第九章螺紋連接及螺旋傳動(dòng)

1、9.1 概述概述9.2 螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副的受力分析、效率和自鎖9.3 螺紋連接的基本類型及其預(yù)緊和防松螺紋連接的基本類型及其預(yù)緊和防松9.4 螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算9.5 螺紋連接件的材料和許用應(yīng)力螺紋連接件的材料和許用應(yīng)力9.6 提高螺紋連接強(qiáng)度的措施提高螺紋連接強(qiáng)度的措施9.7 螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)靜靜聯(lián)聯(lián)接接動(dòng)聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副與動(dòng)力與動(dòng)力源組合源組合零件零件構(gòu)件構(gòu)件機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)機(jī)器機(jī)器靜聯(lián)接靜聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接(運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副)可拆聯(lián)接：可拆聯(lián)接：螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接等、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接等不可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接：鉚接、焊接、膠接等：鉚接、焊接、膠接等聯(lián)接

2、聯(lián)接螺紋螺紋問題的提出：?jiǎn)栴}的提出：一、螺紋的形成一、螺紋的形成平面圖形沿螺旋線運(yùn)動(dòng)形成螺平面圖形沿螺旋線運(yùn)動(dòng)形成螺紋。紋。（2 2）小徑小徑d d1 1：外螺紋牙底（或內(nèi)螺紋牙頂）所在圓柱面直徑。外螺紋牙底（或內(nèi)螺紋牙頂）所在圓柱面直徑。（3 3）中徑中徑d d2 2 ： 軸向剖面上牙厚軸向剖面上牙厚與牙間寬相等處的假與牙間寬相等處的假想圓柱面直徑。想圓柱面直徑。 d20.5(d+d1)（1 1）大徑大徑d d（一般為公稱直徑）（一般為公稱直徑）：外螺紋牙頂（或內(nèi)螺紋牙底）所在圓柱面直徑。外螺紋牙頂（或內(nèi)螺紋牙底）所在圓柱面直徑。1.1.螺紋直徑螺紋直徑螺距螺距P P、導(dǎo)程、導(dǎo)程S S、線數(shù)

3、線數(shù)n n之間關(guān)系：之間關(guān)系：S = nP（2 2）導(dǎo)程導(dǎo)程S S：同一螺旋線上相鄰兩牙對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。同一螺旋線上相鄰兩牙對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。2.2.螺距、導(dǎo)程和線數(shù)螺距、導(dǎo)程和線數(shù)（1 1）螺距螺距P P：相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。（3 3）線數(shù)線數(shù)n n：螺紋的螺旋線數(shù)目，為便于制造，一般螺紋的螺旋線數(shù)目，為便于制造，一般n4n4。22dnPd arctan)/Sarctan( 螺紋螺紋中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺紋中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。軸線的平面的夾角。3.3.螺旋升角螺旋升角（2 2）

4、牙型斜角）牙型斜角：螺紋牙側(cè)邊與軸線垂直平面的夾角。：螺紋牙側(cè)邊與軸線垂直平面的夾角。4.4.牙型角牙型角和牙型斜角和牙型斜角 （1 1）牙型角）牙型角：軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。：軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。三、螺紋的類型三、螺紋的類型1.1.按螺紋在軸向剖面內(nèi)的形狀分為按螺紋在軸向剖面內(nèi)的形狀分為矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋 常用右旋螺紋；常用右旋螺紋； 特殊需特殊需要時(shí)，用左旋螺紋要時(shí)，用左旋螺紋, ,如煤氣罐如煤氣罐減壓閥與罐體的螺紋連接；減壓閥與罐體的螺紋連接；自行車左踏板軸與拐桿的螺自行車左踏板軸與拐桿的螺紋連接等。紋連接等。2

5、.2.按螺旋線繞行的方向分為按螺旋線繞行的方向分為右旋螺紋右旋螺紋左旋螺紋左旋螺紋3. 3. 按螺紋的線數(shù)分為按螺紋的線數(shù)分為雙線螺紋（雙線螺紋（180度）度）單線螺紋（多用于連接）單線螺紋（多用于連接）多線螺紋（多用于傳動(dòng)）多線螺紋（多用于傳動(dòng)）4.4.按螺紋在圓柱體的位置分按螺紋在圓柱體的位置分外螺紋和內(nèi)螺紋外螺紋和內(nèi)螺紋螺紋連接件實(shí)物螺紋連接件實(shí)物牙型角牙型角=600，牙型斜角，牙型斜角=300；有多種螺距，其中螺距最大的為有多種螺距，其中螺距最大的為粗牙螺紋粗牙螺紋,其余為其余為細(xì)牙螺紋細(xì)牙螺紋。后者常用。后者常用于細(xì)小零件、薄壁管于細(xì)小零件、薄壁管件或受沖擊、振動(dòng)和件或受沖擊、振動(dòng)和

6、變載荷的聯(lián)接中；變載荷的聯(lián)接中；三角形螺紋當(dāng)量三角形螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)大，自鎖摩擦系數(shù)大，自鎖性好，牙根強(qiáng)度高，性好，牙根強(qiáng)度高，廣泛應(yīng)用于各種緊廣泛應(yīng)用于各種緊固聯(lián)接。固聯(lián)接。四、幾種常用螺紋的特點(diǎn)和應(yīng)用四、幾種常用螺紋的特點(diǎn)和應(yīng)用 普通螺紋普通螺紋 基本牙型基本牙型 GB/T 193-2003 普通螺紋普通螺紋 直徑與螺距系列直徑與螺距系列 GB/T 196-2003 普通螺紋普通螺紋 基本尺寸基本尺寸 GB/T 197-2003 普通螺紋普通螺紋 公差公差 GB/T 2516-2003 普通螺紋普通螺紋 極限偏差極限偏差 GB/T 9144-2003 普通螺紋普通螺紋 優(yōu)選系列優(yōu)選系列 G

7、B/T 1414-2003 普通螺紋普通螺紋 管路系列管路系列 GB/T 9145-2003 普通螺紋普通螺紋 中等精度、優(yōu)選系列中等精度、優(yōu)選系列的極限尺寸的極限尺寸 GB/T 9146-2003 普通螺紋普通螺紋 粗糙精度、優(yōu)選系粗糙精度、優(yōu)選系列的極限尺寸列的極限尺寸 GB/T 192-2003基本牙型基本牙型（1） 螺紋代號(hào)螺紋代號(hào) 螺紋特征代號(hào)螺紋特征代號(hào) M 公稱直徑公稱直徑X螺距螺距 旋向旋向 粗牙普通螺紋的螺紋代號(hào)用牙型代號(hào)粗牙普通螺紋的螺紋代號(hào)用牙型代號(hào)“ M”及及“公稱直徑公稱直徑”表表示；細(xì)牙普通螺紋的螺紋代號(hào)用牙型代號(hào)示；細(xì)牙普通螺紋的螺紋代號(hào)用牙型代號(hào)“M”及及“公稱

8、直徑公稱直徑X螺距螺距”表示。當(dāng)螺紋為左旋時(shí)，在螺紋代號(hào)后加表示。當(dāng)螺紋為左旋時(shí)，在螺紋代號(hào)后加“LH”字。字。 （2）螺紋公差帶代號(hào)包括中徑公差帶代號(hào)與頂徑公差帶代號(hào)。）螺紋公差帶代號(hào)包括中徑公差帶代號(hào)與頂徑公差帶代號(hào)。 螺紋公差帶代號(hào)由表示其大小的公差等級(jí)數(shù)字和基本偏差字母螺紋公差帶代號(hào)由表示其大小的公差等級(jí)數(shù)字和基本偏差字母組成。如組成。如 6H、6g等。中徑公差帶代號(hào)與頂徑公差帶代號(hào)不相等。中徑公差帶代號(hào)與頂徑公差帶代號(hào)不相同則要分別標(biāo)注，如同則要分別標(biāo)注，如M20-5g6g；若兩者相同，則只標(biāo)注一個(gè)；若兩者相同，則只標(biāo)注一個(gè)代號(hào)，如代號(hào)，如M20-6g。 （3）螺紋旋合長(zhǎng)度代號(hào)）螺紋

9、旋合長(zhǎng)度代號(hào) 按短按短 (S) 、中、中(N) 、長(zhǎng)、長(zhǎng)(L)有三組旋合長(zhǎng)度。在一般情況下，不有三組旋合長(zhǎng)度。在一般情況下，不標(biāo)注旋合長(zhǎng)度，按中等旋合長(zhǎng)度（標(biāo)注旋合長(zhǎng)度，按中等旋合長(zhǎng)度（N）來確定；必要時(shí)加注旋）來確定；必要時(shí)加注旋合長(zhǎng)度代號(hào)合長(zhǎng)度代號(hào)S或或L。如。如M20-6H-S，M20-5g6g-L。普通螺紋的標(biāo)注普通螺紋的標(biāo)注v2.管螺紋管螺紋以管子的內(nèi)徑（英寸）表示尺寸代號(hào)；以每英寸內(nèi)以管子的內(nèi)徑（英寸）表示尺寸代號(hào)；以每英寸內(nèi)的牙數(shù)表示螺距；牙型角的牙數(shù)表示螺距；牙型角= 550；分為非螺紋密封的管螺紋和用螺紋密封的管螺紋。分為非螺紋密封的管螺紋和用螺紋密封的管螺紋。后者螺紋分布在

10、錐度為后者螺紋分布在錐度為1：16的圓錐管壁上；的圓錐管壁上；適用于管接頭、旋塞、閥門及其它附件。適用于管接頭、旋塞、閥門及其它附件。用螺紋密封的管螺紋用螺紋密封的管螺紋非螺紋密封的管螺紋非螺紋密封的管螺紋v管螺紋國家標(biāo)準(zhǔn)管螺紋國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12716-2002 60密封管螺紋密封管螺紋 GB/T 7307-2001 55非密封管螺紋非密封管螺紋 GB/T 7306.1-2000 55密封管螺紋密封管螺紋 第第1部分部分:圓圓柱內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋柱內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋 GB/T 7306.2-2000 55密封管螺紋密封管螺紋 第第2部分部分:圓錐內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋圓錐內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋 管

11、螺紋的標(biāo)注格式管螺紋的標(biāo)注格式：螺紋特征代號(hào)螺紋特征代號(hào) 尺寸代號(hào)尺寸代號(hào) 公差等級(jí)公差等級(jí) 旋向旋向。 管螺紋的螺紋特征代號(hào)在前面已經(jīng)介紹，尺寸代號(hào)為英寸單位；管螺紋的螺紋特征代號(hào)在前面已經(jīng)介紹，尺寸代號(hào)為英寸單位；對(duì)非螺紋密封的外管螺紋可標(biāo)注公差等級(jí)，公差等級(jí)有對(duì)非螺紋密封的外管螺紋可標(biāo)注公差等級(jí)，公差等級(jí)有A，B兩兩種，其它管螺紋的公差等級(jí)只有一種，可省略標(biāo)注；旋向代號(hào)種，其它管螺紋的公差等級(jí)只有一種，可省略標(biāo)注；旋向代號(hào)中，若為右旋可不標(biāo)注，若為左旋，用中，若為右旋可不標(biāo)注，若為左旋，用“-LH”來注明。來注明。 例例G1 1/2“ LH 表示用于非螺紋密封的圓柱管螺紋，尺寸代表示用于

12、非螺紋密封的圓柱管螺紋，尺寸代號(hào)為號(hào)為1 1/2 英寸，為左旋。英寸，為左旋。 R1 1/2“ LH表示用于螺紋密封的表示用于螺紋密封的左旋圓錐外管螺紋，尺寸代號(hào)為左旋圓錐外管螺紋，尺寸代號(hào)為1 1/2 英寸。英寸。管螺紋的標(biāo)注管螺紋的標(biāo)注圓柱管螺紋常見有三類，非螺紋密封的內(nèi)外管螺紋和螺紋密封的圓柱內(nèi)管螺紋，螺圓柱管螺紋常見有三類，非螺紋密封的內(nèi)外管螺紋和螺紋密封的圓柱內(nèi)管螺紋，螺紋特征代號(hào)分別是紋特征代號(hào)分別是 G和和R P； 螺紋密封的圓錐內(nèi)和圓錐外管螺紋特征代號(hào)分別是螺紋密封的圓錐內(nèi)和圓錐外管螺紋特征代號(hào)分別是 R C 和和 R。注意以下兩點(diǎn)：。注意以下兩點(diǎn)： (1)管螺紋的尺寸為管子孔

13、徑的近似值，而不是管子外徑。管螺紋的尺寸為管子孔徑的近似值，而不是管子外徑。 (2)管螺紋是每英寸有多少個(gè)牙表示牙型的粗細(xì)，換算后螺距為小數(shù)，如管螺紋是每英寸有多少個(gè)牙表示牙型的粗細(xì)，換算后螺距為小數(shù)，如G1“的管螺的管螺紋沿軸線上有紋沿軸線上有11個(gè)牙，其螺距為個(gè)牙，其螺距為25.4除以除以11為為2.309.v3.梯形螺紋梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙型角牙型為等腰梯形，牙型角=300。內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)。工藝性好，牙根強(qiáng)內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)。工藝性好，牙根強(qiáng)度高，對(duì)中性好，傳動(dòng)效率低于矩形螺紋度高，對(duì)中性好，傳動(dòng)效率低于矩形螺紋 。廣泛應(yīng)用于螺旋傳動(dòng)，如機(jī)床絲杠，螺旋舉重器等。

14、廣泛應(yīng)用于螺旋傳動(dòng)，如機(jī)床絲杠，螺旋舉重器等。v梯形螺紋國家標(biāo)準(zhǔn)梯形螺紋國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5796.1-2005 梯形螺紋梯形螺紋 第第1部分部分:牙型牙型 GB/T 5796.2-2005 梯形螺紋梯形螺紋 第第2部分部分:直徑與螺直徑與螺距系列距系列 GB/T 5796.3-2005 梯形螺紋梯形螺紋 第第3部分部分:基本尺寸基本尺寸 GB/T 5796.4-2005 梯形螺紋梯形螺紋 第第4部分部分:公差公差 GB/T 5796. 1-2005基本牙型基本牙型梯形螺紋的標(biāo)注格式：梯形螺紋的標(biāo)注格式：螺紋代號(hào)螺紋代號(hào) -螺紋公差帶代號(hào)螺紋公差帶代號(hào)-螺紋旋合長(zhǎng)度代號(hào)螺紋旋合長(zhǎng)度代號(hào)。 梯形

15、螺紋的螺紋代號(hào)由牙型代號(hào)和尺寸規(guī)格組成，若為右旋可梯形螺紋的螺紋代號(hào)由牙型代號(hào)和尺寸規(guī)格組成，若為右旋可不標(biāo)注，若為左旋，用不標(biāo)注，若為左旋，用“ -LH”來注明。單線梯形螺紋用來注明。單線梯形螺紋用“尺寸尺寸規(guī)格規(guī)格X螺距螺距”來表示，多線梯形螺紋用來表示，多線梯形螺紋用“尺寸規(guī)格尺寸規(guī)格X導(dǎo)程（導(dǎo)程（P螺螺距）距）”來表示。梯形螺紋公差帶代號(hào)只標(biāo)注中徑公差帶代號(hào)；來表示。梯形螺紋公差帶代號(hào)只標(biāo)注中徑公差帶代號(hào)；按尺寸和螺距的大小分為中等旋合長(zhǎng)度（按尺寸和螺距的大小分為中等旋合長(zhǎng)度（N）和長(zhǎng)旋合長(zhǎng)度）和長(zhǎng)旋合長(zhǎng)度（L）。當(dāng)旋合長(zhǎng)度為）。當(dāng)旋合長(zhǎng)度為N組時(shí)，不標(biāo)注；當(dāng)旋合長(zhǎng)度為組時(shí)，不標(biāo)注；當(dāng)

16、旋合長(zhǎng)度為L(zhǎng)組時(shí)，組時(shí)，用代號(hào)用代號(hào)“-L”標(biāo)注，旋合長(zhǎng)度根據(jù)需要，可標(biāo)寫旋合長(zhǎng)度數(shù)值。標(biāo)注，旋合長(zhǎng)度根據(jù)需要，可標(biāo)寫旋合長(zhǎng)度數(shù)值。 例例Tr40X7-7H 表示公稱直徑尺寸為表示公稱直徑尺寸為40mm, 螺距為螺距為7mm的單線的單線右旋梯形螺紋（內(nèi)螺紋），中徑公差帶為右旋梯形螺紋（內(nèi)螺紋），中徑公差帶為7H，中等旋合長(zhǎng)度。，中等旋合長(zhǎng)度。 例例Tr40X14（P7）LH-8e-L 表示公稱直徑尺寸為表示公稱直徑尺寸為40mm, 導(dǎo)程導(dǎo)程為為14mm ，螺距為，螺距為7mm的雙線左旋梯形螺紋（外螺紋），中徑的雙線左旋梯形螺紋（外螺紋），中徑公差帶為公差帶為8e，長(zhǎng)等旋合長(zhǎng)度，長(zhǎng)等旋合長(zhǎng)度梯形

17、螺紋的標(biāo)注梯形螺紋的標(biāo)注 牙型為正方形，牙型角牙型為正方形，牙型角=0 00 0。傳動(dòng)效率較其它。傳動(dòng)效率較其它螺紋高，但牙根強(qiáng)度弱，螺旋副磨損后，間隙難以螺紋高，但牙根強(qiáng)度弱，螺旋副磨損后，間隙難以修復(fù)和補(bǔ)償，傳動(dòng)精度較低，且加工困難。目前很修復(fù)和補(bǔ)償，傳動(dòng)精度較低，且加工困難。目前很少應(yīng)用，已逐漸被梯形螺紋取代。少應(yīng)用，已逐漸被梯形螺紋取代。4.4.矩形螺紋矩形螺紋v5.鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋牙型為不等腰梯形，工作面的牙型斜角為牙型為不等腰梯形，工作面的牙型斜角為30，非工，非工作面的牙型斜角為作面的牙型斜角為300。內(nèi)外螺紋旋合后，大徑處無間隙，便于對(duì)中，傳動(dòng)內(nèi)外螺紋旋合后，大徑處無間隙，

18、便于對(duì)中，傳動(dòng)效率高、牙根強(qiáng)度高，但只適用于單方向的軸向載效率高、牙根強(qiáng)度高，但只適用于單方向的軸向載荷傳動(dòng)。荷傳動(dòng)。鋸齒形螺紋的標(biāo)注格式：鋸齒形螺紋的標(biāo)注格式：牙型代號(hào)牙型代號(hào) B、尺寸規(guī)格尺寸規(guī)格、導(dǎo)程（螺距）或螺距導(dǎo)程（螺距）或螺距、旋旋向向-公差帶代號(hào)公差帶代號(hào)-旋合長(zhǎng)度代號(hào)旋合長(zhǎng)度代號(hào)。單線螺紋僅標(biāo)注螺距；單線螺紋僅標(biāo)注螺距；右旋螺紋不標(biāo)注旋向。右旋螺紋不標(biāo)注旋向。 例例B40X14（P7）LH-8c-L表示公稱直徑尺寸為表示公稱直徑尺寸為40mm, 導(dǎo)程為導(dǎo)程為14mm ，螺距為螺距為7mm的雙線左旋鋸齒形螺紋（外螺紋），的雙線左旋鋸齒形螺紋（外螺紋），公差帶代號(hào)為公差帶代號(hào)為8e

19、，L為長(zhǎng)旋合長(zhǎng)度。為長(zhǎng)旋合長(zhǎng)度。鋸齒形螺紋的標(biāo)注鋸齒形螺紋的標(biāo)注一、矩形螺紋一、矩形螺紋 圖示為一矩形螺旋千圖示為一矩形螺旋千斤頂。給螺母手柄加驅(qū)動(dòng)斤頂。給螺母手柄加驅(qū)動(dòng)力矩力矩T T，使螺母通過托盤，使螺母通過托盤帶動(dòng)重物帶動(dòng)重物F FQ Q上升。上升。托盤托盤手柄手柄螺母螺母螺桿螺桿Q f摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)螺旋升角螺旋升角 摩擦角摩擦角：=arctanf 將螺旋面沿中徑展開得一斜面，將螺母視為一滑將螺旋面沿中徑展開得一斜面，將螺母視為一滑塊，則螺旋副的作用可視為在水平驅(qū)動(dòng)力塊，則螺旋副的作用可視為在水平驅(qū)動(dòng)力F Ft t的作用下的作用下 克服軸向載荷克服軸向載荷F FQ Q, , 沿沿斜面斜

20、面 勻速向上移動(dòng)。勻速向上移動(dòng)。（1 1）建立力學(xué)模型）建立力學(xué)模型FR 全反力全反力FN 法向反力法向反力Ff 摩擦力摩擦力v FfFNFtFQ FR 2)tan(2FT22tdFdQ 注意：注意：在起重螺旋中，在起重螺旋中，T為克服螺旋副的摩擦阻力為克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩。對(duì)于螺紋聯(lián)接，和升起重物時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩。對(duì)于螺紋聯(lián)接，T則為擰緊螺紋時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩。則為擰緊螺紋時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩。則：驅(qū)動(dòng)力矩則：驅(qū)動(dòng)力矩T為為)tan( QtFF（2 2）由平衡條件求解）由平衡條件求解由右圖的力矢量三角形得：由右圖的力矢量三角形得： + F FQ QF Ft tF FR R2.

21、2.螺紋連接的自鎖條件螺紋連接的自鎖條件螺紋具有自鎖性時(shí)，必螺紋具有自鎖性時(shí)，必有：有：螺旋副的自鎖條件：螺旋副的自鎖條件：螺旋升角小于或等于接螺旋升角小于或等于接 觸表面的摩擦角。觸表面的摩擦角。fQxFF fFfFFQQyQ cossin tgftg tgtg 自鎖：自鎖：螺紋連接被擰緊后，如不加反向外力矩，不螺紋連接被擰緊后，如不加反向外力矩，不 論軸向力論軸向力F FQ Q多么大，螺母也不會(huì)自動(dòng)松開。多么大，螺母也不會(huì)自動(dòng)松開。FfFQFQXFQY 3.3.螺旋副的傳動(dòng)效率螺旋副的傳動(dòng)效率 22tantan22221dFdFTSFWWQQQW1-有用功有用功 W2-輸入功輸入功 tantan 非矩形螺紋是指牙型斜角不等于非矩形螺紋是指牙型斜角不等于0 0的三角形螺紋、的三角形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。梯形螺紋和鋸齒形螺紋。二、非矩形螺紋二、非矩形螺紋v反力反力v摩擦力