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)保持此圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。 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10-3（P

2、136）。 注：在普通螺紋基本牙型中： 外螺紋各直徑用小寫字母表示，內(nèi)螺紋各直徑用大寫字母表示。 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d1：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：中徑d2圓柱上，

3、螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面夾角。 tg=n p/（d2）=S/（d2）。 所以S=d2tg。 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：牙型側(cè)邊與螺紋垂線間的夾角。對(duì)于對(duì)稱牙型 =/2。 10-2螺旋副的受力分析、效率和自鎖 一、 矩形螺紋受力分析：（牙型角=0。,=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展開可得斜面(圖10-4 b)。 設(shè)Q：軸向載荷， F：作用在中徑處的水平推力。 N：法向反力； fN：摩擦力。 ：螺紋升角； ：摩擦角； f：摩擦系數(shù)。

4、 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（+）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( + ) （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（-），由此封閉三角形可知： F=Q tg( - )。 二、 非矩形螺紋非矩形螺紋是指牙形角0。的三角形螺紋，梯形螺紋和鋸齒形螺紋對(duì)比圖105，a 和b可知，若略去升角的影響，在軸向載荷Q作用下，非矩形螺紋的法向力比矩形螺紋大。（矩：N=Q ，非矩：N=Q/cos） 若把法向

5、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為： Nf=Q/cos*f=f/cosQ=f Q。 f：當(dāng)量摩擦系數(shù)，即 f=f/cos=tg。 ：當(dāng)量摩擦角。 ：牙型斜角。 因此將圖10-4中的fN改為fN,改為，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(+) (10-4)。 螺紋力矩：T=F d2/2=Qd2/2 tg(+) (10-5)。 螺紋力矩用來克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物。 螺旋副效率=有效功W1/輸入功W2。當(dāng)螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)一周，輸入功為：W2=2T=2 Qd2/2 tg(+)=Qd2tg(+)。 此時(shí)舉升

6、滑塊（重物）所作的有效功為W1=Q S。 W1=Q S=Qd2tg 式中 S=d2 tg。 2） 故螺旋副效率=W1/W2=QS/2T=tg/tg(+)（10-6） 由上式可知：當(dāng)量摩擦角一定時(shí)，效率只是升角入的函數(shù)(=f(),由此可繪出效率曲線（圖10-6）。取d/d=0。 可得：當(dāng)=45。 -/2時(shí)效率升角最高，大，大，過大的升角，制造困難，且效率增高不顯著。所以一般?。?25。 3） 當(dāng)滑塊沿非矩形螺紋等速下滑時(shí)，可得： F=Qtg(-) (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，<時(shí)，F(xiàn)0，這表明： 要使滑塊下滑必

7、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： (10-8) 一般6。 為保證自鎖：4.5。 自鎖螺旋副：<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&g

8、t;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，螺紋深度淺 所以自鎖性好，強(qiáng)度高（對(duì)零件削弱小），但不耐磨，易滑扣。 2 管螺紋一般有四種 普通細(xì)牙螺紋。 （英制螺紋） =55。圓柱管螺紋。 =55。圓錐管螺紋。 =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：=0，強(qiáng)度差，磨損后無法補(bǔ)償間隙， 定心性差，很少采用 。

9、 傳動(dòng)的螺紋： 梯形螺紋：=15。梯<矩，但無矩形螺紋缺點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。 鋸齒形螺紋：工作面牙型斜角=3。，鋸=矩，只限于單側(cè)工作。 梯形螺紋牙型斜角=15。比矩形螺紋容易切制，當(dāng)采用剖分螺母時(shí)，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。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

10、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=D栓+1如：M10：D孔=11mm）。 （2） 鉸制孔螺栓聯(lián)接（受剪螺栓）：D孔=D柱（名義相等，用公差控制）。 圖10-9b，即孔壁間無間隙，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：

11、 特點(diǎn)：不需用螺母，將螺釘穿過一被聯(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。 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

12、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)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，見圖11-5），不用螺母直接擰入螺孔中。 3、 雙頭螺柱（圖10-13） 無頭，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

13、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

14、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、 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(+)+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）無滑動(dòng)時(shí)，fc=0.15 d2：螺

15、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M10M68的粗牙螺紋，若取f=tg=0.15及fc=0.15，式(10-9)可簡(jiǎn)化為： T0.2Q0d N mm 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。過小，將使結(jié)合面在工作載荷作用下松動(dòng)：若Q0過大，又可能擰斷螺栓。因此，在裝配過程中，對(duì)擰緊力矩（或Q0）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)來確

16、定。（不夠準(zhǔn)確） 對(duì)重要的有強(qiáng)度要求的螺栓聯(lián)接，如無控制擰緊力矩的措施，不宜采用小于M12M16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。-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)，必須考慮防松問題。 防松的根本問題在于防止螺紋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松的方法很多（表103）。 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

17、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?。?這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)，然后用開口銷穿過螺栓尾部小孔和螺母的槽，再將銷和尾部分開與螺母貼緊，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：將墊片折邊以固定螺母和被聯(lián)接件的相對(duì)位