺紋基本牙型中：外螺紋各直徑用小寫(xiě)字母表示，內(nèi)螺紋各直徑用大寫(xiě)字母表示。1 ）大徑 d: 公稱直徑（管螺紋除外），與外螺紋牙頂（或內(nèi)螺紋牙底）相重合的假想圓柱的直徑。2）小徑di: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，一般作為外螺紋危險(xiǎn)剖面的計(jì)算直徑。3）中徑d2:也是一個(gè)假想圓柱的直徑，該圓柱的母線通過(guò)牙型上溝槽和凸起寬度相同的地方（軸向截面內(nèi)，牙厚等于牙間寬的圓柱直徑）。4）螺距P:相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。5）導(dǎo)程S;同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸同距離。S=n p, n=螺旋線數(shù)。6）升角入：中徑d2圓柱

3、上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面夾角。tg 入=n p/ （兀 d2） =S/ （兀 d2）。所以S=7t d2tg入。7）牙型角“：軸向截面內(nèi)，螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角。牙型斜角3 :牙型側(cè)邊與螺紋垂線間的夾角。對(duì)于對(duì)稱牙型3 ="/2。10-2 螺旋副的受力分析、效率和自鎖1、 矩形螺紋受力分析：（牙型角a =0。，3 =0。）。螺母與螺桿組成的運(yùn)動(dòng)副稱螺旋副。在軸向載荷作用下，螺旋副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可看作推動(dòng)滑塊（重物） 沿螺紋運(yùn)動(dòng)。圖 10-4a 。將矩形螺紋沿中徑d2 展開(kāi)可得斜面（ 圖 10-4 b） 。設(shè)Q軸向載荷，F(xiàn) :作用在中徑處的水平推力。N:法向反力；fN :

4、摩擦力。入：螺紋升角；p :摩擦角；f :摩擦系數(shù)。1）當(dāng)推動(dòng)滑塊沿斜面等速上升時(shí)，摩擦力向下，故總反力R（R=N+fN）。與Q的夾角為（+p）由力的平衡條件可知：R、 F、 Q 三力組成為力多邊形封閉圖；（封閉三角形），由圖得：F=Q tg（入 + p ）（10-2）。2）當(dāng)滑塊沿斜面等速下滑時(shí)，軸向載荷 Q變?yōu)轵?qū)動(dòng)力，而F變?yōu)橹С至Γ▓DC）摩擦力向 上，總反力R與Q的夾角為（入-p ）,由此封閉三角形可知：F=Q tg（入-p ）。2、 非矩形螺紋非矩形螺紋是指牙形角3 W。的三角形螺紋，梯形螺紋和鋸齒形螺紋對(duì)比圖10 5, a和 b 可知，若略去升角的影響，在軸向載荷Q 作用下，非矩形螺

5、紋的法向力比矩形螺紋大。（矩：N=Q,非矩：N' =Q/cos 3）若把法向力的增加看作是摩擦系數(shù)的增加，則非矩形螺紋的摩擦阻力可寫(xiě)為：N' f=Q/cos 3 *f=f/cos 3 Q=f' Q。f'：當(dāng)量摩擦系數(shù)，即 f' =f/cos 3 =tg p '。p '：當(dāng)量摩擦角。3 :牙型斜角。因此將圖10-4中的fN改為fN' , p改為p ',就可象矩形螺紋那樣對(duì)非矩形螺紋進(jìn)行力的分析。1） ） 當(dāng)滑塊沿非矩形螺紋等速上升時(shí)，可得水平推力：F=Qtg（入 + p ' ） （10 -4）。螺紋力矩：T=F d2

6、/2=Qd2/2 tg（ 入+p' ）（10 -5）。螺紋力矩用來(lái)克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物。螺旋副效率 刀=有效功 W1/B入功W2當(dāng)螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)一周，輸入功為：W2=2兀T=2兀Qd2/2 tg（入 + p ' ）=Q 兀 d2tg（入 + p '）。此時(shí)舉升滑塊（重物）所作的有效功為W1=Q S。W1=Q S=0 d2tg 入 式中 S=兀 d2 tg 入。2） 故螺旋副效率 r =W1/W2=QS/2t T=tg 入 /tg（入 + p ' ） （ 10-6 ）由上式可知：當(dāng)量摩擦角 p ' 一定時(shí)，效率只是升角入的函數(shù)（刀=2）,由此可繪出效率

7、曲線（圖10-6 ）。取d刀/d入=0。可得：當(dāng) 入=45。- p ' /2時(shí)效率升角最高，入大，刀大，過(guò)大的升角，制造困難，且效率增高不顯著。所以一般?。喝?W25。3） 當(dāng)滑塊沿非矩形螺紋等速下滑時(shí)，可得：F=Qtg（入-p ' ）（10 -7）。F:維持滑塊等速下滑的支持力。方向如圖10-4 c所示。4）自鎖條件：由式（10-7）知，入p '時(shí)，F(xiàn)0,這表明：要使滑塊下滑必須改變F 力的方向，即必須施加推動(dòng)力，否則，單憑軸向載荷Q 的作用，無(wú)論它有多大，滑塊不會(huì)自動(dòng)下滑，這種現(xiàn)象稱自鎖。自鎖條件：入W p ' （10-8） 一般p '弋6。為保證自

8、鎖：入4.5自鎖螺旋副：刀50%10-3. 機(jī)械制造常用螺紋一、用于聯(lián)接的三角螺紋普通螺紋多用于緊固聯(lián)接。管螺紋多用于緊密聯(lián)接。1 普通螺紋粗牙螺紋：一般用粗牙（應(yīng)用廣）。細(xì)牙螺紋：用于薄壁零件動(dòng)力載荷的聯(lián)接，微調(diào)機(jī)構(gòu)。普通螺紋以大徑為公稱直徑（d）,同一公稱直徑可有多種螺距的螺紋，其中螺距最大的稱粗牙螺紋，其余稱細(xì)牙。細(xì)牙螺紋的螺距t 粗牙螺紋的螺距t （t 細(xì)牙 t 粗牙 ） 。細(xì)牙螺紋的小徑 d1粗牙螺紋的小徑 d1（d1細(xì)牙d1粗牙）。細(xì)牙螺紋的中徑 d2粗牙螺紋的中徑 d2（d2細(xì)牙d2粗牙）。因?yàn)榧?xì)牙螺紋螺距入J螺紋深度淺 所以自鎖性好，強(qiáng)度高（對(duì)零件削弱?。?，但不耐磨，易滑扣。2

9、 管螺紋一般有四種普通細(xì)牙螺紋。（英制螺紋）a =55。圓柱管螺紋。a =55。圓錐管螺紋。a =60。圓錐管螺紋。公稱直徑為管子的公稱直徑（管子內(nèi)徑）， 廣泛地應(yīng)用于：水、 煤氣、 潤(rùn)滑管路系統(tǒng)中。（如水暖管件）。圓錐管螺紋不用填料即能保證緊密性而且旋合迅速，適用于要求較高的管路聯(lián)接中。二、 用于傳動(dòng)的螺紋：矩形螺紋：a=0, p ' 刀T,強(qiáng)度差，磨損后無(wú)法補(bǔ)償間隙，定心性差，很少采用。傳動(dòng)的螺紋： 梯形螺紋：3=15。Y梯刀矩，但無(wú)矩形螺紋缺點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。鋸齒形螺紋：工作面牙型斜角3=3。，Y鋸二刀矩，只限于單側(cè)工作。梯形螺紋牙型斜角3=15。比矩形螺紋容易切制，當(dāng)采用剖分螺母時(shí)

10、，還可以消除因磨損而產(chǎn)生的間隙。鋸齒形螺紋工作面牙型斜角3=3。效率比梯形螺紋高，但只適用于承受單方向的軸向載荷。10-4 螺紋聯(lián)接的基本類型及螺紋緊固件一、聯(lián)接的基本類型：（掛圖）螺紋聯(lián)接有以下四種基本類型：1 ，螺栓聯(lián)接圖 10-9特點(diǎn)：被聯(lián)接件均較薄，在其上制通孔（不切制螺紋）。用螺栓、螺母聯(lián)接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，（可以兩邊裝配）。應(yīng)用：被聯(lián)接件厚度均小，不受被聯(lián)接件材料限制，允許常拆卸，應(yīng)用廣泛。根據(jù)螺栓受力情況，分兩類：（1）普通螺栓聯(lián)接（受拉螺栓）：被聯(lián)接件D孔D栓（查手冊(cè)：M20以下D孔=口栓+1如:M10： D 孔 =11mm）。（2）校制孔螺栓聯(lián)接（受剪螺栓）：口孔=口柱（

11、名義相等，用公差控制）。圖 10-9b ，即孔壁間無(wú)間隙，適用于承受橫向載荷。（垂直螺栓軸線方向）。2，雙頭螺柱聯(lián)接：（圖10-10a）特點(diǎn)：被聯(lián)接件之一較厚，在其上制盲孔，且在盲孔上切制螺紋。薄件制通孔，無(wú)螺紋。用雙頭螺柱加螺母聯(lián)接。允許多次裝拆而不損壞被聯(lián)接件。應(yīng)用： 通常用于被聯(lián)接件之一太厚，不便穿孔，結(jié)構(gòu)要求緊湊，必須采用盲孔的聯(lián)接或須經(jīng)常裝拆處。3，螺釘聯(lián)接：特點(diǎn)：不需用螺母，將螺釘穿過(guò)一被聯(lián)接件的孔，旋入另一被聯(lián)接件的螺紋孔中。（結(jié)構(gòu)上比雙頭螺柱簡(jiǎn)單）。應(yīng)用：被聯(lián)接件之一太厚，且不經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。4，緊定螺釘聯(lián)接：特點(diǎn)： 利用緊定螺釘旋入一另件的螺紋孔中，并以末端頂住另一零件的表面

12、或頂入該零件的凹坑中。應(yīng)用：固定兩零件的相對(duì)位置，并可傳遞不大的力或轉(zhuǎn)矩。二、螺紋緊固件（圖10-11 ， 12， 13， 14， 15， 16）螺紋緊固件品種很多，大多已標(biāo)準(zhǔn)化，它是一種商品性零件，經(jīng)合理選擇其規(guī)格、型號(hào)后，可直接到五金交化商店購(gòu)買(mǎi)。1、 、 螺栓：（實(shí)物或掛圖）螺栓的類型很多（頭部形狀很多，以六角頭螺栓應(yīng)用最廣，它的頭部按大小分為標(biāo)準(zhǔn)六角頭螺栓（簡(jiǎn)稱六角頭螺栓）和小六角頭螺栓（圖10-12 ），后者用冷鐓工藝生產(chǎn)，成本低廉， 機(jī)械性能好，但由于頭部尺寸小，不宜用于裝拆頻繁，被聯(lián)接件強(qiáng)度低和易銹蝕的地方。螺栓也應(yīng)用于螺釘聯(lián)接中，（不用螺母，作螺釘使用）。2、 螺釘：螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)

13、和螺栓類似，其頭部除六角頭以外，還有其他形狀，以適應(yīng)不同的要求。（如有內(nèi)六角圓柱頭，十字槽半圓頭，十字槽沉頭，見(jiàn)圖11-5 ），不用螺母直接擰入螺孔中。3、 雙頭螺柱（圖10-13 ）無(wú)頭，兩頭都有螺紋，旋入被聯(lián)接件螺紋的一端（稱 L1）座端，另一端（稱 L0）螺母 端。其公稱長(zhǎng)度為L(zhǎng)。4、 緊定螺釘：它的桿部可沿全長(zhǎng)或部分長(zhǎng)度制有螺紋，通常須經(jīng)硬化處理。這種螺釘?shù)念^部和尾部有很多種形狀，末端有錐端，平端，凹端，圓柱端等。以適應(yīng)各種不同的要求。5、 螺母：螺母可分為：六角螺母，圓螺母和方螺母等，其中以六角螺母應(yīng)用最廣，按厚薄要求不同， 還分為扁螺母和厚螺母。扁螺母用于空間受到限制的場(chǎng)合，厚螺母

14、用于經(jīng)常裝拆易于磨損的場(chǎng)合。方螺母很少用。圓螺母常用于軸上零件的軸向固定。6、 墊圈：墊圈放在螺母（或螺釘頭）和被聯(lián)接件之間，（與螺母同用）作用： 1）增大被聯(lián)接件的支承面積以減少接觸處的壓強(qiáng)。2） 保護(hù)被聯(lián)接件的表面，避免擰緊螺母時(shí)擦傷。3）改善接觸情況，遮蓋不平的接觸面或傾斜的面。4） 調(diào)整軸向尺寸：以上都為標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)時(shí)除特殊情況外，一般按國(guó)標(biāo)選用，普通螺紋按制造精度分為粗制，精制兩類：粗制螺紋緊固件：多用于土建，木結(jié)構(gòu)及其它次要場(chǎng)合。精制螺紋緊固件：廣泛應(yīng)用于機(jī)器設(shè)備中。10-5 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 一、預(yù)緊：大多數(shù)螺栓聯(lián)接在裝配時(shí)要擰緊螺母，這時(shí)螺栓聯(lián)接受到預(yù)緊力的作用。1、 、

15、目的：預(yù)緊的目的是增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性，緊密性和防松能力。2、 擰緊力矩：在擰緊螺栓聯(lián)接的過(guò)程中，加于扳手上的擰緊力矩T,須克服螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2,故：T=T1+T2=Q0 d2/2 tg（入 + p ' ）+fc Q? rf （ 10-9）式中：Q0:預(yù)緊力fc :摩擦系數(shù)（螺母與被聯(lián)接件支承面間的）無(wú)滑動(dòng)時(shí)， fc=0.15d2：螺紋中徑rf :支承面摩擦半徑D1,d 為螺紋支承面的外徑和內(nèi)徑。對(duì)于M10- M68的粗牙螺紋，若取 f' =tg p ' =0.15及fc=0.15 ,式（10-9）可簡(jiǎn)化為：T 0.2Q0d N mm

16、 d :螺紋公稱直徑（ mm 。Q0:為預(yù)緊力N。3、 T 的測(cè)定：（擰緊力矩）在裝配重要的螺栓聯(lián)接（如氣缸蓋螺栓聯(lián)接）時(shí)，若預(yù)緊力。過(guò)小，將使結(jié)合面在工作載荷作用下松動(dòng)：若Q0 過(guò)大，又可能擰斷螺栓。因此，在裝配過(guò)程中，對(duì)擰緊力矩（或Q。要嚴(yán)格控制。T 的測(cè)定方法：（1 ）測(cè)力矩板手（圖10-18 ） （ 是比較方便的方法，有標(biāo)尺指導(dǎo)） 。（ 2） 測(cè)量擰緊時(shí)螺栓的伸長(zhǎng)變形量。（精確的方法）。（ 3） 靠人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。（不夠準(zhǔn)確）對(duì)重要的有強(qiáng)度要求的螺栓聯(lián)接，如無(wú)控制擰緊力矩的措施，不宜采用小于M12 M16的螺栓。 二、防松：聯(lián)接所用的三角螺紋，都能滿足自鎖條件（升角較小，=1.5 。

17、-3.5 。）在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)，聯(lián)接不會(huì)發(fā)生松脫。但在沖擊，振動(dòng)或變載及溫度變化大時(shí)。預(yù)緊力可能在一瞬間消失，聯(lián)接有可能自動(dòng)松脫，就容易發(fā)生事故，所以在設(shè)計(jì)螺栓時(shí)，必須考慮防松問(wèn)題。防松的根本問(wèn)題在于防止螺紋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松的方法很多（表10 3）。1 、 靠摩擦防松：（掛圖、實(shí)物）a 雙螺母：薄的在上，厚的在下或兩者都一樣，在螺桿伸出端擰兩個(gè)螺母，利用兩個(gè)螺母的對(duì)頂作用使兩螺母之間的螺栓始終受到附加拉力和附加摩擦力，而螺母受到壓縮，構(gòu)成螺紋副軸向壓緊，從而防止聯(lián)接松動(dòng)。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用于低速重載場(chǎng)合。但在載荷劇烈變化時(shí)，雙螺母防松仍不可靠，螺母又多一倍，結(jié)構(gòu)尺寸，重量都要

18、增加，所以目前用的不多。b 彈簧墊圈：螺母擰緊后，彈簧墊圈被壓平，墊圈的彈性力使螺旋副到軸向壓緊，產(chǎn)生摩擦力來(lái)防止聯(lián)接松動(dòng)，墊圈斜口的夾端抵住被聯(lián)接件和螺母的支承面，也有助于防止螺母松動(dòng)。方法簡(jiǎn)單，使用廣泛。C 尼龍鎖緊螺母：螺母中嵌有尼龍圈，擰上后尼龍圈內(nèi)孔被脹大，箍緊螺栓。2、靠機(jī)械防松：（直接鎖?。┻@種方法是利用便于更換的機(jī)械止動(dòng)元件直接防止螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。a 開(kāi)口銷和槽形螺母：螺桿末端鉆一小孔，螺母帶有槽，螺母擰緊后，孔槽相對(duì)，然后用開(kāi)口銷穿過(guò)螺栓尾部小孔和螺母的槽，再將銷和尾部分開(kāi)與螺母貼緊，使螺母緊鎖在螺栓身上。此法防松可靠，但安裝較費(fèi)工時(shí)，且不經(jīng)濟(jì)。b 圓螺母用帶翅墊片：使墊片內(nèi)翅嵌入螺栓（軸）的槽內(nèi)，擰緊螺母后，將墊片外翅之一折嵌入（彎入）螺母的一個(gè)槽內(nèi)。即可防松。C 止動(dòng)墊片：將