第四章 螺纹联接与螺旋传动 第一节 螺 纹 如用一个三角形K沿螺旋线运动并使K平面始终通过圆柱体轴线YY-这样就构成了三角形螺纹。同样改变平面图形K，可得到矩形、梯形、锯齿形、管螺纹螺纹的形成: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按位置： 内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹三角形螺纹： 粗牙螺纹用于紧固件 细牙螺纹同样的公称直径下，螺距最小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等根据螺旋线绕行方向： 左旋如图 右旋常用根据螺旋线头数： 单头螺纹（n=1）用于联接 双头螺纹（n=2）如图 多线螺纹（n2）用于传动一、螺纹的分类、特点和应用锯齿形螺纹三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹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2）内径（小径）d1(D1) 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 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，d20.5(d+d1)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的母线 上的对应两点间的轴向距离线 数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：L=nP 6）螺旋升角）螺旋升角 中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋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线轴线的平面的夹角7）牙型角）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角二、螺纹副的受力分析、效率和自锁二、螺纹副的受力分析、效率和自锁（一）矩形螺纹（牙型角）自锁条件 （二）三角形螺纹 第二节 螺纹联接的类型及使用 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，可多个装拆，应用较广。b) 精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接2、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。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，适于受载较小情况特殊联接：地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接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。二、螺纹联接的拧紧和防松 一、拧紧 绝大多数螺纹联接在装配时需要拧紧，使联接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加的作用力称为预紧力。预紧的目的是为了增大联接的紧密性和可靠性。此外，适当地提高预紧力还能提高螺栓的疲劳强度。拧紧时，用扳手施加拧紧力矩T，以克服螺纹副中的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2，故拧紧力矩T=T1+T2。对于M10M68的粗牙普通螺纹，无润滑时可取T0.2Fd （4-12）式中：F为预紧力（N）；d为螺纹公称直径（ mm）。为了保证预紧力F不致过小或过大，可在拧紧过程中控制拧紧力矩T的大小，其方法有采用测力矩扳手（图4-7）或定力矩扳手（图4-8），必要时测定螺栓伸长量等。 预紧力QP的控制：测力矩板手测出预紧力矩，如左图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.测量预紧前后螺栓伸长量精度较高 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。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 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，串联钢丝等开槽螺母与开口销圆螺母与止动垫圈串联钢丝3）永久防松：端铆、冲点、点焊4）化学防松粘合 第三节 螺栓联接的强度计算 针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。1、失效形式和原因 受拉螺栓螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断b）失效原因：应力集中 a）失效形式 工程中螺栓联接多数为疲劳失效 受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度 应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程2、设计计算准则与思路（一）松螺栓联接的强度计算如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无预紧力，只有工作载荷F起拉伸作用强度条件为：（4-13）-验算用 设计用 d1螺杆危险截面直径（小径）（mm）许用拉应力 N/mm2 (MPa) s材料屈服极限Mpa表4-3 s 安全系数，表4-4一、螺栓连接的强度计算（二）紧螺栓联接1.只受预紧力作用的螺栓1）预紧力的计算工作前拧紧，在拧紧力F作用下，接合面间的摩擦力抵抗横向力R，阻止摩擦面间产生相对滑动。由下式求预紧力F2）螺栓强度计算 其中f为摩擦系数，z为螺栓数量，c为可靠性系数，m为接合面数量，R为传递的横向载荷。如果传递的载荷为扭矩，则R=2000T/D0（4-15）式中： 1.3系数将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续，故又称简化计算法 比较4-13与4-15设计公式： 这种联接比较常见，图4-10所示气缸盖螺栓联接就是典型的实例。由于螺栓和被联接件都是弹性体，在受有预紧力F的基础上，因受到两者弹性变形的相互制约，故总拉力Fo 并不等于预紧力F 与工作拉力F之和，它们的受力关系属静不定问题。 或 （4-17）受拉螺栓螺纹部分的强度条件为： 二、铰制孔螺栓连接的强度计算特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷R进行工作螺栓的剪切强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为： Fs 横向载荷（N） d0螺杆或孔的直径（mm）被连接件中受挤压孔壁的最小长度（mm），如图所示Lmin 螺栓许用剪应力，MPa，螺栓或被连接件中较弱者的许用挤压应力，MPa铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工精度较高，成本较高4-6题4-5中凸缘联轴器若采用M16螺栓联成一体，以摩擦力来传递转矩，T1500N.m,螺栓材料为45钢，接合面摩擦系数f = 0.15，安装时不控制预紧力，试决定螺栓数。 解（1）求许用应力由螺栓材料为45钢查表4-3得s360MPa，表4-4得安全系数S=3,故（2）求螺栓所受预紧力由得：（3）计算所需螺栓数量由4-15式得：将代入上式得：取Z12第四节 螺旋传动一、螺旋机构的组成和类型螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传递运动或动力。 传动形式： a)螺杆转螺母移 b)螺杆又转又移（螺平固定）用得多 c) 螺母转螺杆移 d) 螺母又转又移（螺杆固定）用得少 按用途分三类： 1）传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋 特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁 2）传导螺旋机床进给汇杠传递运动和动力 特点：速度高、连续工作、精度高 3）调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。 特点：是受力较小且不经常转动 螺旋传动类型螺旋传动按摩擦副的性质分： 1、滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁缺 点 ：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗大，传动效率低（3040%）传动精度低2、滚动螺旋传动摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环两种 二、滑动螺旋的设计计算 （一）根据耐磨性计算 螺杆直径 滑动螺旋中磨损是最主要的一种失效形式，它会引起传动精度下降，空间大，并使强度下降。 磨损的影响因素：工作面的比压，螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态 所以耐磨性计算主要限制螺纹工作面上比压P要求小于材料的许用比压设计公式： （二）螺牙的强度计算 由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，因此螺纹牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处展开，即可视为一悬壁梁，每圈螺纹承受的平均压力Q/u作用在中径d2的圆周上。 剪切强度条件：弯曲强度条件：（三）螺杆的强度计算 螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）Q与扭矩T的作用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用按弯扭复合强度条件计算第四强度理论 （四）螺杆的稳定性计算当螺杆较细长且受较大轴向压力时，可能会双向弯曲而失效，螺杆相当于细杆，螺杆所承受的轴向压力F应小于其临界压力Fc。三、滚动螺旋传动(一) 滚珠丝杠副的结构、使用及主要参数1.滚珠丝杠副的组成及特点滚珠丝杠副主要由丝杠1、螺母3、滚珠4和反向器2组成。 2.滚珠丝杠副的典型结构类型(1)滚珠的循环方式。分为内循环和外循环两种。 3.滚珠丝杠副的主要尺寸参数滚珠丝杠副的主要尺寸参数如图4-17所示，在GB/T 17587.2-1998（等效于国际标准ISO/DIS 3408-2-1991）中对公称直径和基本导程已作了规定。(1)公称直径d0。指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠中心的圆柱直径。系列尺寸：6，8，10，12，16，20，25，32，40，50，63，80，100, 125, 160，200。(2)基本导程 l0 。丝杠相对于螺母转过一周时螺母基准点的轴向位移。系列尺寸：1，2.5, 3, 4, 5, 6，8，10，12，16，20，25，32，40。(3)行程 l 。丝杠相对于螺母转过某一任意角度时螺母基准点的轴向位移。(4)滚珠直径db。一般取db0.6l0。4.滚珠丝杠副的轴向间隙调整和预紧方法n(1)单螺母式 n(2)双螺母式 5.滚珠丝杆副的精度等级和标注方法n(二)滚珠丝杠副设计选用的方法和步骤n 在选用滚珠丝杠副时，必须知道实际的工作条件：最大工作载荷Fmax（或平均工作载荷Fm）作用下的使用寿命T，丝杠的工作长度l（或螺母的有效行程），丝杠的最高转速nmax（或平均转速nm）、滚道的硬度HRC值及丝杠的工况。