矩形螺纹与梯形螺纹

矩形螺纹与梯形螺纹一、螺纹形成：将一倾斜角为λ的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线（图10-1a），取一平面图形（图b），使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。

二、分类：1、按牙形分：（按照平面图形的形状）矩形：用于联结三角形梯形：用于传动锯齿形2、按螺旋线旋向分左旋：特殊要求时才用左旋螺纹。

右旋：机械制造中一般采用右旋螺纹。

3、按照螺旋线数目分单线：多线：为了制造方便，一般不超过四线。

4、按母体形状分圆柱螺纹和圆锥螺纹5、除此之外，还有内螺纹和外螺纹，两者旋合组成螺纹副或称螺旋副。

三、主要几何参数：以圆柱螺纹为例，图10-3（P136）。

注：在普通螺纹基本牙型中：外螺纹各直径用小写字母表示，内螺纹各直径用大写字母表示。

1）大径d: 公称直径（管螺纹除外），与外螺纹牙顶（或内螺纹牙底）相重合的假想圆柱的直径。

2）小径d1：与外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）相重合的假想圆柱体的直径，一般作为外螺纹危险剖面的计算直径。

3）中径d2：也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相同的地方（轴向截面内，牙厚等于牙间宽的圆柱直径）。

4）螺距P：相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

5）导程S；同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴同距离。

S=n p， n=螺旋线数。

6）升角λ：中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面夹角。

tgλ=n p/（πd2）=S/（πd2）。

所以S=πd2tgλ。

7）牙型角α：轴向截面内，螺纹牙型相邻两侧边的夹角。

牙型斜角β：牙型侧边与螺纹垂线间的夹角。

对于对称牙型β=α/2。

10-2．螺旋副的受力分析、效率和自锁一、矩形螺纹受力分析：（牙型角α=0。

,β=0。

）。

螺母与螺杆组成的运动副称螺旋副。

在轴向载荷作用下，螺旋副相对运动时，可看作推动滑块（重物）沿螺纹运动。

图10-4a。

将矩形螺纹沿中径d2展开可得斜面(图10-4 b)。

设Q：轴向载荷， F：作用在中径处的水平推力。

N：法向反力； fN：摩擦力。

λ：螺纹升角；ρ：摩擦角； f：摩擦系数。

1）当推动滑块沿斜面等速上升时，摩擦力向下，故总反力R（R=N+fN）。

与Q的夹角为（+ρ）由力的平衡条件可知：R、F、Q三力组成为力多边形封闭图；（封闭三角形），由图得：F=Q tg(λ + ρ ) （10-2）。

2）当滑块沿斜面等速下滑时，轴向载荷Q 变为驱动力，而F变为支持力（图C）摩擦力向上，总反力R与Q的夹角为（λ-ρ），由此封闭三角形可知：F=Q tg( λ-ρ )。

二、非矩形螺纹非矩形螺纹是指牙形角β≠0。

的三角形螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹对比图10—5，a 和b可知，若略去升角的影响，在轴向载荷Q作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹大。

（矩：N=Q ，非矩：N’=Q/cosβ）若把法向力的增加看作是摩擦系数的增加，则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为：N’f=Q/cosβ*f=f/cosβQ=f’ Q。

f’：当量摩擦系数，即f’=f/cosβ=tgρ’。

ρ’：当量摩擦角。

β：牙型斜角。

因此将图10-4中的fN改为fN’,ρ改为ρ’，就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。

1）当滑块沿非矩形螺纹等速上升时，可得水平推力：F=Qtg(λ+ρ’) (10-4)。

螺纹力矩：T=F d2/2=Qd2/2 tg(λ+ρ’) (10-5)。

螺纹力矩用来克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物。

螺旋副效率η=有效功W1/输入功W2。

当螺旋转动一周，输入功为：W2=2πT=2π Qd2/2 tg(λ+ρ’)=Qπd2tg(λ+ρ’)。

此时举升滑块（重物）所作的有效功为W1=Q S。

W1=Q S=Qπd2tgλ 式中S=πd2 tgλ。

2）故螺旋副效率η=W1/W2=QS/2πT=tgλ/tg(λ+ρ’)（10-6）由上式可知：当量摩擦角ρ’一定时，效率只是升角入的函数(η=f()),由此可绘出效率曲线（图10-6）。

取dη/dλ=0。

可得：当λ=45。

-ρ’/2时效率升角最高，λ大，η大，过大的升角，制造困难，且效率增高不显著。

所以一般取：λ≤25。

3）当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得：F=Qtg(λ-ρ’) (10-7)。

F：维持滑块等速下滑的支持力。

[方向如图10-4 c所示]。

4）自锁条件：由式（10-7）知，λ<ρ’时，F〈0，这表明：要使滑块下滑必须改变F力的方向，即必须施加推动力，否则，单凭轴向载荷Q 的作用，无论它有多大，滑块不会自动下滑，这种现象称自锁。

自锁条件：λ≤ρ’ (10-8) 一般ρ’≈6。

为保证自锁：λ≤4.5。

自锁螺旋副：η<50%。

10-3. 机械制造常用螺纹一、用于联接的三角螺纹普通螺纹——多用于紧固联接。

管螺纹——多用于紧密联接。

1．普通螺纹粗牙螺纹：一般用粗牙（应用广）。

细牙螺纹：用于薄壁零件动力载荷的联接，微调机构。

普通螺纹以大径为公称直径（d），同一公称直径可有多种螺距的螺纹，其中螺距最大的称粗牙螺纹，其余称细牙。

细牙螺纹的螺距t<粗牙螺纹的螺距t (t细牙<t粗牙)。

细牙螺纹的小径d1>粗牙螺纹的小径d1(d1细牙>d1粗牙)。

细牙螺纹的中径d2>粗牙螺纹的中径d2(d2细牙>d2粗牙)。

因为细牙螺纹螺距↓，λ↓螺纹深度浅所以自锁性好，强度高（对零件削弱小），但不耐磨，易滑扣。

2．管螺纹一般有四种普通细牙螺纹。

（英制螺纹）α =55。

圆柱管螺纹。

α=55。

圆锥管螺纹。

α=60。

圆锥管螺纹。

公称直径为管子的公称直径（管子内径），广泛地应用于：水、煤气、润滑管路系统中。

（如水暖管件）。

圆锥管螺纹不用填料即能保证紧密性而且旋合迅速，适用于要求较高的管路联接中。

二、用于传动的螺纹：矩形螺纹：α=0，ρ’↓，η↑，强度差，磨损后无法补偿间隙，定心性差，很少采用。

传动的螺纹：梯形螺纹：β=15。

η梯<η矩，但无矩形螺纹缺点，应用广泛。

锯齿形螺纹：工作面牙型斜角β=3。

，η锯=η矩，只限于单侧工作。

梯形螺纹牙型斜角β=15。

比矩形螺纹容易切制，当采用剖分螺母时，还可以消除因磨损而产生的间隙。

锯齿形螺纹工作面牙型斜角β=3。

效率比梯形螺纹高，但只适用于承受单方向的轴向载荷。

10-4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件一、联接的基本类型：（挂图）螺纹联接有以下四种基本类型：1，螺栓联接图10-9特点：被联接件均较薄，在其上制通孔（不切制螺纹）。

用螺栓、螺母联接，结构简单，装拆方便，（可以两边装配）。

应用：被联接件厚度均小，不受被联接件材料限制，允许常拆卸，应用广泛。

根据螺栓受力情况，分两类：（1）普通螺栓联接（受拉螺栓）：被联接件D孔>D栓（查手册：M20以下D孔=D栓+1如：M10：D孔=11mm）。

（2）铰制孔螺栓联接（受剪螺栓）：D孔=D柱（名义相等，用公差控制）。

图10-9b，即孔壁间无间隙，适用于承受横向载荷。

（垂直螺栓轴线方向）。

2，双头螺柱联接：（图10-10a）特点：被联接件之一较厚，在其上制盲孔，且在盲孔上切制螺纹。

薄件制通孔，无螺纹。

用双头螺柱加螺母联接。

允许多次装拆而不损坏被联接件。

应用：通常用于被联接件之一太厚，不便穿孔，结构要求紧凑，必须采用盲孔的联接或须经常装拆处。

3，螺钉联接：特点：不需用螺母，将螺钉穿过一被联接件的孔，旋入另一被联接件的螺纹孔中。

（结构上比双头螺柱简单）。

应用：被联接件之一太厚，且不经常装拆的场合。

4，紧定螺钉联接：特点：利用紧定螺钉旋入一另件的螺纹孔中，并以末端顶住另一零件的表面或顶入该零件的凹坑中。

应用：固定两零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。

二、螺纹紧固件（图10-11，12，13，14，15，16）螺纹紧固件品种很多，大多已标准化，它是一种商品性零件，经合理选择其规格、型号后，可直接到五金交化商店购买。

1、螺栓：（实物或挂图）螺栓的类型很多（头部形状很多，以六角头螺栓应用最广，它的头部按大小分为标准六角头螺栓（简称六角头螺栓）和小六角头螺栓（图10-12），后者用冷镦工艺生产，成本低廉，机械性能好，但由于头部尺寸小，不宜用于装拆频繁，被联接件强度低和易锈蚀的地方。

螺栓也应用于螺钉联接中，（不用螺母，作螺钉使用）。

2、螺钉：螺钉的结构和螺栓类似，其头部除六角头以外，还有其他形状，以适应不同的要求。

（如有内六角圆柱头，十字槽半圆头，十字槽沉头，见图11-5），不用螺母直接拧入螺孔中。

3、双头螺柱（图10-13）无头，两头都有螺纹，旋入被联接件螺纹的一端（称L1）座端，另一端（称L0）螺母端。

其公称长度为L。

4、紧定螺钉：它的杆部可沿全长或部分长度制有螺纹，通常须经硬化处理。

这种螺钉的头部和尾部有很多种形状，末端有锥端，平端，凹端，圆柱端等。

以适应各种不同的要求。

5、螺母：螺母可分为：六角螺母，圆螺母和方螺母等，其中以六角螺母应用最广，按厚薄要求不同，还分为扁螺母和厚螺母。

扁螺母用于空间受到限制的场合，厚螺母用于经常装拆易于磨损的场合。

方螺母很少用。

圆螺母常用于轴上零件的轴向固定。

6、垫圈：垫圈放在螺母（或螺钉头）和被联接件之间，（与螺母同用）作用：1）增大被联接件的支承面积以减少接触处的压强。

2)保护被联接件的表面，避免拧紧螺母时擦伤。

3）改善接触情况，遮盖不平的接触面或倾斜的面。

4）调整轴向尺寸：以上都为标准件，设计时除特殊情况外，一般按国标选用，普通螺纹按制造精度分为粗制，精制两类：粗制螺纹紧固件：多用于土建，木结构及其它次要场合。

精制螺纹紧固件：广泛应用于机器设备中。

10-5螺纹联接的预紧和防松一、预紧：大多数螺栓联接在装配时要拧紧螺母，这时螺栓联接受到预紧力的作用。

1、目的：预紧的目的是增强联接的可靠性，紧密性和防松能力。

2、拧紧力矩：在拧紧螺栓联接的过程中，加于扳手上的拧紧力矩T，须克服螺旋副相对转动的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2，故:T=T1+T2=Q0 d2/2 tg(λ+ρ’)+fc Q? rf （10-9）式中：Q0：预紧力 fc：摩擦系数（螺母与被联接件支承面间的）无滑动时，fc=0.15d2：螺纹中径 rf：支承面摩擦半径D1,d为螺纹支承面的外径和内径。

对于M10—M68的粗牙螺纹，若取f’=tgρ’=0.15及fc=0.15，式(10-9)可简化为：T≈0.2Q0d N mm d ：螺纹公称直径（mm）。

Q0：为预紧力N。

3、 T的测定：（拧紧力矩）在装配重要的螺栓联接（如气缸盖螺栓联接）时，若预紧力φ。

过小，将使结合面在工作载荷作用下松动：若Q0过大，又可能拧断螺栓。

因此，在装配过程中，对拧紧力矩（或Q0）要严格控制。

T的测定方法：（1）测力矩板手（图10-18）(是比较方便的方法，有标尺指导)。