2019-螺纹联接江苏大学机械设计-文档资料
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机械制图螺纹连接
详细描述
断裂可能是由于材料缺陷、加工不良、应力集中等原因造成的。为预防断裂，应选用优质材料、提高螺纹加工精 度、优化结构设计等。同时，应定期检查螺纹，发现裂纹应及时处理。
06
螺纹连接的设计与优化
螺纹连接的设计原则
可靠性
确保螺纹连接在承受工作载荷时 能够保持紧密和稳定，防止松动
和泄漏。
工艺性
考虑到制造和装配过程中的可操作 性，选择合适的螺纹规格、牙型和 公差配合。
清理连接件
确保连接件表面干净，无杂质 和油污，以避免装配时卡滞或 影响密封性能。
涂抹润滑剂
在螺纹表面涂抹适量的润滑剂 ，以降低摩擦系数，便于装配 并减少磨损。
对准螺纹孔
将两个连接件放置在相对位置 ，确保螺纹孔对齐，然后开始
旋紧。
螺纹连接的拆卸方法
使用合适的工具
选择合适的螺丝刀或扳手，确保其与螺纹匹 配，避免损坏螺纹。
多线螺纹
沿两条以上螺旋线形成的 螺纹。
螺纹的螺距
螺距
相邻两牙在中径线上对应两点间 的轴向距离。
导程
同一条螺旋线上相邻两牙在中径 线上对应两点间的轴向距离。
螺纹的旋向
左旋螺纹
逆时针旋转时旋入的螺纹。
右旋螺纹
顺时针旋转时旋入的螺纹。
03
螺纹连接的强度计算
螺纹连接的受力分析
预紧力
摩擦力
在螺纹连接装配时，为了确保连接的 紧密性和防止松动，需要施加一定的 预紧力。预紧力的大小对螺纹连接的 强度有着重要影响。
润滑维护
定期涂抹适量的润滑剂，以降低摩擦 系数，延长使用寿命。
防尘防锈
保持连接件表面清洁，避免灰尘和锈 蚀，影响其机械性能。
更换损坏的零件
机械设计基础第9章 螺纹连接
ψ
Fa
11
重物下滑过程分析：
ψ
R
当ψ >ρ时
N
v
ρ
滑块在重力作用下会加速下滑
要使其匀速下滑，还要施加少
量的水平力F（F > 0）
F = Fa tan(ψ-ρ）
fN F
ψ
Fa
此时F 由驱动力变为阻力，而Fa由阻力变为驱动力
当ψ ≤ρ时
由于摩擦力过大，重物不能自行下滑，而在斜面上保持静止
要使其下滑需施加反向力， F ≤ 0，此时F 变为驱动力
tan S np d2 d2
ψ
4
二、螺纹的分类
普通螺纹 三角形
粗牙螺纹 一般连接 细牙螺纹 薄壁零件或微调装置
管 螺 纹 管路连接
牙 矩形 型 梯 形 传递运动或传力
锯齿形 (效率高)
牙顶较大圆角，旋合 后无径向间隙，英制
细牙螺纹
5
四种螺纹的牙侧角：
β=0° β=3°
β=15°
β=30°
螺纹旋向： 常用右旋，特殊要求时用左旋
一、螺旋线方向的判定
左(右)手自然展开成掌， 使拇指与螺纹轴线平行，若左 手四个指头的指向与螺纹牙走 向一致，则螺纹为左旋螺纹； 则螺纹为右旋螺纹。(见右图 中左旋螺纹的判定)
二、螺纹轴向力的判定
在螺母固定的情况下，旋动螺杆时，螺杆将沿轴线方 向前进或后退，这说明螺杆受到了一个沿运动方向的作用 力。该作用力方向的判定方法是对左、右旋螺纹分别采用 左、右手定则。具体做法如下：拇指伸直，其余四指握拳， 令四指弯曲方向与螺杆转动方向一致，拇指的指向即是螺 杆前进的方向。
此种现象称为“自锁”，自锁条件是： ψ ≤ρ
12
§9-2 螺纹副受力分析、效率和自锁
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
3．受轴向载荷时——普通螺栓联接
根据假设可知，每个螺栓所承担的工作拉力 皆相等为F，即：
问题：受轴向载荷时普通螺栓联接的强度如何 进行计算？
★★求出工作拉力F后按受预紧力和工作 拉力的紧螺栓联接的强度计算方法计算。
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
如何求出预紧力Qp？实际中何种江情苏大况学机械使螺设旋计用传第动5章上螺纹述联接公和 式？
2．受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接 A·单个螺栓受力变形图
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
B·单个螺栓受力变形线图
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
2·常用的标准螺纹联接件（具体见书上表 格P64～65）
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
变形协调条件： 每个螺栓受到的剪切力与其到中心点的距 离成正比。
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
由变形协调条件可知：
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
问题：
受旋转力矩时铰制孔用螺栓联接的强度如何进行计算？
★★采用铰制孔用螺栓联接时首先找受力最 大的螺栓所受到的力Fmax，然后按铰制孔用 螺栓联接的强度计算方法计算
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
(一)松螺栓联接的强度计算
（螺母不需要拧紧、在承受工作载荷前，螺栓不受力）
3．受轴向载荷时——普通螺栓联接
根据假设可知，每个螺栓所承担的工作拉力 皆相等为F，即：
问题：受轴向载荷时普通螺栓联接的强度如何 进行计算？
★★求出工作拉力F后按受预紧力和工作 拉力的紧螺栓联接的强度计算方法计算。
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
如何求出预紧力Qp？实际中何种江情苏大况学机械使螺设旋计用传第动5章上螺纹述联接公和 式？
2．受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接 A·单个螺栓受力变形图
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
B·单个螺栓受力变形线图
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
2·常用的标准螺纹联接件（具体见书上表 格P64～65）
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
变形协调条件： 每个螺栓受到的剪切力与其到中心点的距 离成正比。
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
由变形协调条件可知：
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
问题：
受旋转力矩时铰制孔用螺栓联接的强度如何进行计算？
★★采用铰制孔用螺栓联接时首先找受力最 大的螺栓所受到的力Fmax，然后按铰制孔用 螺栓联接的强度计算方法计算
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
(一)松螺栓联接的强度计算
（螺母不需要拧紧、在承受工作载荷前，螺栓不受力）
机械设计螺纹连接
其中：d1、p 分别为螺纹小径和螺距。
[σ ] —— 许用应力，N / mm2 ，[σ ] ＝ σs /[ Ss ] ，
见表6.3（P110）。
第28页/共57页
机械设计
螺纹连接 28
dc
4F
[ ]
(mm) —— 设计式
∵ 螺栓为标准件 ∴ 查标准，选螺栓
第29页/共57页
机械设计
螺纹连接 29
克服螺纹中阻力所需的转矩为：
T第1 8页F/共5d272页
d2 2
Q
tan
机械设计
螺纹连接
8
旋转螺母一周，输入的驱动功W1 = 2πT1 ，有效功W2 = Q S ， 故螺旋副的效率为：
W2 W1
QS
2 T1
2
Q d2 tan
d2 Q tan
tan
tan
2
由上式知：λ↑，ρ↑ —→ η↑；当：λ= 45°-ρ/2 时 —→ ηmax
其相对运动相当于楔形滑块沿楔形槽斜
面移动。故非矩形螺纹的受力分析与矩形螺
纹的受力分析过程一样。由图知：
F = Q tan（λ +ρv ） 克服螺纹中阻力所需的转矩为：
T1
F
d2 2
d2 2
Q tan v
第10页/共57页
机械设计
螺纹连接 10
螺旋副的效率为：
W2 W1
QS
2 T1
2
Q d2 tan
1）直径 大径 d 、小径 d1 、中径 d2 大径 d ： 公称直径。 小径 d1 ：螺纹的最小直径。 中径 d2 ：齿厚 = 齿槽宽处直径，几何计算用。 d2 ≈ (d + d1 )/2 M 20 —→ d = 20 mm
机械设计-螺纹连接
确定连接力矩
4
尺寸和参数。
根据连接件的材料和负载确定合适的 连接力矩。
螺纹连接的优缺点
• 优点：简便快捷、拆卸方便、承载能力高。 • 缺点：可能出现螺纹磨损、连接失效、腐蚀等问题。
应用案例
汽车制造
螺纹连接广泛应用于汽车底 盘、引擎和车身结构等部件 的装配与固定。
机械设备
螺纹连接被用于机械设备零 件的固定，如电机、减速器 等重要部件。
机械设计-螺纹连接
螺纹连接是一种常用的机械连接方式，通过螺纹的互相咬合来实现紧固与连 接。本演示将介绍螺纹连接的分类、构成、力学原理、设计方法，以及优缺 点和应用案例。
螺纹连接的分类
内螺纹连接
常见于螺母与螺杆的连接，通过内螺纹互相咬合实现固定。
外螺纹连接
常见于螺纹孔与螺纹螺栓的连接，通过外螺纹互相咬合实现固定。
螺纹连接可通过螺纹的剪切形变，实现力的传 递与承载。
由于螺纹的咬合，螺纹连接具有较高的阻拆力， 能够提高连接的稳定性。
如何设计一个螺纹连接
1
确定连接类型
根据连接件的形状和要求选择内螺纹
选择螺纹规格
2
连接或外螺纹连接。
根据连接件的负载和使用环境选择合
适的螺纹规格。
3
计算螺纹尺寸
根据连接件的要求和标准计算螺纹的
精密螺纹连接
采用更高精度的制造工艺，用于对连接要求更严格的领域。
螺纹连接的构成
螺母
用于咬合螺杆的螺纹连接件。
Hale Waihona Puke 螺杆用于与螺母互相咬合的螺纹连 接件。
螺纹
螺纹是螺母与螺杆的互相咬合 结构，实现紧固与连接。
螺纹连接的力学原理
张力力学原理 剪切力学原理 阻拆力学原理
【 机 械 设 计 】第3章 螺纹连接
2.拧紧力矩
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；
通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须对 预紧力进行精确控制。
3.预紧力F′的控制
测力矩板手——测出预紧力矩，如左图 定力矩板手——达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将
自动打滑，如右图 测量预紧前后螺栓伸长量——精度较高
第三章 螺纹连接和螺旋传动
§3-1 概述 §3-2 螺纹连接 §3-3 螺旋传动
§3 -1 概 述
连接：将两个或两个以上的零（构）件组合成一体 的结构。
零件 静连接 构件 动连接 机构 与动力
机器
(运动副)
源组合
可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接等。
连 接
静连接
不可拆连接：铆接、焊接、胶接等。
分 类 动连接 ——运动副
螺栓组所受总横向力（水平向右，作用于接合面内）
F F •cos30 6000cos30 5346.04N
x
总轴向力（铅直向上，作用于螺栓组中心）
F F •sin30 6000sin30 3000N
Y
倾覆力矩（顺时针）
M F x 280 F Y 350 446890.96N • mm
2、各螺栓所受工作拉力为：
4、采用合理的制造工艺
1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高30~40% 2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷
丸等可提高疲劳强度 3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度提高
70~100 %，此法具有优质、高产、低消耗功能 4）控制单个螺距误差和螺距累积误差
例1：一钢制液压油缸，油压 p 1内.6壁MP直a 径
靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压 作用来抵抗Fsmax转 T矩ZrmaxT。
机械设计-螺纹联接
M40×1.5——表示公称直径为40mm，螺距为l.5mm的细牙普通螺纹 M40×l.5-LH——表示公称直径为40mm，螺距为1.5mm的左旋细牙普通螺纹
2.1 螺纹联接的基本类型
2. 螺纹联接
普通螺栓 联接
铰制孔用 螺栓联接
螺栓联接
双头螺柱联接
螺钉联接
紧定螺钉联接
2.2 常用的螺纹联接件
2. 螺纹联接
② 板牙加工 ➢ 内螺纹：① 车削加工
② 丝锥加工
1. 螺纹
车削外螺纹
车削内螺纹
1.2 螺纹的分类 按分布位置分
1. 螺纹
按螺纹旋向分
按螺纹线数分
按母体形状分
外螺纹/内螺纹
左旋/右旋
单线/双线/多线
圆柱螺纹/圆锥螺纹
1.2 螺纹的分类 按螺纹牙型分
1. 螺纹
按作用分
联接螺纹
传动螺纹
1. 螺纹
1.3 螺纹的主要参数
一个假想圆柱面的直径，其母线通过牙型上牙厚和牙间宽相等的圆柱面的直径，也称作配 合直径
螺纹相邻两个牙在中径圆柱面上对应两点的轴向距离
同一条螺旋线上的相邻两牙在中径圆柱面上对应两点的轴向距离 若螺旋线数为n，则Ph＝nP 在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角 tanΦ＝Ph/πd2＝nP/πd2 轴向剖面内螺纹牙型两侧面的夹角
测力矩扳手
力矩扳手 定力矩扳手
3. 螺纹联接的预紧和防松
3.2 螺纹联接的防松 螺纹联接防松的本质就是要防止螺旋副的相对运动。 3.2.1 摩擦防松
对顶螺母防松
弹簧垫圈防松
尼龙圈锁紧螺母防松
3. 螺纹联接的预紧和防松
3.2 螺纹联接的防松 螺纹联接防松的本质就是要防止螺旋副的相对运动。 3.2.2 机械防松
2.1 螺纹联接的基本类型
2. 螺纹联接
普通螺栓 联接
铰制孔用 螺栓联接
螺栓联接
双头螺柱联接
螺钉联接
紧定螺钉联接
2.2 常用的螺纹联接件
2. 螺纹联接
② 板牙加工 ➢ 内螺纹：① 车削加工
② 丝锥加工
1. 螺纹
车削外螺纹
车削内螺纹
1.2 螺纹的分类 按分布位置分
1. 螺纹
按螺纹旋向分
按螺纹线数分
按母体形状分
外螺纹/内螺纹
左旋/右旋
单线/双线/多线
圆柱螺纹/圆锥螺纹
1.2 螺纹的分类 按螺纹牙型分
1. 螺纹
按作用分
联接螺纹
传动螺纹
1. 螺纹
1.3 螺纹的主要参数
一个假想圆柱面的直径，其母线通过牙型上牙厚和牙间宽相等的圆柱面的直径，也称作配 合直径
螺纹相邻两个牙在中径圆柱面上对应两点的轴向距离
同一条螺旋线上的相邻两牙在中径圆柱面上对应两点的轴向距离 若螺旋线数为n，则Ph＝nP 在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角 tanΦ＝Ph/πd2＝nP/πd2 轴向剖面内螺纹牙型两侧面的夹角
测力矩扳手
力矩扳手 定力矩扳手
3. 螺纹联接的预紧和防松
3.2 螺纹联接的防松 螺纹联接防松的本质就是要防止螺旋副的相对运动。 3.2.1 摩擦防松
对顶螺母防松
弹簧垫圈防松
尼龙圈锁紧螺母防松
3. 螺纹联接的预紧和防松
3.2 螺纹联接的防松 螺纹联接防松的本质就是要防止螺旋副的相对运动。 3.2.2 机械防松
机械设计基础 第4章 螺纹连接
14
圆柱管螺纹
牙型角为=55的英制螺纹，内、外螺纹旋合后无径向间 隙。螺纹副本身不具密封性，连接要求密封时，可压紧被连接 件螺纹副外的密封面，也可在密封面间添加密封物。多用于压 力为1.568Pa以下的水、煤气管路，润滑和电线管路系统。
15
2.矩形螺纹
牙型角为0 ，传动效率高于其他螺纹，但牙根强度低，精 确制造困难，对中精度低，未标准化，逐渐被梯形螺纹代替。
第四章
连接的分类
螺纹连接
1.按机械工作时被连接零（部）件间是否有相对运动分 静连接 连接 动连接 2.按能否拆开分 可拆连接 螺纹连接、键连接，销连接、型面连接 焊接、粘接和铆接等
1
螺纹连接、键连接、花键连接、销连接 导向平键连接、导向花键连接及各种运动副
连接
不可拆连接
d2
4.1
螺纹的主要参数和常用类型 螺纹的形成及其分类
43
5.自攻螺钉——由螺标准，扁，厚
45
圆螺母+止退垫圈——带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入
轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧
46
7.垫圈
平垫圈
斜垫圈
h
d1 d2
47
4.4
螺栓连接的强度计算
螺栓连接强度计算的目的是：根据强度条件确定螺 栓直径或校核其强度 ，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各 部分尺寸均按标准选定。 普通螺栓连接在工作时，螺栓主要承受轴向力(包 括预紧力)，故又称受拉螺栓。 铰制孔用螺栓连接工作时，螺栓只承受横向力，又称 受剪螺栓。
受力时被连接件接合面间不 应相对滑移失效，预紧力F 的大 小根据板件的静力平衡条件可得 ：
F f s zm k f FR (即F
k f FR f s zm
圆柱管螺纹
牙型角为=55的英制螺纹，内、外螺纹旋合后无径向间 隙。螺纹副本身不具密封性，连接要求密封时，可压紧被连接 件螺纹副外的密封面，也可在密封面间添加密封物。多用于压 力为1.568Pa以下的水、煤气管路，润滑和电线管路系统。
15
2.矩形螺纹
牙型角为0 ，传动效率高于其他螺纹，但牙根强度低，精 确制造困难，对中精度低，未标准化，逐渐被梯形螺纹代替。
第四章
连接的分类
螺纹连接
1.按机械工作时被连接零（部）件间是否有相对运动分 静连接 连接 动连接 2.按能否拆开分 可拆连接 螺纹连接、键连接，销连接、型面连接 焊接、粘接和铆接等
1
螺纹连接、键连接、花键连接、销连接 导向平键连接、导向花键连接及各种运动副
连接
不可拆连接
d2
4.1
螺纹的主要参数和常用类型 螺纹的形成及其分类
43
5.自攻螺钉——由螺标准，扁，厚
45
圆螺母+止退垫圈——带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入
轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧
46
7.垫圈
平垫圈
斜垫圈
h
d1 d2
47
4.4
螺栓连接的强度计算
螺栓连接强度计算的目的是：根据强度条件确定螺 栓直径或校核其强度 ，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各 部分尺寸均按标准选定。 普通螺栓连接在工作时，螺栓主要承受轴向力(包 括预紧力)，故又称受拉螺栓。 铰制孔用螺栓连接工作时，螺栓只承受横向力，又称 受剪螺栓。
受力时被连接件接合面间不 应相对滑移失效，预紧力F 的大 小根据板件的静力平衡条件可得 ：
F f s zm k f FR (即F
k f FR f s zm
螺纹连接(机械设计课件)
a）螺栓
标记: 螺栓 标准号 螺纹规格 × 有效长度
螺纹紧固件连接
例:螺纹规格D=M12，性能等级为10级，不经表面处理，A级的六角螺母。 螺母 GB/T 6170-2000 M12
b）螺母
标记: 螺母 标准号 螺纹规格
螺纹紧固件连接
例: 标准系列，公称尺寸d=8，性能等级为140HV，不经表面处理的平垫圈 垫圈 GB/T 97.1-2000 8
联接的类型：
螺纹联接
键联接、花键联接、销联接
弹性环联接等
铆接
焊接
粘接
联接
可拆 联接
不可拆 联接
过盈联接
（介于两者之间）
螺纹的形成
d2
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。
螺纹
牙顶
牙顶
小径
大径
外螺纹
内螺纹
牙顶
牙底
牙底
牙顶
大径 D、d
小径D1、d1
中径D2、d2
螺纹的中径：
一个假想圆柱的直径。该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。
⑶ 螺纹的线数n
沿一条螺旋线形成的螺纹叫做单线螺纹；沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹叫做多线螺纹。
六角螺母
盖形螺母
开槽六角螺母
翼形螺母
螺纹连接
§5-0 引 言
由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼此联接。 机械零件之间的联接分为：
被联接件之间相互完全固定。（形锁合、摩擦锁合、材料锁合）
被联接件之间能产生一定的相对运动。例如：运动副。
标记: 螺栓 标准号 螺纹规格 × 有效长度
螺纹紧固件连接
例:螺纹规格D=M12，性能等级为10级，不经表面处理，A级的六角螺母。 螺母 GB/T 6170-2000 M12
b）螺母
标记: 螺母 标准号 螺纹规格
螺纹紧固件连接
例: 标准系列，公称尺寸d=8，性能等级为140HV，不经表面处理的平垫圈 垫圈 GB/T 97.1-2000 8
联接的类型：
螺纹联接
键联接、花键联接、销联接
弹性环联接等
铆接
焊接
粘接
联接
可拆 联接
不可拆 联接
过盈联接
（介于两者之间）
螺纹的形成
d2
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。
螺纹
牙顶
牙顶
小径
大径
外螺纹
内螺纹
牙顶
牙底
牙底
牙顶
大径 D、d
小径D1、d1
中径D2、d2
螺纹的中径：
一个假想圆柱的直径。该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。
⑶ 螺纹的线数n
沿一条螺旋线形成的螺纹叫做单线螺纹；沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹叫做多线螺纹。
六角螺母
盖形螺母
开槽六角螺母
翼形螺母
螺纹连接
§5-0 引 言
由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼此联接。 机械零件之间的联接分为：
被联接件之间相互完全固定。（形锁合、摩擦锁合、材料锁合）
被联接件之间能产生一定的相对运动。例如：运动副。
机械设计 螺纹连接-2
ψ>(45°-ρ//2) 时→ψ↑η↓
一般ρ/≈6°ψ≈42°虽有ηmax ，但加工困难，且η↑不显著 而ψ<25°时ψ↑η↑,∴常取ψ≤25°
上页 下页 菜单
螺纹联接
2. 自锁 滑块沿非矩形螺纹等速下滑时：Ft=Ftg(ψ-ρ/) F---支持力 由上式知：当ψ<ρ’时，Ft<0 —— Ft 为负值表明要使滑块下滑必须改
（不合理的几何形状）
3)平衡外力方向不要成排布置8个以上螺栓；
4)同一圆周上螺栓数Z=4、6、8、12、···易于等分的数目； 5)留有扳手空间（手册）； （动画）
内外螺纹组成螺旋副，
起联接作用称联接螺纹——三角形螺纹
起传动作用称传动螺纹
矩形 梯形 锯齿形
上页
下页
菜单
螺纹联接
3. 螺纹的主要参数 (圆柱螺纹)
以三角形普通螺纹 为例介绍主要参数
外螺纹大经d ——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径，亦称
公称直径，通常以公称直径表示螺纹大小,如：M25 ；
外螺纹小径d1 ——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体的直径,即
举升滑块（重F）上升一个导程Ph， 所做有效功：A出= F×Ph
A出 FPh tg A入 2T tg( )
η与ψ关系： 当ρ/一定时， η＝f(ψ) → η－ ψ曲线 取 dη/dψ＝0 →ηmax 得 ψ=45°-ρ/／2 时有ηmax
由图可知 ψ<(45°-ρ//2)时→ψ↑η↑，且在ψ<25°时显著
(注意：在螺纹不同直径处，螺纹升 角各不相同，一般以螺纹中 ψ 径 d2处计，见上页图。)
牙型角α——轴向截面内，螺纹牙
型相邻两侧边的夹角；
牙型斜角β——牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。 对称牙型β＝α/2 。
一般ρ/≈6°ψ≈42°虽有ηmax ，但加工困难，且η↑不显著 而ψ<25°时ψ↑η↑,∴常取ψ≤25°
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螺纹联接
2. 自锁 滑块沿非矩形螺纹等速下滑时：Ft=Ftg(ψ-ρ/) F---支持力 由上式知：当ψ<ρ’时，Ft<0 —— Ft 为负值表明要使滑块下滑必须改
（不合理的几何形状）
3)平衡外力方向不要成排布置8个以上螺栓；
4)同一圆周上螺栓数Z=4、6、8、12、···易于等分的数目； 5)留有扳手空间（手册）； （动画）
内外螺纹组成螺旋副，
起联接作用称联接螺纹——三角形螺纹
起传动作用称传动螺纹
矩形 梯形 锯齿形
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螺纹联接
3. 螺纹的主要参数 (圆柱螺纹)
以三角形普通螺纹 为例介绍主要参数
外螺纹大经d ——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径，亦称
公称直径，通常以公称直径表示螺纹大小,如：M25 ；
外螺纹小径d1 ——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体的直径,即
举升滑块（重F）上升一个导程Ph， 所做有效功：A出= F×Ph
A出 FPh tg A入 2T tg( )
η与ψ关系： 当ρ/一定时， η＝f(ψ) → η－ ψ曲线 取 dη/dψ＝0 →ηmax 得 ψ=45°-ρ/／2 时有ηmax
由图可知 ψ<(45°-ρ//2)时→ψ↑η↑，且在ψ<25°时显著
(注意：在螺纹不同直径处，螺纹升 角各不相同，一般以螺纹中 ψ 径 d2处计，见上页图。)
牙型角α——轴向截面内，螺纹牙
型相邻两侧边的夹角；
牙型斜角β——牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。 对称牙型β＝α/2 。
机械设计基础之机械设计-第8章：螺纹连接
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⏹标准件是机械产品中使用数量大的零部件⏹标准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 与动力 源组合 零件 构件 机构 机器静联接 动联接(运动副) 静联接 动联接（运动副） 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 联接联接件与被联接件的组合✓ ✓ ✓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⏹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) 螺旋线方向（旋向）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) 螺旋线数目单头螺纹：易自锁多头螺纹：传动能力强螺纹的类型(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)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）碾制 车削Header blankMoving die plate Fixed die plate螺纹的类型(6)母体形状圆柱螺纹与圆锥螺纹螺纹的主要参数大径d、D：最大直径—公称直径小径d1：外螺纹的危险剖面直径—强度直径中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽宽与牙的宽度相等—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y：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M8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☞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✹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 ✹螺旋升角 Fd 2 d d 1 y2d πs =z p v 12r R nnF tF y 22tan d p z d s ππy ==拧紧力 )tan(r y +⋅=F F t )tan(22221r y +=⋅=F d d F T t 拧紧力矩 防松力 )tan('r y -⋅=F F t )tan(22''22r y -=⋅=F d d F T t 防松力矩 自锁条件 0)tan('≤-=r y F F t y≤ r 效率 )tan(/tan /r y y η+==d r W W反力 摩擦力 当量摩擦角 FF n ’ F n ’ββ 900-β 900-ββ β F F F F e n f μμβμ===cos '2FF n =βcos '2βμμr cos arctan arctan ==e e 拧紧力 拧紧力矩 )tan(22''22e t F d d F T r y -=⋅=)tan(e t F F r y +⋅=)tan(22221e t F d d F T r y +=⋅=)tan('e t F F r y -⋅=防松力 防松力矩 效 率自锁条件 0)tan('≤-=e t F F r y y ≤ r e)tan(/tan /e d r W W r y y η+==1. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动？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标准化螺钉螺母垫圈常用螺纹紧固件的材料和精度性能等级与材料按机械性能分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普通螺栓（受拉螺栓）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，但不常拆卸处工作原理螺钉依赖摩擦力承受外载应用定位、传递力、地脚螺栓联接吊环螺栓联接 T形槽螺栓联接螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、装拆要求等进行选择螺纹联接的画法⨯⨯⨯第五节☞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☞螺旋传动螺纹联接的预紧（拧紧）拧紧力矩TT 1：螺纹阻力矩 T 2：摩擦力矩≈0.2F’dＴ＝Ｔ1＋Ｔ2 螺栓→轴向拉力被联接件→轴向压力预紧力Ｆ’目的：提高螺纹联接刚性、紧密性、紧固性；以及防松 原理：预紧力和拧紧力矩)tan(22'221e t F d d F T r y +=⋅=f r F T '2μ=拧紧力矩的控制测力矩扳手：手柄易变形，而稳定作刻度。
机械设计之螺纹联接
• 对其中每一个具体的螺栓而言，其受载的形式不 外乎是受轴向力或受横向力。 • 在轴向力(包括预紧力)的作用下，螺栓杆和螺纹 部分可能发生塑性变形或断裂；而在横向力的作 用下，当采用铰制孔用螺栓时，螺栓杆和孔壁的 贴合面上可能发生压溃或螺栓杆被剪断等。根据 统计分析，在静载荷下螺栓联接是很少发生破坏 的，只有在严重过载的情况下才会发生。就破坏 性质而言，约有90％的螺栓属于疲劳破坏。而且 疲劳断裂常发生在螺纹根部，即截面面积较小并 有缺口应力集中的部位(约占其中的85％)，有时 也发生在螺栓头与光杆的交接处(约占其中的15 ％) 。
• 为了防止联接松脱，保证联接安全可靠， 设计时必须采取有效的防松措施。 • 防松的根本问题在于防止螺旋副在受载时 发生相对转动。防松的方法，按其工作原 理可分为摩擦防松、机械防松以及铆冲防 松。一般说，摩擦防松简单、方便，但没 有机械防松可靠。对于重要的联接，特别 是在机器内部的不易检查的联接，应采用 机械防松。
• 螺纹联接包括螺栓联接、双头螺柱联接和螺钉联 接等类型。以螺栓联接力代表讨论螺纹联接的强 度计算方法。其方法对双头螺柱联接和螺钉联接 也同样适用。 • 当两零件用螺栓进行联接时，常常同时使用若 干个螺栓，称为螺栓组。在开始进行强度计算前， 先要进行螺栓组的受力分析，找出其中受力最大 的螺栓及其所受的力，作为进行强度计算的依据。 对构成整个联接的螺栓组而言，所受的载荷可能 包括轴向载荷、横向载荷、弯矩和转矩等。
• 连接类型选择：
以使用要求及经济性要求为根据 还要考虑连接的加工条件和被连接零件的材料、形状及尺寸
第五章 螺纹联接和螺旋传动
学习要求： • 1． 螺纹联接的基本知识（1~4节）：了解螺纹及其螺纹 联接件的类型、特性、标准、结构应用场合及有关的放松 方法等，以便在设计时能够正确的选用它们 • 2． 螺纹联接设计及强度计算（5~7节）：掌握其结构设 计原则及强度计算的理论与方法，能正确进行螺栓组的受 力分析，能较为合理地设计出可靠的螺栓组联接 学习重点： • 1． 各类不同外载荷情况下，螺栓组中各螺栓的受力分析 • 2． 螺栓联接的强度计算，尤其是承受轴向拉伸载荷的紧 螺栓联接强度计算 难点： 承受倾覆力矩的底板螺栓组联接的设计
机械设计第5章--螺纹连接和螺旋传动0038
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
精细选课牙件 d
细牙 d 28
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。
第5章 螺纹连接和螺旋传动
§5－1 螺纹
§5－2 螺纹连接的类型及标准连接件
§5－3 螺纹连接的预紧
§5－4 螺纹连接的防松
§5－5 螺纹连接的强度计算
§5－6 螺栓组连接的设计
§5－7 螺栓的材料和许用应力
§5－8 提高螺栓连接强度的措施
§5－9 螺旋传动
精选课件
1
1、本章主要内容包括两部分：
第一部分为螺栓联接的设计，包括螺栓联接的预紧、 强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高联接 强度的措施等；第二部分为滑动螺旋传动的设计计 算方法。
小径 D2 d2 2.459 3.242
螺距P 0.35
3.545
4.134
5.350
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
锯齿形螺纹
机械设计螺纹连接
2）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴
用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等
开槽螺母 与开口销
圆螺母 与止动垫圈
3）永久防松：端铆、冲点、点焊
(a)正确
4）化学防松——粘合
串联钢丝
(a)正确 (b)不正确
第五节 螺栓联接的强度计算
针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算 方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。
N ——安全系数，表4-9
二、紧螺栓联接——工作前有预紧力QP
工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下：
复合应力状态预: 紧力QP→产生拉伸应力σ 螺纹摩擦力矩T1→产生剪应力τ
Qp
1 4
d12
WT
Qp
d2 2
tg(
v (
v
)
2d2 dP
QP
4
d12
当M10 ~
M
6
0.48
QP
4
d12
0.48 (或0.5 )
接第四强度理论： ca 2 3 2 1.3
∴
强度条件为：
ca
1.3QP
4
d12
[ ]
ca
1.3QP
4
d12
[ ]
式中：QP ——预紧力（N） T1 ——螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭 矩，N.mm 1.3——系数将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对 螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力 状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手 续，故又称简化计算法
强度条件验算公式：
ca
机械设计基础七螺纹连接
3．受转矩
FS
FS
M O
1．受轴向载荷
2．受横向载荷
4．受倾覆力矩
2019/4/4
机械设计基础
52
螺栓组连接的设计
一、承受轴向载荷的螺栓组连接
§5-4 螺栓组联接受力分析
如图所示为压力容器的螺栓组 连接，所受轴向总载荷FQ通过螺栓 组形心，螺栓组各螺栓所受的工作 载荷 F 相等。
FQ
4
D2 p
图２，拧紧—预紧状态 凸缘—压—λm — F0 栓杆—拉—λb →F0
图7.15b所示为螺栓被拧 紧后，螺栓受预紧力F0，被 联接件受预紧压力F0的作用 而产生压缩变形δl的情况。
2019/4/4
机械设计基础
38
图3，加载F后→工作状态
图7.15c所示为螺栓受到轴向 外载荷(因气缸内压力而引起 的)F作用时的情况，螺栓被拉 伸，变形增量为δ2，根据变 形协调条件， δ2即等于被联 接件压缩变形的减少量。此时 被联接件受到的压缩力将减小 为F/0，称为残余预紧力。显然， 为了保证按联接件间密封可靠。
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s s
43
机械设计基础 计算螺栓小径时采用试算法来选用
§7.4
螺栓组连接的设计
螺栓组连接的结构设计 螺栓组连接的受力分析与计算
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机械设计基础
44
1 、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单 几何形状
2019/4/4
机械设计基础
45
2、 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理
常用连接方式
1、可拆卸连接： 拆开时不破坏连接件和被连接件。 例如：螺纹连接、键联结、销连接等
2、不可拆卸连接： 拆开时会破坏连接件或被连接件。 例如：焊接、铆接、粘接等。
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升角ψ
tg S nP d2 d2
牙型角α 牙侧角β
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§5-2 螺纹联接的类型和标准联接件
一．基本类型（请掌握各联接的特点及适用场合）
普通螺栓联接（受拉螺栓联接） 1．螺栓联接 Evaluation only. ted with Aspose.Slid铰e制s f孔or用.N螺E栓T联3接.5(受Cl剪ien螺t栓Pr联o接file) 5.2 2．C双o头py螺rig柱ht联20接1（9-2常0拆19场A合sp）ose P图t例y L见td下. 页 3．螺钉联接（不常拆场合） 4．紧定螺钉联接
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机 械 设计
第二篇 联接 Evaluation only.
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2019年5月19日
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第五章 螺纹联接和螺旋传动
§5-1 螺 纹 §5-2 螺纹联接的类型和标准联接件 §5-3 螺纹联E接va的lua预tio紧n only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 §C5o-p4y螺rig纹ht联20接19的-2防01松9 Aspose Pty Ltd. §5-5 单个螺栓联接的强度计算 §5-6 螺栓组联接的设计 §5-7 提高螺纹联接强度的措施
根据联接的加工条件和被联接零件的材料、形状和 尺寸等）
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联接的设计要求
1．强度条件（等强度条件） 2．经济性 Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 3C．op刚yr度ig条ht 件20或19紧-2密01性9 条As件pose Pty Ltd.
二．螺纹参数
大径d：公称直径
中径d2：几何与配合 小径d1：危险截面
线数n：n≤4 螺距P
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ted w导ith程ASs：poSs=en*.SPlides for .NET 3.5 Client Profile 5.2
旋向Co（p左yr、igh右t 旋20）19-2019 Aspose Pty Ltd.
1．梯形螺纹
B·传动螺纹
2．锯齿形螺纹
3．矩形螺纹
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双头螺柱联接
螺钉联接
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§5-1 螺 纹
一．常用螺纹
A·联接螺纹
ted withC1A．o(s粗p普py牙or通isge细h螺.tS牙2纹lEi0d)v1ea9slu-f2ao0tri1o.N9nEAoTsnpl3yo..s5eCPliteynLt tPdr.ofile 5.2 2．管螺纹
3·锥螺纹
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二．标准联接件
1·精度等级：A、B、C （精度由高→低）
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机械设计
第五章 螺纹联接和螺旋传动 Evaluation only.
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★★普通螺栓既可用来承担轴向载荷也可用来承担 横向载荷，但铰制孔用螺栓一般用来承担横向载荷。
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普通螺栓联接
（受拉螺栓联接）
铰制孔用螺栓联接
(受剪螺栓联接)
有间隙
无间隙
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联接的分类和意义
静联接 可拆联接(螺纹联接、键联接） ted with动A联sp接ose.S不lEidv可easl拆ufao联trio.接NnE（oTn铆l3y接..5、C焊lie接n、t P胶ro接fi）le 5.2
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联接的选择（根据使用要求与经济要求来选择、
A类用于要求配合精确、防止振动的重要场合
B类用于受载大且Ev常a拆lu、at调ion整o或n变ly.载荷的场合 ted wCit类h用As于p一os般e.的S螺lid纹es联f接or的.N场E合T 3.5 Client Profile 5.2