《机械设计基础》-项目6

知识点１螺纹１螺纹的形成原理、类型及其主要参数如图６－２所示，将一与水平面倾斜角为λ的直线绕在圆柱体上，即可形成一条螺旋线。如果用一个平面图形（如梯形、三角形或矩形）沿着螺旋线运动，并保持此平面图形始终在通过圆柱轴线的平面内，则此平面图形的轮廓在空间的轨迹便形成螺纹。根据平面图形的形状，螺纹牙形有矩形（见图６－３（ａ））、三角形（见图６－３（ｂ））、梯形（见图６－３（ｃ））和锯齿形（见图６－３（ｄ））等。下一页返回知识点１螺纹根据螺旋线的绕行方向，螺纹分为右旋螺纹（见图６－４（ａ））和左旋螺纹（见图６－４（b））；根据螺旋线的数目，螺纹又可以分为单线螺纹（见图６－４（ａ））和双线或以上的多线螺纹（见图６－４（b））图６－４（c））。在圆柱体外表面上形成的螺纹称为外螺纹，在圆柱体孔壁上形成的螺纹称为内螺纹，如图６－５所示。以三角螺纹为例，圆柱普通螺纹有以下主要参数：（１）大径ｄ、Ｄ———与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱的直径，为螺纹的公称直径。上一页下一页返回知识点１螺纹（２）小径ｄ１、Ｄ１

———与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱的直径。（３）中径ｄ２、Ｄ２

———与螺纹牙宽度和牙槽宽度相等处的圆柱直径。（４）螺距Ｐ———相邻两螺纹牙同侧齿廓之间的轴向距离。（５）线数ｎ———螺纹的螺旋线数目。（６）导程Ｓ———在同一条螺旋线上相邻两螺纹牙之间的轴向距离，Ｓ＝ｎＰ。（７）螺纹升角λ———在中径ｄ２圆柱上螺旋线的切线与螺纹轴线的垂直平面间的夹角，如图６－６（ｂ）所示，Ｓ＝πｄ２ｔａｎλ。上一页下一页返回知识点１螺纹（８）牙形角α———在螺纹轴向剖面内螺纹牙形两侧边的夹角。２常用螺纹的类型和特点表６－１列出了常用螺纹的类型和特点。３螺旋副的受力分析、效率和自锁１）矩形螺纹如图６－６（ａ）所示，在外力（或外力矩）作用下，螺旋副的相对运动，可看作推动滑块沿螺纹表面运动。如图６－６（ｂ）所示，将矩形螺纹沿中径ｄ２处展开，得一倾斜角为λ的斜面，斜面上的滑块代表螺母，螺母与螺杆的相对运动可看成滑块在斜面上的运动。上一页下一页返回知识点１螺纹副的自锁特性，如起重螺旋做成自锁螺旋，可以省去制动装置。２）非矩形螺纹非矩形螺纹是指牙形角α不等于零的螺纹，包括三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。如图６－７所示，非矩形螺纹的螺母与螺杆相对运动时，相当于楔形滑块沿楔形槽的斜面移动。上一页下一页返回知识点１螺纹非矩形螺纹的受力分析与矩形螺纹的受力分析过程一样，而矩形螺纹与非矩形螺纹的不同之处在于，在相同轴向载荷ＦＱ作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹大（见图６－７），引入当量摩擦系数ｆｖ和当量摩擦角ρｖ来考虑非矩形螺纹法向力的增加量，即用当量摩擦角ρｖ代替式（６－１）～式（６－６）中的ρ，可相应得到非矩形螺纹在螺母分别处于等速上升和等速下降时螺母所需的水平推力Ｆ、转动螺母所需的转矩Ｔ１和螺旋副效率η的计算公式以及螺旋副自锁的条件。上一页下一页返回知识点１螺纹４螺旋传动在机械中，有时需要将转动变为直线移动。螺旋传动是实现这种转变经常采用的一种传动。例如，机床进给机构中采用螺旋传动实现刀具或工作台的直线进给，又如螺旋压力机和螺旋千斤顶（见图６－９）的工作部分的直线运动都是利用螺旋传动来实现的。上一页返回知识点２螺纹连接机械连接是指实现机械零（部）件之间互相连接功能的方法。机械连接分为两大类：（１）机械动连接，即被连接的零（部）件之间可以有相对运动的连接，如各种运动副。（２）机械静连接，即被连接的零（部）件之间不允许有相对运动的连接。除有特殊说明之外，一般的机械连接是指机械静连接，本章主要介绍机械静连接的内容。机械静连接又可分为两类：（１）可拆连接，即允许多次装拆而不失效的连接，包括螺纹连接、键连接（包括花键连接和无键连接）和销连接。下一页返回知识点２螺纹连接（２）不可拆连接，即必须破坏连接某一部分才能拆开的连接，包括铆钉连接、焊接和粘接等。另外，过盈连接既可做成可拆连接，也可做成不可拆连接。１螺纹连接的基本类型与标准螺纹连接件螺纹连接是利用具有螺纹的零件所构成的连接，是应用最广泛的一种可拆机械连接。１）螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型有普通螺栓连接、铰制孔用螺栓连接、螺钉连接、双头螺栓连接和紧定螺钉连接，如表６－２所示。上一页下一页返回知识点２螺纹连接２）标准螺纹连接件螺纹连接件的结构形式和尺寸已经标准化，设计时查阅有关标准选用即可。常用螺纹连接件的类型、结构特点和应用如表６－３所示。２螺纹连接的预紧和防松１）螺纹连接的预紧螺纹连接装配时，一般都要拧紧螺纹，使连接螺纹在承受工作载荷之前，受到预先作用的力，这就是螺纹连接的预紧，预先作用的力称为预紧力。螺纹连接预紧的目的在于增加连接的可靠性、紧密性和防松能力。上一页下一页返回知识点２螺纹连接３螺栓连接的强度计算螺栓连接通常是成组使用的，称为螺栓组。在进行螺栓组的设计计算时，首先要确定螺栓的数目和布置，再进行螺栓受载分析，从螺栓组中找出受载最大的螺栓，计算该螺栓所受的载荷，螺栓组的强度计算，实际上是计算螺栓组中受载最大的单个螺栓的强度。由于螺纹连接件已经标准化，各部分结构尺寸是根据等强度原则及经验确定的，所以，螺栓连接的设计只需根据强度理论进行计算确定其螺纹直径即可，其他部分尺寸可查标准选用。上一页下一页返回知识点２螺纹连接４螺栓的材料和许用应力螺栓材料一般采用碳素钢；对于承受冲击、振动或者变载荷的螺纹连接，可采用合金钢；对于特殊用途（如防锈、导电或耐高温）的螺栓连接，采用特种钢或者铜合金、铝合金等。如表６－５所示为国家标准规定的螺纹连接件按材料的机械性能分级。螺母的材料一般与相配合的螺栓相近而硬度略低。螺栓连接的许用应力与材料、制造、结构尺寸及载荷性质等因素有关。普通螺栓连接的许用拉应力按表６－６选取，许用剪应力和许用挤压应力按表６－７选取。上一页下一页返回知识点２螺纹连接５提高螺栓连接强度的途径１）改善螺纹牙间的载荷分布２）减少或避免附加应力、减少应力集中上一页返回图6-2返