第八章 螺紋聯接和螺旋傳動
§8.1 常用螺紋
一、螺紋的形成
把一銳角為 ψ 的直角三角形繞到一直徑為 d 的圓柱體上，繞時底邊與圓柱底邊重合，則斜邊就在圓柱體上形成一條空間螺旋線。
如用一個平面圖形 K （ 如三角形）沿螺旋線運動並使 K 平面始終通過圓柱體軸線 YY- 這樣就構成了三角形螺紋。同樣改變平面圖形 K ， 同樣可得到矩形、梯形、鋸齒形、圓弧形（管螺紋）
二、螺紋種類
三、螺紋的主要參數
1.大徑 d （ D）： 螺紋的最大直徑在標準中也作公稱直徑。
2.小徑 d1(D1)：即螺紋的最小直徑
3.中徑 d2 —— 在軸向剖面內牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，近似等於螺紋的平均直徑 d2 ≈ 0.5(d+d1)
4. 螺距 P —— 相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應兩點間的軸向距離
5.導程（ S ） —— 同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對應兩點間的軸向距離
6.線數 n —— 螺紋螺旋線數目，一般為便於製造 n ≤ 4
螺距、導程、線數之間關係： L=nP
7. 螺旋升角 ψ：中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直於螺紋軸線的平面的夾角
8. 牙型角 α：螺紋牙型兩側邊的夾角。
四、常用螺紋特點應用
1、三角形螺紋（普通螺紋）
牙型角為60 º ，可以分為粗牙和細牙，粗牙用於一般聯接；與粗牙螺紋相比，細牙由於在相同公稱直徑時，螺距小，螺紋深度淺，導程和升角也小，自鎖性能好，宜用於薄壁零件和微調裝置。
2、管螺紋
多用於有緊密性要求的管件聯接，牙型角為55 º ，公稱直徑近似於管子內徑，屬於細牙三角螺紋。
3、梯形螺紋
牙型角為30 º ，是應用最為廣泛的傳動螺紋。
4、鋸齒型螺紋
兩側牙型角分別為3 º 和30 º ，3 º 的一側用來承受載荷，可得到較高效率；30 º 一側用來增加牙根強度。適用於單向受載的傳動螺紋。
5、矩形螺紋
牙型角為0 º ，適於作傳動螺紋
§8.2 螺旋副的受力分析、效率和自鎖
一、矩形螺紋
螺旋副是由外螺紋（螺桿）和內螺紋組成的運動副，經過簡化可以看作推動滑塊（重物）沿螺紋表面運動（如圖所示）將矩形螺紋沿中徑 d2 處展開得一傾斜角為 λ（ 即螺紋升角）的斜面，斜面上的滑塊代表螺母，螺母和螺桿的相對運動可以看作滑塊在斜面上的運動。
滑塊在斜面上等速上升時 。 
當量摩擦角 
滑塊沿斜面等速下降時，摩擦力向上 
由公式可知，若 λ≤
，說明此時無論軸向載荷有多大，滑塊（即螺母）都不能沿斜面運動，這種現象稱為 自鎖
螺旋副的效率
§8.3 螺紋聯接的基本類型和及預緊和防松
一、螺紋聯接主要類型
1、螺栓聯接
普通螺栓聯接 —— 被聯接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，並在工作中不許消失，結構簡單，裝摺方便，可多個裝拆，應用較廣。
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2 、 雙頭螺栓聯接 —— 螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯接件，另一端配以螺母。適於常拆卸而被聯接件之一較厚時。折裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯接件中擰出。
3、螺釘聯接
螺釘聯接 —— 適於被聯接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適於受載較小情況。
4、緊定螺釘聯接 —— 擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應的缺口中以固定零件的相對位置。
可傳遞不大的軸向力或扭
二、標準螺紋聯接件
1．螺栓
螺栓的頭部有各種不同形狀，但是我們最常見的是六角頭，為了滿足工程上的不同需要，六角頭又有標準六角頭和小六角頭。一般情況下我們使用標準六角頭，在空間尺寸受到限制的地方使用小六角頭螺栓。但是，小六角頭螺栓的支承面積較小，如果用於經常拆卸的場合時，螺栓頭的稜角也易於磨圓。
2．雙頭螺柱
雙頭螺柱的兩端都制有螺紋，兩端的螺紋可以相同，也可以不同。其安裝方式是一端旋入被聯接件的螺紋孔中，另一端用來安裝螺母。
3. 螺釘
螺釘的頭部有各種形狀。為了明確表示螺釘的特點，所以通常以其頭部的形狀來命名。
4．緊定螺釘
緊定螺釘的工作面是在末端，所以對於重要的緊定螺釘需要淬火硬化后才能滿足要求 。
5．螺母與墊圈
螺母是和螺栓相配套的標準零件，其外形有：六角形、圓形、方形其厚度有厚的、標準的和扁的，其中以標準的應用最廣
墊圈最常見的有平墊和彈簧墊兩種。平墊主要是為了增加支承面積。彈簧墊主要是用於防止螺母和其它緊固件的自動鬆脫。所以凡是有振動的地方又未採取其它防松措施時，原則上都應該加裝彈簧墊。
三、螺紋聯接的預緊
在零件未受工作載荷前需要將螺母擰緊，使組成聯接的所有零件都產生一定的彈性變形（螺栓伸長、被聯接件壓縮），從而可以有效地保證聯接的可靠。這樣，各零件在承受工作載荷前就受到了力的作用，這種方式就稱為預緊，這個預加的作用力就稱為預緊力。對於重要的螺栓聯接，在裝配時需要控制預緊力 擰緊力矩為 
。
四、螺紋聯接的防松
一般來說，聯接螺紋具有一定的自鎖性。但是，工作條件地存在衝擊、振動、變載荷作用。在這些工況條件下，螺紋副之間的摩擦力會出現瞬時消失或減小的現象；同時在高溫或溫度變化比較大的場合，材料會發生蠕變和應力鬆弛，也會使摩擦力減小。在多次的作用下，就會造成聯接的逐漸鬆脫。
常用的防松方法有三種：摩擦防松、機械防松和永久防松 。
1、摩擦防松
1）彈簧墊片防松
彈簧墊圈材料為彈簧鋼，裝配后墊圈被壓平，其反彈力能使螺紋間保持壓緊力和摩擦力，從而實現防松。
2）對頂螺母防松
利用螺母對頂作用使螺栓式中受到附加的拉力和附加的摩擦力。由於多用一 個螺母，並且工作不十分可靠，目前已經和少使用了。
3）自鎖螺母防松
螺母一端製成非圓形收口或開縫后徑 向收口。當螺母擰緊后，收口脹開，利用 收口的彈力使旋合螺紋間壓緊 。
2、機械防松
1）槽形螺母和開口銷防松
槽形螺母擰緊后，用開口銷穿過螺栓尾部小孔和螺母的槽，也可以用普通螺母擰緊後進行配鑽銷孔 。
2）圓螺母和止動動墊片
使墊圈內舌嵌入螺栓（軸）的槽內，擰緊螺母后將墊圈外舌之一褶嵌於螺母的一個槽內。
3、永久防松
1）沖邊法防松
螺母擰緊后在螺紋末端沖點破壞螺紋。
2）粘合防松
通常採用厭氧膠粘結劑塗於螺紋旋合表面，擰緊螺母后粘結劑能夠自行固化，防松效果良好。
§8.4 螺紋聯接的強度計算
一、松螺栓聯接的強度計算
松螺栓聯接，螺母、螺栓和被聯接件不需要擰緊，
在承受工作載荷前，聯接螺栓是不受力的，典型的結
構起重機吊鉤。
其強度條件為： 
設計公式為： 
d1 —— 螺紋的小徑 （ mm ）
[ 
] —— 許用拉應力 （ MPa ），
[ 
]= 
—— 材料的屈服極限 ；
S —— 安全係數
根據求得 d1 再從設計手冊中查得公稱直徑 d
二、受橫向載荷緊螺栓聯接的強度計算
1、採用普通螺栓
對於普通螺紋聯接，強度的計算準則為：預緊力在接合面所產生的摩擦力必須足以阻止被聯接件間的相對滑移。則螺栓預緊力 F0 可以推導出
FR 為橫向載荷F0 為預緊力f 為摩擦係數m 接合面數
Z 為螺栓個數K 為過載係數一般取1.2
對於螺栓 F0 為拉力。同時預緊時對螺栓有轉矩 T 按照第四強度理論
擠壓強度條件為： 
L min —— 被聯接件中受擠壓孔壁的最小長度（ mm ）， 一般要求： L min ≥ 1.25d0
—— 螺栓或被聯接件中較弱者的許用擠壓應力
三、承受軸向載荷緊螺栓強度計算
受軸向載荷的額緊螺栓聯接是工程上使用最多的一種聯接方式。這時，必須同時考慮預緊力和外載力對聯接的綜和影響。
當施加預緊力后，螺母擰緊，螺栓桿對應於伸長，被聯接件在的作用下產生壓縮變形。當聯接上作用有外載F 時，螺栓桿將繼續伸長，被聯接件因壓力減小而產生部分彈性恢復，其壓縮變形的恢復量也應該等於，此時被聯接件上的殘餘壓力稱為殘餘預緊力
殘餘預緊力 
與工作要求有關係（表9-3）
螺栓所受總力 F ∑ =F+ 
螺栓強度公式為： 
校核公式： 
§8.5 螺旋傳動
一、螺旋傳動的類型、特點
按用途分三類：
1）傳力螺旋 —— 舉重器、千斤頂、加壓螺旋。特點：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖
2）傳導螺旋 —— 機床進給匯杠 — 傳遞運動和動力，特點：速度高、連續工作、精度高
3）調整螺旋 —— 機床、儀器及測試裝置中的微調螺旋。其特點是受力較小且不經常轉動
螺旋傳動按摩擦副的性質分：
1）滑動螺旋：構造簡單、傳動比大，承載能力高，加工方便、傳動平穩、工作可靠、易於自鎖。
缺點：磨損快、壽命短，低速時有爬行現象（滑移），摩擦損耗大，傳動效率低（30
—40%）傳動精度低。
滑動螺旋的這些致命缺點，使之不能適應現代工業發展的需要。
2、滾動螺旋傳動 —— 摩擦性質為滾動摩擦。滾動螺旋傳動是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續裝填若干滾動體（多用鋼球），當傳動工作時，滾動體沿螺紋滾道滾動並形成循環。
特點：傳動效率高（可達90%），起動力矩小，傳動靈活平穩，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆運動效率相同，可實現逆傳動。預緊后剛度好，定位精度高（重複定位精度高）
缺點：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差 ，結構複雜，製造工藝要求高，成本較高。
