沿螺纹轴线方向看,螺旋线自下而上向右倾斜为右旋(如 图a),向左倾斜为左旋(如图bλ左旋螺纹的标准紧固件通常 制有左旋标记 按制订的螺纹标准不同,现在常见的有米制和英制两大类。 我国除管螺纹外,一般采用米制。 要注意:在实际工作中,特别是从事维修行业时要注意一 些进口机器中螺纹的单位制。 图7-3螺纹的旋向 a)右旋螺纹用右手b)左旋螺纹用左手 凡是牙型、大径和螺距符合国家标准的螺纹都称为标准螺 图10-3 纹除机械制造中常用的标准螺纹外,还有适用于某些特殊行业的 专用螺纹标 准,在需要的时候可以查阅有关的设计手册。 虽说螺纹并不陌生,但为了从理论的高度来理解和硏究螺纹联接,接下来我们就需要对螺纹 联接的基本类型和螺纹常用紧固件进行了解。 §10.3螺旋副的受力分析、效率和自锁 为了便于分析,我们根据牙型角不同常把螺纹分为矩形螺纹和非矩形螺纹两种情况。 、矩形螺纹 螺旋副是由外螺纹(螺杆)和内螺 纹组成的运动副,经过简化可以看作推 动滑块(重物)沿螺纹表面运动(如图 所示)将矩形螺纹沿中径dz处展开 得一倾斜角为λ(即螺纹升角)的斜面, 斜面上的滑块代表螺母,螺母和螺杆的 图10-4螺纹受力分析
沿螺纹轴线方向看，螺旋线自下而上向右倾斜为右旋（如 图 a），向左倾斜为左旋（如图 b）。左旋螺纹的标准紧固件通常 制有左旋标记。 按制订的螺纹标准不同，现在常见的有米制和英制两大类。 我国除管螺纹外，一般采用米制。 要注意：在实际工作中，特别是从事维修行业时要注意一 些进口机器中螺纹的单位制。 凡是牙型、大径和螺距符合国家标准的螺纹都称为标准螺 纹。除机械制造中常用的标准螺纹外，还有适用于某些特殊行业的 专用螺纹标 准，在需要的时候可以查阅有关的设计手册。 虽说螺纹并不陌生，但为了从理论的高度来理解和研究螺纹联接，接下来我们就需要对螺纹 联接的基本类型和螺纹常用紧固件进行了解。 §10.3 螺旋副的受力分析、效率和自锁 为了便于分析，我们根据牙型角不同常把螺纹分为矩形螺纹和非矩形螺纹两种情况。 一、矩形螺纹 螺旋副是由外螺纹（螺杆）和内螺 纹组成的运动副，经过简化可以看作推 动滑块（重物）沿螺纹表面运动（如图 所示）。将矩形螺纹沿中径 d2 处展开， 得一倾斜角为 λ（即螺纹升角）的斜面， 斜面上的滑块代表螺母，螺母和螺杆的 图 10－3 图 10－4
相对运动可以看作滑块在斜面上的运动 图b所示为滑块在斜面上高速上升时的受力图。F为轴向载荷,F相当于螺转螺母时作用 在螺纹中径上的水平推力,FN为法向反力,摩擦力F=f·F,∫为摩擦系数,FR为Fx与F 的合力,P为FR与F的夹角,称为摩擦角,p= arctan f。 根据平衡条件作力封图得:F= Fo tan(+p) 所以,转动螺纹所需的转矩为:T1=Fd2F3+P) 螺母旋转一周所需的输入功为:W1=2i1:此时螺母上升一个导程s,其有效功为: W2=Fo·s。因此螺旋副的效率为 f zd tan 2 Fd n(+p) 将效率公式绘制成曲线如图乐示。可见当A≈40°效率可/ 时效率最高,但过大的升角使制造困难。并且由曲线图 传动螺纹 可以看出:当>25之后,效率的增加不明显,所以4但区 通常取λ不超过25° 紧固螺纹区 当滑块沿斜面等速下降时,摩擦力向上,轴向载荷动02m 升角 图9-5螺旋的效率曲线 F变成驱动滑块等速下滑的驱动力F为阻碍滑块下降 的支持力,由如图所示的力封闭图可知 F=Fo tan(n-p) 当转动周时,输入功率为W1=Fos,输出功率为W2=Fml2,此时螺旋副的效率为
相对运动可以看作滑块在斜面上的运动。 图 b 所示为滑块在斜面上高速上升时的受力图。 FQ 为轴向载荷，F 相当于螺转螺母时作用 在螺纹中径上的水平推力， FN 为法向反力，摩擦力 f FN F = f ，f 为摩擦系数， FR 为 FN 与 Ff 的合力， 为 FR 与 FN 的夹角，称为摩擦角， = arctan f 。 根据平衡条件作力封闭图得： = tan( + ) F FQ 所以，转动螺纹所需的转矩为： tan( ) 2 2 2 2 1 = = + d F d T F Q 螺母旋转一周所需的输入功为： W1 = 2T1 ；此时螺母上升一个导程 s，其有效功为： W F s Q = 2 。因此螺旋副的效率为： tan( ) tan tan( ) 2 2 tan 2 2 2 1 1 2 + = + = = = F d F d T F s W W Q Q Q 将效率公式绘制成曲线，如图所示。可见当 40 时效率最高，但过大的升角使制造困难。并且由曲线图 可以看出：当 25 之后，效率的增加不明显，所以 通常取 λ 不超过 25º。 当滑块沿斜面等速下降时，摩擦力向上，轴向载荷 FQ 变成驱动滑块等速下滑的驱动力，F 为阻碍滑块下降 的支持力，由如图所示的力封闭图可知： = tan( − ) F FQ 当转动一周时，输入功率为 W F s Q = 1 ，输出功率为 W2 = Fd2 ，此时螺旋副的效率为： 图 10－5
图10-6 由公式可知,若N≤p,则η≤0,说明此时无论 9-6滑块等速下降的力分析 轴向载荷F有多大,滑块(即螺母)都不能沿斜面运 动,这种现象称为自锁。n=0表明螺旋副处于临界自锁状态。n<0时,其值越小,自锁性越 强,需要有足够大的驱动力F才能使螺旋副产生相对运动。所以螺旋副的自锁条件是:≤p 二、非矩形螺纹 非矩形螺纹是指牙型角β≠0°的三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿型螺纹等。 如果忽略螺纹升角的影响,在相同的轴 向载荷F的作用下,非矩形螺旋副中的中 的法向力比较大,图所示。 非矩形螺旋副中的摩擦力比矩形螺旋 副大 倍,如果把法向力的增加想象成 图9-7矩形螺纹与非矩形螺纹的法向力 图10-7 摩擦系数的增加,则非矩形螺旋副的摩擦力为 F F=f·FN=f cos,Fo 其中f称为当量摩擦系数,fr= B tanp。p称为当量摩擦角 COS 同样我们可以得到以下的关系式 螺纹力矩 Fodz tand a+pv) tan 1 螺旋副效率 n-tan(a+Pp) 螺旋副自锁条件≤P 由此可知∶在其它条件相同的情况下,牙型角越大螺旋副的效率就越低,自锁性能就越好
tan tan( ) ' − = 由公式可知，若 λ≤ ，则 ' ≤0，说明此时无论 轴向载荷 FQ 有多大，滑块（即螺母）都不能沿斜面运 动，这种现象称为自锁。 ' ＝0 表明螺旋副处于临界自锁状态。 ' <0 时，其值越小，自锁性越 强，需要有足够大的驱动力 F 才能使螺旋副产生相对运动。所以螺旋副的自锁条件是：λ≤ 。 二、非矩形螺纹 非矩形螺纹是指牙型角 ≠0º的三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿型螺纹等。 如果忽略螺纹升角的影响，在相同的轴 向载荷 FQ 的作用下，非矩形螺旋副中的中 的法向力比较大，如图所示。 非矩形螺旋副中的摩擦力比矩形螺旋 副大 cos 1 倍，如果把法向力的增加想象成 摩擦系数的增加，则非矩形螺旋副的摩擦力为： V Q Q f N f F F F = f F = f = cos ' ' 其中 V f 称为当量摩擦系数， V V f f tan cos = = 。 V 称为当量摩擦角。 同样我们可以得到以下的关系式： 螺纹力矩 tan( ) 2 2 1 V FQd T = + 螺旋副效率 tan( ) tan V + = 螺旋副自锁条件 λ≤ V 由此可知：在其它条件相同的情况下，牙型角越大螺旋副的效率就越低，自锁性能就越好。 图 10－6 图 10－7
所以三角螺纹多用于紧固联接(利用其自锁性),其它螺纹用于传动以提高传动效率。 §10.4螺纹联接的基本类型和螺纹紧固件 螺纹紧固件 如图所示为典型的螺纹联接方式之一。 从图中可以看出,联接必须存在至少两个被联接件。同时具有螺栓、垫片、螺母等零件组成 了一个联接。 那么,螺纹紧固件的种类到底有那些呢? 联接实际上是和人类的发展紧密相连的。随着工业化进程的发展,随着专业化分工的出现, 为了提高零件的互 换性标准化势在必 邮纹余留长度l 鲁堂荷L≥(0.3~0.5)d 夜赖 行。作为各个行业都 冲击盒荷成弯曲取背:d=d 饺制孔用鄭检l应层可能 不可或缺的重要部 解纹伸出长度(2~4, 邮栓触就剩边缘的距高c·d十(3~6) 分:联接,特别是螺 图10-8螺栓联接 n)普通螺栓联接(6)饮制孔用蝶栓联接 纹联接、螺纹紧固件 的类型、规格标准化显得更具重要性。 就目前来讲,螺纹紧固件的品种很多,但是从结构等方面来说,常用的有以下几种。 1.蜗栓 螺栓是工程上、日常生活中 应用最为普遍、广泛的紧固件之 ,其形状如图所示。 螺栓的头部有各种不同形 六角头螺栓 图10-10双头鄭柱 -廑增长度一母墙长度
所以三角螺纹多用于紧固联接（利用其自锁性），其它螺纹用于传动以提高传动效率。 §10.4 螺纹联接的基本类型和螺纹紧固件 一．螺纹紧固件 如图所示为典型的螺纹联接方式之一。 从图中可以看出，联接必须存在至少两个被联接件。同时具有螺栓、垫片、螺母等零件组成 了一个联接。 那么，螺纹紧固件的种类到底有那些呢？ 联接实际上是和人类的发展紧密相连的。随着工业化进程的发展，随着专业化分工的出现， 为了提高零件的互 换性，标准化势在必 行。作为各个行业都 不可或缺的重要部 分：联接，特别是螺 纹联接、螺纹紧固件 的类型、规格标准化显得更具重要性。 就目前来讲，螺纹紧固件的品种很多，但是从结构等方面来说，常用的有以下几种。 1．螺栓 螺栓是工程上、日常生活中 应用最为普遍、广泛的紧固件之 一，其形状如图所示。 螺栓的头部有各种不同形 图 10-9 图 10-10 图 10-8
状,但是我们最常见的是六角头,为了满足工程上的不同需要,六角头又有标准六角头和小六角 头。一般情况下我们使用标准六角头,在空间尺寸受到限制的地方使用小六角头螺栓。但是,小 六角头螺栓的攴承面积较小,如果用于经常拆卸的场合时,螺栓头的棱角也易于磨圆 2.双头螺栓 如图10-10所示。 双头螺栓的两端都制有螺纹, 两端的螺纹可以相同, 也可以不同。其安装方式是一 端旋入被联接件的螺纹双头螺耗 孔中,另一端用来安装螺母。 3.螺钉 螺钉的头部有各种形状,如图10-11所示。为了明确表示螺钉的特点,所以通常以其头部 的形状来命名,如:半圆头螺钉、圆柱头螺钉、沉头螺钉和内六角圆柱螺钉等等。螺钉的承载力 一般较小。但是注意:在许多情况下,螺栓也可以用作螺钉。 (a)半國头 )圆柱买 a (d)内六角圆柱头 图10-11鄭 4.紧定螺钉 常用紧定螺钉婳图10-6所示。紧定螺钉主要用于小载荷的(a) a)懷端 (6) (b)平墙 情况下。例如,以传递囻周力为主的情况下,防止传动零件的轴 (c)凹墙 d)圆柱端 向串动等。可以看出:紧定螺钉的工作面是在末端,所以对于重 (e)圆尖增 (a) 要的紧定螺钉需要淬火硬化后才能满足要求。 5.螺母 图10-12紧定螺钉 螺母是和螺栓相配套的标准零件,其外形有:六角形、圆形
状，但是我们最常见的是六角头，为了满足工程上的不同需要，六角头又有标准六角头和小六角 头。一般情况下我们使用标准六角头，在空间尺寸受到限制的地方使用小六角头螺栓。但是，小 六角头螺栓的支承面积较小，如果用于经常拆卸的场合时，螺栓头的棱角也易于磨圆。 2．双头螺栓 如图 10-10 所示。 双头螺栓的两端都制有螺纹， 两端的螺纹可以相同， 也可以不同。其安装方式是一 端旋入被联接件的螺纹 孔中，另一端用来安装螺母。 3．螺钉 螺钉的头部有各种形状，如图 10-11 所示。为了明确表示螺钉的特点，所以通常以其头部 的形状来命名，如：半圆头螺钉、圆柱头螺钉、沉头螺钉和内六角圆柱螺钉等等。螺钉的承载力 一般较小。但是注意：在许多情况下，螺栓也可以用作螺钉。 4．紧定螺钉 常用紧定螺钉如图 10-6 所示。紧定螺钉主要用于小载荷的 情况下。例如，以传递圆周力为主的情况下，防止传动零件的轴 向串动等。可以看出：紧定螺钉的工作面是在末端，所以对于重 要的紧定螺钉需要淬火硬化后才能满足要求。 5．螺母 螺母是和螺栓相配套的标准零件，其外形有：六角形、圆形、 图 10- 12 图 10-11