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钣金下料划线器设计
Design on Plate Work Yummy Treats Scriber
(山东交通学院毕业论文)

［摘 要］ 随着经济的发展、社会的进步、人民生活水平的日益提高，各种各样的管道被日益广泛应用于工业、农业和日常生活中。此种钣金下料划线器，是一种用于管道连接中相贯线绘制的、新型的划线器。
目前，在各种管道的连接中主要采用连接件——多通管，如：三通管、四通管。这不但浪费了材料、增加了成本，而且管道的直径也受到一定的限制。本次设计的划线器就是为了解决这一问题。其直接在管道上画出连接的相贯线，然后，沿相贯线割除材料，最后直接把两管道焊接在一起。这样不但省去了连接件，使连接更可靠，而且解决了管道直径受连接件限制这一问题。
本划线器能绘制管道连接中，两轴线相交的各种相贯线。划线器由三个基本部分构成：定位夹紧装置、划线装置和测度装置。
定位装置：主要用来是准确的找到所要下料管道的轴线。保证画出的相贯线在准确的位置，以确保焊接后两管道的轴线相交。此外，点位装置还起到固定和支撑划线和测度装置的作用。
划线装置：主要用来准确、高效、清晰的在管道上画出所需相贯线。
测度装置：用来确定两管道轴线的夹角。

［关键词］ 钳工、钣金、管道连接、划线、划线器

Abstract： Along with the economical development, society's progress, the lives of the people level daily enhancement, various pipeline widely is applied day by day in the industry, the agriculture and the daily life. This kind of plate work yummy treats scriber, is one kind uses in the pipeline connection the transversal plan, the new scriber.
At present, mainly uses the bridge piece - - multi-siphunculi in each kind of pipeline connection, for example: Three-way pipe, four-way pipe. Not only this wasted the material, increased the cost, moreover the pipeline diameter also received certain limit. This design scriber is in order to solve this problem. It directly draws the connection on the pipeline the transversal, then, excises the material along the transversal, finally two pipelines welds directly in together. Not only like this has omitted the bridge piece, causes the connection to be more reliable, moreover solved the pipeline diameter to limit the bridge piece this question.
This scriber can draw up in the pipeline connection, two spool threads intersect each kind of transversal. The scriber constitutes by three major components: The localization clamp, the lineation installs and estimates the installment.
Positioning device: Mainly uses for is accurate found wants the yummy treats pipeline the spool thread. The guarantee draws the transversal in the accurate position, guarantees welds the latter two pipelines the spool thread intersection. In addition, selects the position equipment also to play fixed and the support draws a line and estimates the installment the role.
Lineation installment: Mainly uses for accurately, highly effective, clear to draw on the pipeline needs the transversal.
Measure installment: Uses for to determine two pipeline spool threads the included angle.

Key words：Fitter, plate work, pipeline connection, lineation, scriber

目 录
第一章 绪 论 1
第二章 钣金下料划线器的总体设计 3
第一节 划线的基本知识 3
一、常用划线工具的名称及用途 3
二、分度工具 6
三、划线基准的选择 9
四、划线的程序 10
第二节 划线器的原理 10
一、相贯线 10
二、划线器的原理 11
第三节 划线器的方案 14
一、定位夹紧装置的方案 14
二、划线装置 15
第三章 划线器的结构设计 16
第一节 零件的设计要求及一般步骤 16
一、零件的设计要求 16
二、机械零件设计的一般步骤 17
第二节 夹紧定位装置的设计 17
一、丝杠的设计 17
第三节 划线装置的设计 26
一、弹簧的设计 26
第四章 划线器的受力分析、校核及误差分析 32
第一节 划线器的受力分析 32
一、划线力的构成 32
第二节 划线器误差因素分析 34
一、可能出现的误差 34
二、误差产生的原因及减小的措施 34
第五章 设计心得体会 35
第 六 章 致 谢 37
第 七 章 参 考 文 献 38

第一章 绪 论
随着科学技术水平的迅速提高、现代加工方法及设备的不断涌现，钳工加工的概念、方法及手段也正发生着深刻的变化。
划线使大多数钳工工作的第一道工序。钳工技术是实践性强、涉及专业面广，既具特有的规律，又有高的灵活性。钳工需要有丰富的实践经验以及一定的基础理论知识。划线虽是钳工中最基本、最简单的一项工作，但随着新技术、新工艺、及新的机械设备的不断发展，在对钳工的要求越来越高的同时，对划线方法、划线工艺及划线仪器都提出了新的要求。
传统的钣金划线是主要是通过钣金的展开放样来完成的。所谓展开放样即使在不改变这些构件表面的情况下，将他们依次展开在一个平面上，称作为构件的表面展开展开为可展曲面的表面展开和不可展表面的近似展开两种。可展曲面是指直纹面中的柱面、锥面和切线曲面等。钣金表面展开的方法一般有以下几种：
1、作图法：首先，根据需要展开构件的形状特点进行分析，把它分为若干个基本部件，再把每一个基本的表面分割出一组共构件展开的表面实形，然后根据基本件的视图用投影变换的方法求出这组表面实形的所有邻边线段的实长，可以画出每一个表面实形，并把这组表面实形依次的画在一个表面上。
2、计算法：同样是根据需要展开构件的形状特点进行分析，归纳出一套求表面实形所有邻边线段实长的公式，有具体构件的已知条件求出邻边线段的实长，并用这些市场来画展开图。这种方法随着下料工艺的改进和袖珍计算机的普及，日益被人们重视和应用。但是有些构件的计算机公式很复杂，而且一个构件要重复计算很多次，认识很麻烦的工作，计算精度也较低，错误也和高。
3、系数法：此法是在计算法的基础上产生的，它是计算公式中某些常数项合并在一起，总结出一组系数，求实长时，只要将这些系数乘以已知条件即可。由于计算较为简单，很和工人师傅的心意。
4、程序法：某一类构件需要展开时，他们分解的基本件可以是一定的，而归纳出计算表面实形的各邻边线段实长的公式也是固定了的。这类重复计算公式的任务，用计算机事先编写好一个程序，然后运行这个程序，计算出各线段的实长，供画展开图使用。
在这些传统的画图方法中，无可避免的要进行一些视图转换、公式推到和数值计算。这不仅使划线工作变得复杂，也使划线的精确度降低，错误率提高。我所设计的是题目是钣金下料划线器，是一种新型的，用于管道连接中相贯线绘制的机械划线器。它无需将构
件的表面展开，直接在构件的表面上划出相应的空间曲线。在此过程中不需要进行计算以

及其他辅助作图过程，只需要调整划线所需的必要参数。既简单快捷，又提高了划线的精确度，降低了错误率，提高了效率，节省了工时。
随着经济的发展、社会的进步、人民生活水平的日益提高，各种各样的管道被日益广泛应用于工业、农业和日常生活中。目前，在各种管道的连接中主要采用连接件——多通管，如：三通管、四通管。这不但增加了零件，浪费了材料，增加了成本，而且管道的直径也受到一定的限制。我所设计的划线器就是为了解决这一问题。其直接在管道上画出连接的相贯线，然后，沿相贯线割除材料，最后直接把两管道焊接在一起。这样不但省去了连接件使连接更可靠，而且解决了管道直径受连接件限制这一问题。
由于本人经验不足，理论知识欠缺，又赶时间仓促，在设计中难免有错误和疏漏之处，敬请各位老师多多赐教。

第二章 钣金下料划线器的总体设计
第一节 划线的基本知识
根据图样要求，准确地在毛坯或半成品上划出加工界线的操作称划线。
划线的作用是给在加工以明确的标志和依据，以便于工件在加工时找正和定位；检查毛坯或半成品尺寸，并通过划线借料的以补救，合理分配加工余量。
划线分为平面划线和立体划线两种。平面划线是指在工件的一个表面（即工件的二维坐标系内）上划线就能表示出加工界线的划线，例如在板料上划线，在盘状工件端面上划线等。而立体划线是指在工件几个不同表面上（即工件的三维坐标内）上划线才能明确表示出来加工界限的划线，例如在支架、箱体、曲轴等工件上的划线。

一、常用划线工具的名称及用途
（一）、支承工具
在实际的划线中，支承工具多种多样，但传统的、最基本、最主要的支承工具有划线平板、划线方箱、V形块、直角板、千斤顶支承工具等。
1、划线平板 一般由铸铁制成，表面通过精刨或刮削加工。它的表面主要用于划线及检测的标准。
2、划线方箱 是由灰铸铁制成的空心立方体或长方体，其相对平面相互平行、相邻平面相互垂直。划线时可用C型夹头将工件夹于方箱上，再通过反转方箱，便可以在一次安装下，将工件上]互相垂直的线全部划出来。方箱上的V形槽平行于相应的平面用于装夹圆柱形工件。
3、V形块 一般V形块都是一副两块，两块的平面与V形槽都是在一次安装中磨削加工的。V形槽夹角为90°或120°用来支承轴类零件，带U形夹的V形块可翻转三个方向，在工件上划线出相互垂直的线。
4、直角板 一般是用铸铁制成，它有两个相互垂直的平面。直角板上的孔或槽是搭压板时穿螺栓用的。
5、千斤顶 千斤顶是用来支承毛坯或形状不规则的工件而进行立体划线的工具。它可调整工件的高度，以便安装不同形状的工件。用千斤顶制成工件时，一般同是用三个千斤顶支承在工件的下部，三个支撑点应离工件重心尽量远一些，三个支承点所组成及三角
形面积应尽量大，在工件较重的一端放两个千斤顶，较轻的放一个，这样比较稳。带V形块的千斤顶，是用于支持工件圆柱面的。

（二）、直接划线工具
1、划线盘 划线盘是用来在工件上划线或找正工件位置的常用工具，划针的直头一端（焊有高速钢或硬质合金）用来划线，而弯头一端常用来找正工件位置，不要倾斜太大，划针伸出部分应尽量短些，并要牢固的夹紧，操作时划针应与被划工件表面保持40°～
60°夹角。
2、划针 划针是划线用的基本工具。常用的划针是用ø3～ø6弹簧钢丝或高速钢制成，尖端磨成15°～20°的尖角并经过热处理，硬度可达55～60HRC。有的划针在尖端部位焊有硬质合金，使针尖能保持长期锋利。划线使针尖要靠紧导向工具的边缘，上部向外侧倾斜15°～20°，向划线方向倾斜45°～75°。划线要做到一次成功，不要重复的话统一根线条。力度适当，才能划出的线条即清晰又准确，否则线条变粗，反而模糊不清。
3、划规 划规是用来划圆和圆弧、等分线段、等分角度以及量取尺寸等。划归用中碳钢或工具钢制成，两脚尖端经过热处理，硬度可达48～75HRC。 有的划规在两脚端部焊上一端硬质合金，使用时耐磨性更好。常用划规有普通划规，扇形划规和弹簧划规三种是
用划规划圆又是两脚不在同一平面上几划线中心低于或高于所划圆周平面，则两尖角的距

离就不是所划圆的半径，此时应把划规两尖脚的距离调为R=，式中r——所划圆规的半径（mm）；h——划规两尖角高低差的距离（mm）
4、大尺寸划规 大尺寸划规是专门用来划大尺寸圆和圆弧的。在滑杆上调整两个划规角，就可得到所需尺寸
5、游标划规 游标划规又称“地规”。游标划规带有游标刻度，游标划针可调整距离，另一划针可调整高低，是用于大尺寸划线和在阶梯面上划线
6、专用划规 与游标划规相似，可利用零件上的空为圆心划同心圆或弧，也可再阶梯面上划线
7、游标尺高度尺 这是一种精密的划线与测量结合的工具，要注意保护划刀刃（有的划刀刃焊有硬质合金）

（三）辅助工具
1、样冲 样冲是用工具钢制成，并经热处理，硬度可达55～66 HRC，其尖角磨成60°。也可用报废的刀具改制。使用时样冲应先向外倾斜，以便于样冲尖对准线条，对准后再立直，用锤子在捶击。
2、中心架 调整带尖头的可伸缩螺钉，可将中心架固定在空心孔中，以便于划中心线时在其上定出空的中心。

二、分度工具
（一）、分度头

1、分度头的结构及用途
分度头分为等分圆周、划角度线、直线分度（直线分割，如刻制标尺）。工件需要等分，使用分度盘盒分度叉。

2、分度方法及应用
（1）、直接分度法
计算公式为：　　　
式中：
Z——工件等分数；
Q——分度头主轴的转动角度。
用脱落手柄使涡轮与蜗杆脱开，转动卡盘到所需角度；紧定手柄，固定主轴，划线。用于分度树木很少时，第一次分度前应先校零。
（2）、简单分度法
计算公式为：
式中：
40——涡轮齿数（分度头传动定数）；
Z——工件等分数；
N——手柄转数。

用于工件的等分数能分解成符合分度盘上所有的孔数。N是整数，这是手柄的转数；若N是分数，整数部分是手柄的转数，分数部分由分度盘上的孔数控制。
（3）角度分度法
计算公式为：
式中：
——工件角度，以度为单位；
N——手柄的转数，若以“分”或“秒”为单位，则上式相应为：

用于工件按转过的角度进行分度。
（4）、复式分度法
计算公式为：
式中：
40——涡轮齿数（分度头传动定数）；
Z——工件等分数；
b、d是分度盘孔数；a、c是手柄应转的孔距数。
用于单式分度法不能完成而工件的等分数又能分解成符合分度盘上某两个孔圈所具有的孔数。
（5）、差动分度法
计算公式为：　　　
式中：
i——挂轮速比；
Z＇——假设等分数；
Z——实际等分数；
A、B、C、D——挂轮，A、C、是主动轮，B、D是从动轮；
（二）、齿式等分盘
1、尺式等分盘的结构及用途
尺式等分盘是采用端面齿盘进行分度的新型高精度夹具。利用一对上、下齿盘多尺同时啮合分度。使用时上、下齿盘每转一个齿，便得到一个分度值。用于精密划线、刻线、测量及镗孔等。
2、尺式等分盘的用法

尺式等分盘可水平放置、垂直放置使用。工作台上的T形槽及键槽，安装定位元件或直接安装工件。
操作步骤：
（1）、手柄逆时针转动，中间凸轮迫使上凸轮连同工作台上升，上、下齿圈脱开，此时工作台在钢珠滚道内自由转动，改变上、下齿圈的啮合位置，可实现整数角度的分度。
（2）、在刻度盘小孔中插入定位销，转动工作台，是定位销进入指针板凹槽中，手柄顺时针转动，工作台下降。
（3）、当不使用定位销时，应使指针板指针对准刻度后，在使工作台下降，避免上、下齿顶相撞而引起损坏。
（4）、在水平位置使用时，可在底座上平面用压板压紧，压紧点应开下T形槽。
（5）、在垂直位置使用时，应在底座侧面用压板压紧，压紧点在底座的两端，不允许压住回转部分。
三、划线基准的选择
划线时，要选择工件上某个点、线或面作为依据，用来确定工件其他点、线、面尺寸和位置，这个依据称为划线基准。划线基准应包括以下三个：
尺寸基准——在选择划线尺寸基准时，应先分析图纸，找正设计基准，使划线的尺寸基准与设计基准一致，从而能够直接量取划线尺寸，简化换算过程。
放置基准——划线尺寸基准选择好后，就要考虑工件在划线平板或方箱、V形铁上的放置位置，即找出工件最合理的放置基准。
校正基准——选择校正基准，主要是指毛坯工件放置在平台上后，校正那个面的问题。通过校正基准，能使工件上有关的表面处于合理的位置。
平面划线时一般要划两个相互垂直方向的线条，立体划线时一般要划三个相互垂直方向的线条。因为每划一个方向的线条，就必须确定一个基准。所以平面划线时要确定两个基准，而立体划线时则要确定三个基准。
划线基准选择的准则：
无论是平面划线还是立体划线，它们的基准选择原则是一致的。所不同的是把平面划线的基准线换为立体划线的基准平面或基准中心面。
1、划线基准应尽量与设计基准重合。
2、对称形状的工件，应以对称中心线为基准。
3、有孔或搭子的工件，应以孔或搭子中心线为基准。
4、在未加工的毛坯上划线，应以主要不加工面作基准。
5、在加工过的工件上划线，应以加工过的表面为基准。

四、划线的程序
1、划线前的准备工作
（1）、若是铸件毛坯，应先将残余型砂、毛刺、浇口及冒口进行清理，并且锉平划线部位的表面。对铸件毛坯，应先将氧化皮除去。对于半成品的以加工表面，应用钢丝刷将浮锈刷去，修钝锐边、油污擦净。
（2）、按图纸和技术要求仔细分析工件特点和划线要求，确定划线基准以及放置支承位置。并检查工件的误差和缺陷，确定借料的方案。
（3）、划线部位清理后应涂色。
2、划线
（1）、把工件夹持住，调整支承、找正，结合借料方案进行划线。
（2）、先划基准线和位置线，再划加工线，即先划水平线，再划垂直线、斜线、最后划圆、圆弧和曲线。
3、检查、打样冲样
（1）、对照图样和工艺要求，对工件以划线顺序从基准开始逐项检查，对错划或漏划应及时纠正。
（2）、检查无误后在加工界限上打样冲眼。

第二节 划线器的原理
一、相贯线
相贯线是相交回转体在其表面生成的交线。由于相交两回转体的形状不同及其相交的相对位置不同，所以产生的相贯线也就各式各样（如图2-6）。
但不管其是什么样的相贯线都有以下几个基本性质：
1、两个回转体的相贯线，一般都是一条闭合的空间曲线，只有在特殊的情况下才是平面曲线或者是直线。
2、相贯线是两个回转体表面的共有线，也是两个回转体的分界线。相贯线上的点是两回转体表面的共有点。

二、划线器的原理
1、轴线相互相交的两圆柱的相贯线
如图2-7所示：

当圆柱体轴线于投影面时其圆柱在该投影面上有积聚性，即相贯线的投影圆柱的外形轮廓——圆。又因两轴线相交，所以此圆的圆心在另一圆的轴线上。
2、划线器的原理
（1）、划线器的基本结构
划线器的基本结构（如图2-8所示）有三个基本部分构成：定位夹紧装置、划线装置和测度装置。
定位装置：主要用来是准确的找到所要下料管道的轴线。保证画出的相贯线在准确的位置，以确保焊接后两管道的轴线相交。此外，点位装置还起到固定和支撑划线和测度装置的作用。
划线装置：主要用来准确、高效、清晰的在管道上画出所需相贯线。
测度装置：用来确定两管道轴线的夹角。
（2）、工作过程
第一步 定位 首先要根据管道直径的大小把两定位杆上的定位块调到合适的位置并固定，然后将将划线器放到管道上并旋转定位旋钮加紧。
第二步 调整角度和划线尺寸 根据两管道轴线的夹角及管道直径调整划线器测度装置的角度及划线的直径。
第三步 调整预用力 调整游梁的位置使划针大所受作用力达到一定的要求。
第四步 划线

第三节 划线器的方案

为满足划线器的功能要求，划线器总体分为：定位夹紧装置、划线装置和测度装置三部分。各装置的方案如下

一、定位夹紧装置的方案
本仪器中的定位装置主要用于准确地找到管道的轴线。本定位夹紧装置中采用两定位块联动的方式来实现这一功能。其结构如图2-9所示：

其中两定位块的联动是由一两端旋向不同的丝杠来实现。由于丝杠具有自锁功能，所以，两端旋向不同的丝杠即实现了两定位块的联动，又实现了装置夹紧的要求。

二、划线装置
本仪器中的所要画的曲线是一条空间曲线，虽然此空间曲线在垂直于划针的投影面内的的投影是一个圆，但划针并不是在同一个平面内工作。因此就要求划针在轴线方向要能够自由的伸缩。在仪器的划线装置中采用导套弹簧结构来实现这一功能。

其结构如图2-10所示：

装置中为提高划线的效率，采用两个联动的金刚石划针机构。两划针头的联动也是有以两端旋向不公的丝共来实现的。采用导套弹簧结构来实现划针在划线的过程中的轴向运动。

第三章 划线器的结构设计

第一节 零件的设计要求及一般步骤

一、零件的设计要求
一般零件的设计要求：
1、强度要求 零件在工作中不能发生断裂和不允许的残余变形。
2、刚度要求 零件在工作时产生的弹性变形不超过允许的限度。其分为整体变形刚度和表面接触刚度两种。
3、寿命要求 零件正常工作连续的时间要超过某一特定值。影响零件寿命的主要因素为：材料的疲劳，材料的腐蚀以及相对运动零件接触表面的磨损等。
4、结构公益性要求 零件能在既定的生产条件下，能够方便而经济地生产出来，并便于装配。
5、 经济性要求 零件的经济性首先体现在生产成本上。设计零件时应力求设计出耗费最少的零件。
6、质量小的要求
7、可靠性要求 即在规定的使用时间内和规定的环境条件下，零件能够正常完成其功能的概率。
针对此划线器零件的设计要主要有：
1、刚度要求 为保证所划出的相贯线在公差之内，对整个划线器特别是划线装置有一定的刚度要求。
2、质量小、尺寸小的要求 因为在划线过程中，工人需经常移动次划线器，因此，为了便于工人移动和操作，此仪器要尽可能的轻便。
3、结构简单、性能可靠的要求 次划线器为一个小型便携式仪器，且工作环境复杂多变。这就要求此仪器要力求结构简单、性能可靠。

二、机械零件设计的一般步骤
机械零件的设计大体经过以下几个步骤：
1、根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。为此，必须对各种零件的不同类型、优缺点、特性与使用范围等，进行综合对比并正确使用。
2、根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。
3、根据零件的类型、结构和所受载荷，分析零件的失效形式，从确定零件的设计准则。
4、根据零件的工作条件及零件的特殊要求（例如高温或在腐蚀性介质中工作）等，选择适当的材料。
5、根据设计准则进行有关的计算，确定基本尺寸。
6、根据工艺性及标准化等原理进行零件的结构设计。
7、细节设计完成后，必要时进行详细的校核计算，即判断结构的合理性。
8、画出零件的作图，并写出说明书。

第二节 夹紧定位装置的设计

一、丝杠的设计
在夹紧定位装置的设计中，主要是丝杠的是设计。丝杠的示意图如下所示：

（一）、常用螺纹的常用螺纹的类型特点和应用
1、连接螺纹的常用螺纹的类型特点和应用
连接螺纹的类型有普通螺纹、非螺纹密封的管螺纹、用螺纹密封的管螺纹、米制锥螺纹四种类型。其特点和应用分别如下：
（1）、普通螺纹
牙型为等边三角形，牙型角α=60°,内外螺纹旋合留有径向间隙。外螺纹牙根允许有较大的圆角，以减小应力集中。同一公称直径按螺距大小 ， 分为粗牙和细牙。细牙螺纹的牙型与粗牙相似，但螺距小，升角小，自琐性较好，强度高，因牙细不耐磨，容易滑扣。一般联接多用粗牙螺纹 ， 细牙螺纹常用于细小零件，薄壁管件或受冲击、振动和变载荷的联接中，也可作为微调机构的调整螺纹用。
（2）、非螺纹密封的管螺纹
牙型为等腰三角形，牙型角α＝55°，牙顶有较大的圆角，内外螺纹旋合后无径向间隙，管螺纹为英制细牙螺纹，尺寸代号为管子的内螺纹大径。适用于管接头、旋塞、阀门及其它附件。若要求联接后具有密封性，可压紧被联接件螺纹副外的密封面，也可在密封面间添加密封物。
（3）、用螺纹密封的管螺纹
牙型为等腰三角形，牙型角α＝55°，牙顶有较大的圆角，螺纹分布在锥度为1:16的圆锥管壁上。它包括圆锥内螺纹与圆锥外螺纹和圆柱内螺纹与圆锥外螺纹两种联接形式。螺纹旋合后，利用本身的变形就可以保证联接的紧密性，不需要任何填料，密封简单。适用于管子、管接头、旋塞、阀门和其它螺纹联接的附件。
（4）、米制锥螺纹
牙型角α= 60°，螺纹牙顶为平顶，螺纹分布在锥度为1:16的圆锥管壁上。用于气体或液体管路系统依靠螺纹密封的联接螺纹。

2、传动螺纹的常用螺纹的类型特点和应用
传动螺纹的类型有矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹三种类型，其特点和应用分别如下：

（1）、矩形螺纹
牙型角为正方形，牙型角α=0°。其传动效率较其它螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副磨损后，间隙难以修复和补偿，传动精度较低。为了便于铣、磨削加工，可制成10的牙型角。矩形螺纹尚未标准化，推荐尺寸:d=5d1/4,P=d1/4。目前已逐渐被梯形螺纹所替代。
（2）、梯形螺纹
牙型为等腰梯形 ，牙型角α=30°。内外螺纹以锥面贴紧不易松动。与举行螺纹相比，传动效率低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好。如用剖分螺母。还可以调整间隙。梯形螺纹是最常用的传动螺纹。
（3）、锯齿形螺纹
牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角为 3°，非工作面的牙侧角为30。外螺纹牙根有较大 的圆角 ，以减小应力集中。内外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对中。这种螺纹兼有矩形螺纹传动效率高、梯形螺纹牙根强度高的特点，但只能用于单向力的螺纹联接或螺旋传动中，如螺旋压力机。
牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角为 3°，非工作面的牙侧角为30。外螺纹牙根有较大 的圆角 ，以减小应力集中。内外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对中。这种螺纹兼有矩形螺纹传动效率高、梯形螺纹牙根强度高的特点，但只能用于单向力的螺纹联接或螺旋传动中，如螺旋压力机。
牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角为 3°，非工作面的牙侧角为30。外螺纹牙根有较大 的圆角 ，以减小应力集中。内外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对中。这种螺纹兼有矩形螺纹传动效率高、梯形螺纹牙根强度高的特点，但只能用于单向力的螺纹联接或螺旋传动中，如螺旋压力机。

（二）、螺纹的主要参数

圆柱形螺纹的主要参数有：
　　大径d、D：与外螺纹的牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱面的直径；这个直径是螺纹的公称直径(管螺纹除外)。
升角：螺纹中径上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴心线的平面之间的夹角；由几何关系可得

牙型角：是螺纹牙在轴向截面上量出的两直线侧边间的夹角。
牙廓的工作高度：是螺栓和螺母的螺纹圈发生接触的牙廓高度。牙廓的高度是沿径向测量的。工作高度等于外螺纹外径和内螺纹内径之差的一半。 

（三）、螺旋传动的类型和应用
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的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。
根据螺杆和螺母的相对运动关系，螺旋传动的常用运动形式，主要有：
螺杆转动，螺母移动（机床的进给机构）；
螺母固定，螺杆转动并移动（螺旋压力机）。

螺旋传动按其用途不同分为：
1)、传动螺旋：以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，用以克服工件阻力。这种传为螺旋主要是承受很大的轴向力，一般为间歇性工作，每次的工作时间较短，工作速度也不高，而且通常需有自锁能力。
2)、传导螺旋：它以传递运动为主，有时也承受较大的轴向载荷，如机床进给机构的螺旋。传导螺旋常需在较长的时间内连续工作，工作速度较高，因此，要求具有较高的传动精度。
3)、调整螺旋：用以调整、固定零件的相对位置，如机床、仪器及测试装置中的微调机构的螺旋。
按摩擦性质分：滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。
（四）、小滑动螺旋的结构和材料
1、滑动螺旋的结构：螺杆、螺母的固定和支撑结构。螺母的结构：整体螺母、组合螺母、剖分螺母。
滑动螺旋的螺纹有：矩形、梯形和锯齿形。常用右旋。
2、螺杆和螺母的材料：足够的强度、耐磨性和良好的加工工艺。
（五）、滑动螺旋传动的设计计算
滑动螺旋的失效形式主要是螺纹磨损。基本尺寸(即螺杆直径与螺母高度)，通常根据耐磨性条件确定；受力较大的传力螺旋，还应校核螺杆危险截面以及螺母螺纹牙的强度，以防止发生塑性变形或断裂；要求自锁的螺杆应校核其自锁性；精密的传导螺旋应校核螺杆的刚度（传动精度降）；径比很大的螺杆，应校核其稳定性；高速的长螺杆还应校核其临界转速。

1、耐磨性计算
滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，使其小于材料的许用压力。
磨损多发生在螺母上。
如图所示,假设作用于螺杆的轴向力为Q (N)，螺纹的承压面积为A(mm2)，螺纹中径为d2(mm)，螺纹工作高度为h (mm)，螺纹螺距为P(mm)，螺母高度为H(mm)，螺纹工作圈数为：

则螺纹工作面上的耐磨性条件为：

令
然后选取标准螺纹参数。
对于矩形和梯形螺纹，h=0.5P。
对于30°锯齿形螺纹，h=0.75P。
螺母高度为：
[p]为材料的许用压力，MPa，
f 值一般取1.2~3.5。
对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力分布比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取

对于剖分螺母和兼作支承的螺母，可取
传动精度较高，载荷较大，要求寿命较长时，允许取4。
螺纹工作圈数不宜超过10圈。

2、自锁性条件
螺纹升角：

y 为螺纹升角；
fv为螺旋副的当量摩擦系数；
f 为摩擦系数。
3、螺杆的强度计算

A——螺杆螺纹段的危险截面面积mm2；
WT——螺杆螺纹段的抗扭截面系数
d1——螺杆螺纹小径，mm；
T——螺杆所受的扭矩， N•mm；
——螺杆材料的许用应力，MPa；
4、螺母螺纹牙的强度计算
螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。
螺纹牙危险截面的剪切强度条件为：

螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为

其中：
b为螺纹牙根部的厚度，mm，

对于矩形螺纹，b=0.5P；
对于梯形螺纹，b=0.65P；
对于30°锯齿形螺纹，b=0.75P，P为螺纹螺距；
l ——弯曲力臂，mm(l=(D-D2)/2）；
注：当螺杆和螺母的材料相同时，由于螺杆的小径小于螺母螺纹的大径D，故应校核螺杆螺纹牙的强度。
5、螺母外径与凸缘的强度计算
螺母设计中，还要进行螺母下段与螺母凸缘的强度计算。如图5-48所示的螺母结构形式，工作时，在螺母凸缘与底座的接触面上产生挤压应力，凸缘根部受到弯曲及剪切作用。
螺母下段悬置，承受拉力和螺纹牙上的摩擦力矩作用。设悬置部分承受全部外载荷Q，并将Q增加20~30%来代替螺纹牙上摩擦力矩的作用。则螺母悬置部分危险截面内的最大拉伸应力为：

其中螺母材料的许用拉伸应力：
为螺母材料的许用弯曲应力。
凸缘与底座接触表面的挤压强度计算：

其中螺母材料的许用挤压应力可取：
凸缘根部的弯曲强度计算：

6、螺杆的稳定性计算
对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力Q大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力Q必须小于临界载荷Qc。螺杆的稳定性条件为：
Ssc——螺杆稳定性的计算安全系数；

Ss——螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋为3.5~5.0；对于传导螺旋为2.5~4.0；对于精密螺杆或水平螺杆取4以上。
Qc——螺杆的临界载荷，N，根据螺杆的柔度值的大小选用不同的公式计算。

柔度：
为螺杆的长度系数
l 为螺杆的工作长度，mm，若螺杆两端支承时，取两支点间的距离作为工作长度，若螺杆一端以螺母支承时，则以螺母中部到另一端支点的距离，作为工作长度l；
i 为螺杆危险截面的惯性半径，（mm）。
当
临界载荷按欧拉公式计算，即
螺杆材料的拉压弹性模量取：E=2.06´ 105MPa；
螺杆危险截面的惯性矩：

当 时
对于强度极限 的普通碳素钢，如Q235、Q275等，取

对于强度极限 的优质碳素钢，如35~50号钢等，取

第三节 划线装置的设计

一、弹簧的设计
在划线装置的设计中最主要的是弹簧的设计。弹簧的示意图为：

（一）、弹簧的功能及分类
弹簧是常用的弹性零件，它在受载后产生较大的弹性变形，吸收并储存能量。
1、弹簧有以下的主要功能： (1)减振和缓冲。如缓冲器，车辆的缓冲弹簧等。(2)控制运动。如制动器、离合器以及内燃机气门控制弹簧。(3)储存或释放能量。如钟表发条，定位控制机构中的弹簧。(4)测量力和力矩。用于测力器、弹簧秤等。
2、弹簧的分类
按弹簧的受力性质不同，弹簧主要分为：拉伸弹簧，压缩弹簧，扭转弹簧和弯曲弹簧。
按弹簧的形状不同又可分为螺旋弹簧、板弹簧、环形弹簧、碟形弹簧等。
此外还有空气弹簧、橡胶弹簧等。

（二）、圆柱压螺旋弹簧的设计
1、圆柱形拉、压螺旋弹簧的结构、几何尺寸和特性曲线
（1）、压缩弹簧
A、YI型：两端面圈并紧磨平
　　B、YII型：两端面圈并紧不磨平。
　　磨平部分不少于圆周长的3/4，端头厚度一般不少于d/8。

2、主要几何尺寸
　　弹簧丝直径d、外径D、内径 、中径 、节