第六章 螺纹联接与螺旋传动

第六章螺纹联接和螺旋传动
教学目的
1.了解螺纹的类型、参数、常用螺纹联接件的应用；
2.了解螺旋副的受力分析、效率及自锁条件；
3.掌握螺纹联接的类型、预紧及防松方法；
4.掌握螺旋联传动的类型和应用。

教学重点：
1.了解螺纹的类型、参数、常用螺纹联接件；
2.掌握螺纹联接的类型、预紧及防松方法；
3.螺旋传动的类型和应用。

教学难点：
1.螺旋副的受力分析；
2.螺旋传动的类型。

教学内容：
6.1 运动副的摩擦
6.2 螺纹联接的基本知识
6.2.1 常用螺纹的类型
常用螺纹的类型主要有普通螺纹、管螺纹、圆锥螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹等, 前三种主要用于联接, 后三种主要用于传动。

起联接作用的螺纹称为联接螺纹, 起传动作用的螺纹称为传动螺纹。

标准螺纹的基本尺寸可查阅有关标准。

6.2.2螺纹的主要参数
以图6-1所示圆柱普通螺纹为例
（1）大径d（D）——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径——亦称公称直径（2）小径d1(D1)——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径，在强度计算中作
危险剖面的计算直径
（3）中径d2——在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，近似等于螺纹的平均直径d2≈0.5(d+d1)
（4）螺距P——相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离
（5）导程（S）——同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两点间的轴向距离
（6）线数n——螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4螺距、导程、线数之间关系：L=nP
（7）螺旋升角ψ——在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角。

（8）牙型角α——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9）牙型斜角β——
螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角。

对称牙型
6.2.3螺纹联接的分类及应用
如图6-2所示，螺纹按其牙型角可分为三角螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹。

三角螺纹主要用于联接；矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动。

用于联接的三角螺纹又有普通螺纹，英制螺纹以及用于管路系统联接的圆柱螺纹，即管螺纹。

在上述各种螺纹中，除矩形螺纹外，均已标准化。

普通螺纹的螺距和基本尺寸见表。

普遍螺纹即米制三角形螺纹，其牙型角为60度，同一公称直径下有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余为细牙螺纹。

如图6-3所示
图6-3
6.2.4螺纹联接的基本类型
1.螺栓联接
2.双头螺柱联接
3.螺钉联接
4.紧定螺钉联接详细内容见表6-1
表6-1螺纹联接类型
6.3 螺纹联接的预紧与防松
6.3.1螺纹联接的预紧预紧力：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。

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s s的80%。

碳素钢螺栓：Q p≤(0.6~0.7) σs A1合金钢螺栓：Q p ≤(0.5~0.6) σs A1A1 ---危险截面积， A1 ≈πd21/4注意：对于重要的
联接，应尽可能采用>M12的螺栓。

1.拧紧力矩设轴向力为F a 总力矩：
T 1—克服螺纹副相对转动的阻
力矩；T 2—克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；f C —摩擦系数 无润滑时取： f C =0.15；r f —支撑面摩擦半径。

r f =(d w +d 0)/4 ；简化公式： T ≈ 0.2 Fad
预紧力控制方法： 凭手感经验； ② 测力矩扳手； ③ 定力矩扳手； ④ 测定伸长量。

2.控制螺栓伸长量
拧紧力矩由于受摩擦系数不符实际等影响可能计算不准确，影响预紧力Q 的准确性。

较准确的控制预紧力Q 0的方法是用测量拧紧时螺栓伸长量来控制预紧力。

伸长量与Q 0的关系参见材料力学。

6.3.2螺纹联接的防松
1.防松防止螺旋副相对转动。

2.防松的方法
(1) 利用附加摩擦力防松 (2)采用专门防松元件防松 (3)其他方法防松
6.4单个螺栓联接的强度计算
6.4.1 仅承受预紧力的紧螺栓强度
F 0和摩擦力矩T 1的双重作
螺栓受轴向拉力用。

拉应力：
扭转切应力：
对于M10~M64的普通钢制螺纹，可取：
]
[4
/21
σπ≤d F a
16
/31
1
d T πτ=
16
/2
)'(3
11d d tg F a πρψ⋅+=
4
/)
'(22
11
2d F tg d d a
πρψ+=f
a c a r F f tg d F T T T ++=
+=)(2
'
2
21ρψ
]
[4/3.121σπσ≤=d F a
ca tg ρ’ ≈ f ’ =0.17
，
d 2
/d 1=1.04-1.08, tg ρ’≈ 0.5 得：τ ≈ 0.5计算应力： 强度条件 6.4.2 承受横向工作载荷的紧螺栓联接
当承受横向工作载荷时， 预紧力
F 0导致接合面所产生的摩擦力应大于
横向载荷F 。

预紧力F 0 ：
C---可靠性系数，常取 C=1.1~1.3；m---结合面数；f ---摩擦系数;
对钢与铸铁，取： f =0.1~0.15若取 f =0.15，C=1.2，m=1, 则：F 0 ≥ 8F → 结构尺寸大。

这种联接的螺栓在预紧力作用下，在其危险截面（小径处）产生拉应力；为对螺栓施加预紧力，拧紧时螺栓同时还受扭矩，螺
栓受轴向拉力F 0和摩擦力矩T1的双重作用。

据前述的强度条
件其小径为：σe
6.4.3受轴向载荷的紧螺栓联接
设流体压强为p ，螺栓数目为Z ，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：
Z
/4
D · p 2
π=
F
特别注意，轴向载荷：F 2≠ F 0+F 加预紧力后 → 螺栓受拉伸长λb0 → 被联接件受压缩短λm0为了保证联接的紧密性，受轴向载荷的紧联接必须维持一定的剩余预紧力。

6.4.3配合螺栓联接的强度计算F －螺栓所受的工作剪力，单位为N ；d 0－螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm ；L min －螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度， 单位为mm ；螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：
σ
3.1≈2
2
)
5.0(3σσ
+=2
2
3τ
σ
σ+=
ca ]
[4
/3.12
1σπσ≤=
d F a
ca mf
CF F ≥
螺栓杆的剪切强度条件为：
设计时应使：L min ≥1.25d 0
6.4.4螺栓组联接的结构分析
1．为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状
2．螺栓布置应使各螺栓的受力合理
（1）对于铰制孔用螺栓联接，不要在平衡于工作载荷的方向上成排地布置8个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均
（2）当螺栓联接弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。

（3）当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，用抗剪零件横向载荷。

3．螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接。

推荐的取值
4．为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成：4、6、8等偶数。

同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。

5．避免螺栓承受附加的弯曲载荷。

6.4.5螺纹联接的使用与维护 工程上时有发生安装操作与设计理论相悖，造成不良工程，不按设计要求维护设备，使设备不能正常工作。

因此，必须深入理解螺栓联接的设计理论，并用之指导制造、安装及维护操作。

[]
P min
0P σσ≤=
L d F []τπτ≤=2
4d F。