机械基础-螺纹.doc

机械基础
1　螺纹
1・1　螺纹的种类和特征
1・1・1　螺纹的基础
（1）螺纹升角和牙型角的关系
　将直角三角形的纸张卷到圆柱上时，该直角三角形的斜边形成的曲线呈螺旋状，我们把这称为螺旋线。如图1-1所示，这时的β角称为螺纹升角或螺旋角，表示螺旋线的倾斜程度。而牙型角是指螺纹牙型螺旋线和穿过其上方1点的与螺轴平行的直线所形成的角度α。它们之间有着螺旋升角＋牙型角＝90°的关系。
（2）内螺纹和外螺纹
　沿着螺旋线在圆柱表面切割出来的沟槽就是外螺纹，在圆柱内侧切割出来的沟槽就是内螺纹。
（3）单头螺纹和多头螺纹
由1根螺旋线形成的螺纹叫做单头螺纹，由2根形成的螺纹叫做双头螺纹。通常我们把由多根螺旋线形成的螺纹叫做多头螺纹。
（4）导程和螺距
　相邻的两个螺纹牙型的中心线之间的距离叫做螺距，螺纹的轴向行进距离叫做导程（图1-2）。如果设导程为Ｌ，螺距为Ｐ，线数为ｎ，则三者之间的关系为Ｌ＝ｎ×Ｐ。
　由上可以得出，如果采用多头螺纹，可以较少的转数较快地拧紧。

螺纹槽
轴线
螺旋升角
螺旋线的切线
の接線
牙型角
螺旋线
螺纹各个部分的名称（2头，右旋，平行外螺纹的情况）
导程
螺距
螺距
螺纹
螺纹牙型

图1-1　螺旋升角和牙型角

图1-2　导程和螺距

（5）有效直径
　是指螺纹的牙型部分和沟槽部分的尺寸相等的假设圆柱的直径，它是计算螺纹的紧固力和强度或进行精密测量时的基本尺寸。
　如果螺纹的外径相同，则螺距越大，有效直径越小。
1・1・2　螺纹的种类、形状和用途
　三角螺纹是螺纹中最具有代表性的一种，不过对于管螺纹、梯形螺纹的形状和特点也要充分理解并牢记（表1-1、1-2）。

名称
螺纹牙型角度
螺纹的形状
螺距
单位
标称直径的尺寸
表示方法
牙顶
槽底
米制螺纹
60°
平面
圆形
㎜
㎜
粗牙　M10
M10×1.25
细牙　M10×1
M10×0.75
英制螺纹
统一螺纹
60°
平面
圆形
山数
英寸
编号或英寸
粗牙　3/8－16UNC
细牙　№8－16UNF
威氏螺纹
55°
圆形
圆形
山数
英寸
粗牙英寸
细牙㎜
粗牙　W3/8
细牙　W18　山14
表1-1　三角螺纹的种类和特点

螺纹的种类
特 点
①三角螺纹
外螺纹
内螺纹

螺纹牙强度高，摩擦大，因此螺纹的松动小，适合作为紧固螺纹使用。但同时它的效率较差，不适合用于力的传递。 管螺纹中，通常螺纹牙的角度为55°，是威氏螺纹粗牙的牙型，将管与管连接的原则是，对于平行外螺纹应使用平行内螺纹，对于锥形外螺纹 （R）应使用锥形内螺纹（Rc）或平行内螺纹（Rp）
②梯形螺纹
内螺纹
内螺纹

外螺纹
30度梯形螺纹
（米制螺纹类）
外螺纹
29度梯形螺纹
（威氏螺纹类）

与三角螺纹相比，其强度性能优异，适合于力的传递和零件的移动，易于作业，用于机床的丝杠、开关阀门用的螺纹、千斤顶、冲压机的螺杆等。其缺点是，螺纹会有自然的回力，因此不适合作为紧固螺纹
③矩形螺纹

与三角螺纹相比，摩擦小，因此适合于移动、传动使用，但难以进行精密作业，因此并不普遍。不用于车床的丝杠。螺纹的角是直角，对中性差.
④锯齿形螺纹

用于轴向的力作用于单个方向的地方（用于台虎钳、千斤顶）
⑤圆螺纹

圆螺纹用于承受猛烈撞击的部位，或可能会有杂质、砂土等粉末进入的移动螺纹（包括灯泡的灯头、管子的连接螺纹）
⑥滚珠螺纹

最近使用者越来越多的滚珠螺纹，由于滚珠代替了螺纹牙的功能，因此摩擦非常小，在需要无撞击精度的部位作为移动螺纹使用
表1-2　螺纹的种类和特点
1・1・3　螺纹的表示方法
螺纹的表示方法由如图1-3和表1-3构成。
详细内容请参考JIS B 0123。

螺纹牙的旋转方向
螺纹牙的线数
螺纹的公称
螺纹的等级
左
2头
M
50
×3
2
（例）
螺距3㎜
直径50㎜
螺纹的种类
（米制细牙螺纹）
－

图1-3　螺纹的表示方法

区分
螺纹的种类
表示螺纹种类
的标记
螺纹公称的表示方法举例
普通用途
米制粗牙螺纹
M
M8
米制粗牙螺纹
M8×1
统一粗牙螺纹
UNC
3/8－16UNC
统一细牙螺纹
UNF
№8－36UNF
30度梯形螺纹
TM
TM18
29度梯形螺纹
TW
TW20
锥形管螺纹
锥形外螺纹
R
R3/4
锥形内螺纹
Rc
Rc3/4
平行内螺纹
Rp
Rp3/4
平行管螺纹
G
G1/2
特殊用途
薄钢电线管螺纹
C
C15
自行车螺纹
普通用途
BC
BC3/4
条幅用
BC2.6
缝纫机用螺纹
SM
SM1/4 螺纹牙40
灯泡螺纹
E
E10
汽车用气阀螺纹
TV
TV8
汽车用气阀螺纹
CTV
CTV8 螺纹牙30
表1-3　表示螺纹种类的标记和螺纹公称的表示方法举例

1・1・4　用于联接的螺纹联接件的种类
JIS中所规定的具有代表性的螺纹联接件种类我们汇总在图1-4中。
1・1・5　螺栓的紧固与轴向力管理
　螺栓随着给头部或螺母施加旋转扭矩产生紧固力（轴向力）。紧固螺栓之所以会产生轴向力，是因为螺栓在弹性范围内会有试图恢复原形的力。
（1）螺栓的紧固力（轴向力）
　螺栓所产生的轴向力与螺栓材料的屈服点之间的关系式如下。
　　Q＝AS（0.6～0.8）σS〔N（kgf）〕
　其中，Q：螺栓的预紧力（轴向力）〔N（kgf）〕、AS：螺栓的有效截面积〔mm2〕、σS：螺栓材料的屈服点〔N／mm2（kgf／mm2）〕
也就是说，所谓的恰当的紧固，我们可以归纳为以下几点。
●紧固时不可以超过螺栓材料的屈服点
●即使受到振动、碰撞等外力的情况下也不会超过屈服点
●如果紧固力过小，会容易松动
●螺栓・工件都应在弹性范围内使用
（2）螺栓的联接管理方法
①　基于螺栓伸长的管理方法
●测量螺母旋转角，管理紧固力
●使用深度计测量螺栓和基准棒端部之间的间隔，管理伸长量
●根据无载荷时和紧固螺栓时纵波超声波传播时间的变化测量轴向力
②　基于表面应力的管理方法
●贴上应变仪，求出紧固产生的表面应力
③　基于轴向力监视螺栓（旋翼螺栓）的管理方法

铰刀螺栓的直径比螺纹外径（d）
粗1～2㎜
当螺栓受到剪断力的作用，或容易产生中心偏移时，
开一个铰孔，使用正好嵌入孔中的铰刀螺栓
穿过需要紧固的2个零件的六角螺栓，插入六角螺母后进行联接
⑦铰刀螺栓
⑥贯穿螺栓
将头嵌入T形槽然后移动，在任意位置进行紧固
⑤T形槽螺栓
螺栓的头呈环状。用于挂上绳子吊起来
用于埋入混凝土结构等的地基
④吊环螺栓
③地脚螺栓
两头都切有螺纹
②双头螺栓
最普通的螺栓
参考JIS B 1180
①六角螺栓

图1-4　JIS螺纹联接件的种类（代表）

（１）通过螺栓或螺母进行机械式固定的方式

①带槽螺母

・套上开口销加以固定
・能够切实起到防脱作用
・由于销孔与槽对应，难以施加合适的紧固力
③带舌垫圈

・垫圈可以折弯
・多用于小型电气设备

应将其牢牢紧固
锁紧螺母
③锁紧螺母法

・紧固螺母后，
　进行共同加工
・耐振动、耐冲撞的效果十分明显

④锁紧垫圈

・用锁紧垫圈将螺纹锁紧
・需要进行调整，将螺纹牙对应好（难以施加合适的紧固力

（２）如何使机械在工作时也保持紧固带来的螺纹牙之间的密合

⑤狭缝法
将这里打薄

・使之产生弹性变形，使螺纹密合
・将不用的螺母端面打薄
⑥双层螺母
A部位细节
上方螺母
下方螺母
螺栓

・将下方的螺母回拧与上方的螺母紧固
・螺母之间的紧固很重要
・应使得螺母回拧之后还具有合适的紧固力

（３）使螺纹牙变形，增加螺纹转动摩擦扭矩的方式

⑦双层螺母（弹性变形法）
起到楔的作用
和效果

・通过对上方螺母的紧固使其产生局部弹性变形，将外螺纹牢牢紧固
⑧提供塑性变形的螺母

当拧入外螺纹时，变形的内螺纹局部干扰外螺纹，从而产生转动摩擦

（４）在螺纹牙之间放入柔软的物体，
阻碍螺纹转动的方式
（５）给螺纹牙涂上粘合剂加以紧固后
进行固定的方式

⑨尼龙螺母

尼龙

・将螺母拧紧后尼龙成形产生摩擦力
⑩使用粘合剂
涂抹粘合剂

・拧紧螺纹后借助粘合剂固定

图1-5-1　防止螺栓松动

（６）使用垫圈的方式

⑪弹簧垫圈

・将其紧固直至平整
・如果长时间处于紧固状态，其弹性会降低
・弹簧的反作用力集中在接口处

・利用了卡抓部分的弹性
・如果支承面太硬或太软都会影响效果
・多用于小型电气设备
⑫碟形弹簧垫圈

・将其紧固直至平整
・弹簧的反作用力平均分布在支承面上

图1-5-2　防止螺栓松动

1・1・6　螺纹的防松
我们将螺纹的防松方法划分为6类，整理如图1-5所示。
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