第5章 普通螺旋传动

第5章螺纹联接和螺旋传动螺纹联接是利用具有螺纹的零件将需要相对固定的零件联接在一起。这种联接具有结构简单、工作可靠、装拆方便、成本低等优点，因此应用广泛。螺旋传动是由螺杆、螺母和机架组成，可将回转运动变换为直线运动。它们都是利用螺纹零件工作的。5.1螺纹的种类及应用5.2螺旋传动5.3普通螺旋传动的应用5．1．1螺纹的形成与分类1．螺纹形成如图所示，将直角三角形ABC绕到直径为d的圆柱上，并使其底边AB与圆柱底面的圆周线重合，则斜边AC在圆柱体表面就形成了一条螺旋线。螺纹是在该圆柱面上、沿螺旋线所形成的、具有相同剖面的凸起和沟槽。2．螺纹分类（1）按螺旋线绕行方向，螺纹可分为右旋螺纹和左旋螺纹，顺时针旋入的为右螺纹，逆时针旋入的为左螺纹。也可用右手判断，手心对着自己，螺纹的旋向与右手大拇指一致为右螺纹一般常用右螺纹。（2）按螺旋线的数目，螺纹可分为单线螺纹和多线螺纹。单线螺纹一般用于联接，多线螺纹多用于传动。（3）按螺纹截面形状，螺纹可分为三角形、梯形、锯齿形、矩形以及其他特殊形状的螺纹。（4）按用途不同，一般可将螺纹分为联接螺纹和传动螺纹。5．1．2常用螺纹的应用常用的螺纹有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。除矩形螺纹外，其它螺纹均已标准化。除管螺纹采用英制外，均采用公制。应用见表所示。表5.1常用螺纹的牙型与应用种类截面牙型特点与应用联接螺纹普通螺纹牙型为等边三角形，牙型角为60°，螺纹牙的根部削弱较小，强度大；螺纹面间的摩擦力大，自锁性能好，适用作联接螺纹。同一公称直径，按螺距大小，可分为粗牙与细牙两类应用最广。一般联接多用粗牙，细牙用于薄壁零件，也常用于受冲击、振动和微调机构圆柱管螺纹牙型角为55°，公称直径近似为管子内径。螺纹副本身不具有密封性多用于水、油、气的管路以及电器管路系统的联接中圆锥管螺纹牙型角为55°，螺纹分布在1：16的圆锥管上，内外螺纹公称牙间没有间隙，依靠螺纹牙的变形就可以保证联接的紧密性适用于管子、管接头、旋塞、阀门和其他螺纹联结的附件，多用于高温、高压和润滑系统传动螺纹梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角为30°，内径与外径处有相等间隙，效率较低，但加工工艺性好，强度高，螺旋副的对中性好广泛应用于传力或螺旋传动中，如机床丝杠等锯齿形螺纹工作面的牙型侧角为3°，非工作面的牙型侧角为30°，外螺纹的牙根处有圆角，减小应力集中，其牙根强度和传动效率都比梯形螺纹高广泛应用于单向受力的传动机构。如轧钢机、压力机和机车架修理台等矩形螺纹牙型为正方形，牙型角为0°，牙厚为螺距的一半，螺纹牙根部削弱大，强度小；螺旋副磨损后，间隙难以修复和补偿，使传动精度降低，已逐渐被梯形螺纹所代替多应用于传力或螺旋传动中，传动效率高，对中性精度低5．1．3普通螺纹的主要参数普通螺纹主要参数有8个，即大径、小径、中径、螺距、线数、导程、牙型角和螺纹升角。对标准螺纹来说，只要知道大径、线数、螺距和牙型角就可以了，而其他参数，可通过计算或查表得出。1．大径（D，d）大径是指与外螺纹牙顶（或内螺纹牙底）相重合的假想圆柱面的直径。内螺纹用D表示，外螺纹用d表示，标准中将螺纹大径的基本尺寸定为公称直径，是代表螺纹尺寸的直径。2．小径（D1，d1）小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径。内螺纹用D1表示，外螺纹用d1表示。3．中径（D2，d2)中径是一个假想圆柱的直径。该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方，假想圆柱称为中径圆柱。内螺纹用D2表示，外螺纹用d2表示。4．螺距（P）螺距是相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。用P表示。5．线数（z）线数是指一个螺纹零件的螺旋线数目。用z表示。5．1．3普通螺纹的主要参数6．导程（S）导程是指同一条螺旋线上的相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。7．牙型角和牙侧角(α,β)牙型角是指在螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角。并用α表示，普通螺纹α=60°。牙侧角是指在螺纹牙型上牙侧与螺纹轴线的垂线间夹角，并用β表示。8．螺纹升角（φ）螺纹升角是指在中径圆柱面上，螺旋线的切线与垂直与螺纹轴线的平面的夹角。9．螺纹旋合长度螺纹旋合长度是指两个相互配合的螺纹，沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。三角形螺纹各部分名称5.1.4螺纹的代号与标记1．普通螺纹螺纹代号由特征代号和尺寸代号组成。粗牙普通螺纹用字母M与公称直径表示；细牙普通螺纹用字母M与公称直径×螺距表示。当螺纹为左旋时，在代号之后加“左”字。【例5.1】M40——表示公称直径为40毫米的粗牙普通螺纹。螺纹完整的标记是由螺纹代号、螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号组成。螺纹公差带代号，包括中径公差带代号与顶径公差带代号。公差带代号是由表示其公差等级数字和表示公差带位置的字母所组成。标准规定内螺纹有G、H两种基本偏差代号，外螺纹规定了g、h、e、f四种。如6H、6g等“6”为公差等级数字，“H”或“g”为基本偏差代号。公差带代号标注在螺纹代号之后，中间用“—”分开。如果螺纹的中径公差带代号与顶径公差带代号不同，则分别标注，前者表示中径公差带，后者表示顶径公差带；如果中径与顶径公差带代号相同，则只要标注一个代号即可。5.1.4螺纹的代号与标记【例5.2】M20—5g6g中，“5g”为中径公差带代号，“6g”为顶径公差带代号。对于一般使用的螺纹，不标注螺纹旋合长度及其代号，使用时按中等旋合长度确定，必要时在螺纹公差带代号之后，加注旋合长度代号（S或L），中间用“—”分开。在特殊需要时还可注明旋合长度的数值。【例5.3】M30×1—5g6g—S中“S”表示短旋合长度2．管螺纹（1）螺纹密封的管螺纹的标记由螺纹特征代号和尺寸代号组成。特征代号为：RC表示圆锥内螺纹；RP表示圆柱内螺纹；R表示圆锥外螺纹。尺寸代号的数字单位为英寸。【例5.4】表示圆锥内螺纹，公称直径（管子内径）为英寸。表示左旋圆锥外螺纹，公称直径（管子内径）为英寸。LHR811811cR8118115.1.4螺纹的代号与标记装配时，内外螺纹用斜线分开，左边表示内螺纹，右边表示外螺纹。【例5.5】表示公称直径为英寸的圆柱内螺纹与圆锥外螺纹配合。（2）非螺纹密封的管螺纹的标记由螺纹特征代号、尺寸代号和公差等级代号组成。特征代号用字母G。内螺纹的标记为特征代号G与尺寸代号两项；外螺纹的标记为特征代号与尺寸代号和公差等级代号A或B三项。【例5.6】尺寸代号为的管螺纹的标记为：内螺纹：外螺纹：，左旋内螺纹：配合时标记为：（内螺纹与A级外螺纹配合）3．梯形螺纹梯形螺纹标记与普通螺纹相类似，由规格代号、公差带代号和旋合长度三部分组成。【例5.7】Tr40×7LH—7H—L中“Tr”指梯形螺纹，“40”指公称直径为40mm，“7”指螺距为7mm，“LH”指左旋（右旋不注），“7H”指中径公差带代号（顶径公差带代号不注），“L”指长旋合长度。811811RRp81183GAG83BG83LHG83AGG83835.1.5螺纹联接的基本类型螺纹联接是利用螺纹零件构成可拆卸的固定联接。螺纹联接具有结构简单、紧固可靠、装拆迅速方便的特点，因此应用极为广泛。螺纹联接的基本类型有螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联接四种，它们的结构、主要尺寸关系、特点及应用见表。表螺纹联接的基本类型类型螺栓联接双头螺柱联接螺钉联接紧定螺钉联接结构受拉螺栓受剪螺栓特点和应用螺栓穿过被联接件的通孔，与螺母组合使用，结构简单、装拆方便，适用于被联接件厚度不大且能够从两面进行装配的场合将螺柱上螺纹较短的一端旋入并紧定在被联接件之一的螺纹孔中，不再拆下，适用于被联接件之一较厚不宜制作通孔及需经常拆卸，联接紧固或紧密程度要求较高的场合螺钉穿过较薄被联接件的通孔，直接旋入较厚被联接件的螺纹孔中，不用螺母，结构紧凑，适用于被联接之一较厚，受力不大，且不经常装拆，联接紧固或紧密程度要求不太高的场合利用螺钉的末端顶住另一被联接件的凹坑中，以固定两零件的相对位置，可传递不大的横向力或转矩5.1.6螺纹联接的预紧和防松方法１．螺纹联接的预紧绝大多数螺纹联接，装配时都需要把螺母拧紧，使螺栓和被联接件受到预紧力的作用，这种联接叫做紧螺纹联接。也有少数情况，螺纹联接在装配时不拧紧，这种联接叫做松螺纹联接。螺纹联接预紧的目的是增强联接的刚性，提高紧密性和防松能力，确保联接安全工作。一般螺母的拧紧靠经验控制。重要的紧螺纹联接，在装配时常用测力矩扳手和定力矩扳手控制预紧力的大小。2．螺纹联接的防松方法螺纹联接件常为单线螺纹，满足自锁条件。在受静载荷和工作温度变化不大时，不会自行脱落。但在受冲击、振动和变载荷作用下，以及工作温度变化很大时，这种联接有可能自松，影响工作，甚至发生事故。为了保证螺纹联接安全可靠，必须采取有效的防松措施。常用的防松措施有摩擦力防松和机械防松两类。5.1.6螺纹联接的预紧和防松方法表螺纹联接防松方法简表摩擦力防松弹簧垫圈弹簧垫圈材料为弹簧钢，装配后垫圈被压平，其反弹力使螺纹间保持压紧力和摩擦力。结构简单、工作可靠、应用较广泛对顶螺母利用主、副螺母的对顶作用使螺栓始终受到附加的拉力和附加的摩擦力。结构简单，用于低速重载场合，外廓尺寸大，应用不如弹簧垫圈普遍利用机械方法防松槽形螺母和开口销在旋紧槽形螺母后，螺栓被钻孔。销钉在螺母槽内插入孔中，使螺母和螺栓不能产生相对转动。安全可靠，应用较广止动垫片在旋紧螺母后，止动垫圈一侧被折转；垫圈另一侧折于固定处，可固定螺母与被联接件的相对位置；要求有固定垫片的结构圆螺母和止动垫圈将垫圈内翅插入键槽内，而外翅翻入圆螺母的沟槽中，使螺母和螺杆没有相对运动。常用于滚动轴承的固定串金属丝螺钉紧固后，在螺钉头部小孔中串入铁丝，但应注意串孔方向为旋紧方向。简单安全，常用于无螺母的螺钉连接其他方法防松冲点防松用冲头冲2～3点粘结法防松用粘合剂涂于螺纹旋合表面,拧紧螺母后粘合剂能自行固化,防松效果良好5.2螺旋传动螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递动力。如图所示，借助开合螺母与长螺杆啮合实现车床纵向进给运动。螺旋传动的优点是结构简单，承载能力大，传动平稳无噪声，能实现自锁要求，传动精度高，孤广泛应用于机床进给机构、螺旋起重机和螺旋压力机中，缺点是螺纹之间产生较大的相对滑动，摩擦磨损严重，传动效率低.但由于滚动螺旋和静压螺旋的应用使磨损和效率问题得到了很大的改善。螺旋传动在机床、起重机械、锻压设备等场合应用广泛。常用螺旋传动有：普通螺旋传动、相对位移螺旋传动、差动位移螺旋传动和滚珠螺旋传动。机床刀架进给机构5.2.1普通螺旋传动普通螺旋传动是由螺杆和螺母组成的简单螺旋副。其螺杆（或螺母）的移动方向不仅与螺杆(或螺母)的回转方向有关，还和螺旋方向有关。螺杆或螺母的移动方向可用左、右手螺旋法则来判定：左旋螺杆（或螺母）伸左手，右旋螺杆（或螺母）伸右手，并半握拳，四指顺着螺杆（或螺母）的旋转方向，大拇指的指向即为螺杆（或螺母）的移动方向。若螺杆原地转动，螺母移动时，与大拇指指向相反方向，即为螺母移动方向。在普通螺旋传动中，螺杆(或螺母)的移动距离，由导程决定。即：式中：L——移动距离，mm／min；n——转速，r／min；S——导程，mm。SnL螺杆或螺母移动方向判定5.2.1普通螺旋传动普通螺旋传动的应用形式有：（1）螺母不动，螺杆回转并作直线运动：如千斤顶、台式虎钳等；（2）螺杆不动，螺母回转并作直线运动：如龙门刨床垂直刀架的水平移动、千斤顶等；（3）螺杆原地回转，螺母作直线运动：多用于机床进给机构，如车床大溜板的纵向进给和中溜板的横向进给；（4）螺母原位回转，螺杆往复运动：如应力试验机上的观察镜螺旋调整装置。螺杆位移的台式虎钳螺旋千斤顶螺杆原位回转，螺母往复运动螺母原位回转螺杆往复运动5.2.2相对位移螺旋传动下图为相时位移螺旋传动在自动定心夹具上的应用实例。在螺杆1上，A段为左旋螺纹，B段为右旋螺纹，这两段螺纹的导程相等。当螺杆1在支架3的支承内转动时，两个滑动螺母2和4将产生较快的相对运动，以等速趋近或远