第05章螺纹连接和螺旋传动

第五章螺纹联接与螺旋传动内容提要螺纹联接和螺旋传动都是利用螺纹零件工作的。

两者的不同在于其工作性质的不同和技术要求上的差异。

螺纹联接作为紧固件，要求保证联接强度、紧密性和可靠性。

螺旋传动作为传动件，要求保证螺旋副的传动精度、效率和磨损寿命。

本章分别讨论螺纹联接和螺旋传动的类型、结构以及设计计算问题。

学习目标掌握螺纹的基本知识；掌握螺纹联接的基本知识，包括螺纹联接的基本类型、结构特点及其应用场合，在设计时能正确地选用它们；掌握螺栓组联接设计的基本方法，熟练掌握螺栓组联接的四种典型受力状态；熟练掌握提高螺纹联接强度的各种措施；了解滑动螺旋传动的主要失效形式和设计准则。

工程实践中所使用的螺纹大多都已经标准化，少年非标准化螺纹如矩形螺纹也有了推荐尺寸，因此在本部分的学习中应从螺纹的工艺性、工作时的自锁性、强度、适宜于承受载荷的类型、密封性、传动效率等方面进行相互比较，以掌握它们的特点和应用范围 §5－1螺纹的类型与特点螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。

螺纹按工作性质分为联接用螺纹和传动用螺纹。

联接用螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠联接；传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。

普通螺纹牙型为等边三角形，牙型角为60°，内外螺纹旋合后留有径向间隙。

外螺纹牙根允许有较大的圆角，以减小应力集中。

同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和细牙。

细牙螺纹的螺距小，升角小，自锁性好，联接强度高，因牙细不耐磨，容易滑扣。

一般联接多用粗牙螺纹，细牙螺纹常用于细小零件，薄壁管件或受冲击、振动和变载荷的连接中。

细牙螺纹也可作为微调机构的调整螺纹用。

普通螺纹的主要几何参数大径d ，即螺纹的公称直径；小径d1，常用于联接的强度计算；中径d2，常用于联接的几何计算；螺距p 、牙型角α、升角ψ以及导程s 、线数n 。

升角可由下式计算:22arctan arctan d nPd S ππψ==自攻螺钉用螺纹与普通螺纹相比，牙型相同的，但是在相同的大径时，自攻螺纹的螺距大而小径则略小。

自攻螺钉用螺纹已是一种标准化的螺纹。

管螺纹是用于管子联接的螺纹，其螺纹牙分布在圆锥体上。

常用的管螺纹根据牙型角的不同可分为55°和60°的管螺纹。

管螺纹根据其密封的性能，可将其分为密封管螺纹和非密封管螺纹。

密封管螺纹的螺旋副本身具有密封和机械联接两种功能；非密封管螺纹则螺旋副本身仅具有机械联接一种功能，但它可以锁紧螺纹以外的密封结构（例如，锥面对锥面、端面对端面）。

管螺纹有55°非密封管螺纹（直管）55°密封管螺纹（直管锥形）60°密封管螺纹（直管锥形）。

锥度1：16管螺纹的尺寸规格直接采用相应管子的尺寸规格，选用时只能使用与管子具有相同尺寸规格的管螺纹。

梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角为α＝30°，内外螺纹以锥面贴紧不易松动。

与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好。

如用剖分螺母，还可以调整间隙。

梯形螺纹是最常用的传动螺纹。

锯齿型螺纹牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角为3°，非工作面的牙侧角为30°，外螺纹牙根有较大的圆角,以减小应力集中。

内、外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对中。

这种螺纹兼有矩形螺纹传动效率高、梯形螺纹牙根强度高的特点，但只能用于单向受力的螺纹联接或螺旋传动中，如螺旋压力机。

矩形螺纹牙型为正方形，牙型角α=0°，其传动效率较其它螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副磨损后，间隙难以修复和补偿，传动精度降低。

为了便于铣、磨削加工，可制成10°的牙型角。

矩形螺纹尚未标准化，推荐尺寸：d=1.25d1，P=0.25d1。

§5－2螺纹联接的类型与标准联接件§5－2－1常用螺纹联接的类型螺纹联接的类型有很多，基本形式有螺栓联接、双头螺柱联接和螺钉联接三类，它们分别适用于不同的情况，包括被联接件的不同的厚度和形状，不同的材料和联接的装拆要求，紧定螺纹联接、T型槽螺栓联接、吊环螺钉联接和地脚螺栓联接则是特殊螺纹联接，因而与一般的螺纹联接有不同的形状，各类螺纹联接所用的零件都已标准化，设计时应根据标准选用。

一、普通螺栓联接普通螺栓联接的结构特点是被联接件的通孔与普通螺栓的杆部之间留有一定的间隙。

通孔的加工精度要求较低，结构简单，装拆方便，应用十分广泛。

螺栓孔的直径大约是螺栓公称直径的1.1倍。

二、铰制孔用螺栓联接（也称配合螺栓联接）铰制孔用螺栓联接（也称配合螺栓联接）的被联接件通孔与螺栓的杆部之间多采用基孔制过渡配合，螺栓能精确固定被联接件的相对位置，并能承受横向载荷。

这种联接对孔的加工精度要求较高，应精确铰制加工而成，联接也因此得名三、螺钉联接H为拧入深度，当带有螺纹孔件的材料为：钢或青铜：H≈d铸铁：H=(1.25～1.5)d铝合金：H=(1.5～2.5)d螺钉联接的特点是螺钉直接拧入被联接件的螺纹孔中，不必用螺母，结构简单紧凑。

担当要经常拆卸时，易使螺纹孔磨损，导致被联接件报废，故多用于受力不大，不许经常拆卸的场合。

四、双头螺柱联接H为拧入深度，当带有螺纹孔件的材料为：钢或青铜：H≈d铸铁：H=(1.25～1.5)d铝合金：H=(1.5～2.5)d双头螺柱联接使用于结构上不能采用螺栓联接的场合，例如，被联接件之一太厚不宜制成通孔，材料又比较软，且需要经常拆卸的场合。

五、紧定螺纹联接紧定螺钉联接是利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并可同时传递不太大的力或力矩。

上列左图为用平端紧定螺钉的联接，这种联接不伤零件表面；右图为用锥端紧定螺钉的联接，这种联接通常应在被联接件上预制一锥凹坑。

六、T型槽螺栓联接d0=1.1d；B=(1.75～2.0)d；C1=(1～1.5)d；C2=(0.7～0.9)d；T型槽螺栓主要用于工装设备中的工装零件与工装机座的联接。

七、吊环螺钉联接吊环螺钉主要装在机器或大型零、部件的顶盖或外壳上，以便于对设备实施起吊。

八、地脚螺栓联接地脚螺栓主要应用于将机座或机架固定在地基上的联接。

使用前，应将地脚螺栓预埋在地基内。

§5－2－2标准联接件普通螺栓铰制孔用螺栓双头螺柱机器螺钉内六角螺栓双头螺柱自攻螺丝六角螺母平垫片弹簧垫圈止动垫圈国家标准规定，螺纹联接件分为三个精度等级，其代号为Ａ、Ｂ、Ｃ级。

Ａ级精度最高，用于要求配合精确、防止振动等重要零件的联接；Ｂ级多用于受载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的联接；Ｃ级精度多用于一般的螺纹联接。

常用的标准螺纹联接件通常选用Ｃ级精度。

普通六角头螺栓的种类很多，应用最广。

精度分为Ａ、Ｂ、Ｃ三级，通用机械中多用Ｃ级。

螺杆部可制出一段螺纹或全螺纹，螺纹有粗牙和细牙之分。

铰制孔用螺栓（也称配合螺栓），适用于承受横向载荷，或用于需要被联接件精确定位的场合。

工作时靠螺栓光杆部分传递载荷。

该类螺栓也常用于起销轴和联接两个功能的场合，如作为铰链轴、滑轮轴等。

双头螺柱的两端都制有螺纹，两端螺纹可相同或不同，螺柱可带退刀槽（Ａ型，左图）或制成腰杆（Ｂ型，右图）。

螺柱的一端常用于旋入铸铁或有色金属的螺纹孔中，旋入后即不经常拆卸，以保护螺纹孔的螺纹。

另一端则用于安装螺母以固定其它零件。

螺柱也有制成全螺纹的。

螺钉头部形状有圆头、盘头、六角头、圆柱头和沉头等。

头部起子槽有一字槽、十字槽和内六角槽等形式。

十字槽螺钉头部的强度较高、对中性好，便于自动装配。

内六角孔螺钉能承受较大的扳手力矩，并且联接强度高，可代替六角头普通螺栓，用于结构要求紧凑的场合。

紧定螺钉的末端形状通常有锥端、平端和圆柱端。

锥端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬度较大的平面或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于紧定空心轴上的零件位置。

螺钉的头部形状有平头、盘头、半沉头、沉头等。

头部起子槽有一字槽、十字槽等形状。

末端形状有锥端和平端两种。

多用于联接金属薄板、轻合金或塑料零件。

在被联接件上可不预先制出螺纹，在联接时利用螺纹直接攻出螺纹。

螺钉材料一般用渗碳钢，热处理后表面硬度不低于45HRC。

自攻螺钉的螺纹与普通螺纹相比，在相同的大径时，自攻螺纹的螺距大而小径则略小。

自攻螺钉已是一种标准化的螺钉。

根据螺母厚度的不同，螺母分为标准螺母和薄型螺母两种。

薄型螺母常用于受剪力的螺栓上或空间尺寸受限制的场合。

螺母的制造精度与螺栓相同，分为Ａ、Ｂ、Ｃ三级，分别与相同级别的螺栓配用。

平垫圈是螺纹联接中不可缺少的附件，常放置在螺母和被联接件之间，起保护支承表面等作用。

平垫圈按加工精度不同，分为Ａ级和Ｃ级两种。

用于同一螺纹直径的垫圈又分为特大、大、普通和小的四种规格，特大垫圈主要在铁木结构上使用。

此外，有一种用于倾斜支承面的垫圈为斜垫圈。

弹簧垫圈是用于防松的一种垫圈，安装在螺母与被联接件之间。

螺母拧紧后，靠垫圈压平后而产生的弹性反力使旋合螺纹间压紧。

同时垫圈斜口的尖端抵住螺母与被联接件的支承面也有放松效果。

止动垫圈与应用圆螺母专用止动垫圈止动垫圈是用于防松的一种垫圈，通常安装在螺母与被联接件之间。

螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被联接件的侧面折弯贴紧，即可将螺母锁住。

若两个螺栓需要双联锁紧时，可采用双联止动垫圈，使两个螺母相互制动。

§5－3§5－4§5－5§5－6。