自锁螺纹副的理论力学模型

自锁螺纹副的理论力学模型

创固螺丝https://www.wendangku.net/doc/8c9748285.html,

我们平常所说的“自锁螺纹”，其实是特指“自锁螺纹副”，包含了内外两只螺纹组成的螺纹副。因为单一的螺纹，是谈不上具有“自锁”这种属于配合性质的性能的。

市面上，我们也总会见到是螺母类的“自锁螺纹”，但为什么我们没能见到“自锁螺栓”呢？其实，以“自锁螺纹”的理论，能生产出“自锁螺母”，就必然能生产出“自锁螺栓”，只是我们不能真正明白自锁螺纹的机理，未能自如地设计生产出能适合于各种场合，具有包括自锁性能在内的特种性能的螺纹来。

要自如地设计出具有自锁性能的各种自锁螺纹，就得明白螺纹的自锁机理，就得知道自锁螺纹的理论力学模型是什么。

1．介绍一种特殊的机械力学模型

加工球型零件，我们得有一种夹具“V形内锥”——一个漏斗结构的夹具，以定位、对中。这个夹具说来有点神奇，就是随意将这个球体零件放到这个“V形内锥——漏斗”，这个零件总会自动定位于“V形内锥”的中心，其基准，就是该“V形内锥”的轴线中心。夹紧后，我们就可以进行各种的机加工了。

别小看了这种定位夹具，它极巧妙地运用了机床夹具的设计原理，一个这么简单的结构，就能消除了被加工零件的“全部的6个自由度”。在这里让我们复习说明一下，消除了6个自由度，它意味着什么。

我们知道，任何一件物体，“只要是消除了沿X、Y、Z轴三个方向各自存在的一个平动和一个转动的自由度，总共6个自由度，这个物体的位置就是确定了的”。再引伸一下，以方便我们理解：只要我们再施加一个适当的外力，那么，无论来自任何方向的力（振动），只要这个螺纹副的机械强度不被破坏，这对螺纹是绝对不会松动失效的。“消除6个自由度的原理”，这是自锁螺纹设计时将会运用到的很重要的一个机械原理。

2．自锁螺纹副的理论力学模型

我们不再深入讨论“机械自锁的一般原理”，而只使用“螺纹副的自锁原理”，直接运用自锁螺纹副的理论力学模型去设计生产各种具有自锁性能的螺纹来。

自锁螺纹副的理论力学模型，可以简单地比喻为“相当于一个V形螺旋内锥与一个螺旋状的具有曲面的球体的配合体”，其V形螺旋内锥，活象内螺纹，而具有曲面的螺旋球体，相当于外螺纹。简单地说，就是前面所说的“V形内锥——球体”结构模型的螺旋体。反过来说，即内锥相当于外螺纹，螺旋球体相当于内螺纹，这个力学模型同样是成立的。

这个自锁螺纹副的力学模型最大的特点，就是内外螺纹配合时，总会以其轴心线为对称中心，并重合。它互为消除了内螺纹或外螺纹的6个自由度。

3．传统普通螺纹的“斜面——滑块”力学模型说明了什么

说自锁螺纹的力学模型是“相当于一个V形螺旋内锥与一个螺旋状的具有曲面的球体的配合体”，那么，一直以来，我们运用的设计普通螺纹时采用的“斜面——滑块力学模型”，它又到底说明了什么问题呢？

简而言之，“斜面——滑块力学模型，只说明了轴向（或X轴）的平动的那个自由度的运动关系”。而以自锁螺纹的原理关系来说，它只消除了轴向的那一个自由度；如果该斜面设计的角度大于“自锁角”的话，则该结构连一个自由度也不能消除。

4．现实的普通螺纹副，到底消除了几个自由度？

说到这，使大家仍搞不清楚的倒是，我们现在所使用的普通螺纹副，理论上它又消除了几个自由度呢？为什么普通螺纹副总是不能防振，特别是来自径向（横向）载荷呢？

要说清楚和理解这个问题有点困难。我只能说个结果供大家先行接受。

从表面上看，实际使用的普通螺纹副，好象与上述自锁螺纹副的理论力学模型完全一样，但实质上是有极大的差别的：前者是一个面接触的螺旋体，后者是一个线接触的螺旋体。但这又有什么差别呢？

差别在于，前者的这个面接触螺旋体，从理论上说，它完全不符合自锁螺纹的理论力学模型，原因在

于现实中的内外螺纹，其表面不是绝对光滑，牙型角、整个螺纹副的牙型不是绝对吻合；其配合面总是“点阵”接触，遇到振动，就会产生塑性变形。理论上，它只消除了3个自由度；不严格地说，它最多消除了5个自由度，剩下的径向的那一个自由度是不能消除的。

上述这一段话并不容易理解。但有一个最大的表面特征我们是可以理解的，这就是普通螺纹副，它起码是不能消除内外螺纹间的径向间隙，螺纹副在横向载荷的情况下，必然出现松动失效。再举出一个极限认识关系：就是如果普通螺纹是一种表面绝对光滑，没有任何的形状误差，是一种“理想螺纹”的话，则“由理想螺纹组成的螺纹副，就具有自锁性能”。显然，这种“理想螺纹副”在现实中是不存在的。

5．最简单的自锁螺纹副

既要符合自锁螺纹副的原理，又要与普通螺纹的牙型配合关系相似或相近的螺纹，它是一个什么形状关系呢？

在这里也只能说出一个结果，这就是，只要内外螺纹的牙型角不相等，它们所组成的螺纹副，拧紧后，就是一对自锁螺纹副，就具有自锁性能。我国和英国分别有两套发明专利都不约而同地提到了这个关系。而运用了高精度螺纹技术（主要是为了消除螺纹副的径向间隙）设计生产的“径向干涉配合自锁螺纹副”，能最大限度地实现或表达这个自锁性能。

6．生产与使用

我们可以运用生产传统螺纹的一切工具，生产这种自锁螺纹副，生产成本、工艺流程等是完全一样的。可以重复装拆、重复使用。

7．自锁性能的检验

在这里，提供一项检验自锁螺纹自锁性能的检验标准——《GJB 715.3》，它是我们国家的军用标准，等效采用美国的军用标准。该标准只提供了检验自锁性能的方法，它直接检验螺纹副的抗横向振动的能力；自锁性能的量值指标，是抗振的时间（总次数）。

用这种方法检验的螺纹，如果其振动时间（次数）能超过某一个公认的数值，则可以认定这种自锁螺纹具有良好的自锁性能。抗振能超过3分钟的，只有双螺母锁锁紧、槽形螺母锁紧和和以本技术生产的自锁螺纹副。普通螺纹副，包括带弹簧垫圈的螺纹副，都不堪一击，几下就桧松动失效了，可以说是完全没有自锁性能。使用带尼龙嵌件的螺母、高锁螺母组成的螺纹副，有一定的防松（而不是自锁）性能。

参考资料深圳市创固五金有限公司https://www.wendangku.net/doc/8c9748285.html,

螺纹

习题与参考答案 一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案） 1 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。 A. 好 B. 差 C. 相同 D. 不一定 2 用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹。 A. 牙根强度高，自锁性能好 B. 传动效率高 C. 防振性能好 D. 自锁性能差 3 若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的。 A. 螺距和牙型角 B. 升角和头数 C. 导程和牙形斜角 D. 螺距和升角 4 对于连接用螺纹，主要要求连接可靠，自锁性能好，故常选用。 A. 升角小，单线三角形螺纹 B. 升角大，双线三角形螺纹 C. 升角小，单线梯形螺纹 D. 升角大，双线矩形螺纹 5 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 6 当铰制孔用螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓。 A. 必受剪切力作用 B. 必受拉力作用 C. 同时受到剪切与拉伸 D. 既可能受剪切，也可能受挤压作用 7 计算紧螺栓连接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的 倍。 A. 1.1 B. 1.3 C. 1.25 D. 0.3 8 采用普通螺栓连接的凸缘联轴器，在传递转矩时，。 A. 螺栓的横截面受剪切 B. 螺栓与螺栓孔配合面受挤压 C. 螺栓同时受剪切与挤压 D. 螺栓受拉伸与扭转作用 9 在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是。 A. 单线矩形螺旋副 B. 单线梯形螺旋副 C. 双线矩形螺旋副 D. 双线梯形螺旋副 10 在螺栓连接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是。 A. 提高强度 B. 提高刚度 C. 防松 D. 减小每圈螺纹牙上的受力 11 在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了。 A. 受力均匀 B. 便于装配. C. 外形美观 D. 降低成本

自锁螺纹与防松螺纹的区别

自锁螺纹与防松螺纹的区别 我们现时使用的螺纹紧固件，有防松性质的，也有自锁性质的。而有些本来是防松螺纹，却说成是自锁螺纹。那么，该如何辨别与分别呢？ 1．自锁螺纹副的基本判断依据 自锁螺纹与防松螺纹，最起码的一个区别是：自锁螺纹，是指一个外螺纹与一个内螺纹组成的螺纹副，其本身（而不是之外）就具有自锁性能。其辅助的评判指标应是：内外螺纹的主体牙型都应该相同，还应该与传统牙型相同，不能一个是三角螺纹，另一个是矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹、楔形螺纹的组合。其中，美国产品“施必牢”则属于三角螺纹与楔形螺纹所组成的自锁螺纹副。再一个指标就是，自锁螺纹副应该是可以重复装拆、重复使用的；由一个螺纹副之外再增加一些辅助手段或措施而产生的防松性能，如增加弹簧垫圈，增加如尼龙嵌件、螺套等充填物，破坏螺纹牙型，甚至焊接等，都属于防松的措施，这种螺纹副，都只能说是防松螺纹副； 还有一种情况，是双螺纹副实现的自锁与防松性能的，这种螺纹副，也不能归并到自锁螺纹的范畴内。如双螺母防松、槽形螺母、高锁螺母等。 2．判断螺纹副自锁性能高低好坏的两个国家级标准 判断螺纹副自锁或防松性能的高低好坏，我国有两个标准，一个是国家标准，一个是国家军用标准。 按国家标准进行检验的检测设备很复杂，据说只有国家某部门才配有一台，却未见国内其它的标准件厂配置了该检测设备。而国家军用标准，则只是规定了检测的方法，是一个方法的标准，只要配有了标准的振动台装置，并按标准制造了相关的装夹具，就能对相关螺纹副的自锁性能进行检测了。它是按实际的使用情况，模拟螺纹副抗横向振动的情形设计的。就检测条件的实现来说，按国家军用标准进行检验，比按国家标准进行检验，要简单容易得多，检测成本也较低一点。 按国内专家的比较，自锁螺纹副能通过国家军用标准检测的，就一定能通过国家标准的检测。反过来说，通过国家军用标准，会比通过国家标准的更难。我们的航天、航空产品，其螺纹副的自锁性能，都是按此标准进行检验的。 3．自锁性能标准制定的建议 建议我们的厂家，在制定自行开发的自锁螺纹紧固件产品标准时，应引用我们的国家军用标准《GJB715.3》作为基础标准。这项标准同时也是一项等效采用美国军用标准的标准，具有国际性，可信度高。

螺纹自锁

第十一章螺纹的形成与螺旋传动 §11-1 螺纹的形成原理和类型及其主要参数 如图11-1所示，将一与水平面倾斜角为 的直线绕在圆柱体上，即可形成一条螺旋线。如果用一个平面图形（梯形、三角形或矩形）沿着螺旋线运动，并保持此平面图形始终在通过圆柱轴线的平面内，则此平面图形的轮廓在空间的轨迹便形成螺纹。 图11-1 螺纹的形成 根据平面图形的形状，螺纹牙形有矩形（图11-2a）、三角形（图11-2b）、梯形（图11-2c）和锯齿形（图11-2d）等。 a）b) c) d) 图11-2 螺纹的牙形 根据螺旋线的绕行方向，螺纹分为右旋螺纹（图11-3a）和左旋螺纹（图11-3b）；根据螺旋线的数目，螺纹又可以分为单线螺纹（图11-3a）和双线或以上的多线螺纹(图11-3b、c)。 a) b) c)

图11-3 螺纹的旋向 图11-4 内、外螺纹 在圆柱体外表面上形成的螺纹称为外螺纹，在圆柱体孔壁上形成的螺纹称为内螺纹（图11-4）。 以三角螺纹为例，圆柱普通螺纹有以下主要参数： (1)大径d 、D —分别表示外、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径。 (2)小径d 1、D 1—分别表示外、内螺纹的最小直径。 (3)中径d 2、D 2—分别表示螺纹牙宽度和牙槽宽度相等处的圆柱直径。 (4)螺距P —表示相邻两螺纹牙同侧齿廓之间的轴向距离。 (5)线数n —表示螺纹的螺旋线数目。 (6)导程S —表示在同一条螺旋线上相邻两螺纹牙之间的轴向距离，S = nP 。 (7）螺纹升角λ—在中径d 2圆柱上螺旋线的切线与螺纹轴线的垂直平面间的夹角，如图11-1示，S =πd 2tan λ。 (8）牙形角α—在螺纹轴向剖面内螺纹牙形两侧边的夹角。 §11-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 一、矩形螺纹 如图11-5a 所示，在外力（或外力矩）作用下，螺旋副的相对运动，可看作推动滑块沿螺纹表面运动。如图11-5b 所示，将矩形螺纹沿中径d 2处展开，得一倾斜角为λ的斜面，斜面上的滑块代表螺母，螺母与螺杆的相对运动可看成滑块在斜面上的运动。 a) b) 图11-5 螺纹的受力 如图11-5b 所示，当滑块沿斜面向上等速运动时，所受作用力包括轴向载荷F Q 、水平推力F 、斜面对滑块的法向反力F N 以及摩擦力F f 。F N 与F f 的合力为F R ，F f =fF N ，f 为摩擦系数，F R 与F N 的夹角为摩擦角ρ。由力F R 、F 和F Q 组成的力多边形封闭图（图11-5b ）得 F =F Q tan (λ+ρ) （N ） （11-1） 转动螺纹所需的转矩为 () tan 22221ρλ+??=?=Q F d d F T （N ?mm ） （11-2）

自锁螺纹副的理论力学模型

自锁螺纹副的理论力学模型 创固螺丝https://www.wendangku.net/doc/8c9748285.html, 我们平常所说的“自锁螺纹”，其实是特指“自锁螺纹副”，包含了内外两只螺纹组成的螺纹副。因为单一的螺纹，是谈不上具有“自锁”这种属于配合性质的性能的。 市面上，我们也总会见到是螺母类的“自锁螺纹”，但为什么我们没能见到“自锁螺栓”呢？其实，以“自锁螺纹”的理论，能生产出“自锁螺母”，就必然能生产出“自锁螺栓”，只是我们不能真正明白自锁螺纹的机理，未能自如地设计生产出能适合于各种场合，具有包括自锁性能在内的特种性能的螺纹来。 要自如地设计出具有自锁性能的各种自锁螺纹，就得明白螺纹的自锁机理，就得知道自锁螺纹的理论力学模型是什么。 1．介绍一种特殊的机械力学模型 加工球型零件，我们得有一种夹具“V形内锥”——一个漏斗结构的夹具，以定位、对中。这个夹具说来有点神奇，就是随意将这个球体零件放到这个“V形内锥——漏斗”，这个零件总会自动定位于“V形内锥”的中心，其基准，就是该“V形内锥”的轴线中心。夹紧后，我们就可以进行各种的机加工了。 别小看了这种定位夹具，它极巧妙地运用了机床夹具的设计原理，一个这么简单的结构，就能消除了被加工零件的“全部的6个自由度”。在这里让我们复习说明一下，消除了6个自由度，它意味着什么。 我们知道，任何一件物体，“只要是消除了沿X、Y、Z轴三个方向各自存在的一个平动和一个转动的自由度，总共6个自由度，这个物体的位置就是确定了的”。再引伸一下，以方便我们理解：只要我们再施加一个适当的外力，那么，无论来自任何方向的力（振动），只要这个螺纹副的机械强度不被破坏，这对螺纹是绝对不会松动失效的。“消除6个自由度的原理”，这是自锁螺纹设计时将会运用到的很重要的一个机械原理。 2．自锁螺纹副的理论力学模型 我们不再深入讨论“机械自锁的一般原理”，而只使用“螺纹副的自锁原理”，直接运用自锁螺纹副的理论力学模型去设计生产各种具有自锁性能的螺纹来。 自锁螺纹副的理论力学模型，可以简单地比喻为“相当于一个V形螺旋内锥与一个螺旋状的具有曲面的球体的配合体”，其V形螺旋内锥，活象内螺纹，而具有曲面的螺旋球体，相当于外螺纹。简单地说，就是前面所说的“V形内锥——球体”结构模型的螺旋体。反过来说，即内锥相当于外螺纹，螺旋球体相当于内螺纹，这个力学模型同样是成立的。 这个自锁螺纹副的力学模型最大的特点，就是内外螺纹配合时，总会以其轴心线为对称中心，并重合。它互为消除了内螺纹或外螺纹的6个自由度。 3．传统普通螺纹的“斜面——滑块”力学模型说明了什么 说自锁螺纹的力学模型是“相当于一个V形螺旋内锥与一个螺旋状的具有曲面的球体的配合体”，那么，一直以来，我们运用的设计普通螺纹时采用的“斜面——滑块力学模型”，它又到底说明了什么问题呢？ 简而言之，“斜面——滑块力学模型，只说明了轴向（或X轴）的平动的那个自由度的运动关系”。而以自锁螺纹的原理关系来说，它只消除了轴向的那一个自由度；如果该斜面设计的角度大于“自锁角”的话，则该结构连一个自由度也不能消除。 4．现实的普通螺纹副，到底消除了几个自由度？ 说到这，使大家仍搞不清楚的倒是，我们现在所使用的普通螺纹副，理论上它又消除了几个自由度呢？为什么普通螺纹副总是不能防振，特别是来自径向（横向）载荷呢？ 要说清楚和理解这个问题有点困难。我只能说个结果供大家先行接受。 从表面上看，实际使用的普通螺纹副，好象与上述自锁螺纹副的理论力学模型完全一样，但实质上是有极大的差别的：前者是一个面接触的螺旋体，后者是一个线接触的螺旋体。但这又有什么差别呢？ 差别在于，前者的这个面接触螺旋体，从理论上说，它完全不符合自锁螺纹的理论力学模型，原因在

丝杠螺纹自锁条件

丝杠螺纹自锁条件 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

螺纹自锁条件为螺纹升角小于当量摩擦角。λ＜arc tan fv λ=arc ta n （S/πd）fv = f / cosβ 式中λ——螺纹升角 fv—当量摩擦系数 f——摩擦系数(按螺旋副材料查手册) S—螺纹导程 d—螺纹中径π——圆周率β——牙形斜角，对于对称牙形为牙形角之半 一般情况下，螺旋升角小于5度时，具有自锁功能。 计算的λ=3.6＜arc tan fv =4.7梯形螺纹自锁。梯形螺纹不是标准件，需要自己设计加工 梯形丝杠的自锁条件 9 a7 c. e6 `8 N 螺纹自锁条件为螺纹升角小于当量摩擦角。 λ＜arc tan fv 5 k. F6 c' X; D/ y λ=arc tan （S/πd） 6 i8 ~8 }1 t/ m% K) ^ fv = f / cosβ % ^??]8 |6 L: q( P$ B0 a 式中 λ——螺纹升角 3 Q6 G: |, d7 O( o1 x, z7 v fv—当量摩擦系数8 w/ g- D0 N: W- P f——摩擦系数(按螺旋副材料查手册) S—螺纹导程 d—螺纹中径 π——圆周率 β——牙形斜角，对于对称牙形为牙形角之半' U- I! I9 E! W: G: A

梯形丝杠的自锁条件 形螺纹一般用于丝杠等零件,具有良好的位移精度,一般都要自锁;如果想解除自锁,则在螺纹设计时增大螺纹升角,使其大于两金属材料的磨擦角,即可去掉自锁性,一般没有这么设计的,那样的话螺纹升角会非常大,没有什么用.若要在不增大螺纹升角的条件下解除自锁,可以采用磙子螺旋副,此时摩擦力很小,几乎没有自锁性.