螺纹连接和螺纹转动

')
FQ0
f
rf
1.30105 Nmm
(3)


tg tg(

')

tg3.31 tg(3.31 4.73)

40.9
接连接
（1）把螺旋副在力矩和轴向载荷作用下的运动， 看 成作用在中径的水平力推动滑块沿螺纹运动。 （2）将矩形螺纹沿中径d2展开得一斜面。
图中λ 为螺旋升角， FQ为轴向载荷， Ft为水平推力，Fn为法向反力， Ff为
摩擦力， f为摩擦系数，λ 为摩擦角，
法向反力Fn与摩擦力Ff的总反力为Fr 。
Fr Fnλ ρ
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（Ph）— 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。
6）线数z —螺纹螺旋线数目，一般为便于制造 z≤4。
螺距、导程、线数之间关系： Ph = z P
7）螺旋升角λ —中径圆柱
面上螺旋线的切线与垂直于
冲击扳手
测力矩板手
二、螺纹联接的防松
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
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。
螺旋线轴线的平面的夹角。
tg λ =zP/π d2 8）牙型角α —轴向截平面
内螺纹牙型相邻两侧边的夹
角。牙型侧边与螺纹轴线的
垂线间夹角称为牙侧角（牙
型斜角）β 。
对称牙侧
角β ＝ α /2
§5—2 螺旋副的受力分析、 效率和自锁
一、矩形螺纹 二、非矩形螺纹 三、螺旋副效率
一、矩形螺纹（=0)
§5—6 螺纹联接的强度计算 §5—7 螺纹的材料和许用应力 §5—8 提高螺纹联接强度的措施 §5—9 螺旋传动（不讲） §5—10 滚动螺旋简介（不讲）
概述
联接是指被联接件与联接件的组合。常
见的机械联接有两类：
一是机械动联接，如运动副；
二是机械静联接，本章所学习内容是机械静 联接问题。
联接
可拆联接 —装拆方便，多次装拆无损于 使用性能。如螺纹联接、键联 接、销联接
Fr λ +ρ
FQ F
在同样的载荷Fa，同样的牵引速度V，走过同样 的距离S情况下：
没有摩擦时，需要的输入功 =FS= FQ S tg (λ ) 理论上 考虑摩擦时，需要的输入功
=FS= FQ Stg (λ +') 实际上
所以：


tg tg( ，)
从上式可以看出：
当'不变时， η与λ 的关系如右图所示。
（忽略升角λ的影响）
在Fa的作用下，法向反力比矩形螺纹大为：
Fn

FQ
cos
这时螺纹的摩擦阻力为：
Ff
f Fn FQ
cos
f f
cos
FQ
f 'FQ
这时把法向力的增加看成摩擦系数的增加。
f ' f tg ' cos
f '称为当量摩擦系数
ρ'称为当量摩擦角
为牙型斜角
3、防松办法及措施
螺纹防松是防止螺纹副的相对转动。常用的方法见 p104-105。
1）利用附加摩擦力防松
2）采用专门防松元件防松：
槽形螺母与开口销
圆螺母用带翅垫片 止动垫片
3）其他方法防松：
例题2
已知梯形螺纹 Fa=30KN, n=1, d2=33mm, P=6mm, f=0.08, fc=0.1, rf=20mm 求：1. 能否自锁，
1、螺纹受力分析
R FQ
Ff F
摩擦角ρ：
Fn
Fr ρ
滑块在水平面上，受到外力R（F+FQ）作用， 同时还受到法向反力Fn与摩擦力Ff的作用，令法 向反力与摩擦力的总反力为Fr，则FR与Fn方向之 间所夹的锐角ρ被称为摩擦角。
tgλ = Ff /Fn； Ff = Fntgρ= Fnf f = tgλ 称为摩擦系数。
3、双头螺柱联接
多用于较厚的 被连接件或为了结构 紧凑而采用盲孔的连 接。允许多次装拆， 而不会损坏被连接零 件。其中一被连接件 需要切制螺纹螺杆，
用于有一联接件较厚，并 经常装拆的场合，拆卸时只需 拧下螺母即可。
4、紧定螺钉联接
常用来固定两零件的 相对位置，并可用来传递 不大的力和力矩。
二、螺纹紧固件
（1） λ － >0， λ > ， F >0
说明滑块在重力作用下下滑，必须给以止动力， 防止加速下滑。
（2） λ -< 0， λ < ， Ft < 0
说明滑块不能在重力作用下下滑。这一现象称 为自锁现象。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。
二、非矩形螺纹（=0)
三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹 1、螺纹受力分析： 唯一差别是： 法向力比矩形螺纹大。
3、螺纹副： 内外螺纹旋合组成
螺旋副或称螺纹副。
二、螺纹分类
1、螺纹的牙型： 三角形、梯形、锯齿形；
2、螺纹的旋向： 左旋、右旋；
3、螺纹的线数（头数）：单线、等距排列多线；
4、母体形状： 圆柱螺纹、圆锥螺纹；
5、按作用： 6、按位置：
联接螺纹、传动螺纹； 内螺纹、外螺纹；
旋向判断方法：
1、将螺纹轴线竖
（2）粗、细螺纹特点、适用范围
粗牙螺纹： 应用最广。
细牙螺纹： 升角小，小径大，自锁性能好，强 度高，但不耐磨损，易滑扣，用于 薄壁零件、受动载荷的联接和微调 机构的调整。
粗牙螺纹
细牙螺纹
2、管螺纹
管螺纹广泛用于水、汽、油管路联接中。
管螺纹种类：
管螺纹除普通细牙螺纹外，还有60º、55º的圆柱 管螺纹和60º、55º的圆锥管螺纹。
直放置，螺旋线自
左向右逐渐升高的
是右旋螺纹。反之
也成立。
左 旋
2、从端部沿轴线
右 旋
看去，当螺纹顺时
针方向旋转为旋进
时，此螺纹为右旋
螺纹。
单线螺纹
双线螺纹
三、螺纹的主要几何参数：
1）大径（外径）d（D）— 与外（内）螺纹牙顶 （底）相重合的假想圆柱体直径，亦称公称直径。 2）小径（内径）d1 (D1) — 与外螺纹牙底相重合的 假想圆柱体直径。 3）中径d2 —假想圆柱面的直径，该圆柱的母线上 牙形沟槽和凸起宽度相。
一、螺纹联接的基本类型
1、螺栓联接
a) 普通螺栓联接：
被连接件通孔不带螺纹，被联接件不太厚， 装拆方便。螺杆带钉头，螺杆穿过通孔与螺母配合 使用。装配后孔与杆间有间隙，结构简单，可多次 装拆，应用较广。
普通螺栓：
无需在被联件上加工螺纹 孔，装拆方便，用于两被联 件均不太厚的场合。
b)铰制孔螺栓联接：
螺 纹内螺 纹内螺 纹内 66060°0°°
在我国的国家标准中，把牙 型角α =60º的三角形米制螺纹称 为普通螺纹，以大径d为公称直径。
（1）普通螺纹种类
ddd dd2d22 dd1d11
PPP
外 螺 纹外 螺 纹外 螺 纹
三角形螺纹
因为同一公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中 螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的称为细牙螺纹。
M10螺纹升角：
10
arctg
zp π d2
arctg 11.5 9.026 π
3.03o
M68螺纹升角：
68 arctg zp arctg 1 6 1.707 o
π d2
64.103 π
2、求当量摩擦角' 。
普通螺纹牙型角α = 60o
摩擦系数 f取为： 0.1
装配后无间隙， 主要承受垂直于螺栓 轴线的横向载荷，也 可作定位用，采用基 孔制过渡配合铰制 孔螺栓联接
铰制孔螺栓：除起联接作用外， 还起定位作用。
2、螺钉联接
螺钉直接旋入被 连接的螺孔，结构比 较简单，这种连接不 宜经常装拆，以免被 连件的螺纹孔磨损而 修复困难。
用于有一联接件较厚， 且不需经常装拆的场合。
牙侧角 = 30o
则当量摩擦角'为：
arctg
f
cos
arctg
0.1 cos 30 o
6.59o
因为: λ 10=3.03o<ρ' ，所以能够自锁。 同理: λ 68=1.707o<ρ' ，所以能够自锁。
§5—4 螺纹联接的基本类 型及螺纹紧固件
一、螺纹联结基本类型 二、螺纹紧固件
一、拧紧力矩 二、螺纹连接的防松 三、例题2
一般情况下，螺纹联接都需要拧紧，对重要的螺 纹，必须控制预紧力的大小，以保证工作的可靠性。
一、拧紧力矩 拧紧力矩 TΣ 主要包括：
T
TΣ
螺纹副相对转动的阻力矩T;
螺母支承面上的摩擦阻力矩Tf。
TΣ = T+Tf
Tf
=
FQ d 2 2
tg(

')
fc FQrf
1、螺栓 2、双头螺柱 3、螺钉、紧定螺钉 4、螺母 5、垫圈
垫圈作用：增加被连接件的支撑面积以减少接触
处的压强和避免拧紧螺母时擦伤被连接件的表面。
六角头螺栓
双头螺柱
六角螺母 六角开槽螺母
内六角圆柱头螺钉 开槽圆柱头螺钉 开槽沉头螺钉 紧定螺钉
平垫圈
弹簧垫圈 圆螺母用止动垫圈
圆螺母
§5-5 螺纹联接的预紧和防松
60
30
°
°
三角形
梯形
30 ° 3°
锯齿形
矩形
有粗牙普通螺纹M10和M68，请说明在静载 例题1 荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f =
0.1~0.15）
解： 1、首先求螺纹升角λ 。 由表 查得：
M10螺纹： 螺距P=1.5mm，中径d2=9.026mm； M68螺纹：螺距P=6mm， 中径d2=64.103mm。
相当于使滑块等速沿斜 面下滑，轴向载荷 FQ变
λ
Fn ρ
Fr
v
f Fn
为驱动力， Ft变为维
Ft
持滑块等速运动所需的
平衡力。
ψ
可得： Ft= FQ tg (λ -) <
分析：（1） λ ->0， λ > ， Ft >0
FQ Fr
λ -ρ
FQ
Ft
2、螺纹自锁：
F= FQ tg (λ -) 分析：
管螺纹公称直径是管子的公称通径。
二、梯形（双向）和锯齿形（单向）螺纹
梯形螺纹与锯齿形螺纹一般用于传动，效率高。
它们的牙侧角比三角形螺纹小的多，可以减少摩擦和 提高效率。
梯形螺纹牙侧角=15º 效率比锯齿形螺纹低。
锯齿形螺纹牙侧角=3º。 锯齿形螺纹只能用于承 受单向轴向载荷。
螺纹牙形：三角形、矩形、梯形、锯齿形等
取： d 0 d
可得： 当λ =45º- ' 时效率最高。
λ 常取25º左。 λ 太 大会引起制造困难， 且效率增高也不显著。
§5—3 机械制造常用螺纹
一、三角形螺纹 二、梯形和锯齿形螺纹 三、螺纹标注 四、例题1
一、三角形螺纹
三角形螺纹，主要有普通螺纹和管螺纹，前者多
用于紧固联接和后者用于紧密联接。 1、普通螺纹
不可拆联接 —在拆开联接时会损坏联接 中的零件或使用性能。如焊
（永久性联接） 接、铆接、粘接
§5—1 螺纹主要参数
一、螺纹线、螺纹、螺纹副 二、螺纹分类 三、螺纹的主要几何参数
一、螺纹线、螺纹、螺纹副
1、螺纹线：将一倾斜角为Ψ 的直线绕在圆柱 体上便形成一条螺旋线。
2、螺纹：取一个平面图形沿螺旋线运动并使 平面始终通过圆柱体轴线就 得到螺纹。若改变平面图形 的形状，可得到三角形、梯 形、锯齿形、矩形螺纹。
Ft f Fn
λ
FQ
（3）其受力状况可以理解为：
拧紧时：作用在滑块上F为一驱动力，轴向载荷 FQ为 一阻力，总反力为Fr 。
若使滑块等速沿斜面上
Fr Fnλ
v
ρ
升，滑块所受三力平衡：
Ft +FQ +Fr=0 可得： Ft= FQ tg (λ +)
Ft f Fn
λ
FQ
Fr
λ +ρ
FQ Ft
松开时：
对于M10~M68的普通粗牙螺纹：取 f '=tgρ' =0.15 ， f ' =0.15
则上式简化为： T Σ =0.2 FQ d (N.mm)
式中，d为螺纹公称直径； FQ为预紧力。 FQ由螺纹联接的要求决定。一般是取螺栓材料 屈服极限的50%~70%。
重要的螺纹（大于M12~M16)
应采用有效的措施控制预紧力。
用f '取代f，用ρ'取代ρ，就可像矩形螺纹那样对
非矩形螺纹进行受力分析
上升： F= FQ tg (λ +')
下滑： F= FQ tg (λ - ')
2、螺纹自锁条件为：
λ<
三、螺旋副效率为：
Fr
螺旋副的效率问题是由于摩擦引起的：
λ
上升：
FQ F
若不考虑摩擦时：F= FQ tg (λ ) 若考虑摩擦时： F= FQ tg (λ +')
2. 举起重物的驱动力矩 3. 总效率。
解：
(1)
'
arct g
f
cos
arct g
0.08 cos15 o
4.73o
arct g P arct g 6 3.31o
π d2
33 π

该螺纹具有自锁性。
(2) TΣ = T+Tf

FQd2 2
tg(