5机械设计_课件_第5章螺纹连接和螺旋传动

分 类
按回转体的内外表面分
按螺旋的作用分
按母体形状分
螺纹的牙型
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矩形螺纹
30º
潘存云教授研制
三角形螺纹
15º
潘存云教授研制
梯形螺纹
30º 3º 潘存云教授研制
锯齿形螺纹
潘存云教授研制
潘存云教授研制
潘存云教授研制
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
2
14.701
2.5
16.376
2.5
18.376
2.5
20.376
3
22.052
3
25.052
3.5
27.727
11.835 13.835 15.294 17.294 19.294 20.752 23.752 26.211
1.5, 1 2, 1.5, 1
注：括号内的公称直径为第二系列
细牙普通螺纹基本尺寸 mm
第5章 螺纹连接和螺旋传动
§5－1 §5－2 §5－3 §5－4 §5－5 §5－6 §5－7 §5－8 §5－9
螺纹 螺纹连接的类型及标准连接件 螺纹连接的预紧 螺纹连接的防松 螺纹连接的强度计算 螺栓组连接的设计 螺栓的材料和许用应力 提高螺栓连接强度的措施 螺旋传动
§5－1 螺 纹
一、螺纹的形成
内螺纹小径
D1
d-4 d-5 d-6 d-8 d-10 d-12
普通细牙螺纹
管螺纹 非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁α = 55˚） 用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁α = 55˚）
60˚圆锥管螺纹
公称直径——管子பைடு நூலகம்公称通径。强调与普通螺纹不同
55 ˚
55 ˚
d d2 d1
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P
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d
d2 d1
螺纹伸出长度a=(0.2~0.3)d; 螺栓轴线到被连接件边缘的
距离
e=d+(3~6) mm
a d
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铰制孔用螺栓
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§5－2 螺纹连接的类型及标准连接件
e
一、 螺纹连接的基本类型
基 螺栓连接
本
螺钉连接 结构简单，省了螺母，不宜经常拆装， 以免损坏螺孔而修复困难。
类
双头螺柱连接 连接件厚，允许拆装。
螺栓
螺 双头螺柱
纹 螺钉、紧定螺钉
紧 专用螺纹连接
固
螺母 国标罗列有６０余种不同结构的螺母
件
用于经常拆装
易磨损之处。
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六角螺母 六角扁螺母 六角厚螺母
用于尺寸受限制之处。
圆螺母
其它螺母：
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其它螺母：
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二、螺纹紧固件
螺栓 螺 双头螺柱 纹 螺钉、紧定螺钉 紧 专用螺纹连接 固 螺母 件 垫圈
预紧力：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之
在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加
作用力称为预紧力。
预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受 载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。
预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不 得超过其材料的屈服极限ss的80%。
碳素钢螺栓： F0≤(0.6~0.7) σs A1 合金钢螺栓： F0 ≤(0.5~0.6) σs A1 A1 ——危险截面积， A1 ≈π d21/4
d1=d-1.0825P
P/8
P/230˚
90˚
P/4
H/4
P——螺距
标记示例： M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3)
公称直径（大径） Dd
3 4 5 6 8 10
螺距P
0.5 0.7 0.8
1 1.25 1.5
M24×1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5)
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粗
牙
细牙
中径 D2 d2 2.675 3.545
螺旋线——一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线 等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。
螺纹——一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图 形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。 d2
螺纹
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按螺纹的牙型分
矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹
螺 按螺纹的旋向分
纹 的
按螺旋线的根数分
2
d-2+0.701
d-3+0.835
3
d-2+0.052
d-4+0.752
梯形螺纹基本尺寸 mm
R1
R2 ac
P 内螺纹
30˚
ac
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R2
H4
标记示例：Tr48×8
(梯形螺纹，直径48，螺距8)
d D2 d2 d3
H1
D4
D1
外螺纹
螺距 螺纹牙高 牙顶间隙
公称直径d
P
h3=H4
ac
第1系列
螺距P
中径D2、d2
小径D1、d1
0.35
d-1+0.773
d-1+0.621
0.5
d-1+0.675
d-潘1存+云教0授.4研制59
0.75
d-1+0.513
d-1+0.188
1
d-1+0.35
d-2+0.918
1.25
d-1+0.188
d-2+0.647
1.5
d-1+0.026
d-2+0.376
管螺纹
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二、螺纹的主要几何参数
P/2 P/2
(1)大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重
合的假想圆柱体的直径。
(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。
(3)中径d d
2 也是一个假想圆柱的直径，该圆
柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。
d2 d1
(4) 螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间
P
φ
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非螺纹密封的管螺纹
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2φ
用螺纹密封的管螺纹
§5－2 螺纹连接的类型及标准连接件
一、 螺纹连接的基本类型 e
可承受横向载荷。
d
基 螺栓连接
a
本
用于经常拆装易磨损之处。
类
孔与螺杆之
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l1
型
间留有间隙 l1
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螺纹余留长度l1 静载荷l1>=(0.3~0.5)d; 变载荷l1>=0.75d; 冲击载荷或弯曲载荷l1≥ d; 铰制孔用螺栓l1≈ d;
fc ——摩擦因子。 无润滑时取 fc =0.15
Rf ——支撑面摩擦半径。
rf =(dw+d0)/4
T
d
d0
Fa
简化公式 T ≈ 0.2 F d 0 适用于M10~M60的粗牙螺纹， f’=0.15, fc=0.15,
Fa是由连接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：
预紧力控制方法: 通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的， 重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。
的轴向距离。
(5) 导程S S = nP
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P
ψ
((67))牙螺型纹角升角α ψ 的平面的夹角
中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线
tanψ= πndP2
轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹
轴线的垂线间的夹角。
牙侧角 β
S
ψ
(8)接触高度 h
小径 D2 d2 2.459 3.242
螺距P 0.35
3.545 5.350
4.134 4.918
0.5
7.188
6.647
9.026
8.376
1.25, 1 0.75
12
1.75
10.863
10.106
1.5, 1.25 0.5
(14) 16 (18) 20 (20) 24 (27) 30
2
12.701
内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。
πd2
PS
h
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α ββ
螺纹的精度等级:
A级 公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合 B级 受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接
C级 用于一般连接，最常用
普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可 以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其 余的统称为细牙螺纹。粗牙螺纹应用最广。
连接螺纹
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传动螺纹
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
纹 的
按螺旋线的根数分
单线螺纹 多线螺纹
分 类
按回转体的内外表面分
外螺纹 内螺纹
按螺旋的作用分
连接螺纹 传动螺纹
按母体形状分
圆柱螺纹 圆锥螺纹
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圆柱螺纹
圆锥螺纹
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第2系列
4
2.25
0.25
16、20潘存云教授研制 18
5
2.75 0.25 24、28
22、26
6
2.25 0.5
32、36
30、34
8
6.5
0.5
48、52
46、50
10
5.5
0.5 40、70、80 38、42、65
12
6.5
0.5
90、100
85、95
中径
D2 d2
d-2 d-2.5 d-3 d-4 d-5 d-6
§5－2 螺纹连接的类型及标准连接件
一、 螺纹连接的基本类型
基 螺栓连接 本 螺钉连接 类 双头螺柱连接 型 紧定螺钉连接
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紧定螺钉
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二、螺纹紧固件
螺栓 螺
纹
紧
L
固
L0
件
六角头 L L0
小六角头
螺栓的结构形式
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d
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d
二、螺纹紧固件
螺栓 螺 双头螺柱 纹 紧 固 件
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梯形
3º
锯齿形 30º
螺纹的基本尺寸：
粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基 本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。
直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm
P/8
Dd D2 d2 D1 d1
P P/8
60˚
H=0.866P d2=d-0.6495P D、d ——内、外螺纹大径 D2、d2——内、外螺纹中径 D1、d1——内、外螺纹小径
SP
P
SP
按螺旋的作用分
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S =P
S = 2P
按母体形状分
单线螺纹
多线螺纹
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
纹 的
按螺旋线的根数分
单线螺纹 多线螺纹
分 类
按回转体的内外表面分
外螺纹 内螺纹
按螺旋的作用分
按母体形状分
螺纹副
注意：对于重要的连接，应尽可能采用大于M12的螺栓。
二、 拧紧力矩
设预紧力为F0 或预紧力（不受轴向载荷）
总力矩 TTTTTT111TTT222FF02d02d22tatgn( ' ) fcF0rf
T1 ——克服螺纹副相对转动的阻力矩；
T2 ——克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；
§5－4 螺纹连接的防松
防松——防止螺旋副相对转动。连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温 度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变 载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可
(1)凭手感经验
(2)测力矩扳手
F
(3)定力矩扳手
(4)测定伸长量
测力矩扳手
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LS LM
定力矩扳手
连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动 松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有 可能松动。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象 （如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。
作用：增加支撑面积以减 小压强，避免拧紧螺母擦 伤表面、防松。
A型平垫圈 平垫圈 弹簧垫圈
B型平垫圈 薄平垫圈 斜垫圈
圆螺母用止动垫圈
§5－3 螺纹连接的预紧
一、概述
一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作 用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对
螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。
L
L1
L0
d L1 ——座端长度 L0 ——螺母端长度
二、螺纹紧固件 螺栓
螺 双头螺柱 纹 螺钉、紧定螺钉 紧 固 件
头部 结构
末端 结构
二、螺纹紧固件 螺栓
螺 双头螺柱 纹 螺钉、紧定螺钉 紧 专用螺纹连接 固 件
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起吊螺钉
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地脚螺栓
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T 型螺栓
二、螺纹紧固件
细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高 缺点：不耐磨，易滑扣。
应用：薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。
P 60˚
P
P
粗牙
d
细牙 d
细牙 d
梯形螺纹： β= 15º
锯齿形螺纹: β= 3º
30º
常用于传动。
为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角β比三角形螺纹的要小得 多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。 锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。
潘存云教授研制 潘存云教授研制
内螺纹 外螺纹
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潘存云教授研制
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
纹 的
按螺旋线的根数分
单线螺纹 多线螺纹
分 类
按回转体的内外表面分
外螺纹 内螺纹
按螺旋的作用分
连接螺纹 传动螺纹
螺旋传动
按母体形状分
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型
H2 l1 HH1
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a
参数l1 、e、a与螺栓相同 座端拧入深度H，当螺孔材料为：
钢或青铜 H=d;
铸铁 H=(1.25~1.5)d 铝合金 H=(1.5~2.5)d
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螺纹孔深度 H1=H+(2~2.5)P; 钻孔深度 H2=H1+(0.5~1)d;
H2 l1 HH1
ed
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潘存云教授研制
纹 的
按螺旋线的根数分
潘存云教授研制
分 类
按回转体的内外表面分
按螺旋的作用分
按母体形状分
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹