机械设计基础——认识螺纹连接与螺旋传动

烟台工程职业技术学院课程单元设计教案
任务一认识螺纹连接与螺旋传动
为了便于机器的制造、安装、维修和运输，在机器和设备的各零、部件间广泛采用各种联接。

联接分可拆联接和不可拆联接两类。

不损坏联接中的任一零件就可将被联接件拆开的联接称为可拆联接，这类联接经多次装拆仍无损于使用性能，如螺纹联接、链联接和销联接等。

不可拆联接是指至少必须毁坏联接中的某一部分才能拆开的联接，如焊接、铆钉联接和粘接等。

螺纹联接和螺旋传动都是利用具有螺纹的零件进行工作的，前者作为紧固联接件用，后者则作为传动件用。

一、螺纹的类型
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
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
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
根据螺旋线绕行方向：
左旋——不常用右旋——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）——用于传动
多线螺纹（n ≥2）——用于传动
二、螺纹的主要参数
1、大径d 与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱体的直径，在有关螺纹的标准中称为公称直径。

2、小径d 1 与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径，是螺纹的最小直径，常作为强度计算直径。

3、中径d 2 在螺纹的轴向剖面内，牙厚和牙槽宽相等处的假想圆柱体的直径。

4、螺距P 螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

5、导程S 同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点问的轴向距离。

设螺纹线数为n ，则对于单线螺纹有S ＝P ，对于多线螺纹则有S ＝n P 。

如图7．3所示。

6、升角λ 在中径d 2的圆柱面上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，由图7．4可得 22tan d np d s ππλ==
7、牙型角α 、牙型斜角β 在螺纹的轴向剖面内，螺纹牙型相邻两侧边的夹角称为牙型角α 。

牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角β ，对称牙型的β＝α/2。

三、常用螺纹的特点及应用
1、普通螺纹
即米制三角形螺纹，其牙型角α＝60º，螺纹大径为公称直径，以mm 为单位。

同一公称直径下有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的称为细牙螺纹。

普通螺纹的当量摩擦系数较大，白锁性能好，螺纹牙根的强度高，广泛应用于各种紧固联接。

一般联接多用粗牙螺纹。

细牙螺纹螺距小、升角小、白锁性能好，但螺牙强度低、耐磨性较差、易滑脱，常用于细小零件、薄壁零件或受冲击、振动和变载荷的联接，还可用于微调机构的调整。

2、管螺纹
管螺纹是英制螺纹，牙型角α＝55º，公称直径为管子的内径。

按螺纹是制作在柱面上还是锥面上，可将管螺纹分为圆柱管螺纹和圆锥管螺纹。

前者用于低压场合，后者适用于高温、高压或密封性要求较高的管联接。

3、矩形螺纹
牙型为正方形，牙型角α＝0º。

其传动效率最高，但精加工较困难，牙根强度低，且螺旋副磨损后的间隙难以补偿．使传动精度降低。

常用于传力或传导螺旋。

矩形螺纹未标准化，已逐渐被梯形螺纹所替代。

4、梯形螺纹
牙型为等腰梯形，牙型角α＝30º。

其传动效率略低于矩形螺纹，但工艺性好，牙根强度高，螺旋副对中性好，可以调整间隙。

广泛用于传力或传导螺旋，如机床的丝杠、螺旋举重器等。

5、矩齿形螺纹
工作面的牙型斜角为3º，非工作面的牙型斜角为30º。

它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点，但仅能用于单向受力的传力螺旋。

四、螺纹连接的基本类型
螺纹连接是由带螺纹的零件，即螺纹紧固件和被联接件组成。

常用联接的基本类型：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接、紧定螺钉联接。

常用的标准螺纹连接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母和垫圈等。

五、螺纹连接的预紧与防松
（一）螺纹连接的预紧
螺纹联接：松联接——在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用
紧联接——在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力F0 预紧目的——保持正常工作。

如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大刚性等。

增大刚性——增加联接刚度、紧密性和提高防松能力
预紧力F0——预先轴向作用力（拉力）
预紧过紧——拧紧力QP 过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度
过松——拧紧力QP 过小，工作不可靠
预紧力的控制：测力矩板手——测出预紧力矩
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 扳手力矩为 d KF T 0 式中F 。

为预紧力，单位为N ；d 为螺纹的公称直径，单位为mm ；K 为拧紧力矩系数。

（二）螺纹连接的防松
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。

3.防松方法
按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松、永久防松和化学防松4大类。

六、螺旋传动
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。

（一）滑动螺旋传动
1、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
2、传动形式：
a)螺杆转螺母移 b)螺杆又转又移（螺母固定）——用得多
c)螺母转螺杆移 d)螺母又转又移（螺杆固定）——用得少
3、滑动螺旋的特点
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。

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。

（二）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。

优点：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆运动效率相同，可实现逆传动。

缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺要求高，成本较高。

(一)设计某鼓风机用普通V带传动。

已知电动机额定功率P=10Kw,转速n1=1450r/min，从动轴转速n2＝400r/min，中心距约为1500mm，每天工作24h。

（二）试设计一CA6140车床电机和床头箱之间的普通V带传动，工作条件如下：该机床电机的额定功率为7.5，转速n1=1450r/min，从动轴转速n2 = r/min，根据机床的结构，中心距约为1500mm，每天两班制工作。

轮系在各种机械设备应用广泛，其在机构相对紧凑的情况下可以实现大的传动比，其传动比非常重要。

要正确地计算轮系传动比，首先要确定轮系类型，其次是正确的选用公式，再次是确定相对转向和正确地代入正负号。

减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置。

请同学们课下查阅资料了解常用减速器的主要类型、特点和应用。