機(jī)械設(shè)計 第4章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動

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1、54第四章螺紋聯(lián)接與螺旋傳動案例導(dǎo)入：一部機(jī)器是由很多零部件聯(lián)接成一個整體的，螺紋連接是最常用的連接方式；螺旋千斤頂是應(yīng)用最普遍的傳動螺紋，滾珠絲桿是近年來在機(jī)床上日益廣泛應(yīng)用的新型傳動螺紋。第一節(jié)螺紋一、螺紋的分類、特點(diǎn)和應(yīng)用54類型型圖特點(diǎn)和應(yīng)用聯(lián)接螺紋普通螺紋牙型角=60°，當(dāng)量摩擦系數(shù)大，自鎖性能好。螺牙根部較厚強(qiáng)度高，應(yīng)用廣泛。同一公稱直徑，按螺距大小分為粗牙和細(xì)牙，常用粗牙。細(xì)牙的螺距和升角小，自鎖性能較好，但不耐磨易滑扣，常用于薄壁零件，或受動載荷和要求緊密性的聯(lián)接，還可用于微調(diào)機(jī)構(gòu)等圓柱管螺紋牙型角=55°。公稱直徑

2、近似為管子孔徑，以英寸為單位，螺距以每英寸的牙數(shù)表示。牙頂牙底呈圓弧，牙高較小。螺紋副的內(nèi)外螺紋間沒有間隙，聯(lián)接緊密，常用于低壓的水、煤氣、潤滑或電線管路系統(tǒng)中的聯(lián)接圓錐管螺紋牙型角為=55°。與圓柱管螺紋相似，但螺紋分布在1：16的圓錐管壁上。旋緊后，依靠螺紋牙的變形使聯(lián)接更為緊密，主要用于高溫，高壓條件下工作的管子聯(lián)接。如汽車、工程機(jī)械、航空機(jī)械，機(jī)床的燃料、油、水、氣輸送管路系統(tǒng)傳動螺紋矩形螺紋螺紋牙的剖面多為正方形，牙厚為螺距的一半，牙根強(qiáng)度較低。因其摩擦系數(shù)較小，效率較其他螺紋為高，故多用于傳動。但難于精確加工，磨損后松動

3、、間隙難以補(bǔ)償，對中性差，常用梯形螺紋代替梯形螺紋牙型角=30°，效率雖較矩形螺紋低，但加工較易，對中性好，牙根強(qiáng)度較高，用剖分螺母時，磨損后可以調(diào)整間隙，故多用于傳動鋸齒形螺紋工作面的牙邊傾斜角為3°便于銑制；另一邊為30°，以保證螺紋牙有足夠的強(qiáng)度。它兼有矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，但只能用于承受單向載荷的傳動螺紋有外螺紋和內(nèi)螺紋之分，共同組成螺紋副使用。起聯(lián)接作用的螺紋稱為聯(lián)接螺紋，起傳動作用的螺紋稱為傳動螺紋。按螺紋的旋向可分為左旋和右旋，常用的為右旋螺紋。螺紋的螺旋線數(shù)分單線、雙線及多線，聯(lián)接螺紋一般用單線。螺

4、紋又分為米制和英制兩類，我國除管螺紋外，一般都采用米制螺紋。表4-1常用螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用圖4-1螺紋的主要參數(shù)常用螺紋的類型主要有普通螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋。前兩種主要用于聯(lián)接，后三種主要用于傳動，除矩形螺紋外其它已標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)螺紋的基本尺寸可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。常用螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用，見表4-1。二、螺紋的主要參數(shù)圓柱普通螺紋的主要參數(shù)見圖4-1。54(1)大徑d。它是與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱的直徑，一般定為螺紋的公稱直徑。(2)小徑d1。它是與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱的直徑

5、，一般取為外螺紋的危險剖面的計算直徑。圖4-2螺紋副受力情況(3)中徑d2。它是一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線通過牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方。對于矩形螺紋，d2=0.5（d+d1），其中d≈1.25d1。(4)螺矩P。相鄰螺牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離稱為螺矩P。(5)導(dǎo)程L和螺紋線數(shù)n。導(dǎo)程是同一螺紋線上的相鄰牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間軸向距離。導(dǎo)程和螺紋線數(shù)的關(guān)系為L=nP（4-1）其中單線螺紋n=1，雙線螺紋n=2，其余類推。圖4-3滑塊沿斜面等速滑動的受力情況(6)升角λ。在中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面

6、間的夾角稱為升角，其計算式為（4-2）顯然，在公稱直徑d和螺距p相同的條件下，螺紋線數(shù)n越多，導(dǎo)程L將成倍增加，升角λ也相應(yīng)增大，傳動效率也將提高。(7)牙型角。在軸向剖面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角稱為牙型角。三、螺紋副的受力分析、效率和自鎖（一）矩形螺紋（牙型角=0°）矩形螺紋副的受力情況見圖4-2，為了便于分析，假定作用在螺母上的軸向載荷F集中作用于中徑d2的圓周上的一點(diǎn)。給螺母加一水平力Ft使螺母克服載荷F作轉(zhuǎn)動，這種轉(zhuǎn)動可看成是一滑塊在水平力Ft的推動下沿螺桿螺紋斜面等速旋轉(zhuǎn)滑動。將螺紋沿中徑d2展開，則相當(dāng)于滑塊沿斜面等速向上

7、滑動（圖4-3a），斜面傾角λ稱為螺紋升角。作用于螺母的力有外載荷F、水平力Ft、螺桿斜面法向反力N和摩擦力Ff=fN（f為摩擦系數(shù)），法向反力N和摩擦力Ff的合力R稱為螺桿對螺母的總反力，R和N的夾角稱為摩擦角，用ρ表示。由幾何關(guān)系可知tgρ=Ft/N=fN/N=f，或ρ=arctgf。外載荷F與總反力R的夾角為(λ+ρ)。顯然，作用于螺母上的三個力F、Ft、R是平衡的，即可構(gòu)成力封閉三角形，如圖4-3b）所示。由此得Ft=Ftg(λ+ρ)（4-3）Ft相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)螺母時必須在螺紋中徑d254處施加的圓周力，它對螺紋軸心線的力矩，即

8、為旋轉(zhuǎn)螺母（或擰緊螺母）所需克服螺紋副中的阻力矩T=Ftd2/2=Ftg(λ+ρ)d2/2（4-4）當(dāng)螺母作等速松退轉(zhuǎn)動時，則相當(dāng)于滑塊在載荷F作用下沿斜面等速下滑。這時滑塊上的摩擦力Ff向上（圖4-3c），總反力R和力F的夾角為（λ