第四章 螺纹联接与螺旋传动

§4-1螺纹的类型和应用

§4-2螺纹联接的基本类型及螺纹联接件

§4-4螺纹传动

§4-3螺纹联接的预紧、防松和结构问题

第四章螺纹联接与螺旋传动机械设计人员必须熟悉常用的连接方法及连接件的结构、类型、性能、适用场合，掌握它们的设计理论或选用方法。连接对于机器的制造、安装、维修必不可少。本章主要内容：螺纹连接的基本知识；螺纹连接的预紧和防松；螺栓组的受力分析、失效分析及强度计算方法；4单个螺纹连接的强度计算。本章的重点及难点：

受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接强度计算，多种受力状态下螺栓组连接的设计计算。潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺纹的形成d2螺旋线——一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹——一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹§4-1螺纹的类型和应用外螺纹内螺纹潘存云教授研制外螺纹内螺纹螺旋副（一）螺纹的类型和应用按螺纹的旋向分右旋螺纹左旋螺纹右旋左旋请判断下列螺纹的旋向？左旋右旋按螺旋线的数目分单线螺纹多线螺纹双线螺纹单线螺纹连接螺纹传动螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹作用分连接螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹-----用于一般的连接和传动-----主要用于管道连接按母体形状分圆柱螺纹圆锥螺纹按螺纹的牙型分30º3º矩形螺纹锯齿形螺纹梯形螺纹30º普通螺纹60º管螺纹55º按螺纹的牙型分普通螺纹管螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹用于传动用于连接常用螺纹的类型、特点和应用，见表4–1（P29)③

中径

d2d1d2d②小径

d1（二）螺纹的主要参数---与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径在标准中定为公称直径①大径

d---与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径，强度计算中常作为螺杆危险截面的计算直径三径---在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，d2≈0.5(d+d1)，常用于计算螺纹几何尺寸4）螺距P——相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离5）导程（S）——同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两点间的轴向距离线数n——螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4螺距、导程、线数之间关系：L=nP6）螺旋升角λ——中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角7）牙型角α——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角d1d2d⑤导程（升距）S（二）螺纹的主要参数④螺距

PSP二距n----螺纹的线数单线螺纹:S=P

多线螺纹:S=nPd1d2dψSPαβ⑦牙型角

α牙侧角

β

βπd2Sψ⑥螺纹升角ψ二角tanψ=πd2

S

πd2

nP

=③

中径

d2d1d2d②小径

d1⑤导程（升距）SψS=nP（二）螺纹的主要参数（汇总）h①大径

d④螺距

PSPαβ⑦牙型角

α牙侧角

β

βπd2Sψ⑥螺纹升角ψ二角tanψ=πd2

S

πd2

nP

=三径二距⑧线数（头数）n----螺纹的螺旋线数目单线螺纹ψ↓→自锁性好→

多用于连接；多线螺纹ψ↑→传动效率高→

多用于传动。为了便于制造，一般螺纹的线数n≤4引入公式：螺旋副的自锁条件：螺旋副的效率：tanψ=πd2

nP

Sπd2

=（二）螺纹的主要参数自锁性能好，连接可靠普通螺纹细牙粗牙普通螺纹同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。（一）基本常识1.螺纹连接-----螺纹零件----可拆连接2.普通螺纹β=30°，当量摩擦系数，φv

,fcosβ=fv§4-2螺纹联接的基本类型及螺纹联接件缺点：不耐磨易滑扣。应用：薄壁零件、受变载荷的连接和微调机构。Pd粗牙dP细牙dP细牙tgψ=πd2nP

自锁性更好、连接更可靠；且螺纹深度浅，强度高。细牙螺纹ψ

≤φvP

,由于制造简单，一般连接常用。p

，ψ，优点：粗牙螺纹（二）螺纹连接的基本类型1.螺栓连接铰制孔用螺栓连接孔与螺杆之间留有间隙d0dd0普通螺栓连接结构简单，装拆方便，应用最广多用于承受横向载荷的场合受拉螺栓受剪螺栓a)普通螺栓联接——被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。b)精密螺栓联接——装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接3.螺钉连接2.双头螺柱连接d思考：这两种连接适用在什么场合？各有何特点？----不宜经常拆卸----可经常拆装用于盲孔的连接双头螺柱连接螺钉连接双头螺栓联接——螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。螺钉联接——适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况潘存云教授研制4.紧定螺钉连接紧定螺钉1.螺栓连接2.螺钉连接3.双头螺柱连接（二）螺纹连接的基本类型特殊联接：地脚螺栓联接,吊环螺钉联接紧定螺钉联接——拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。二、螺纹联接件螺栓螺纹紧固件螺栓的结构形式LL0d六角头LdL0小六角头dL0L1LL1-----座端长度L0-----螺母端长度二、螺纹紧固件螺纹紧固件双头螺柱螺栓二、螺纹紧固件螺纹紧固件末端结构头部结构螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓螺纹紧固件地脚螺栓起吊螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹连接T型螺栓六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圆螺母螺纹紧固件用于尺寸受限制之处。螺母螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹连接潘存云教授研制其它螺母：潘存云教授研制其它螺母：垫圈螺母螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓螺纹紧固件平垫圈薄平垫圈A型平垫圈B型平垫圈斜垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈作用：

增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。专用螺纹连接一、拧紧绝大多数螺纹联接在装配时需要拧紧，使联接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加的作用力称为预紧力。预紧的目的是为了增大联接的紧密性和可靠性。此外，适当地提高预紧力还能提高螺栓的疲劳强度。拧紧时，用扳手施加拧紧力矩T，以克服螺纹副中的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2，故拧紧力矩T=T1+T2。对于M10～M68的粗牙普通螺纹，无润滑时可取T≈0.2F'd（4-12）式中：F'为预紧力（N）；d为螺纹公称直径（mm）。为了保证预紧力F'不致过小或过大，可在拧紧过程中控制拧紧力矩T的大小，其方法有采用测力矩扳手（图4-7）或定力矩扳手（图4-8），必要时测定螺栓伸长量等。§4-3螺纹联接的预紧、放松和结构问题测力矩扳手●预紧力控制方法:F定力矩扳手通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。LS1)凭手感经验；2)测力矩扳手；3)定力矩扳手；4)测定伸长量。LMLS(二)拧紧力矩T的计算T装配时，F0的大小通过拧紧力矩T来控制。F0d0dD0拧紧力矩：T≈0.2F0

d标准扳手长度L≈15d，设：拧紧力为F，则T=FL

FL=F×15d=0.2

F0

dF0

=75F若：拧紧力F=200N则：预紧力F0

≈15000N若用这个预紧力拧M12以下的钢制螺栓，则很可能因过载而被拧断。∴对于重要的连接，不宜采用<M12

的螺栓。T≈0.2F0

dFLd（一）防松的目的思考：连接螺纹一般具有自锁性，为何还要防松？（二）防松的方法螺纹连接的防松防松的根本问题是防止螺纹副发生相对转动实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。具体方法有三种：1、摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母2、机械防松：开口销、止动垫片、串连钢丝3、永久防松：焊、粘、冲弹簧垫圈自锁螺母——螺母一端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧2）机械防松：开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等开槽螺母与开口销圆螺母与止动垫圈串联钢丝3）永久防松：端铆、冲点、点焊4）化学防松——粘合

开口销与六角开槽螺母串连钢丝2.采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈潘存云教授研制止动垫圈3.其他方法防松1~1.5P用冲头冲2~3点冲点防松法粘合法防松涂粘合剂§4-4螺旋传动一、螺旋传动的类型和应用螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传递运动或动力。

传动形式：a)螺杆转螺母移b)螺杆又转又移（螺平固定）——用得多c)螺母转螺杆移d)螺母又转又移（螺杆固定）——用得少

按用途分三类：1）传力螺旋——举重器、千斤顶、加压螺旋特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁2）传导螺旋——机床进给汇杠—传递运动和动力特点：速度高、连续工作、精度高3）调整螺旋——机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。特点：是受力较小且不经常转动

螺旋传动按摩擦副的性质分：

1、滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁缺点：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗大，传动效率低（30~40%）传动精度低2、滚动螺旋传动——摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环两种

二、滑动螺旋的设计计算

（一）根据耐磨性计算

螺杆直径滑动螺旋中磨损是最主要的一种失效形式，它会引起传动精度下降，空间大，并使强度下降。磨损的影响因素：工作面的比压，螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态所以耐磨性计算主要限制螺纹工作面上比压P要求小于材料的许用比压设计公式：

（二）螺牙的强度计算

由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，因此螺纹牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处展开，即可视为一悬壁梁，每圈螺纹承受的平均压力Q/u作用在中径d2的圆周上。

剪切强度条件：弯曲强度条件：（三）螺杆的强度计算

螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）Q与扭矩T的作用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用∴按弯扭复合强度条件计算——第四强度理论

（四）螺杆的稳定性计算当螺杆较细长且受较大轴向压力时，可能会双向弯曲而失效，螺杆相当于细杆，螺杆所承受的轴向压力F应小于其临界压力Fc。三、滚动螺旋传动

(一)滚珠丝杠副的结构、使用及主要参数1.滚珠丝杠副