机械基础_课件_第十二章-螺纹联接与螺旋传动

1、L/O/G/O第二部分第二部分( (第十二章第十二章) )螺纹联接与螺旋传动螺纹联接与螺旋传动机械基础机械基础12-5 螺旋传动螺旋传动12-1 螺纹螺纹12-2 螺纹联接的基本类型和螺纹连接件螺纹联接的基本类型和螺纹连接件12-3 螺旋副的效率和自锁螺旋副的效率和自锁12-4 螺纹联接的预紧与防松螺纹联接的预紧与防松螺纹连接：螺纹连接：螺纹联接是利用螺纹零件构成的螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆式联接可拆式联接。螺旋传动：螺旋传动：用于用于把回转运动变为直线运动把回转运动变为直线运动的传动场合。的传动场合。特特 点：点：构造简单，拆装方便，工作可靠，标准件，构造简单，拆装方便，工作可靠，标准

2、件，应用广。应用广。12-1 螺纹螺纹（Thread）一一 、螺纹的形成、种类和应用螺纹的形成、种类和应用螺纹是根据螺旋线原理加工而成的。如下图。螺纹是根据螺旋线原理加工而成的。如下图。外螺纹：外螺纹：在圆柱或圆锥外表面上形成的螺纹。在圆柱或圆锥外表面上形成的螺纹。内螺纹：内螺纹：在圆柱或圆锥内孔表面上所形成的螺纹。在圆柱或圆锥内孔表面上所形成的螺纹。螺纹切削螺纹切削攻攻螺螺纹纹对螺纹的要求：对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性足够的强度和良好的工艺性联接螺纹：联接螺纹：自锁自锁管管 螺螺 纹：纹：紧密性、气密性紧密性、气密性传动螺纹：传动螺纹：效率高效率高调整螺纹：调整螺纹：精度高精度高起

3、重螺纹：起重螺纹：效率高、自锁性好效率高、自锁性好1、牙型：、牙型：在通过螺纹轴线的剖切面上，螺纹的轮廓形状在通过螺纹轴线的剖切面上，螺纹的轮廓形状。其内螺纹牙型两侧之间的夹角称为。其内螺纹牙型两侧之间的夹角称为牙型角牙型角 ；其牙型侧；其牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角牙型斜角 。a) 普通螺纹普通螺纹 b) 圆柱管螺纹圆柱管螺纹c) 梯形螺纹梯形螺纹 d) 锯齿形螺纹锯齿形螺纹螺纹的要素与分类：螺纹的要素与分类：、普通螺纹（代号：、普通螺纹（代号：M GB 192-81）特点：螺纹的牙型角特点：螺纹的牙型角 =2 =60 。因牙型斜角。因牙型斜角

4、大，所大，所以当量摩擦系数大，以当量摩擦系数大，自锁性能好，主要用于联接。自锁性能好，主要用于联接。、圆柱管螺纹、圆柱管螺纹 特点：特点：用于管件联接的三角螺纹，用于管件联接的三角螺纹， =55 螺纹面间没有间隙，螺纹面间没有间隙，密封性好密封性好，适用于压强在，适用于压强在1.6MPa以下的联接。以下的联接。管螺纹管螺纹 、矩形螺纹矩形螺纹特点：特点：牙形为正方形，牙形为正方形， =0 ，所以，所以效率高，用于传动效率高，用于传动，牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。、梯形螺纹（代号：、梯形螺纹（代号：Tr GB 192-81）特点：特点： 2 3

5、0 。比矩形螺纹效率略低。比矩形螺纹效率略低。 牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除间隙，消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。在螺旋传动中有广泛应用。、 锯齿形螺纹（代号：锯齿形螺纹（代号：S JB 923-66）特点：特点：工作边工作边 =3 ，非工作边，非工作边 =30 ，便于加工。，便于加工。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点，它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点，能承受较大的载荷，但只能用于单向传动。能承受较大的载荷，但只能用于单向传动。2、直径：、直径：螺纹直径有大径（外螺纹用螺纹直径有大径（外螺纹用d表示，

6、内螺纹用表示，内螺纹用D表示）、中径和小径之分。表示）、中径和小径之分。 外螺纹的大径外螺纹的大径d和内螺纹和内螺纹D的小径均称为顶径；的小径均称为顶径；外螺纹的小径外螺纹的小径d1和内螺纹的和内螺纹的D1大径均称为底径。大径均称为底径。螺纹的公称直径为大径（管螺纹用尺寸代号表示）。螺纹的公称直径为大径（管螺纹用尺寸代号表示）。 3、线数、线数n：单线螺纹：单线螺纹：沿一条螺旋线所形成的螺纹；沿一条螺旋线所形成的螺纹；多线螺纹：多线螺纹：沿二条或两条以上在轴向等距分布的螺旋沿二条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹。线所形成的螺纹。单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹4、 螺距（螺距（S）

7、和导程（）和导程（L）螺距螺距S：相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。导程导程L：是指在同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上是指在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离。对应两点间的轴向距离。螺距、导程、线数的关系是：导程螺距、导程、线数的关系是：导程L线数线数n螺距螺距S 单线螺纹：导程单线螺纹：导程L螺距螺距S 单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹SSL细牙螺纹与粗牙螺纹的比较细牙螺纹与粗牙螺纹的比较粗牙：粗牙：常用于联接。常用于联接。细牙的缺点：细牙的缺点：牙小，牙小，螺距小，螺纹深度浅，小径较大，螺距小，螺纹深度浅，小径较大，相同载

8、荷下磨损快，易脱扣。相同载荷下磨损快，易脱扣。细牙：细牙：自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中。载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中。螺距和螺纹深度不同螺距和螺纹深度不同螺纹按旋向分类：螺纹按旋向分类：左旋螺纹和右旋螺纹左旋螺纹和右旋螺纹 （常见）（常见）5、旋向、旋向左左旋旋螺螺纹纹右右旋旋螺螺纹纹一一 、螺纹联接的基本类型、螺纹联接的基本类型 普通螺栓联接普通螺栓联接 绞制孔螺栓联接绞制孔螺栓联接12-2 螺纹联接的基本类型与螺纹连接件螺纹联接的基本类型与螺纹连接件（basic types of screw lin

9、k and thread connector）1、 螺栓联接螺栓联接 普通螺栓联接普通螺栓联接 绞制孔螺栓联接绞制孔螺栓联接绞制孔螺栓联接：绞制孔螺栓联接：靠螺栓杆受剪切和靠螺栓杆受剪切和挤压来承受横向载挤压来承受横向载荷的。荷的。螺杆与孔用螺杆与孔用过渡配合过渡配合，孔需精，孔需精制。可起定位作用。制。可起定位作用。普通螺栓联接普通螺栓联接 ：螺栓和孔壁有间隙，孔的加工精度低。：螺栓和孔壁有间隙，孔的加工精度低。横向载荷由接触面之间的摩擦力来承受。横向载荷由接触面之间的摩擦力来承受。2、双头螺柱联接、双头螺柱联接 特点：特点：被联接件不宜被联接件不宜做成通孔，用于需要做成通孔，用于需要经常拆

10、卸或用螺钉无经常拆卸或用螺钉无法安装的场合。法安装的场合。3、 螺钉联接螺钉联接特点：特点：被联接件不宜做成通孔。不需螺母连接。不被联接件不宜做成通孔。不需螺母连接。不宜经常拆卸。宜经常拆卸。4 、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接旋入被联接件的螺纹旋入被联接件的螺纹孔中，顶住另一被联孔中，顶住另一被联接件的表面或凹坑。接件的表面或凹坑。用于固定两个零件或用于固定两个零件或传递不大的力或力矩。传递不大的力或力矩。二二 、标准螺纹联接件、标准螺纹联接件各种螺栓各种螺栓螺钉螺钉紧定螺钉的头部和末端紧定螺钉的头部和末端常见螺螺纹纹连连接接件件的的规规定定标标记记12-3 螺旋副的效率和自锁螺旋副的效率和自锁

11、（Efficiency and self-locking of screw pair）1、平面移动副的摩擦、平面移动副的摩擦一、摩擦角和当量摩擦角一、摩擦角和当量摩擦角 R21N21F212V12 FPQ1212121FNR fNfNNF 21212121tg 力分析力分析其中：其中：R21 总反力总反力 摩擦角摩擦角 总反力与法线方向所夹的锐角不变。总反力与法线方向所夹的锐角不变。sin FP tgcossin 自锁条件自锁条件 若若 P F21，则静止的滑块仍然静止，则静止的滑块仍然静止 tgcos2121 FfNF tgtg 结论：结论：当当 时，不论时，不论F多大，也无法使多大，也无法

12、使滑块移动滑块移动 自锁。自锁。自锁自锁N21F212V12 FPQ1 R212V121自锁条件自锁条件 R212V12 R212V12FF自锁自锁自锁自锁(边界情况边界情况)不自锁不自锁 F 2、槽面移动副的摩擦、槽面移动副的摩擦力分析：力分析：fNF21212 N211Q2 sinffv ffv 槽面接触的摩擦力大于平面接触的摩擦力槽面接触的摩擦力大于平面接触的摩擦力 cossin221FN sincos221FN sincos22121fFfNF 令vvf tg Q12 FnN21N2121Q FV12Ft槽侧面总摩擦力槽侧面总摩擦力槽面接触的当量摩擦系数槽面接触的当量摩擦系数Q12 F

13、nN21N21自锁条件自锁条件 若若 Ft F21 ，则静止的滑块仍然静止，则静止的滑块仍然静止自锁自锁21Q FV12FtvfFF cos21 sin FFtvf cossinvvfarctan 二、螺纹机构的效率和自锁二、螺纹机构的效率和自锁螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动 滑块沿斜面运动滑块沿斜面运动假设：假设：1）载荷分布在中线上）载荷分布在中线上 2）单面产生摩擦力）单面产生摩擦力PQR21 + QPR21 V121） 滑块沿斜面等速上行滑块沿斜面等速上行力分析力分析驱动力驱动力021 RQP)tg( QP tg0 QP 效率效率)tg(tg0 PP滑块沿

14、斜面等速上行，相当于拧紧螺母滑块沿斜面等速上行，相当于拧紧螺母（工作行程），不要求自锁（工作行程），不要求自锁。由。由 0 0 得得 20当摩擦角当摩擦角 不变时，不变时，效率效率 是升角是升角 的函数。见下图的函数。见下图420dd 得得 = 45 /2 时，时，效率最高效率最高。由由2） 滑块沿斜面等速下行滑块沿斜面等速下行QP R21 V12P QR21 力分析力分析维持力维持力021 RQP)tg( QPtgQP0 效率效率 tg)tg(0 PP自锁条件自锁条件0tg)tg( 矩形螺纹效率高，用于传动；矩形螺纹效率高，用于传动；三角形螺纹摩擦大，效率低，自锁性好，用于联接。三角形螺纹摩

15、擦大，效率低，自锁性好，用于联接。结论：结论：机械对能源的利用程度越高，即效率越高。机械对能源的利用程度越高，即效率越高。机械效率是衡量机械工作质量的重要指标。机械效率是衡量机械工作质量的重要指标。)tg(tg0 PP矩形螺纹：矩形螺纹：三角形螺纹：三角形螺纹：)tg(tg0vPP 12-4 螺纹联接的预紧与防松螺纹联接的预紧与防松（Pretightening thread connected with the anti-song）一、螺纹连接的预紧一、螺纹连接的预紧预紧的作用：预紧的作用： 为了防止螺栓连接的松动；为了防止螺栓连接的松动； 对于受拉螺栓连接，可使联接在承载后出现间隙或对于受拉

16、螺栓连接，可使联接在承载后出现间隙或横向滑移。横向滑移。对于受剪螺栓连接，则可提高传递载荷的能力。对于受剪螺栓连接，则可提高传递载荷的能力。控制预紧力控制预紧力(preload)的目的：的目的：预紧力过大，会使联接超载；预紧力过大，会使联接超载；预紧力不足，可能导致联接失效；预紧力不足，可能导致联接失效；注意事项：预紧时应避免螺栓联接承受偏心载荷；注意事项：预紧时应避免螺栓联接承受偏心载荷；还应保证足够的扳手空间。还应保证足够的扳手空间。装配时控制预紧力的方法装配时控制预紧力的方法装配时控制预紧力的方法装配时控制预紧力的方法二、二、 螺纹联接的防松螺纹联接的防松1、摩擦防松、摩擦防松、双螺母、

17、双螺母在螺母和螺栓之间形成内在螺母和螺栓之间形成内力，保证摩擦力；力，保证摩擦力；结构简单、使用方便、可结构简单、使用方便、可靠性不高；靠性不高；用于平稳、低速、重载。用于平稳、低速、重载。防松的本质：就是防止螺纹副的相对转动，也就是螺栓防松的本质：就是防止螺纹副的相对转动，也就是螺栓与螺母间的相对转动（内螺纹与外螺纹之间）。与螺母间的相对转动（内螺纹与外螺纹之间）。、弹簧垫圈、弹簧垫圈弹力保持一定压力弹力保持一定压力切口尖端逆向切口尖端逆向弹簧垫圈材料为弹簧钢，装配后垫圈被压平，其反弹力能弹簧垫圈材料为弹簧钢，装配后垫圈被压平，其反弹力能使螺纹间保持压紧力和摩擦力，从而实现防松。使螺纹间保持

18、压紧力和摩擦力，从而实现防松。椭圆口螺母椭圆口螺母、锁紧螺母、锁紧螺母、螺纹处镶嵌弹性环或尼龙圈，增加摩擦螺纹处镶嵌弹性环或尼龙圈，增加摩擦力，并防止液体漏出。力，并防止液体漏出。2、 机械防松机械防松 、开口销与六角开槽螺母、开口销与六角开槽螺母、圆螺母与带翅止动垫圈、圆螺母与带翅止动垫圈螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被联螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被联接件的侧面折弯贴紧，实现防松。如果两个螺栓需要双接件的侧面折弯贴紧，实现防松。如果两个螺栓需要双联锁紧时，可采用双联止动垫片。联锁紧时，可采用双联止动垫片。、串联钢丝、串联钢丝3、 永久防松（不可拆卸防松）永久防

19、松（不可拆卸防松）焊接焊接 冲点冲点 涂胶涂胶三、螺栓组联接的结构设计三、螺栓组联接的结构设计1 、联接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几、联接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状何形状2、 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理螺栓的布置应使各螺栓的受力合理当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。 3 、螺栓的排列应有合理的间距、边距、螺栓的排列应有合理的间距、边距布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。 4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应、分布在同一圆周上的螺栓数目，应 取取4，6，8等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线。等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线。5 、避免螺栓承受偏心载荷、避免螺栓承受偏心载荷产生偏心载荷的原因产生偏心载荷的原因凸面和沉头凸面和沉头座的应用座的应用斜垫圈的应用斜垫圈的应用一一 、螺旋传动的类型和应用、螺旋传动的类型和应用 螺旋传动是利用螺杆和螺母（内、外螺纹）组成螺旋传动是利用螺杆和螺母（内、外螺纹）组成的螺旋副的螺旋副