机械设计 第4章 螺纹联接与螺旋传动

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1、54第四章螺纹联接与螺旋传动案例导入：一部机器是由很多零部件联接成一个整体的，螺纹连接是最常用的连接方式；螺旋千斤顶是应用最普遍的传动螺纹，滚珠丝杆是近年来在机床上日益广泛应用的新型传动螺纹。第一节螺纹一、螺纹的分类、特点和应用54类型型图特点和应用联接螺纹普通螺纹牙型角=60°，当量摩擦系数大，自锁性能好。螺牙根部较厚强度高，应用广泛。同一公称直径，按螺距大小分为粗牙和细牙，常用粗牙。细牙的螺距和升角小，自锁性能较好，但不耐磨易滑扣，常用于薄壁零件，或受动载荷和要求紧密性的联接，还可用于微调机构等圆柱管螺纹牙型角=55°。公称直径

2、近似为管子孔径，以英寸为单位，螺距以每英寸的牙数表示。牙顶牙底呈圆弧，牙高较小。螺纹副的内外螺纹间没有间隙，联接紧密，常用于低压的水、煤气、润滑或电线管路系统中的联接圆锥管螺纹牙型角为=55°。与圆柱管螺纹相似，但螺纹分布在1：16的圆锥管壁上。旋紧后，依靠螺纹牙的变形使联接更为紧密，主要用于高温，高压条件下工作的管子联接。如汽车、工程机械、航空机械，机床的燃料、油、水、气输送管路系统传动螺纹矩形螺纹螺纹牙的剖面多为正方形，牙厚为螺距的一半，牙根强度较低。因其摩擦系数较小，效率较其他螺纹为高，故多用于传动。但难于精确加工，磨损后松动

3、、间隙难以补偿，对中性差，常用梯形螺纹代替梯形螺纹牙型角=30°，效率虽较矩形螺纹低，但加工较易，对中性好，牙根强度较高，用剖分螺母时，磨损后可以调整间隙，故多用于传动锯齿形螺纹工作面的牙边倾斜角为3°便于铣制；另一边为30°，以保证螺纹牙有足够的强度。它兼有矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙强度高的优点，但只能用于承受单向载荷的传动螺纹有外螺纹和内螺纹之分，共同组成螺纹副使用。起联接作用的螺纹称为联接螺纹，起传动作用的螺纹称为传动螺纹。按螺纹的旋向可分为左旋和右旋，常用的为右旋螺纹。螺纹的螺旋线数分单线、双线及多线，联接螺纹一般用单线。螺

4、纹又分为米制和英制两类，我国除管螺纹外，一般都采用米制螺纹。表4-1常用螺纹的类型、特点和应用图4-1螺纹的主要参数常用螺纹的类型主要有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。前两种主要用于联接，后三种主要用于传动，除矩形螺纹外其它已标准化。标准螺纹的基本尺寸可查阅有关标准。常用螺纹的类型、特点和应用，见表4-1。二、螺纹的主要参数圆柱普通螺纹的主要参数见图4-1。54(1)大径d。它是与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱的直径，一般定为螺纹的公称直径。(2)小径d1。它是与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱的直径

5、，一般取为外螺纹的危险剖面的计算直径。图4-2螺纹副受力情况(3)中径d2。它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等的地方。对于矩形螺纹，d2=0.5（d+d1），其中d≈1.25d1。(4)螺矩P。相邻螺牙在中径线上对应两点间的轴向距离称为螺矩P。(5)导程L和螺纹线数n。导程是同一螺纹线上的相邻牙在中径线上对应两点间轴向距离。导程和螺纹线数的关系为L=nP（4-1）其中单线螺纹n=1，双线螺纹n=2，其余类推。图4-3滑块沿斜面等速滑动的受力情况(6)升角λ。在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面

6、间的夹角称为升角，其计算式为（4-2）显然，在公称直径d和螺距p相同的条件下，螺纹线数n越多，导程L将成倍增加，升角λ也相应增大，传动效率也将提高。(7)牙型角。在轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹角称为牙型角。三、螺纹副的受力分析、效率和自锁（一）矩形螺纹（牙型角=0°）矩形螺纹副的受力情况见图4-2，为了便于分析，假定作用在螺母上的轴向载荷F集中作用于中径d2的圆周上的一点。给螺母加一水平力Ft使螺母克服载荷F作转动，这种转动可看成是一滑块在水平力Ft的推动下沿螺杆螺纹斜面等速旋转滑动。将螺纹沿中径d2展开，则相当于滑块沿斜面等速向上

7、滑动（图4-3a），斜面倾角λ称为螺纹升角。作用于螺母的力有外载荷F、水平力Ft、螺杆斜面法向反力N和摩擦力Ff=fN（f为摩擦系数），法向反力N和摩擦力Ff的合力R称为螺杆对螺母的总反力，R和N的夹角称为摩擦角，用ρ表示。由几何关系可知tgρ=Ft/N=fN/N=f，或ρ=arctgf。外载荷F与总反力R的夹角为(λ+ρ)。显然，作用于螺母上的三个力F、Ft、R是平衡的，即可构成力封闭三角形，如图4-3b）所示。由此得Ft=Ftg(λ+ρ)（4-3）Ft相当于旋转螺母时必须在螺纹中径d254处施加的圆周力，它对螺纹轴心线的力矩，即

8、为旋转螺母（或拧紧螺母）所需克服螺纹副中的阻力矩T=Ftd2/2=Ftg(λ+ρ)d2/2（4-4）当螺母作等速松退转动时，则相当于滑块在载荷F作用下沿斜面等速下滑。这时滑块上的摩擦力Ff向上（图4-3c），总反力R和力F的夹角为（λ