机械设计第8章：螺纹连接——课件PPT
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螺纹联接件表面形状为螺纹 倾斜线绕在圆柱体上形成螺旋线 平面图形沿螺旋线形成螺纹
螺旋线
平面图形
螺纹的类型(1)
用途
固定螺纹 联接螺纹 测量螺纹 传动螺纹
螺纹的类型(2)
右旋螺纹：常用 左旋螺纹：特殊要求 旋向判断
(1)轴线垂直时， 右边高—右旋 左边高—左旋
(2)右手旋，前进—右旋 左手旋，前进—左旋
静联接
动联接
与动力
零件
构件
机构
机器
(运动副)
源组合
静联接 可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等 不可拆联接：铆接、焊接、胶接等
✓ ✓✓
第二节
引言
螺纹的种类及主要参数
螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动
螺纹的形成
e sin
1
2 F
tan e
R
F’n
v12
11111
Ff
P
Fn
2
2
F
e arctan e
思考: 与平面摩擦比较？ 结论：槽面的摩擦力大于平面的摩擦力
三角螺纹副的受力、效率及自锁
反力 2Fn 'cos F
摩擦力 Ff 2Fn '
F cos
当量摩擦角
900-β eF
900-β
F
β
e
arctan e
arctan cos
公（外）螺纹与母 （内）螺纹，组合
称为螺纹联接
螺纹的类型(5)
补充（加工方法）
车削
Moving die plate
Header blank
碾制
Fixed die plate
螺纹的类型(6)
圆柱螺纹与圆锥螺纹
母体形状
圆柱螺纹的主要参数
大径d、D：最大直径—公称直径 小径d1、D1：外螺纹的危险剖面
直径—强度计算直径
中径d2、D2：假想直径，牙型沟
槽宽与牙的宽度相等—效率、升 角等的计算直径
螺距P：相邻两牙轴向距离 导程S：同一条螺纹线的相邻两牙 间的轴向距离，S = nP
升角φ：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角 牙型角a ：螺纹两侧边的夹角
第三节
引言 螺纹的种类及主要参数
螺纹副的受力分析与自锁
第八章
引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动
第一节
引言
螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动
结论：当 ψ≤ρ 时，滑块自锁
矩形螺纹副的受力、效率及自锁
螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动 滑块沿斜面运动
假设：1)载荷分布在中线上; 2)单面产生摩擦力
n
Rρ
v12
Ft
s =z p
F
ψ
d1 d2
d
螺旋升角
tan s z p d2 d2
拧紧力 Ft F tan(
)
拧紧力矩 T1
Ft
d2 2
β
拧紧力 Ft 拧紧力矩 T1
F tan( e )
Ft
d2 2
d2 F tan( 2
Fn’ β
防松力 e ) 防松力矩
β Fn’
Ft ' F tan( e )
T'
Ft
'
d2 2
d2 F tan( 2
e)
效率
Wr / Wd tan / tan(
e)
自锁条件 Ft ' F tan(
e) 0
ψ≤ρe
1. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动？
螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动
螺纹副（螺旋副）的力学特性
螺纹副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面 螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动 当螺杆和螺母之间受到轴向力Q时，拧动螺杆或
螺母，螺旋面间将产生摩擦力 螺纹副的受力决定其效率和自锁条件
按机械性能分10级（螺母等级低于螺栓） 常用低碳钢和中碳钢 变载、冲击用合金钢（特殊场合用有色金属）
螺纹公差和精度
公差：内螺纹 G、H
外螺纹 e、f、g、h
精度：精密 中等 一般用途 粗糙 精度要求低
螺纹联接的基本类型（1）
普通螺栓
工作原理：螺栓受拉承受外载荷 应用：被联接件不太厚的常拆卸处
受剪螺栓
工作原理：侧 壁受挤压、杆 横截面受剪承 受外载 应用：需精确 固定两被联接 件的相对位置
螺栓联接
螺纹联接的基本类型（2） 双头螺柱联接
工作原理：螺栓受拉承受外载 应用：被联接件较厚，且常拆卸处
螺纹联接的基本类型（3）
螺钉联接
工作原理：螺钉受拉承受外载 应用：一被联接件较厚，但不常拆卸处
螺旋线方向（旋向）
螺纹的类型(2)
补充（左旋螺纹应用）
自行车的左侧脚踏
船用螺旋桨
螺纹的类型(3)
单头螺纹：易自锁 多头螺纹：传动能力强
螺旋线数目
螺纹的类型(4)
轴向剖面形状（螺纹牙型）
三角形螺纹：常用于联接 矩形螺纹：用于传动 梯形螺纹：常用于传动 锯齿形螺纹：常用于传动，单向受载
螺纹的类型(5)
d2 F tan( 2
n ψ
F
d2
防松力 Ft ' F tan( )
防松力矩 T '
Ft
'
d2 2
d2 F tan( 2
)
效率 Wr /Wd tan / tan( ) ) 自锁条件 Ft ' F tan( ) 0 ψ≤ρ
槽面摩擦
力分析
摩擦力： Ff
Fn
F
Ff
sin Fn
2
Ff
Hale Waihona Puke BaidueF
当量摩擦角：
标准件
尺寸、结构、材料、 精度、公差配合以及 制图要求等具有统一 标准的零部件，如螺 栓、螺钉、螺母、垫 圈、铆钉、销、键等 连接件以及滚动轴承、 联轴器等部件
机械产品中使用数量 大的零部件
由专业厂按照标准进 行大批量生产，可降 低成本、保证质量和 可靠性、提高互换性
联接 联接件与被联接件的组合
2. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种易自锁，宜用于联接？
第四节
引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁
螺纹紧固件与螺纹联接的类型
螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动
常用螺纹紧固件的类型
螺栓 双头螺柱 螺钉 螺母 垫圈
标准化
常用螺纹紧固件的材料和精度
性能等级与材料
斜面摩擦
Fn
滑块等速运动所需要的水平力 R ρ
v12
等速上升
平衡条件： Ft F R 0 驱动力： Ft F tan( )
Ff
Ft
ψF
等速下滑
平衡条件：Ft ' F R ' 0 维持力： Ft ' F tan( )
R’
Fn’ ρ
v12
Ff’ Ft’
自锁条件：
ψF
Ft
R
ψ+ρ F
Ft’
ψ–ρ
R’
F
当ψ≤ρ时，Ft’ ≤0，原工作阻力Ft’反向作用，作为驱动 力时，滑块才能移动
螺旋线
平面图形
螺纹的类型(1)
用途
固定螺纹 联接螺纹 测量螺纹 传动螺纹
螺纹的类型(2)
右旋螺纹：常用 左旋螺纹：特殊要求 旋向判断
(1)轴线垂直时， 右边高—右旋 左边高—左旋
(2)右手旋，前进—右旋 左手旋，前进—左旋
静联接
动联接
与动力
零件
构件
机构
机器
(运动副)
源组合
静联接 可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等 不可拆联接：铆接、焊接、胶接等
✓ ✓✓
第二节
引言
螺纹的种类及主要参数
螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动
螺纹的形成
e sin
1
2 F
tan e
R
F’n
v12
11111
Ff
P
Fn
2
2
F
e arctan e
思考: 与平面摩擦比较？ 结论：槽面的摩擦力大于平面的摩擦力
三角螺纹副的受力、效率及自锁
反力 2Fn 'cos F
摩擦力 Ff 2Fn '
F cos
当量摩擦角
900-β eF
900-β
F
β
e
arctan e
arctan cos
公（外）螺纹与母 （内）螺纹，组合
称为螺纹联接
螺纹的类型(5)
补充（加工方法）
车削
Moving die plate
Header blank
碾制
Fixed die plate
螺纹的类型(6)
圆柱螺纹与圆锥螺纹
母体形状
圆柱螺纹的主要参数
大径d、D：最大直径—公称直径 小径d1、D1：外螺纹的危险剖面
直径—强度计算直径
中径d2、D2：假想直径，牙型沟
槽宽与牙的宽度相等—效率、升 角等的计算直径
螺距P：相邻两牙轴向距离 导程S：同一条螺纹线的相邻两牙 间的轴向距离，S = nP
升角φ：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角 牙型角a ：螺纹两侧边的夹角
第三节
引言 螺纹的种类及主要参数
螺纹副的受力分析与自锁
第八章
引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动
第一节
引言
螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动
结论：当 ψ≤ρ 时，滑块自锁
矩形螺纹副的受力、效率及自锁
螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动 滑块沿斜面运动
假设：1)载荷分布在中线上; 2)单面产生摩擦力
n
Rρ
v12
Ft
s =z p
F
ψ
d1 d2
d
螺旋升角
tan s z p d2 d2
拧紧力 Ft F tan(
)
拧紧力矩 T1
Ft
d2 2
β
拧紧力 Ft 拧紧力矩 T1
F tan( e )
Ft
d2 2
d2 F tan( 2
Fn’ β
防松力 e ) 防松力矩
β Fn’
Ft ' F tan( e )
T'
Ft
'
d2 2
d2 F tan( 2
e)
效率
Wr / Wd tan / tan(
e)
自锁条件 Ft ' F tan(
e) 0
ψ≤ρe
1. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动？
螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动
螺纹副（螺旋副）的力学特性
螺纹副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面 螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动 当螺杆和螺母之间受到轴向力Q时，拧动螺杆或
螺母，螺旋面间将产生摩擦力 螺纹副的受力决定其效率和自锁条件
按机械性能分10级（螺母等级低于螺栓） 常用低碳钢和中碳钢 变载、冲击用合金钢（特殊场合用有色金属）
螺纹公差和精度
公差：内螺纹 G、H
外螺纹 e、f、g、h
精度：精密 中等 一般用途 粗糙 精度要求低
螺纹联接的基本类型（1）
普通螺栓
工作原理：螺栓受拉承受外载荷 应用：被联接件不太厚的常拆卸处
受剪螺栓
工作原理：侧 壁受挤压、杆 横截面受剪承 受外载 应用：需精确 固定两被联接 件的相对位置
螺栓联接
螺纹联接的基本类型（2） 双头螺柱联接
工作原理：螺栓受拉承受外载 应用：被联接件较厚，且常拆卸处
螺纹联接的基本类型（3）
螺钉联接
工作原理：螺钉受拉承受外载 应用：一被联接件较厚，但不常拆卸处
螺旋线方向（旋向）
螺纹的类型(2)
补充（左旋螺纹应用）
自行车的左侧脚踏
船用螺旋桨
螺纹的类型(3)
单头螺纹：易自锁 多头螺纹：传动能力强
螺旋线数目
螺纹的类型(4)
轴向剖面形状（螺纹牙型）
三角形螺纹：常用于联接 矩形螺纹：用于传动 梯形螺纹：常用于传动 锯齿形螺纹：常用于传动，单向受载
螺纹的类型(5)
d2 F tan( 2
n ψ
F
d2
防松力 Ft ' F tan( )
防松力矩 T '
Ft
'
d2 2
d2 F tan( 2
)
效率 Wr /Wd tan / tan( ) ) 自锁条件 Ft ' F tan( ) 0 ψ≤ρ
槽面摩擦
力分析
摩擦力： Ff
Fn
F
Ff
sin Fn
2
Ff
Hale Waihona Puke BaidueF
当量摩擦角：
标准件
尺寸、结构、材料、 精度、公差配合以及 制图要求等具有统一 标准的零部件，如螺 栓、螺钉、螺母、垫 圈、铆钉、销、键等 连接件以及滚动轴承、 联轴器等部件
机械产品中使用数量 大的零部件
由专业厂按照标准进 行大批量生产，可降 低成本、保证质量和 可靠性、提高互换性
联接 联接件与被联接件的组合
2. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种易自锁，宜用于联接？
第四节
引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁
螺纹紧固件与螺纹联接的类型
螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动
常用螺纹紧固件的类型
螺栓 双头螺柱 螺钉 螺母 垫圈
标准化
常用螺纹紧固件的材料和精度
性能等级与材料
斜面摩擦
Fn
滑块等速运动所需要的水平力 R ρ
v12
等速上升
平衡条件： Ft F R 0 驱动力： Ft F tan( )
Ff
Ft
ψF
等速下滑
平衡条件：Ft ' F R ' 0 维持力： Ft ' F tan( )
R’
Fn’ ρ
v12
Ff’ Ft’
自锁条件：
ψF
Ft
R
ψ+ρ F
Ft’
ψ–ρ
R’
F
当ψ≤ρ时，Ft’ ≤0，原工作阻力Ft’反向作用，作为驱动 力时，滑块才能移动