机械设计课件第三章螺纹联接和螺旋传动

dw
简化公式：T ≈ 0.2 F d a
适用于M10~M60的粗牙螺纹， f’=0.15, fc=0.15,
Fa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
预紧力控制方法: 通常螺纹联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。
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）。
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm
P/8
P P/8
60˚
P/230˚
90˚
P/4
H/4
P/8
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
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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、受动载荷的联接和微调机构。
P 60˚
P
P
粗牙
d
青岛科技大学专用
细牙 d
细牙
d
潘存云教授研制
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。
10.106
11.835 13.835 15.294 17.294 19.294 20.752 23.752 26.211
细牙 螺距P
0.35 0.5 1.25, 1 0.75 1.5, 1.25 0.5 1.5, 1
2, 1.5, 1
潘存云教授研制
细牙普通螺纹基本尺寸 mm
螺距P 0.35 0.5
SP
P
SP
按螺旋的作用分
S =P
S = 2P
按母体形状分
青岛科技大学专用
单线螺纹
双线螺纹
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
按母体形状分
青岛科技大学专用
青岛科技大学专用
2φ
用螺纹密封的管螺纹
潘存云教授研制
§5－2 螺纹联接的类型及标准联接件
一、 螺纹联接的基本类型 e
可承受横向载荷。
d
基 螺栓联接
a
本
用于经常拆装易磨损之处。
l1
类
孔与螺杆之
型
间留有间隙 l1
螺纹余留长度l1
a
静载荷l1>=(0.3~0.5)d;
d
变载荷l1>=0.75d;
冲击载荷或弯曲载荷l1≥ d;
§5－3 螺纹联接的预紧
一、概述
一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作 用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联
接的可靠性，强度和密封均有很大影响。
预紧力：大多数螺纹联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：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受 载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。
潘存云教授研制
圆柱螺纹
圆锥螺纹
青岛科技大学专用
管螺纹
潘存云教授研制
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。
第5章 螺纹联接和螺旋传动
§5－1 螺纹
§5－2 螺纹联接的类型及标准联接件
§5－3 螺纹联接的预紧
§5－4 螺纹联接的防松
§5－5 §5－6 §5－7 §5－8 §5－9
螺纹联接的强度计算 螺栓组联接的设计 螺栓的材料和许用应力 提高螺栓联接强度的措施 螺旋传动
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潘存云教授研制
§5－1 螺 纹
地脚螺栓
起吊螺钉
青岛科技大学专用
T 型螺栓
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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 专用螺纹联接
固
螺母 国标罗列有六十余种不同结构的螺母
件
用于经常拆装
易磨损之处。
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
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
其它螺母：
青岛科技大学专用
9.026
12
1.75
10.863
(14) 16
2
12.701
2
14.701
(18) 20 (20) 24 (27) 30
2.5
16.376
2.5
18.376
2.5
20.376
3
22.052
3
25.052
3.5
27.727
青岛科技大注学专：用括号内的公称直径为第二系列
小径 D2 d2 2.459 3.242 4.134 4.918 6.647 8.376
按螺旋线的根数分
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
青岛科技大学专用
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 n线螺纹: S = n P 多线螺纹 一般: n ≤ 4
分 类
按回转体的内外表面分
P----螺距
d1=d-1.0825P
标记示例：
M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3)
M24X1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5)
Dd D2 d2 D1 d1
公称直径（大径）
粗
牙
Dd
3 4 5 6 8 10
螺距P
0.5 0.7 0.8
1 1.25 1.5
中径 D2 d2 2.675 3.545 3.545 5.350 7.188
类
双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。
型
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
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
a
青岛科技大学专用
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§5－2 螺纹联接的类型及标准联接件
一、 螺纹联接的基本类型
基 螺栓联接 本 螺钉联接 类 双头螺柱联接 型 紧定螺钉联接
紧定螺钉
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
二、螺纹紧固件
螺栓 螺
纹
紧
L
固
L0
件
六角头 L L0
青岛科技大学专用
小六角头
螺栓的结构形式
d d
潘存云教授研制
二、螺纹紧固件
轴线的垂线间的夹角。
牙侧角 β
S
(8)接触高度 h
内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。
ψ
πd2
青岛科技大学专用
PS
h
α ββ
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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联接；
C级 用于一般联接，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
铰制孔用螺栓l1≈ 0;
螺纹伸出长度a=(0.2~0.3)d;
螺栓轴线到边缘的距离
e=d+(3~6) mm
铰制孔螺栓
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
§5－2 螺纹联接的类型及标准联接件
e
一、 螺纹联接的基本类型
H2 l1 HH1
基 螺栓联接
本
螺钉联接 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。
d2 d1
(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 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
tgψ= 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
中径D2、d2 d-1+0.773 d-1+0.675
小径D1、d1 d-1+0.621 d-1+0.459
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
2
d-2+0.701
d-3+0.835
3
d-2+0.052
d-4+0.752
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
梯形螺纹基本尺寸 mm
P
R1
30˚
ac R2
ac
内螺纹
R2
H4
标记示例：Tr48X8
(梯形螺纹，直径48，螺距8)
d D2 d2 d3
H1
D1
D4
外螺纹
螺距 螺纹牙高 牙顶间隙
P
h3=H4
ac
4
2.25 0.25
5
2.75 0.25
潘存云教授研制
联接螺纹
青岛科技大学专用
传动螺纹
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
联接螺纹 传动螺纹
按母体形状分
圆柱螺纹 圆锥螺纹
青岛科技大学专用
一、螺纹的形成
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
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
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
螺栓 螺 双头螺柱 纹 紧 固 件
L
L1
L0
d L1 -----座端长度 L0 -----螺母端长度
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
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
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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 专用螺纹联接 固 件
预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹联接件的预紧应力不
得超过其材料的屈服极限ss的80%。
碳素钢螺栓： Qp≤(0.6~0.7) σs A1 合金钢螺栓： Qp ≤(0.5~0.6) σs A1 青岛科技A大1学专-用--危险截面积， A1 ≈πd21/4
潘存云教授研制
注意：对于重要的联接，应尽可能采用>M12的螺栓。
内螺纹小径
D1
d-4 d-5 d-6 d-8
d-10 d-12
潘存云教授研制
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----管子的公称通径。强调与普通螺纹不同
55 ˚
55 ˚
d
d2 d1
P
d
d2 d1
P
φ
非螺纹密封的管螺纹
螺纹副
潘存云教授研制
青岛科技大学专用
内螺纹 外螺纹
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
联接螺纹 传动螺纹
螺旋传动
按母体形状分
青岛科技大学专用
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
青岛科技大学专用
LS LM
定力矩扳手
联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，联接仍有 可能松动。高温下的螺栓联接，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。 潘存云教授研制
纹 的
按螺旋线的根数分
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
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
螺纹的牙型
30º
15º
30º
3º
矩形螺纹
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
青岛科技大学专用
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
潘存云教授研制
其它螺母：
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
二、螺纹紧固件
螺栓 螺 双头螺柱 纹 螺钉、紧定螺钉 紧 专用螺纹联接 固 螺母 件 垫圈
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
青岛科技大学专用
圆螺母用止动垫圈 潘存云教授研制
6
2.25 0.5
8
6.5
0.5
10
5.5
0.5
12
6.5
0.5
青岛科技大学专用
公称直径d
第1系列
第2系列
16、20 24、28
18 22、26
32、36
30、34
48、52
46、50
40、70、80 38、42、65
90、100
85、95
中径
D2 d2
d-2 d-2.5 d-3 d-4 d-5 d-6
二、 拧紧力矩
设轴向力为Fa 或预紧力（不受轴向载荷）
总力矩：T
T11 T22
Fad2 2
tg(
')
f c Fa rf
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； fc—摩擦系数。 无润滑时取： fc =0.15
rf—支撑面摩擦半径。
rf =(dw+d0)/4
T
d
d0
Fa