课题一 螺纹连接及螺旋传动
任务一 螺纹的基本知识
知识点：
螺纹的种类及主要参数；
螺纹的标记。
能力点：
螺纹标记的正确示读。
一、螺纹的形成
如图1-1-1所示，一动点沿圆柱（或圆锥）表面绕其轴线作等速回转运动，同时沿母线作等速直线运动所形成的轨迹称为螺旋线。
图1-1-1 螺纹的形成
选择一定形状的平面（如三角形、梯形、锯齿形等），沿螺旋线运动，形成具有规定牙型的连续凸起称为螺纹。
二、螺纹的种类、特点和用途
螺纹的种类、特点和用途见表1-1-1。
表1-1-1 螺纹的种类、特点和用途
图1-1-2 螺纹牙型
图1-1-3 外、内螺纹
图1-1-4 螺纹旋向
图1-1-5 螺纹线数
三、螺纹的主要参数
以图1-1-6所示的普通螺纹为例说明螺纹的主要参数。
图1-1-6 螺纹的主要参数
（1）大径d：螺纹标准中的公称直径，螺纹的最大直径。
（2）小径d1：螺纹的最小直径，强度计算中螺杆危险断面的计算直径。
（3）中径d2：近似于螺纹的平均直径，d2=（d1+d）/2。
（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向距离。S=nP。
（6）螺纹升角λ：中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面之间的夹角。在螺纹的不同直径处，螺纹升角各不相同，其展开形式如图1-1-6所示。通常在螺纹中径d2处计算。
tanλ=S/πd2
（7）牙型角α：螺纹牙两侧边的夹角。
（8）工作高度h：内外螺纹配合时径向接触高度。
（9）螺旋线数n：连接螺纹常用1，传动螺纹1～4。
螺纹由牙型、公称直径、螺距、线数和旋向五个要素所确定，通常称为螺纹五要素。只有这五要素都相同的外螺纹和内螺纹才能相互旋合。
四、螺纹的标记
国家标准规定了各种螺纹的标记及标注方法，从螺纹的标记可了解该螺纹的种类、公称直径、螺距、线数、旋向、螺纹公差等方面的内容。下面分别介绍几种标准螺纹的标记方法及示例。
1.普通螺纹的标记
普通螺纹标记的标注格式为：螺纹代号-螺纹公差带代号（中径、顶径）-旋合长度代号。
（1）普通螺纹代号。螺纹代号由螺纹特征代号公称直径×螺距 旋向 表示。
普通螺纹的特征代号为M，有粗牙和细牙之分，粗牙螺纹的螺距可省略不注；右旋螺纹可不标注旋向代号，左旋螺纹旋向代号为LH。
（2）公差带代号包括中径和顶径的公差带代号。公差带代号由数字加字母表示（内螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母），如7H、6g等。如果中径和顶径的公差带代号不同则分别标注，中径公差带在前，顶径公差带在后；如果中径和顶径的公差带代号相同，则只标注一个代号。内、外螺纹旋合在一起时，标注中的公差带代号用斜线分开，左边表示内螺纹的公差带代号，右边表示外螺纹的公差带代号。
（3）旋合长度代号有S、N、L，分别表示短、中、长三种旋合长度。一般情况下均采用中等旋合长度，故在标记中N不写出。必要时才标注出S或L。各种旋合长度所对应的具体值可根据螺纹直径和螺距在有关标准中查出。特殊需要时，可注明旋合长度的数值。
普通螺纹的标记示例如下：
M16-5g6g表示粗牙普通螺纹，公称直径16mm，右旋，中径、顶径螺纹公差带分别为5g、6g，旋合长度为中等长度。
M16×1LH-6G-S表示细牙普通螺纹，公称直径16mm，螺距1mm，左旋，中径、顶径螺纹公差带均为6G，旋合长度为短长度。
M20-5g6g-30表示粗牙普通螺纹，公称直径20，右旋，中径、顶径螺纹公差带分别为5g、6g，旋合长度为30mm。
M10×6H/6g表示粗牙普通螺纹，公称直径10，右旋，中径、顶径螺纹公差带均为6H的内螺纹与中径、顶径螺纹公差带均为6g的外螺纹组成的螺旋副，旋合长度为中等长度。
2.管螺纹的标记
（1）螺纹密封的管螺纹的标记为：螺纹特征代号 尺寸代号-旋向代号。
螺纹密封的管螺纹的螺纹特征代号有三个：圆锥外螺纹代号为R，圆锥内螺纹代号为RC，圆柱内螺纹代号为RP。右旋螺纹可不标注旋向代号，左旋螺纹旋向代号为LH。
（2）非密封管螺纹代号：特征代号 尺寸代号 公差等级代号-旋向代号。
非螺纹密封的管螺纹特征代号为G，外管螺纹公差等级分A、B两级，而内管螺纹只有一种等级，故不标记公差等级代号。右旋螺纹可不标注旋向代号，左旋螺纹旋向代号为LH。
需要注意的是，管螺纹的尺寸代号不是螺纹的大径，而是管子孔径的近似值，管螺纹的大径、小径和螺距可由相关手册中查出。
标记示例：
R3/4表示螺纹密封的圆锥外管螺纹，尺寸代号3/4、右旋。
RP3/4表示螺纹密封的圆柱内管螺纹，尺寸代号3/4、右旋。
RC1/2-LH表示螺纹密封的圆锥内管螺纹，尺寸代号1/2、左旋。
G1/2A-LH表示非螺纹密封的外管螺纹，尺寸代号为1/2、左旋，公差等级为A级。
内、外螺纹旋合在一起时，内、外螺纹的标记用斜线分开，左边表示内螺纹，右边表示外螺纹。标记示例如下：
右旋螺旋副：RP3/4/R3/4
左旋螺旋副：G1/2/G1/2A-LH
3.梯形螺纹的标记
单线梯形螺纹：螺纹特征代号Tr公称直径×螺距 旋向-公差带代号-旋合长度代号
多线梯形螺纹：螺纹特征代号Tr公称直径×导程（P螺距）旋向-公差带代号-旋合长度代号
梯形螺纹的公差带代号只标注中径公差带代号。旋合长度有中等旋合长度N（不标）和长旋合长度L。旋合长度按螺纹公称直径和螺距尺寸在有关标准中查阅。
标记示例：
Tr 40×7-7e表示公称直径为40mm，单线，螺距P=7mm，右旋，中径公差带代号7e，中等旋合长度的梯形螺纹。
Tr 40×14（P7）LH-7H-L表示公称直径为40mm，双线，螺距P=7mm，左旋，中径公差带代号7H，长旋合长度的梯形螺纹。
4.锯齿形螺纹的标记
单线锯齿形螺纹：
螺纹特征代号B 公称直径×螺距 旋向-公差带代号-旋合长度代号
多线锯齿形螺纹：
螺纹特征代号B 公称直径×导程（P螺距）旋向-公差带代号-旋合长度代号
标记示例：
B40×14（P7）LH-8c-L表示公称直径d=40mm，导程S=14，螺距P=7，左旋，公差带代号8c，长旋合长度的锯齿形螺纹。
练一练
1.常用螺纹的牙型有________、________、________和________等。
2.螺纹的公称直径（管螺纹除外）是指它的________。
A.内径d1
B.中径d2
C.外径d
3.螺纹标记M24×2表示________。
4.当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能差。（ ）
任务二 螺纹连接
知识点：
螺纹连接的类型；
螺纹连接的预紧、防松；
螺纹连接的主要失效形式。
能力点：
螺纹连接的类型及选用。
螺纹连接是利用具有螺纹的零件将需要相对固定的零件连接在一起。这种连接具有结构简单、工作可靠、拆装方便、成本低廉等优点，因此得到了广泛应用。
一、螺纹连接件和螺纹连接的类型
1.螺纹连接件
螺纹连接件品种很多，大都已标准化，常用的螺纹连接件有螺栓、螺柱、螺钉、螺母和垫圈等，如图1-1-7所示。
图1-1-7 常用的螺纹连接件
2.螺纹连接的类型
常用的螺纹连接形式主要有：螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接等类型，其特点和应用见表1-1-2。
表1-1-2 常用的螺纹连接
二、螺纹连接的拧紧与防松
1.螺纹连接的拧紧
绝大多数螺纹连接在装配时需要拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加的作用力称为预紧力。预紧的目的是为了增大连接的紧密性和可靠性。此外，适当地提高预紧力还能提高螺栓的疲劳强度。
2.螺纹连接的防松
在静载荷作用下，连接螺纹的升角较小，故能满足自锁条件。但在受冲击、振动或变载荷以及温度变化大时，连接有可能自动松脱，这就容易发生事故。防松目的是防止内、外螺纹间产生相对转动。因此，螺纹连接时，必须充分重视防松问题。常用的防松方法见表1-1-3。
表1-1-3 常用的防松方法
三、螺纹连接的主要失效形式
螺纹连接的失效形式与受载情况和螺纹连接的结构有关。螺纹连接的主要失效形式有螺栓连接的松动、螺栓杆的拉断、螺栓杆或螺栓孔的压溃、螺栓杆的剪断、因经常拆卸而发生滑扣现象。其中，螺栓连接的松动、螺栓杆的拉断为静载时的主要失效形式；螺栓杆或螺栓孔的压溃、螺栓杆的剪断为铰制孔用连接时的主要失效形式。
练一练
1.用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为其________。
A.螺纹强度高
B.传动效率高
C.防振性能好
D.螺纹副的摩擦属于楔面摩擦，摩擦力大，自锁性好
2.螺栓连接是一种________。
3.用于薄壁零件连接的螺纹，应采用________。
A.三角形细牙螺纹
B.梯形螺纹
C.锯齿形螺纹
D.多线的三角形粗牙螺纹
4.梯形螺纹和其他几种用于传动的螺纹相比较，其优点是________。
A.传动效率高
B.获得自锁的可能性大
C.较易精确制造
D.螺纹已标准化
任务三 螺旋传动
知识点：
螺旋传动的功用及类别。
能力点：
能进行相关螺旋传动的计算。
一、螺旋传动概述
螺旋传动是用螺杆和螺母组成的螺旋副传递运动和动力的机械传动，主要用于把旋转运动转换成直线运动，同时传递运动和动力。
与其他将回转运动转变为直线运动的传动装置相比，螺旋传动具有结构简单，工作连续、平稳，承载能力大，传动精度高等优点，因此广泛应用于各种机械和仪器中。它的缺点是摩擦损失大，传动效率较低；但滚动螺旋传动的应用，已使螺旋传动摩擦大、易磨损和效率低的缺点得到了很大程度的改善。
常用的螺旋传动有普通螺旋传动、差动螺旋传动和滚珠螺旋传动。
二、普通螺旋传动
由螺杆和螺母组成的简单螺旋副实现的传动是普通螺旋传动。
（1）普通螺旋传动的应用形式 见表1-1-4。
表1-1-4 普通螺旋传动的应用形式
（2）直线运动方向的判定 普通螺旋传动，从动件作直线运动的方向（移动方向）不仅与螺纹的回转方向有关，还与螺纹的旋向有关。判定步骤如下：
①右旋螺纹用右手，左旋螺纹用左手。手握空拳，四指指向与螺杆（或螺母）回转方向相同，大拇指竖直。
②若螺杆（或螺母）回转并移动，螺母（或螺杆）不动，则大拇指指向即为螺杆（或螺母）的移动方向（图1-1-8）。
图1-1-8 螺杆或螺母移动方向的判定
③若螺杆（或螺母）回转，螺母（或螺杆）移动，则大拇指指向的相反方向即为螺母（或螺杆）的移动方向。图1-1-9为卧式车床床鞍的丝杠螺母传动机构。丝杠为右旋螺杆，当丝杠如图示方向回转时，开合螺母带动床鞍向左移动。
图1-1-9 卧式车床床鞍的螺旋传动
（3）直线移动距离的计算 普通螺旋传动，螺杆（或螺母）的移动距离L与螺纹的导程有关。螺杆相对螺母每回转一圈，螺杆（或螺母）移动一个导程的距离。因此，移动距离L等于回转圈数N与导程S的乘积，即
L=NS （1-1-1）
式中 L——螺杆（或螺母）的移动距离，mm；
N——回转圈数；
S——螺纹导程，mm。
若已知螺杆（或螺母）的转速，则螺杆（或螺母）的移动速度可按下式计算
v=nS （1-1-2）
式中 v——螺杆（或螺母）的移动速度，mm/min；
n——转速，r/min；
S——螺纹导程，mm。
三、差动螺旋传动
由两个螺旋副组成的使活动的螺母与螺杆产生差动（即不一致）的螺旋传动称为差动螺旋传动。
1.差动螺旋传动原理
图1-1-10所示为一差动螺旋机构。螺杆分别与活动螺母和机架组成两个螺旋副，机架上为固定螺母（不能移动），活动螺母不能回转而只能沿机架的导向槽移动。设机架和活动螺母的旋向同为右旋，当螺杆沿图示方向回转时，螺杆相对机架向左移动，而活动螺母相对螺杆向右移动，这样活动螺母相对机架实现差动移动，螺杆每转1转，活动螺母实际移动距离为两段螺纹导程之差。如果机架上螺母螺纹旋向仍为右旋，活动螺母的螺纹旋向为左旋，螺杆沿图示回转时，螺杆相对机架左移，活动螺母相对螺杆也左移，螺杆每转1转，活动螺母实际移动距离为两段螺纹的导程之和。
2.差动螺旋传动的移动距离和方向的确定
由上面分析可知，在图1-1-10所示差动螺旋机构中：
图1-1-10 差动螺旋传动原理
①螺杆上两螺纹旋向相同时，活动螺母移动距离减小。当机架上固定螺母的导程大于活动螺母的导程时，活动螺母移动方向与螺杆移动方向相同；当机架上固定螺母的导程小于活动螺母的导程时，活动螺母移动方向与螺杆移动方向相反；当两螺纹的导程相等时，活动螺母不动（移动距离为零）。
②螺杆上两螺纹旋向相反时，活动螺母移动距离增大。活动螺母移动方向与螺杆移动方向相同。
③在判定差动螺旋传动中活动螺母的移动方向时，应先确定螺杆的移动方向。
差动螺旋传动中活动螺母的实际移动距离和方向，可用公式表示如下
L=N（S1±S2） （1-1-3）
式中 L——活动螺母的实际移动距离，mm；
N——螺杆的回转圈数；
S1——固定螺母的导程，mm；
S2——活动螺母的导程，mm。
当两螺纹旋向相反时，公式中用“+”号，当两螺纹旋向相同时，公式中用“—”号；计算结果为正值时，活动螺母实际移动方向与螺杆移动方向相同，计算结果为负值时，活动螺母实际移动方向与螺杆移动方向相反。
【例1-1-1】 在图1-1-10中，固定螺母的导程S1=1.5mm，活动螺母的导程S2=2mm，螺纹均为左旋。问当螺杆回转0.5转时，活动螺母的移动距离是多少？移动方向如何？
解：螺纹均为左旋，用左手判定螺杆向右移动。因为两螺纹旋向相同，活动螺母移动距离：
L=N（S1-S2）=0.5×（1.5-2）=-0.25mm
计算结果为负值，说明活动螺母实际移动方向与螺杆移动方向相反，即向左移动了0.25mm。
差动螺旋传动机构可以产生极小的位移，而其螺纹的导程并不需要很小，加工较容易。所以差动螺旋传动机构常用于测微器、计算机、分度机及诸多精密切削机床、仪器和工具中。
四、滚珠螺旋传动
在普通的螺旋传动中，由于螺杆与螺母的牙侧表面之间的相对运动摩擦是滑动摩擦，因此，传动阻力大，摩擦损失严重，效率低。为了改善螺旋传动的功能，经常用滚珠螺旋传动，用滚动摩擦代替滑动摩擦。滚珠螺旋传动，根据滚珠循环方式不同，可分为内、外两种循环方式，如图1-1-11所示。
图1-1-11 滚珠螺旋传动
滚珠螺旋传动主要由滚珠、螺杆、螺母及滚珠循环装置组成。其工作原理是：在螺杆和螺母的螺纹滚道中，装有一定数量的滚珠（钢球），当螺杆与螺母作相对螺旋运动时，滚珠在螺纹滚道内滚动，并通过滚珠循环装置的通道构成封闭循环，从而实现螺杆与螺母间的滚动摩擦。
与普通螺旋传动相比，滚珠螺旋传动具有以下特点：
①传动效率高，摩擦损失小。滚珠螺旋传动机械效率η=90％～95％。
②磨损小，能较长时间保持原始精度，使用寿命长。
③由于摩擦阻力小，且摩擦力的大小几乎与运动速度无关，故启动转矩接近于运动转矩，传动灵敏、平稳。
④给予适当的预紧，可消除螺杆与螺母螺纹间的间隙，因而有较高的传动精度和轴向刚度。
⑤不能自锁，传动具有可逆性，故需采用防逆转措施。
⑥制造工艺复杂，成本较高。
由于滚珠螺旋传动具有以上特点，在要求高效率、高精度的场合已广泛应用，如数控机床、精密机床的进给机构、重型机械的升降机构、自动控制装置和精密测量仪器等。
练一练
1.螺旋副中螺杆相对于螺母转过一转时，则沿轴线方向相对移动的距离是________。
A.线数×螺距
B.一个螺距
C.线数×导程
D.导程/线数
2.调节机构中，采用单头细牙螺纹，螺距为3mm，当螺母沿轴向移动9mm，螺杆转________转。
A.3
B.4
C.5
D.6
3.调节机构中，如螺纹为双线，螺距为2mm，当螺杆转3转时，则螺母轴向移动________mm。
A.6
B.12
C.12.7
D.25.4
4.如题4图所示为一螺旋拉紧装置，如按图上箭头方向旋转中间零件，能使两端螺杆A及B向中央移动，从而将两端零件拉紧。此装置中，A、B螺杆上螺纹的旋向应是________。
题4图
A.A左旋，B左旋
B.A右旋，B右旋
C.A左旋，B右旋
D.A右旋，B左旋
任务四 实训：测量螺纹中径
1.实训目的
①掌握螺纹中径的测量方法。
②了解螺纹千分尺的结构原理和使用。
2.实训内容和要求
用螺纹千分尺测量螺纹中径。
3.实训过程
①了解螺纹千分尺。螺纹千分尺是专门用于测量螺纹中径的，测量头的形状做成与螺纹牙型相吻合的形状，结构如图1-1-12所示。
图1-1-12 用螺纹千分尺测量螺纹中径
1—螺纹千分尺的弓；2—架砧；3—V形测量头；4—圆锥形测量头；5—主量杆；6—内套筒；7—外套筒；8—校对样板
②根据被测螺纹的螺距，选取一对测量头。
③装上测量头并校准千分尺的零位。
④将被测螺纹放入两测量头之间，找正中径部位。
⑤分别在同一截面相互垂直的两个方向上测量中径，取它们的平均值作为螺纹的实际中径。
习题1-1
1.什么是螺纹？按螺纹牙型不同，常用的螺纹有哪几种？试说明它们的应用场合。
2.螺纹的主要参数有哪些？螺距与导程有何不同？螺纹升角与哪些参数有关？
3.普通螺纹的公称直径是指哪个直径？普通螺纹的代号如何表示？
4.管螺纹的螺纹特征代号有哪几种？代号RP与G有什么不同？
5.试解释下列各种螺纹标记及各种螺旋副标记的含义：
（1）M10×1LH-6H、M30-5g6g、G1/2A-LH、Tr52×14（P7）-7e-L
（2）Tr52×16（P8）-7H/7e、M36×1.5LH-6H/6g
6.试说明螺纹连接的主要类型和特点。
7.螺纹预紧和放松的目的是什么？
8.螺纹连接的主要失效形式有哪些？
9.什么是螺旋传动？常用的螺旋传动有哪几种？
10.如何判定普通螺旋传动中螺杆或螺母的移动方向？如何计算移动距离？
11.如题11图所示，螺杆1可在机架3的支承内转动，a处为左旋螺纹，b处为右旋螺纹，两处螺纹均为单线，螺距Pa=Pb=4mm，螺母2和螺母4不能回转，只能沿机架的导轨移动。求当螺杆按图示方向回转1.5周时，螺母2和螺母4相对移动的距离，并在图上画出两螺母的移动方向。
题11图
12.什么是差动螺旋传动？利用差动螺旋传动实现微量调节对两段螺纹的旋向有什么要求？
13.在差动螺旋传动中，怎样计算活动螺母的移动距离？如何判定活动螺母的移动方向？
14.在题14图所示微调镗刀机构中，螺杆1在Ⅰ和Ⅱ两处均为右旋螺纹，刀套3固定在镗杆2上，镗刀4在刀套中不能回转，只能移动。当螺杆回转时，可使镗刀得到微量移动。设固定螺母（刀套）的螺纹导程S1=1.5mm，活动螺母（镗刀）螺纹的导程S2=1.25mm，求螺杆按图示方向回转2周时，镗刀移动的距离，并判断移动的方向。
题14图
15.在题15图所示微调机构中，已知：S1=2mm，S2=1.5mm，两螺旋副均为右旋。当手轮按图示方向回转90°时，螺杆的移动距离为多少？移动方向如何？如果手轮刻线圆周分度100等份，手轮回转1格，螺杆移动多少距离？
题15图
16.滚珠螺旋传动有什么优、缺点？主要应用在什么场合？