螺纹联结和螺旋传动.ppt

§9—3 螺纹联结的基本类型及其预紧和防松
一、螺纹联接主要类型
1、螺栓联接 a) 普通螺栓联接——被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不
d d0 d0 0
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
l1 1 1 l l1
，可多个装拆，应用较广。
a a a
DD
bb
b
H
b
H
ss
C C × × 41415 55°53°° 3°0 ~六0°~°330角03°30°0° °螺母：圆标螺准母，+扁止3 30 ，退0° ° 3 厚垫30 0° ° 圈——带有缺口，
1 12 20 0°C°C 1 1 d d0 0
3 30 0° ° 1 15 5° °
应d d用0 0 时带翅1 垫15 5° ° 圈内舌嵌入轴
F0f*z*m≥KFR
F0≥KFR/ f*z*m
z ——联接螺栓的数目； m ——结合面数目； f ——结合面间摩擦系数，钢或铸铁的干燥加工表面，可取f =0.1～0.15； K ——可靠性系数，亦称防滑系数，通常取K =1.1～1.3。 由此可得，单个螺栓所需的预紧应力为：б=4F0/πd12 若计入扭转切应力的 影响，
W W 1 22 F Q T SF QtF aQ n d 2 ta d 2 2n 2t
tan an
10
二、非矩形螺纹
螺纹的牙型角α≠0时的螺纹为非矩形螺纹，如教材图9—11所示。非矩形螺纹
的螺杆和螺母相对转动时，可看成楔形滑块沿楔形斜面移动；
平面时法向反力FN=FQ;
平面时摩擦力Ff =fFN =fFQ;
11
使滑块等速运动所需要的水平力
等速上升： Ft=FQtan(ψ+ρV)
等速上升所需力矩： T= Ftd2/2= FQtan(ψ+ ρV)d2/2
等速下降： Ft=FQtan(ψ-ρV)
等速下降所需力矩： T= Ftd2/2= FQtan(ψ-ρV)d2/2
自锁条件：ψ≤ ρV
效率为：
tan
tan V
预紧目的——增加联接的可靠性与紧密性，防止受载后被联接件 间出现缝隙与相对滑移。保持正常工作。
预紧力F0——预先轴向作用力（拉力）
预紧过紧——拧紧力F0过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松——拧紧力F0过小，工作不可靠
预紧力限制 23
扳手拧紧力矩：T∑=T+Tf T∑——拧紧力矩 T1——螺纹摩擦阻力矩
楔形面时法向反力F'N=FQ/cosβ；楔形面摩擦力F'f =fF'N =fFQ/ cosβ;
令f' =f/ cosβ称当量摩擦系数。F'f =f'Q；与当量摩擦系数对应的摩擦角称为 当量摩擦角，用ρV 表示。拧紧螺母时所需的水平推力及转矩：由于矩形螺纹 与非矩形螺纹的运动关系相同，将ρV代替ρ后可得：
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
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开槽螺母 与开口销
圆螺母 与止动垫圈
3）永久防松：端铆、冲点、点焊
(a)正确
4）化学防松——粘合
串联钢丝
(a)正确 (b)不正确
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§9—4 螺栓联结的强度计算
螺栓联接的主要失效形式： 受拉螺栓的螺栓杆螺纹部分断裂 受剪螺栓的螺栓杆与孔壁贴合面的压溃或螺栓杆被剪断 因经常拆卸使螺纹牙间相互磨损而发生滑扣。 由于螺纹各部尺寸基本上是根据等强度原则确定的。所以，螺栓联接的计 算主要是确定螺纹小径d1，再根据d1查标准选定螺纹大径(公称直径)d及 螺距P。
l2 l2
l3 l3
l2 l2
H H
l1 l1
dd 15
4、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。
( b( b) ) ( b( b) )
特殊联接：地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接16
二、螺纹联接件
1）螺栓 普通螺栓 ——六角头，小六角头，标准六角头， 大六角头, 内六角
1
DD1
1
D1D
槽中，外舌嵌入圆螺母的槽
3
30
0° ° 3 30
H
m0°m°
H
bb
3 30 0° °内，螺b b母即被锁紧
3 30 0° °
19
tt dd D1D1
d1d1 d2d2
7）垫圈
DD
112200° C° C11
bb
HH
平平垫垫圈圈
斜斜垫垫圈圈
hh
dd0D0D1 1
3300° °
bb
3300° °
一.松螺栓联接(受拉螺栓)：
1、特点：在承受工作载荷前，螺栓不受力，在工作时则只承受轴向工作载
荷F作用。此联接可能发生的失效形式为螺栓杆的抗断。
2、强度条件：
F
4
d12
[ ]
d1
4F
[ ]
F-轴向工作载荷（N）；
d1-螺栓小径（mm）；
[σ]-松螺栓联接时的许用拉应力（Mpa），
求出d1后，应按螺纹标准选取螺纹公称直径d．
上的对应两点间的轴向距离
6）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：S =nP
5
7）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
a
rcSt/gd2a
nP rctg
d2
8）牙型角α ——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角
9）牙型斜角β——螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角
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二、受横向外载荷的紧螺栓联接
1. 采用普通螺栓
如工作时联接受到与螺栓轴线相垂直的外载荷FR的作用。被联接件在预紧力 的作用下相互压紧，依靠结合面产生的摩擦力来抗衡外载荷，从而避免产生相对
移动。显然，无论工作前还是工作后，螺栓本身仅受装配时由于拧紧螺母而产生
的预紧力和螺纹副阻力矩的作用。预紧力使螺栓危险截面上产生拉应力:
2）内径（小径）d1(D1) ——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径（危险剖面直径）
3）中径d2 —— 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)
4
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母线
铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小螺母
1155°°~~3300°° rr
辗辗制制末末端端
倒倒 角角 端端
A A型型
倒倒 角角 端端
ds ds
d d
dada dsds dd ee
kk' ' lsls lglg
ss
kk
ll
2）双头螺柱——两端带螺纹
XX b bm m
辗辗 制制 末末 端端
B B型型 XX b bm m
1155° °
螺纹联接件精度： A:精度最高，用于要求配合精度高，防止振动的重要联接 B:用于受载较大且经常装拆调整或承受变载荷的联接 C:一般联接，最常用。
20
21
22
三、 螺纹联接的预紧和防松
1、预紧
螺纹联接：松联接——在装配时不拧紧，只存受外载时才受到 力的作用
紧联接——在装配时需拧紧，即在承载时，螺栓已预先 受力，预紧力F0
ddd ( a( )a( )a )
( b( )b( )b )
d d0 d0 0
b) 铰制孔用螺栓联接——装配后无间隙，主要承
受横向载荷，也可作定位用，采用
l1 l l1 1 l1
基孔制配合铰制孔螺栓联接
14
a a a a
2、双头螺栓联接——螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时
dd
一端旋入被联接件，另一端配以螺母。
6
三.几种常用螺纹的特点和应用
按牙型: 三角形螺纹、管螺纹 ——联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹——传动螺纹
7
8
§9—2 螺旋副的受力分析，效率和自锁
一、矩形螺纹（牙型角α=00） 受力分析 螺纹副中，螺母所受到的轴向载荷Q是沿螺纹各圈分布的，为便于分析，用集中载 荷Q代替，并设Q作用于中径d2圆周的一点上。这样，当螺母相对于螺杆等速旋转时， 可看作为一滑块(螺母)沿着以螺纹中径d2展开，斜度为螺纹升角ψ的斜面上等速滑动 匀速拧紧螺母时，相当于以水平力推力F推动滑块沿斜面等速向上滑动（图教材98a）。设法向反力为N，则摩擦力为fN，f为摩擦系数，ρ 为摩擦角，ρ = arctan f。 由于滑块沿斜面上升时，摩擦力向下，故总反力R与Q的的夹角为ψ+ρ 。由力的平衡 条件可知，R、F和Q三力组成力封闭三角形，由图可得：
(2)、防松原理 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。
(3)、防松办法及措施
1）摩擦防松
双螺母、弹簧垫圈、尼 龙垫圈、自锁螺母等
螺螺
上上螺螺母母
栓栓
下下螺螺母母
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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
的平面，适于经常拆卸
圆柱端——压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置
轻材料和金属薄板
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5）自攻螺钉——由螺钉攻出螺纹
1155°°~~3300°°
ee dd
ss
mm
t t
d d
D1 D1
ee dd
d d
D1 D1
6）螺母
3 30 0° ° C C× × 4 45 5° °
DD

1 12 20 0°C°C1 1
1
2、螺纹的类型 (1)按螺纹在轴向剖面内的形状，分为矩形螺纹、三角形螺纹、梯形螺纹及锯齿 形螺纹。
(2)按螺纹旋线绕行的方向，分为右旋螺纹和左旋螺纹。只有在特殊需要时，才 采用左螺纹。比如煤汔罐等危险设备中使用的螺纹。
2
(3)按螺纹的线数，分为单线螺纹和多线螺纹。
3
二、螺纹的主要参数
1）外径（大径）d（D）——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，亦称公称直径
XX bb
ll
辗辗 制制 末末 端端
XX bb
ll
ds ds
d d
A型——有退刀槽 B型——无退刀槽
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3）螺钉 与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹
dk dk
n n
d d
nn dd
RR
tt
XX
bb ll
tt
RR
9900°°
ll
4）紧定螺钉
锥 端——适于零件表面硬度较低不常拆卸常合
平 端——接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大
由于三角形螺纹的β=α/2=300；梯形螺纹β=α/2=150；锯齿形螺纹β=30； 矩形螺纹β=00，所以各种螺纹的当量摩擦系数之间有如下关系：
fv三角＞fv梯形＞fv锯齿＞fv矩形 可见，三角形螺纹的fv大，自锁性能好，且牙根强度高，故常用于联结。梯形、 锯齿形及矩形螺纹，多用于传动。
12
13
适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折
l1 l1
H H
装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被 联接件中拧d d 出。
l3 l3
l2 l2
H H
l2 l2
( a( )a )
dd
( b( b) )
3、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
H H
§9—1 机械制造中的常用螺 纹 一、螺纹的形成 1、螺纹的形成
将一直角三角形abc绕在直径为d2的圆柱表面上，使三角形底边ab与圆柱体的 底边重合，则三角形的斜边amc在圆柱体表面形成一条螺旋线am1c1。三角形 abc的斜边与底边的夹角ψ，称为螺纹升角。若取一平面图形，使其平面始终通 过圆柱体的轴线并沿着螺旋线运动，则这平面图形在空间形成一个螺旋形体， 称为螺纹。
Tf——螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩 对于M10---68粗牙普通螺纹：
详细推导
T≈0.2F0*d
24
预紧力FQ的控制测：力矩板手——测出预紧力矩，图 图 44-如- 1122左测 测 力 力 图矩 矩 扳 扳 手 手 定力矩板手——达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受 压将自动打滑，如右图
测量预紧前后螺栓伸长量——精度较高
11 22
11 22
33
44
图 图 44--1122测 测 力 力 矩 矩 扳 扳 手 手
重要联结若不能严格控制预紧力，而只靠安装经验来拧紧螺栓时，为避免 螺栓拉断，通常不宜采用小于M12的螺栓，一般采用M12-M24的螺栓
25
12
3
4
2、螺纹防松
(1)、防松目的 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
Q
使滑块等速运动所需要的水平力
等速上升： Ft=FQtan(ψ+ρ) 等速上升所需力矩：
T= Ftd2/2= FQtan(ψ+ρ)d2/2 等速下降： Ft=FQtan(ψ—ρ) 等速下降所需力矩：
T'= Ftd2/2=FQtan(ψ—ρ)d2/2
9
2.螺纹的自锁 螺母等速松退时的受力分析：观察教材图9—10，此时相当于滑块沿斜面等速 下滑，由力的封闭三角形，得： 若ψ≤ρ，则Ft≤0，这时必须加一反向作用力Ft 才会使滑块下滑，若不加外力，则不论FQ有多大，滑块也不会下滑，这种现象叫 "自锁"。自锁条件：ψ≤ρ 3.螺旋副的效率 螺旋副效率为有效功W2与输入功W1之比。螺母在力矩T作用下转动一周时， 输入功W1=2лT，此时升举重物所作的有效功W2=QS；故螺旋副的效率为：