机械设计——螺纹连接

克服螺纹中阻力所需的转矩为：
T1 F
d2 2
d2 2
Q
tan
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螺纹连接 10
旋转螺母一周，输入的驱动功W1 = 2πT1 ，有效功W2 = Q S ， 故螺旋副的效率为：
W2 W1
QS
2 T1
2
Q d2 tan
d2 Q tan
tan
tan
2
由上式知：λ↑，ρ↑ —→ η↑；当：λ= 45°-ρ/2 时 —→ ηmax
2）线数 n n = 1 时用于连接、传动； n ＞ 1 时用于传动； n↑ —→ η↑，但为便于制造 n ≤ 4
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3）牙形角α 螺纹牙两侧面夹角。
4）螺距 p 螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。
5）导程 S 螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所转动的轴向距离。
S=np 6）螺纹升角ψ（λ）
一、连接分类 1、按机械工作时被连接件间的运动关系分
静连接：只固定，无相对运动。 如：螺纹连接、普通平键连接等 动连接：彼此有相对运动。 如：花键、螺旋传动等。—— 运动副
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2、按拆开时是否损坏零件分 可拆连接：允许多次装拆无损于使用性能。 如：螺纹连接等 不可拆连接：必须破坏连接中的某一部分才能拆开。 如：焊接等
F = Q tan（λ - ρv ） 螺旋副的自锁条件为： ψ （λ ） < ρv
综上：自锁条件： ψ （λ ）< ρ （ρv ）
连接螺纹：
传动螺纹：
α ↑，f（ρv ）↑ ∴ 效率η↓，自锁性↑
α ↓，f ↓ ∴ 效率η ↑ ，自锁性↓
单线
多线
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60°
30°
思考：
右旋
左旋
螺纹线数：单线螺纹（图a）； 多线螺纹（图b：双线螺纹；图c：三线螺纹等）。
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3、螺纹的主要参数 如图所示： 螺纹的主要参数有：
1）直径 大径 d 、小径 d1 、中径 d2 大径 d ： 公称直径。 小径 d1 ：螺纹的最小直径。 中径 d2 ：齿厚 = 齿槽宽处直径，几何计算用。 d2 ≈ (d + d1 )/2 M 20 —→ d = 20 mm
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若将螺纹沿中径 d2 展开，则相当于图a）所示滑块沿螺纹等速上升。 此时，螺母与螺杆的相对运动可看作滑块在斜面上的运动。所以可用滑块
沿斜面移动时的受力分析替代螺旋副相对运动时的受力分析。
因为是等速运动，故作用于滑块上的 R 、F 和Q 三力保持平衡。
由力多边形封闭图得： F = Q tan（λ + ρ ）
中线 d2 圆柱上螺旋线的切线与垂直于 螺纹轴线的平面间的夹角。
S d2 tan
或 arctan S arctan n p
d2
d2
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二、螺旋副的受力分析、效率和自锁 1、摩擦角和当量摩擦角 1）平面滑块的摩擦：
根据静力平衡条件有：N = Q，Ff = F 可得： F = Ff = f F = f Q
面移动。故非矩形螺纹的受力分析与矩形螺
纹的受力分析过程一样。由图知：
F = Q tan（λ +ρv ） 克服螺纹中阻力所需的转矩为：
T1
F
d2 2
d2 2
Q tan v
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螺旋副的效率为：
Leabharlann Baidu
W2 W1
QS
2 T1
2
Q d2 tan
d2 2
Q
tan
v
tan
tan v
同样，支持滑块使之不沿斜面下滑所必需的水平推力F 为：
此平面图形的轮廓线在空间的轨迹 —→ 螺纹 —→ 外螺纹；内螺纹 2、螺纹的类型
螺纹牙形：矩形、三角形、梯形 和锯齿形等。
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螺纹位置：内螺纹 —— 螺母；外螺纹 —— 螺钉。 螺纹旋向：左旋螺纹（图b ），右旋螺纹（图a 常用）。
旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高 则为左旋，右边高则为右旋。
3、按传载原理分 靠摩擦力（力闭合）：靠配合面间的摩擦力。 如：过盈连接 非摩擦（形闭合）：靠连接零件几何形状的相互嵌合。 如：平键 材料锁合连接：利用附加材料分子间作用。 如：粘接、焊接
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§2 螺纹连接的基本知识
一、螺纹基本知识 1、螺纹的形成
假想将一个平面图形绕到一圆柱体上，则该平面图形在圆柱体表面上 形成一条螺旋线。
tanρ = Ff /N = f N/N = f f —→ 摩擦系数 ∴ 摩擦角ρ = arctan f 2）楔形滑块的摩擦：
由静力平衡条件得：Q = 2N sinδ 即：N = Q /（2sinδ ） 而：F = 2Ff = 2 f N =（ f /sinδ ）Q
tanρv = fv = f /sinδ
但：λ↑ —→ 制造困难 ∴ λ ≤ 25°
当滑块沿斜面等速下滑时（图b），作用于滑块上的 R 、F 和 Q 三力
仍应保持平衡，由力多边形封闭图得： F = Q tan（λ -ρ ） 。
由上式知：
当λ > ρ 时，F > 0，即需足够大的支持力才能使滑块处于平衡；
当λ < ρ 时，如图c 示，F < 0，这时要使滑块下滑，必须加一反方向的
水平拉力，否则不论Q 力有多大，滑块都不会自行滑下。
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在螺旋副中，这种不论轴向载荷Q 多大，螺母都不会在其作用下自行 松退的现象称为螺旋副的自锁。
∴ 螺旋副的自锁条件为： ψ （λ ） < ρ
3、非矩形螺旋副的受力、效率和自锁 图示为非矩形螺纹的螺母和螺杆组成的
螺旋副。
其相对运动相当于楔形滑块沿楔形槽斜
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∴ 当量摩擦角 ρv = arctan fv
fv —→ 当量摩擦系数
比较 f 与 fv 知：
fv > f ，在其他条件相同时，槽面的摩擦力总是大于平面的摩擦力。
2、矩形螺旋副的受力、效率和自锁 图a）所示为具有矩形螺纹
的螺母和螺杆组成的螺旋副。 当在螺母上作用一转矩 T1，
使螺母等速旋转并沿力Q 的反向 移动时，其运动可视为如图b） 所示的一滑块在水平力F 推动下 沿螺纹等速上移。
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§1 概 述
机械是由各种不同的零件按一定的方式连接而成的。 根据使用、结构、制造、装配、维修和运输等方面的要求，组成机器 的各零件之间采用了各种不同的连接方式。 被连接件：指轴与轴上零件、箱体与箱盖、……等。 连接件（又称紧固件）：如螺栓、螺母，键、销、铆钉等。 连接：指被连接件与连接件的组合。