矩形螺纹与梯形螺纹
一、螺纹形成：
将一倾斜角为λ的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线（图10-1a），取一平面图
形（图b），使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。
二、分类：
1、按牙形分：（按照平面图形的形状）
矩形：用于联结
三角形
梯形： 用于传动
锯齿形
2、按螺旋线旋向分
左旋： 特殊要求时才用左旋螺纹。
右旋： 机械制造中一般采用右旋螺纹。 3、按照螺旋线数目分
单线：
多线：为了制造方便，一般不超过四线。
4、按母体形状分
圆柱螺纹和圆锥螺纹
5、除此之外，还有内螺纹和外螺纹，两者旋合组成螺纹副或称螺旋副。 三、主要几何参数：
以圆柱螺纹为例，图10-3（P136）。
注：在普通螺纹基本牙型中：
外螺纹各直径用小写字母表示，内螺纹各直径用大写字母表示。 1）大径d: 公称直径（管螺纹除外），与外螺纹牙顶（或内螺纹牙底）相重合的假想圆柱
的直径。
2）小径d1：与外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）相重合的假想圆柱体的直径，一般作为外螺纹
危险剖面的计算直径。
3）中径d2：也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同的地
方（轴向截面内，牙厚等于牙间宽的圆柱直径）。
4）螺距P：相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
5）导程S；同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴同距离。S=n p， n=螺旋线数。
6）升角λ：中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面夹角。 tgλ=n p/（πd2）=S/（πd2）。
所以S=πd2tgλ。
7）牙型角α：轴向截面内，螺纹牙型相邻两侧边的夹角。
牙型斜角β：牙型侧边与螺纹垂线间的夹角。对于对称牙型 β=α/2。 10-2．螺旋副的受力
分析
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、效率和自锁
一、 矩形螺纹受力分析：（牙型角α=0。,β=0。）。
螺母与螺杆组成的运动副称螺旋副。
在轴向载荷作用下，螺旋副相对运动时，可看作推动滑块（重物）沿螺纹运动。图10-4a。 将矩形螺纹沿中径d2展开可得斜面(图10-4 b)。
设Q：轴向载荷， F：作用在中径处的水平推力。
N：法向反力； fN：摩擦力。
λ：螺纹升角； ρ：摩擦角； f：摩擦系数。
1） 当推动滑块沿斜面等速上升时，摩擦力向下，故总反力R（R=N+fN）。与Q的夹角为（+ρ）由力的平衡条件可知：R、F、Q三力组成为力多边形封闭图；（封闭三角形），由图得： F=Q tg(λ + ρ ) （10-2）。
2） 当滑块沿斜面等速下滑时，轴向载荷Q 变为驱动力，而F变为支持力（图C）摩擦力向上，总反力R与Q的夹角为（λ-ρ），由此封闭三角形可知：
F=Q tg( λ-ρ )。
二、 非矩形螺纹
非矩形螺纹是指牙形角β?0。的三角形螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹对比图10—5，a 和b可知，若略去升角的影响，在轴向载荷Q作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹大。
（矩：N=Q ，非矩：N’=Q/cosβ）
若把法向力的增加看作是摩擦系数的增加，则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为：
N’f=Q/cosβ*f=f/cosβQ=f’ Q。
f’：当量摩擦系数，即 f’=f/cosβ=tgρ’。
ρ’：当量摩擦角。
β：牙型斜角。
因此将图10-4中的fN改为fN’,ρ改为ρ’，就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。
1） 当滑块沿非矩形螺纹等速上升时，可得水平推力：
F=Qtg(λ+ρ’) (10-4)。
螺纹力矩：T=F d2/2=Qd2/2 tg(λ+ρ’) (10-5)。
螺纹力矩用来克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物。
螺旋副效率η=有效功W1/输入功W2。当螺旋转动一周，输入功为：W2=2πT=2π Qd2/2
tg(λ+ρ’)=Qπd2tg(λ+ρ’)。
此时举升滑块（重物）所作的有效功为W1=Q S。
W1=Q S=Qπd2tgλ 式中 S=πd2 tgλ。
2） 故螺旋副效率η=W1/W2=QS/2πT=tgλ/tg(λ+ρ’)（10-6）
由上式可知：当量摩擦角ρ’一定时，效率只是升角入的函数(η=f()),由此可绘出效
率曲线（图10-6）。取dη/dλ=0。
可得：当λ=45。 -ρ’/2时效率升角最高，λ大，η大，过大的升角，制造困难，且效率增高不显著。所以一般取：
λ?25。。
3） 当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得：
F=Qtg(λ-ρ’) (10-7)。
F：维持滑块等速下滑的支持力。[方向如图10-4 c所示]。 4）自锁条件：由式（10-7）知，λ<ρ’时，F〈0，这表明：
要使滑块下滑必须改变F力的方向，即必须施加推动力，否则，单凭轴向载荷Q 的作
用，无论它有多大，滑块不会自动下滑，这种现象称自锁。
自锁条件：λ?ρ’ (10-8) 一般ρ’?6。。
为保证自锁：λ?4.5。。
自锁螺旋副：η<50%。
10-3. 机械制造常用螺纹
一、用于联接的三角螺纹 普通螺纹——多用于紧固联接。 管螺纹——多用于紧密联接。
1．普通螺纹 粗牙螺纹：一般用粗牙（应用广）。 细牙螺纹：用于薄壁零件动力载荷的联接，微调机构。
普通螺纹以大径为公称直径（d），同一公称直径可有多种螺距的螺纹，其中螺距最大
的称粗牙螺纹，其余称细牙。
细牙螺纹的螺距t<粗牙螺纹的螺距t (t细牙
粗牙螺纹的小径d1(d1细牙>d1粗牙)。
细牙螺纹的中径d2>粗牙螺纹的中径d2(d2细牙>d2粗牙)。
因为细牙螺纹螺距?，λ?螺纹深度浅 所以自锁性好，强度高（对零件削弱小），但
不耐磨，易滑扣。
2． 管螺纹一般有四种 普通细牙螺纹。
（英制螺纹） α =55。圆柱管螺纹。
α=55。圆锥管螺纹。
α=60。圆锥管螺纹。
公称直径为管子的公称直径（管子内径），广泛地应用于：水、煤气、润滑管路系统中。
（如水暖管件）。
圆锥管螺纹不用填料即能保证紧密性而且旋合迅速，适用于要求较高的管路联接中。 二、 用于传动的螺纹：
矩形螺纹：α=0，ρ’?，η?，强度差，磨损后无法补偿间隙，
定心性差，很少采用 。
传动的螺纹： 梯形螺纹：β=15。η梯<η矩，但无矩形螺纹缺点，应用广泛。
锯齿形螺纹：工作面牙型斜角β=3。，η锯=η矩，只限于单侧工作。
梯形螺纹牙型斜角β=15。比矩形螺纹容易切制，当采用剖分螺母时，还可以消除因磨
损而产生的间隙。
锯齿形螺纹工作面牙型斜角β=3。。效率比梯形螺纹高，但只适用于承受单方向的轴向载
荷。
10-4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件
一、联接的基本类型：（挂图）
螺纹联接有以下四种基本类型：
1，螺栓联接 图10-9
特点：被联接件均较薄，在其上制通孔（不切制螺纹）。
用螺栓、螺母联接，结构简单，装拆方便，（可以两边装配）。 应用：被联接件厚度均小，不受被联接件材料限制，允许常拆卸，应用广泛。
根据螺栓受力情况，分两类：
（1） 普通螺栓联接（受拉螺栓）：被联接件D孔>D栓（查
手册
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：M20以下D孔=D栓+1如：M10：D孔=11mm）。
（2） 铰制孔螺栓联接（受剪螺栓）：D孔=D柱（名义相等，用公差控制）。 图10-9b，即孔壁间无间隙，适用于承受横向载荷。（垂直螺栓轴线方向）。 2，双头螺柱联接：（图10-10a）
特点：被联接件之一较厚，在其上制盲孔，且在盲孔上切制螺纹。
薄件制通孔，无螺纹。用双头螺柱加螺母联接。
允许多次装拆而不损坏被联接件。
应用：通常用于被联接件之一太厚，不便穿孔，结构要求紧凑，必须采用盲孔的联接或须经
常装拆处。
3，螺钉联接：
特点：不需用螺母，将螺钉穿过一被联接件的孔，旋入另一被联接件的螺纹孔中。（结构上
比双头螺柱简单）。
应用：被联接件之一太厚，且不经常装拆的场合。
4，紧定螺钉联接：
特点：利用紧定螺钉旋入一另件的螺纹孔中，并以末端顶住另一零件的表面或顶入该零件的
凹坑中。应用：固定两零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。 二、螺纹紧固件（图10-11，12，13，14，15，16）
螺纹紧固件品种很多，大多已
标准
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化，它是一种商品性零件，经合理选择其规格、型号
后，可直接到五金交化商店购买。
1、 螺栓：（实物或挂图）
螺栓的类型很多（头部形状很多，以六角头螺栓应用最广，它的头部按大小分为标准六
角头螺栓（简称六角头螺栓）和小六角头螺栓（图10-12），后者用冷镦工艺生产，成本低
廉，机械性能好，但由于头部尺寸小，不宜用于装拆频繁，被联接件强度低和易锈蚀的地方。
螺栓也应用于螺钉联接中，（不用螺母，作螺钉使用）。 2、 螺钉：
螺钉的结构和螺栓类似，其头部除六角头以外，还有其他形状，以适应不同的要求。（如
有内六角圆柱头，十字槽半圆头，十字槽沉头，见图11-5），不用螺母直接拧入螺孔中。
3、 双头螺柱（图10-13）
无头，两头都有螺纹，旋入被联接件螺纹的一端（称L1）座端，另一端（称L0）螺母端。其公称长度为L。
4、 紧定螺钉：
它的杆部可沿全长或部分长度制有螺纹，通常须经硬化处理。这种螺钉的头部和尾部有
很多种形状，末端有锥端，平端，凹端，圆柱端等。以适应各种不同的要求。 5、 螺母：
螺母可分为：六角螺母，圆螺母和方螺母等，其中以六角螺母应用最广，按厚薄要求不
同，还分为扁螺母和厚螺母。扁螺母用于空间受到限制的场合，厚螺母用于经常装拆易于磨
损的场合。方螺母很少用。圆螺母常用于轴上零件的轴向固定。 6、 垫圈：
垫圈放在螺母（或螺钉头）和被联接件之间，（与螺母同用） 作用：1）增大被联接件的支承面积以减少接触处的压强。
2)保护被联接件的表面，避免拧紧螺母时擦伤。
3）改善接触情况，遮盖不平的接触面或倾斜的面。
4） 调整轴向尺寸：
以上都为标准件，
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
时除特殊情况外，一般按国标选用，普通螺纹按制造精度分为粗
制，精制两类：
粗制螺纹紧固件：多用于土建，木结构及其它次要场合。
精制螺纹紧固件：广泛应用于机器设备中。
10-5螺纹联接的预紧和防松
一、预紧：大多数螺栓联接在装配时要拧紧螺母，这时螺栓联接受到预紧力的作用。 1、 目的：预紧的目的是增强联接的可靠性，紧密性和防松能力。 2、 拧紧力矩：
在拧紧螺栓联接的过程中，加于扳手上的拧紧力矩T，须克服螺旋副相对转动的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2，故:
T=T1+T2=Q0 d2/2 tg(λ+ρ’)+fc Q? rf （10-9）
式中：Q0：预紧力 fc：摩擦系数（螺母与被联接件支承面间的）无滑动时，fc=0.15 d2：螺纹中径 rf： 支承面摩擦半径
D1,d为螺纹支承面的外径和内径。
对于M10—M68的粗牙螺纹，若取f’=tgρ’=0.15及fc=0.15，式(10-9)可简化为：
T?0.2Q0d N mm d ：螺纹公称直径（mm）。
Q0：为预紧力N。
3、 T的测定：（拧紧力矩）
在装配重要的螺栓联接（如气缸盖螺栓联接）时，若预紧力φ。过小，将使结合面在工作载荷作用下松动：若Q0过大，又可能拧断螺栓。因此，在装配过程中，对拧紧力矩
（或Q0）要严格控制。
T的测定
方法
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：（1）测力矩板手（图10-18）(是比较方便的方法，有标尺指导)。 （2） 测量拧紧时螺栓的伸长变形量。（精确的方法）。 （3） 靠人工经验来确定。（不够准确）
对重要的有强度要求的螺栓联接，如无控制拧紧力矩的措施，不宜采用小于M12—M16的螺栓。
二、防松：
联接所用的三角螺纹，都能满足自锁条件（升角较小， =1.5。-3.5。）在静载荷和工作温度变化不大时，联接不会发生松脱。但在冲击，振动或变载及温度变化大时。预紧力可
能在一瞬间消失，联接有可能自动松脱，就容易发生事故，所以在设计螺栓时，必须考虑防
松问题。
防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动。防松的方法很多（表10—3）。 1、 靠摩擦防松：（挂图、实物）
a双螺母：薄的在上，厚的在下或两者都一样，在螺杆伸出端拧两个螺母，利用两个螺
母的对顶作用使两螺母之间的螺栓始终受到附加拉力和附加摩擦力，而螺母受到压缩，构成
螺纹副轴向压紧，从而防止联接松动。这种方法结构简单，可用于低速重载场合。
但在载荷剧烈变化时，双螺母防松仍不可靠，螺母又多一倍，结构尺寸，重量都要增加，
所以目前用的不多。
b弹簧垫圈：螺母拧紧后，弹簧垫圈被压平，垫圈的弹性力使螺旋副到轴向压紧，产生摩擦
力来防止联接松动，垫圈斜口的夹端抵住被联接件和螺母的支承面，也有助于防止螺母松动。
方法简单，使用广泛。
C尼龙锁紧螺母：螺母中嵌有尼龙圈，拧上后尼龙圈内孔被胀大，箍紧螺栓。 2、靠机械防松：（直接锁住）
这种方法是利用便于更换的机械止动元件直接防止螺纹副相对转动。 a开口销和槽形螺母：螺杆末端钻一小孔，螺母带有槽，螺母拧紧后，孔槽相对，然后用开
口销穿过螺栓尾部小孔和螺母的槽，再将销和尾部分开与螺母贴紧，使螺母紧锁在螺栓身上。
此法防松可靠，但安装较费工时，且不经济。
b圆螺母用带翅垫片：使垫片内翅嵌入螺栓（轴）的槽内，拧紧螺母后，将垫片外翅之一折
嵌入（弯入）螺母的一个槽内。即可防松。
C止动垫片：将垫片折边以固定螺母和被联接件的相对位置。 3其它方法：（破坏螺旋副，永久止动）
冲点，焊住或粘合：拧紧螺母后，将螺栓和螺母焊接处，或用冲头冲2—3个点，防止其相对转动，粘合：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
果好。永久止动，用于装配后不再拆处。
10-6螺栓联接的强度计算：
这里主要讨论单个螺栓联接的计算，它也适用于双头螺柱和螺钉的联接。 螺栓拉断
螺栓主要失效形式： 螺纹的压溃和剪断
经常装拆会因磨损而发生滑扣现象
在静载荷作用下，螺旋的螺纹部分出现塑性变形的断裂。
在变载荷作用下，螺栓有应力集中部位，如螺纹部分，钉头与柱体的过渡部分易发生疲
劳断裂现象。
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