第九章螺纹连接及螺旋传动课件.ppt

1、9.1 概述概述9.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁9.3 螺纹连接的基本类型及其预紧和防松螺纹连接的基本类型及其预紧和防松9.4 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算9.5 螺纹连接件的材料和许用应力螺纹连接件的材料和许用应力9.6 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施9.7 螺旋传动螺旋传动静静联联接接动联接动联接运动副运动副与动力与动力源组合源组合零件零件构件构件机构机构机器机器静联接静联接动联接动联接(运动副运动副)可拆联接：可拆联接：螺纹联接螺纹联接、键联接、销联接等、键联接、销联接等不可拆联接不可拆联接：铆接、焊接、胶接等：铆接、焊接、胶接等联接

2、联接螺纹螺纹问题的提出：问题的提出：一、螺纹的形成一、螺纹的形成平面图形沿螺旋线运动形成螺平面图形沿螺旋线运动形成螺纹。纹。（2 2）小径小径d d1 1：外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）所在圆柱面直径。外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）所在圆柱面直径。（3 3）中径中径d d2 2 ： 轴向剖面上牙厚轴向剖面上牙厚与牙间宽相等处的假与牙间宽相等处的假想圆柱面直径。想圆柱面直径。 d20.5(d+d1)（1 1）大径大径d d（一般为公称直径）（一般为公称直径）：外螺纹牙顶（或内螺纹牙底）所在圆柱面直径。外螺纹牙顶（或内螺纹牙底）所在圆柱面直径。1.1.螺纹直径螺纹直径螺距螺距P P、导程、导程S S、线数

3、线数n n之间关系：之间关系：S = nP（2 2）导程导程S S：同一螺旋线上相邻两牙对应两点间的轴向距离。同一螺旋线上相邻两牙对应两点间的轴向距离。2.2.螺距、导程和线数螺距、导程和线数（1 1）螺距螺距P P：相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。（3 3）线数线数n n：螺纹的螺旋线数目，为便于制造，一般螺纹的螺旋线数目，为便于制造，一般n4n4。22dnPd arctan)/Sarctan( 螺纹螺纹中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。轴线的平面的夹角。3.3.螺旋升角螺旋升角（2 2）

4、牙型斜角）牙型斜角：螺纹牙侧边与轴线垂直平面的夹角。：螺纹牙侧边与轴线垂直平面的夹角。4.4.牙型角牙型角和牙型斜角和牙型斜角 （1 1）牙型角）牙型角：轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角。：轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角。三、螺纹的类型三、螺纹的类型1.1.按螺纹在轴向剖面内的形状分为按螺纹在轴向剖面内的形状分为矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹 常用右旋螺纹；常用右旋螺纹； 特殊需特殊需要时，用左旋螺纹要时，用左旋螺纹, ,如煤气罐如煤气罐减压阀与罐体的螺纹连接；减压阀与罐体的螺纹连接；自行车左踏板轴与拐杆的螺自行车左踏板轴与拐杆的螺纹连接等。纹连接等。2

5、.2.按螺旋线绕行的方向分为按螺旋线绕行的方向分为右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹3. 3. 按螺纹的线数分为按螺纹的线数分为双线螺纹（双线螺纹（180度）度）单线螺纹（多用于连接）单线螺纹（多用于连接）多线螺纹（多用于传动）多线螺纹（多用于传动）4.4.按螺纹在圆柱体的位置分按螺纹在圆柱体的位置分外螺纹和内螺纹外螺纹和内螺纹螺纹连接件实物螺纹连接件实物牙型角牙型角=600，牙型斜角，牙型斜角=300；有多种螺距，其中螺距最大的为有多种螺距，其中螺距最大的为粗牙螺纹粗牙螺纹,其余为其余为细牙螺纹细牙螺纹。后者常用。后者常用于细小零件、薄壁管于细小零件、薄壁管件或受冲击、振动和件或受冲击、振动和

6、变载荷的联接中；变载荷的联接中；三角形螺纹当量三角形螺纹当量摩擦系数大，自锁摩擦系数大，自锁性好，牙根强度高，性好，牙根强度高，广泛应用于各种紧广泛应用于各种紧固联接。固联接。四、几种常用螺纹的特点和应用四、几种常用螺纹的特点和应用 普通螺纹普通螺纹 基本牙型基本牙型 GB/T 193-2003 普通螺纹普通螺纹 直径与螺距系列直径与螺距系列 GB/T 196-2003 普通螺纹普通螺纹 基本尺寸基本尺寸 GB/T 197-2003 普通螺纹普通螺纹 公差公差 GB/T 2516-2003 普通螺纹普通螺纹 极限偏差极限偏差 GB/T 9144-2003 普通螺纹普通螺纹 优选系列优选系列 G

7、B/T 1414-2003 普通螺纹普通螺纹 管路系列管路系列 GB/T 9145-2003 普通螺纹普通螺纹 中等精度、优选系列中等精度、优选系列的极限尺寸的极限尺寸 GB/T 9146-2003 普通螺纹普通螺纹 粗糙精度、优选系粗糙精度、优选系列的极限尺寸列的极限尺寸 GB/T 192-2003基本牙型基本牙型（1） 螺纹代号螺纹代号 螺纹特征代号螺纹特征代号 M 公称直径公称直径X螺距螺距 旋向旋向 粗牙普通螺纹的螺纹代号用牙型代号粗牙普通螺纹的螺纹代号用牙型代号“ M”及及“公称直径公称直径”表表示；细牙普通螺纹的螺纹代号用牙型代号示；细牙普通螺纹的螺纹代号用牙型代号“M”及及“公称

8、直径公称直径X螺距螺距”表示。当螺纹为左旋时，在螺纹代号后加表示。当螺纹为左旋时，在螺纹代号后加“LH”字。字。 （2）螺纹公差带代号包括中径公差带代号与顶径公差带代号。）螺纹公差带代号包括中径公差带代号与顶径公差带代号。 螺纹公差带代号由表示其大小的公差等级数字和基本偏差字母螺纹公差带代号由表示其大小的公差等级数字和基本偏差字母组成。如组成。如 6H、6g等。中径公差带代号与顶径公差带代号不相等。中径公差带代号与顶径公差带代号不相同则要分别标注，如同则要分别标注，如M20-5g6g；若两者相同，则只标注一个；若两者相同，则只标注一个代号，如代号，如M20-6g。 （3）螺纹旋合长度代号）螺纹

9、旋合长度代号 按短按短 (S) 、中、中(N) 、长、长(L)有三组旋合长度。在一般情况下，不有三组旋合长度。在一般情况下，不标注旋合长度，按中等旋合长度（标注旋合长度，按中等旋合长度（N）来确定；必要时加注旋）来确定；必要时加注旋合长度代号合长度代号S或或L。如。如M20-6H-S，M20-5g6g-L。普通螺纹的标注普通螺纹的标注v2.管螺纹管螺纹以管子的内径（英寸）表示尺寸代号；以每英寸内以管子的内径（英寸）表示尺寸代号；以每英寸内的牙数表示螺距；牙型角的牙数表示螺距；牙型角= 550；分为非螺纹密封的管螺纹和用螺纹密封的管螺纹。分为非螺纹密封的管螺纹和用螺纹密封的管螺纹。后者螺纹分布在

10、锥度为后者螺纹分布在锥度为1：16的圆锥管壁上；的圆锥管壁上；适用于管接头、旋塞、阀门及其它附件。适用于管接头、旋塞、阀门及其它附件。用螺纹密封的管螺纹用螺纹密封的管螺纹非螺纹密封的管螺纹非螺纹密封的管螺纹v管螺纹国家标准管螺纹国家标准GB/T 12716-2002 60密封管螺纹密封管螺纹 GB/T 7307-2001 55非密封管螺纹非密封管螺纹 GB/T 7306.1-2000 55密封管螺纹密封管螺纹 第第1部分部分:圆圆柱内螺纹与圆锥外螺纹柱内螺纹与圆锥外螺纹 GB/T 7306.2-2000 55密封管螺纹密封管螺纹 第第2部分部分:圆锥内螺纹与圆锥外螺纹圆锥内螺纹与圆锥外螺纹 管

11、螺纹的标注格式管螺纹的标注格式：螺纹特征代号螺纹特征代号 尺寸代号尺寸代号 公差等级公差等级 旋向旋向。 管螺纹的螺纹特征代号在前面已经介绍，尺寸代号为英寸单位；管螺纹的螺纹特征代号在前面已经介绍，尺寸代号为英寸单位；对非螺纹密封的外管螺纹可标注公差等级，公差等级有对非螺纹密封的外管螺纹可标注公差等级，公差等级有A，B两两种，其它管螺纹的公差等级只有一种，可省略标注；旋向代号种，其它管螺纹的公差等级只有一种，可省略标注；旋向代号中，若为右旋可不标注，若为左旋，用中，若为右旋可不标注，若为左旋，用“-LH”来注明。来注明。 例例G1 1/2“ LH 表示用于非螺纹密封的圆柱管螺纹，尺寸代表示用于

12、非螺纹密封的圆柱管螺纹，尺寸代号为号为1 1/2 英寸，为左旋。英寸，为左旋。 R1 1/2“ LH表示用于螺纹密封的表示用于螺纹密封的左旋圆锥外管螺纹，尺寸代号为左旋圆锥外管螺纹，尺寸代号为1 1/2 英寸。英寸。管螺纹的标注管螺纹的标注圆柱管螺纹常见有三类，非螺纹密封的内外管螺纹和螺纹密封的圆柱内管螺纹，螺圆柱管螺纹常见有三类，非螺纹密封的内外管螺纹和螺纹密封的圆柱内管螺纹，螺纹特征代号分别是纹特征代号分别是 G和和R P； 螺纹密封的圆锥内和圆锥外管螺纹特征代号分别是螺纹密封的圆锥内和圆锥外管螺纹特征代号分别是 R C 和和 R。注意以下两点：。注意以下两点： (1)管螺纹的尺寸为管子孔

13、径的近似值，而不是管子外径。管螺纹的尺寸为管子孔径的近似值，而不是管子外径。 (2)管螺纹是每英寸有多少个牙表示牙型的粗细，换算后螺距为小数，如管螺纹是每英寸有多少个牙表示牙型的粗细，换算后螺距为小数，如G1“的管螺的管螺纹沿轴线上有纹沿轴线上有11个牙，其螺距为个牙，其螺距为25.4除以除以11为为2.309.v3.梯形螺纹梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角牙型为等腰梯形，牙型角=300。内外螺纹以锥面贴紧不易松动。工艺性好，牙根强内外螺纹以锥面贴紧不易松动。工艺性好，牙根强度高，对中性好，传动效率低于矩形螺纹度高，对中性好，传动效率低于矩形螺纹 。广泛应用于螺旋传动，如机床丝杠，螺旋举重器等。

14、广泛应用于螺旋传动，如机床丝杠，螺旋举重器等。v梯形螺纹国家标准梯形螺纹国家标准GB/T 5796.1-2005 梯形螺纹梯形螺纹 第第1部分部分:牙型牙型 GB/T 5796.2-2005 梯形螺纹梯形螺纹 第第2部分部分:直径与螺直径与螺距系列距系列 GB/T 5796.3-2005 梯形螺纹梯形螺纹 第第3部分部分:基本尺寸基本尺寸 GB/T 5796.4-2005 梯形螺纹梯形螺纹 第第4部分部分:公差公差 GB/T 5796. 1-2005基本牙型基本牙型梯形螺纹的标注格式：梯形螺纹的标注格式：螺纹代号螺纹代号 -螺纹公差带代号螺纹公差带代号-螺纹旋合长度代号螺纹旋合长度代号。 梯形

15、螺纹的螺纹代号由牙型代号和尺寸规格组成，若为右旋可梯形螺纹的螺纹代号由牙型代号和尺寸规格组成，若为右旋可不标注，若为左旋，用不标注，若为左旋，用“ -LH”来注明。单线梯形螺纹用来注明。单线梯形螺纹用“尺寸尺寸规格规格X螺距螺距”来表示，多线梯形螺纹用来表示，多线梯形螺纹用“尺寸规格尺寸规格X导程（导程（P螺螺距）距）”来表示。梯形螺纹公差带代号只标注中径公差带代号；来表示。梯形螺纹公差带代号只标注中径公差带代号；按尺寸和螺距的大小分为中等旋合长度（按尺寸和螺距的大小分为中等旋合长度（N）和长旋合长度）和长旋合长度（L）。当旋合长度为）。当旋合长度为N组时，不标注；当旋合长度为组时，不标注；当

16、旋合长度为L组时，组时，用代号用代号“-L”标注，旋合长度根据需要，可标写旋合长度数值。标注，旋合长度根据需要，可标写旋合长度数值。 例例Tr40X7-7H 表示公称直径尺寸为表示公称直径尺寸为40mm, 螺距为螺距为7mm的单线的单线右旋梯形螺纹（内螺纹），中径公差带为右旋梯形螺纹（内螺纹），中径公差带为7H，中等旋合长度。，中等旋合长度。 例例Tr40X14（P7）LH-8e-L 表示公称直径尺寸为表示公称直径尺寸为40mm, 导程导程为为14mm ，螺距为，螺距为7mm的双线左旋梯形螺纹（外螺纹），中径的双线左旋梯形螺纹（外螺纹），中径公差带为公差带为8e，长等旋合长度，长等旋合长度梯形

17、螺纹的标注梯形螺纹的标注 牙型为正方形，牙型角牙型为正方形，牙型角=0 00 0。传动效率较其它。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，传动精度较低，且加工困难。目前很修复和补偿，传动精度较低，且加工困难。目前很少应用，已逐渐被梯形螺纹取代。少应用，已逐渐被梯形螺纹取代。4.4.矩形螺纹矩形螺纹v5.锯齿形螺纹锯齿形螺纹牙型为不等腰梯形，工作面的牙型斜角为牙型为不等腰梯形，工作面的牙型斜角为30，非工，非工作面的牙型斜角为作面的牙型斜角为300。内外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对中，传动内外螺纹旋合后，大径处无间隙，

18、便于对中，传动效率高、牙根强度高，但只适用于单方向的轴向载效率高、牙根强度高，但只适用于单方向的轴向载荷传动。荷传动。锯齿形螺纹的标注格式：锯齿形螺纹的标注格式：牙型代号牙型代号 B、尺寸规格尺寸规格、导程（螺距）或螺距导程（螺距）或螺距、旋旋向向-公差带代号公差带代号-旋合长度代号旋合长度代号。单线螺纹仅标注螺距；单线螺纹仅标注螺距；右旋螺纹不标注旋向。右旋螺纹不标注旋向。 例例B40X14（P7）LH-8c-L表示公称直径尺寸为表示公称直径尺寸为40mm, 导程为导程为14mm ，螺距为螺距为7mm的双线左旋锯齿形螺纹（外螺纹），的双线左旋锯齿形螺纹（外螺纹），公差带代号为公差带代号为8e

19、，L为长旋合长度。为长旋合长度。锯齿形螺纹的标注锯齿形螺纹的标注一、矩形螺纹一、矩形螺纹 图示为一矩形螺旋千图示为一矩形螺旋千斤顶。给螺母手柄加驱动斤顶。给螺母手柄加驱动力矩力矩T T，使螺母通过托盘，使螺母通过托盘带动重物带动重物F FQ Q上升。上升。托盘托盘手柄手柄螺母螺母螺杆螺杆Q f摩擦系数摩擦系数螺旋升角螺旋升角 摩擦角摩擦角：=arctanf 将螺旋面沿中径展开得一斜面，将螺母视为一滑将螺旋面沿中径展开得一斜面，将螺母视为一滑块，则螺旋副的作用可视为在水平驱动力块，则螺旋副的作用可视为在水平驱动力F Ft t的作用下的作用下 克服轴向载荷克服轴向载荷F FQ Q, , 沿沿斜面斜

20、面 匀速向上移动。匀速向上移动。（1 1）建立力学模型）建立力学模型FR 全反力全反力FN 法向反力法向反力Ff 摩擦力摩擦力v FfFNFtFQ FR 2)tan(2FT22tdFdQ 注意：注意：在起重螺旋中，在起重螺旋中，T为克服螺旋副的摩擦阻力为克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物时所需要的驱动力矩。对于螺纹联接，和升起重物时所需要的驱动力矩。对于螺纹联接，T则为拧紧螺纹时的驱动力矩。则为拧紧螺纹时的驱动力矩。则：驱动力矩则：驱动力矩T为为)tan( QtFF（2 2）由平衡条件求解）由平衡条件求解由右图的力矢量三角形得：由右图的力矢量三角形得： + F FQ QF Ft tF FR R2.

21、2.螺纹连接的自锁条件螺纹连接的自锁条件螺纹具有自锁性时，必螺纹具有自锁性时，必有：有：螺旋副的自锁条件：螺旋副的自锁条件：螺旋升角小于或等于接螺旋升角小于或等于接 触表面的摩擦角。触表面的摩擦角。fQxFF fFfFFQQyQ cossin tgftg tgtg 自锁：自锁：螺纹连接被拧紧后，如不加反向外力矩，不螺纹连接被拧紧后，如不加反向外力矩，不 论轴向力论轴向力F FQ Q多么大，螺母也不会自动松开。多么大，螺母也不会自动松开。FfFQFQXFQY 3.3.螺旋副的传动效率螺旋副的传动效率 22tantan22221dFdFTSFWWQQQW1-有用功有用功 W2-输入功输入功 tan

22、tan 非矩形螺纹是指牙型斜角不等于非矩形螺纹是指牙型斜角不等于0 0的三角形螺纹、的三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。梯形螺纹和锯齿形螺纹。二、非矩形螺纹二、非矩形螺纹v反力反力v摩擦力摩擦力v当量摩擦角当量摩擦角N/2N/2NN 900- 900- QffQfNFvf cos2QN cos2 cosarctanarctanffvv )tan(FF vQt 切向水平推力切向水平推力：自锁条件自锁条件： v )tan(tanv 效率效率：其中其中：v=arctan fv fv =f /cos 牙型斜角牙型斜角 fv 当量摩擦系数当量摩擦系数 v 当量摩擦角当量摩擦角 螺纹力矩螺纹力矩：2)ta

23、n(FT 2vQd 故：故：三角形螺纹（升角在三角形螺纹（升角在1.51.53.53.5之间）常用之间）常用于联接；梯形螺纹牙根强度高，对中性好，容易制于联接；梯形螺纹牙根强度高，对中性好，容易制造，多用于传动。造，多用于传动。几种常用螺纹比较几种常用螺纹比较三角形三角形螺纹螺纹梯形梯形螺纹螺纹锯齿形锯齿形螺纹螺纹矩形矩形螺纹螺纹牙型斜角牙型斜角当量摩擦系数当量摩擦系数f fv v 当量摩擦角当量摩擦角v v自锁性自锁性传动效率传动效率大大 小小大大 小小大大 小小好好 坏坏低低 高高 例：已知摩擦系数例：已知摩擦系数f=0.12，在静载荷作用下，试计算，在静载荷作用下，试计算12粗牙普通螺纹能否自锁。粗牙普通螺纹能否自锁。 0294. 286.1075. 1arctanarctandp2.2.求当量摩擦角求当量摩擦角0089. 730cos12. 0arctancosarctanfV 因为因为PB。如如A A，B B两段螺旋的旋向相反，则两段螺旋的旋向相反，则L=(PA+PB)/2，螺母螺母2 2将作快速移动。螺旋拉紧器就是一个实例。将作快速移动。螺旋拉紧器就是一个实例。螺旋拉紧器螺旋拉紧器