第四章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動

§4-1螺紋的類型和應用

§4-2螺紋聯(lián)接的基本類型及螺紋聯(lián)接件

§4-4螺紋傳動

§4-3螺紋聯(lián)接的預緊、防松和結構問題

第四章螺紋聯(lián)接與螺旋傳動機械設計人員必須熟悉常用的連接方法及連接件的結構、類型、性能、適用場合，掌握它們的設計理論或選用方法。連接對于機器的制造、安裝、維修必不可少。本章主要內(nèi)容：螺紋連接的基本知識；螺紋連接的預緊和防松；螺栓組的受力分析、失效分析及強度計算方法；4單個螺紋連接的強度計算。本章的重點及難點：

受預緊力和軸向工作載荷的緊螺栓連接強度計算，多種受力狀態(tài)下螺栓組連接的設計計算。潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺紋的形成d2螺旋線——一動點在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋轉，同時沿軸向作等速移動的軌跡。螺紋——一平面圖形沿螺旋線運動，運動時保持該圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。螺紋§4-1螺紋的類型和應用外螺紋內(nèi)螺紋潘存云教授研制外螺紋內(nèi)螺紋螺旋副（一）螺紋的類型和應用按螺紋的旋向分右旋螺紋左旋螺紋右旋左旋請判斷下列螺紋的旋向？左旋右旋按螺旋線的數(shù)目分單線螺紋多線螺紋雙線螺紋單線螺紋連接螺紋傳動螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制按螺紋作用分連接螺紋傳動螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋-----用于一般的連接和傳動-----主要用于管道連接按母體形狀分圓柱螺紋圓錐螺紋按螺紋的牙型分30o3o矩形螺紋鋸齒形螺紋梯形螺紋30o普通螺紋60o管螺紋55o按螺紋的牙型分普通螺紋管螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋用于傳動用于連接常用螺紋的類型、特點和應用，見表4–1（P29)③

中徑

d2d1d2d②小徑

d1（二）螺紋的主要參數(shù)---與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑在標準中定為公稱直徑①大徑

d---與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑，強度計算中常作為螺桿危險截面的計算直徑三徑---在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，d2≈0.5(d+d1)，常用于計算螺紋幾何尺寸4）螺距P——相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應兩點間的軸向距離5）導程（S）——同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對應兩點間的軸向距離線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n≤4螺距、導程、線數(shù)之間關系：L=nP6）螺旋升角λ——中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角7）牙型角α——螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側邊的夾角d1d2d⑤導程（升距）S（二）螺紋的主要參數(shù)④螺距

PSP二距n----螺紋的線數(shù)單線螺紋:S=P

多線螺紋:S=nPd1d2dψSPαβ⑦牙型角

α牙側角

β

βπd2Sψ⑥螺紋升角ψ二角tanψ=πd2

S

πd2

nP

=③

中徑

d2d1d2d②小徑

d1⑤導程（升距）SψS=nP（二）螺紋的主要參數(shù)（匯總）h①大徑

d④螺距

PSPαβ⑦牙型角

α牙側角

β

βπd2Sψ⑥螺紋升角ψ二角tanψ=πd2

S

πd2

nP

=三徑二距⑧線數(shù)（頭數(shù)）n----螺紋的螺旋線數(shù)目單線螺紋ψ↓→自鎖性好→

多用于連接；多線螺紋ψ↑→傳動效率高→

多用于傳動。為了便于制造，一般螺紋的線數(shù)n≤4引入公式：螺旋副的自鎖條件：螺旋副的效率：tanψ=πd2

nP

Sπd2

=（二）螺紋的主要參數(shù)自鎖性能好，連接可靠普通螺紋細牙粗牙普通螺紋同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細牙螺紋。（一）基本常識1.螺紋連接-----螺紋零件----可拆連接2.普通螺紋β=30°，當量摩擦系數(shù)，φv

,fcosβ=fv§4-2螺紋聯(lián)接的基本類型及螺紋聯(lián)接件缺點：不耐磨易滑扣。應用：薄壁零件、受變載荷的連接和微調(diào)機構。Pd粗牙dP細牙dP細牙tgψ=πd2nP

自鎖性更好、連接更可靠；且螺紋深度淺，強度高。細牙螺紋ψ

≤φvP

,由于制造簡單，一般連接常用。p

，ψ，優(yōu)點：粗牙螺紋（二）螺紋連接的基本類型1.螺栓連接鉸制孔用螺栓連接孔與螺桿之間留有間隙d0dd0普通螺栓連接結構簡單，裝拆方便，應用最廣多用于承受橫向載荷的場合受拉螺栓受剪螺栓a)普通螺栓聯(lián)接——被聯(lián)接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，結構簡單，裝拆方便，可多個裝拆，應用較廣。b)精密螺栓聯(lián)接——裝配后無間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用，采用基孔制配合鉸制孔螺栓聯(lián)接3.螺釘連接2.雙頭螺柱連接d思考：這兩種連接適用在什么場合？各有何特點？----不宜經(jīng)常拆卸----可經(jīng)常拆裝用于盲孔的連接雙頭螺柱連接螺釘連接雙頭螺栓聯(lián)接——螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時。折裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯(lián)接件中擰出。螺釘聯(lián)接——適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況潘存云教授研制4.緊定螺釘連接緊定螺釘1.螺栓連接2.螺釘連接3.雙頭螺柱連接（二）螺紋連接的基本類型特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接,吊環(huán)螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接——擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應的缺口中以固定零件的相對位置。可傳遞不大的軸向力或扭矩。二、螺紋聯(lián)接件螺栓螺紋緊固件螺栓的結構形式LL0d六角頭LdL0小六角頭dL0L1LL1-----座端長度L0-----螺母端長度二、螺紋緊固件螺紋緊固件雙頭螺柱螺栓二、螺紋緊固件螺紋緊固件末端結構頭部結構螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓螺紋緊固件地腳螺栓起吊螺釘螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋連接T型螺栓六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圓螺母螺紋緊固件用于尺寸受限制之處。螺母螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋連接潘存云教授研制其它螺母：潘存云教授研制其它螺母：墊圈螺母螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓螺紋緊固件平墊圈薄平墊圈A型平墊圈B型平墊圈斜墊圈彈簧墊圈圓螺母用止動墊圈作用：

增加支撐面積以減小壓強，避免擰緊螺母擦傷表面、防松。專用螺紋連接一、擰緊絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時需要擰緊，使聯(lián)接在承受工作載荷之前，預先受到力的作用，這個預加的作用力稱為預緊力。預緊的目的是為了增大聯(lián)接的緊密性和可靠性。此外，適當?shù)靥岣哳A緊力還能提高螺栓的疲勞強度。擰緊時，用扳手施加擰緊力矩T，以克服螺紋副中的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2，故擰緊力矩T=T1+T2。對于M10～M68的粗牙普通螺紋，無潤滑時可取T≈0.2F'd（4-12）式中：F'為預緊力（N）；d為螺紋公稱直徑（mm）。為了保證預緊力F'不致過小或過大，可在擰緊過程中控制擰緊力矩T的大小，其方法有采用測力矩扳手（圖4-7）或定力矩扳手（圖4-8），必要時測定螺栓伸長量等?！?-3螺紋聯(lián)接的預緊、放松和結構問題測力矩扳手●預緊力控制方法:F定力矩扳手通常螺紋連接擰緊是憑工人的經(jīng)驗來決定的，重要螺栓則必須預緊力進行精確控制。LS1)憑手感經(jīng)驗；2)測力矩扳手；3)定力矩扳手；4)測定伸長量。LMLS(二)擰緊力矩T的計算T裝配時，F(xiàn)0的大小通過擰緊力矩T來控制。F0d0dD0擰緊力矩：T≈0.2F0

d標準扳手長度L≈15d，設：擰緊力為F，則T=FL

FL=F×15d=0.2

F0

dF0

=75F若：擰緊力F=200N則：預緊力F0

≈15000N若用這個預緊力擰M12以下的鋼制螺栓，則很可能因過載而被擰斷?！鄬τ谥匾倪B接，不宜采用<M12

的螺栓。T≈0.2F0

dFLd（一）防松的目的思考：連接螺紋一般具有自鎖性，為何還要防松？（二）防松的方法螺紋連接的防松防松的根本問題是防止螺紋副發(fā)生相對轉動實際工作中，外載荷有振動、變化、材料高溫蠕變等會造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動，如經(jīng)反復作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進行防松，否則會影響正常工作，造成事故。消除（或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。具體方法有三種：1、摩擦防松：雙螺母、彈簧墊圈、自鎖螺母2、機械防松：開口銷、止動墊片、串連鋼絲3、永久防松：焊、粘、沖彈簧墊圈自鎖螺母——螺母一端做成非圓形收口或開峰后徑面收口，螺母擰緊后收口漲開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊2）機械防松：開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動墊圈，彈簧墊片，軸用帶翅墊片，止動墊片，串聯(lián)鋼絲等開槽螺母與開口銷圓螺母與止動墊圈串聯(lián)鋼絲3）永久防松：端鉚、沖點、點焊4）化學防松——粘合

開口銷與六角開槽螺母串連鋼絲2.采用專門防松元件防松圓螺母用止動墊圈潘存云教授研制止動墊圈3.其他方法防松1~1.5P用沖頭沖2~3點沖點防松法粘合法防松涂粘合劑§4-4螺旋傳動一、螺旋傳動的類型和應用螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉運動變?yōu)橹本€運動將直線運動變?yōu)榛剞D運動，同時傳遞運動或動力。

傳動形式：a)螺桿轉螺母移b)螺桿又轉又移（螺平固定）——用得多c)螺母轉螺桿移d)螺母又轉又移（螺桿固定）——用得少

按用途分三類：1）傳力螺旋——舉重器、千斤頂、加壓螺旋特點：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖2）傳導螺旋——機床進給匯杠—傳遞運動和動力特點：速度高、連續(xù)工作、精度高3）調(diào)整螺旋——機床、儀器及測試裝置中的微調(diào)螺旋。特點：是受力較小且不經(jīng)常轉動

螺旋傳動按摩擦副的性質(zhì)分：

1、滑動螺旋：構造簡單、傳動比大，承載能力高，加工方便、傳動平穩(wěn)、工作可靠、易于自鎖缺點：磨損快、壽命短，低速時有爬行現(xiàn)象（滑移），摩擦損耗大，傳動效率低（30~40%）傳動精度低2、滾動螺旋傳動——摩擦性質(zhì)為滾動摩擦。滾動螺旋傳動是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動體（多用鋼球），當傳動工作時，滾動體沿螺紋滾道滾動并形成循環(huán)。按循環(huán)方式有：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)兩種

二、滑動螺旋的設計計算

（一）根據(jù)耐磨性計算

螺桿直徑滑動螺旋中磨損是最主要的一種失效形式，它會引起傳動精度下降，空間大，并使強度下降。磨損的影響因素：工作面的比壓，螺紋表面質(zhì)量，滑動速度和潤滑狀態(tài)所以耐磨性計算主要限制螺紋工作面上比壓P要求小于材料的許用比壓設計公式：

（二）螺牙的強度計算

由于螺母材料的強度通常低于螺桿材料的強度，因此螺紋牙受剪和彎曲均在螺母上。將螺母一圈螺紋沿螺紋大徑處展開，即可視為一懸壁梁，每圈螺紋承受的平均壓力Q/u作用在中徑d2的圓周上。

剪切強度條件：彎曲強度條件：（三）螺桿的強度計算

螺桿工作時同時受軸面壓力（拉力）Q與扭矩T的作用，截面受拉（壓）應力與扭剪應力的復合作用∴按彎扭復合強度條件計算——第四強度理論

（四）螺桿的穩(wěn)定性計算當螺桿較細長且受較大軸向壓力時，可能會雙向彎曲而失效，螺桿相當于細桿，螺桿所承受的軸向壓力F應小于其臨界壓力Fc。三、滾動螺旋傳動

(一)滾珠絲杠副的結構、使用及主要參數(shù)1.滾珠絲杠副