第5章 螺纹联接和螺旋传动
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机械设计第五章 螺纹连接与螺旋传动
用于传动
多 线 螺 纹
二. 螺纹的分类
1、按牙形分：
三角形： 剃 形： 锯齿形：
矩 形：
2、按螺旋的线数分：单线、多 线（一般不超过4线），线 数越多，导程越大。单线用 于连接，多线用于传动。
3、按旋向分：右旋、左旋。一般用右旋。 4、内、外螺纹之分：二者旋合组成螺旋副（螺纹副）
5、按母体的形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹
二.螺栓组连接的受力分析
为了简化计算，假设： 1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 2）螺栓组的几何中心与连接结合面的形心重合； 3）受载后连接结合面仍保持为平面。
1. 承受横向载荷作用的螺栓组连接 普通螺栓连接 铰制孔用螺栓连接
两种情况的工作原理不同！
1）普通螺栓组连接 螺栓组受力
0
0
4.控制预紧力的方法： 1）控制拧紧力矩； a.测力矩板手；
b.定力矩板手；
定力矩扳手
测力矩扳手
2）测量螺栓的伸长量； 3）螺母转角法。
§5-4 螺纹连接的防松
1.防松的根本原理：防止螺旋副的相对转动。 2.防松的原因：
1）在冲击、振动、变载荷作用下，螺旋副间的摩擦阻力极不稳定， 在某一瞬间会急剧减少以致消失，失去自锁能力，连接就可能松脱； 2）螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作，材料发生蠕变和应力 松弛，也会使预紧力和摩擦力逐渐减少，最终导致连接失效。
ψ
§5-2 螺纹连接的类型及螺纹标准件
一、螺纹连接的基本类型
螺栓连接、螺钉连接、双头螺柱连接、紧定螺钉连接。 1. 螺栓连接 1）被连接件的孔不用加工螺纹，装拆方便，用于经常
拆装的场合。 2）只适用于被连接件都较薄的情况。
（ 1 ） 普 通 螺 栓 连 接
第五章 螺纹联接与螺旋传动
机械动联接： 如：各种运动副。 可拆联接： 如：螺纹联接、键 机械静联接 联接及销联接。 不可拆联接：如：铆接、焊接 及胶接。 过盈联接，即可作成可拆联接，又可做成
不可拆联接。
一、螺纹的形成
二、螺纹的主要参数
1、外径（大径）d（D）） ——即螺纹的公称直径。。 2、内径（小径）d1（D1） ——在强度计算中常作为螺杆危险剖面的计 算直径。 3、中径d2（D2）） 2≈0.5(d+d1) d
∴ 强度条件为：
ca
1.3F0
[ ]
4
d12
系数1.3的意义——将预紧力提高30%，以考虑螺 纹面摩擦阻力矩对螺栓联接强
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。
受横向载荷
普通螺栓 只有F0作用 铰制孔用螺栓 受工作 剪力和
紧螺栓联接
挤压力 作用 受轴向载荷 普通螺栓 F0与F共同作用
F
4
d12
[ ] ——校核公式
4F d1 [ ]
Fmax
——设计公式
4 其中：d1——螺栓危险截面直径（mm）
d12 [ ] ——求最大载荷
F 。
[σ]——螺栓材料的许用拉应力 (MPa)
[ ] S / S
σs——材料屈服极限MPa，表5-8
S ——安全系数，表5-10
d2 F0 tg( v ) T1 2d 2 F0 2 tg( v ) 1 WT d1 2 3 d 1 d1 16 4
对M10～M68普通螺纹的钢制螺栓
0.48
F0 d12 0.5
4
按第四强度理论： ca 2 3 2 1.3
不可拆联接。
一、螺纹的形成
二、螺纹的主要参数
1、外径（大径）d（D）） ——即螺纹的公称直径。。 2、内径（小径）d1（D1） ——在强度计算中常作为螺杆危险剖面的计 算直径。 3、中径d2（D2）） 2≈0.5(d+d1) d
∴ 强度条件为：
ca
1.3F0
[ ]
4
d12
系数1.3的意义——将预紧力提高30%，以考虑螺 纹面摩擦阻力矩对螺栓联接强
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。
受横向载荷
普通螺栓 只有F0作用 铰制孔用螺栓 受工作 剪力和
紧螺栓联接
挤压力 作用 受轴向载荷 普通螺栓 F0与F共同作用
F
4
d12
[ ] ——校核公式
4F d1 [ ]
Fmax
——设计公式
4 其中：d1——螺栓危险截面直径（mm）
d12 [ ] ——求最大载荷
F 。
[σ]——螺栓材料的许用拉应力 (MPa)
[ ] S / S
σs——材料屈服极限MPa，表5-8
S ——安全系数，表5-10
d2 F0 tg( v ) T1 2d 2 F0 2 tg( v ) 1 WT d1 2 3 d 1 d1 16 4
对M10～M68普通螺纹的钢制螺栓
0.48
F0 d12 0.5
4
按第四强度理论： ca 2 3 2 1.3
机械设计基础-第5章-螺纹连接和螺旋传动
主要用于联接 多用于传动
螺纹的种类
粗牙：普通联接使用
普通螺纹自细锁牙性：好小。载荷、调整机构。
螺纹联 传接 动螺 螺纹 纹：圆管有锥螺矩螺纹形纹圆 圆高螺：锥 柱压纹管管 管管；路螺 螺路梯联纹 纹。形接： ：螺（具 管纹与有 路：圆自 联双锥封 接向管性传螺。动纹高；相温似、）
锯齿型螺纹：单向
外螺纹： 在圆柱表面上形成的螺纹。
内螺纹：在圆柱孔内壁上形成的螺纹。
按照螺纹的绕行方向分：
左旋：当把零件沿轴线垂 直放置时，螺旋线左端高 于右端。
右旋：当把零件沿轴线垂 直放置时，螺旋线右端高 于左端。
按照螺旋线的数目分： 单线螺纹、双线螺纹、三线螺纹
圆柱螺纹的主要参数
大径d 小径d1 中径d2 螺距P
导程Ph=zP 升角l tan γ=Ph/πd2
牙型角a、牙型斜角γ
常用螺纹的类型、牙型、特点和应用
§5-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁
一、矩形螺纹
螺纹的截面形状为 矩形。
当在螺母上作用一 转矩T，使螺母等 速旋转并沿力FQ的 反向移动时，可看 为图b所示的滑块 在水平力Ft推动下 沿螺纹上移。
减小应力集中
避免附加弯曲应力
§5-6 螺旋传动
螺旋运动是利用由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求 的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动 力的场合。
螺旋传动的类型
传力螺旋
传导螺旋
调整螺旋
螺旋传动按照螺旋副内的摩擦性质不同，又可分为： 滑动螺旋、滚动螺旋、静压螺旋。
螺旋传动的主要运动方式： 螺母固定、螺杆旋转移动 螺杆旋转、螺母移动 螺母旋转、螺杆移动
当螺母旋转并沿力FQ的反向移动时，作用于螺纹中径处的水 平力Ft、克服螺纹中阻力所需的转矩T和螺旋副的效率η为：
第五章-螺纹连接和螺旋传动
一般螺栓联接
58
一般螺栓联接
主要错误
A、 螺栓安装方向不对，装不进去，应掉过头来安装； B、 一般螺栓联接旳被联接件孔要不小于螺栓大径，而下部被联接件孔与 螺栓杆间无间隙； C、 被联接件表面没加工，应做出沉头座孔并刮平，以确保螺栓头及螺母 支承面平整且垂直于螺栓轴线，防止拧紧螺母时螺栓产生附加弯曲应力； D、 一般联接，不应采用扁螺母； E、 弹簧垫圈尺寸不对，缺口方向也不对； F、 螺栓长度不原则，应取原则长度L=60mm； G、螺栓中螺纹部分长度短了，应取长30mm。
右旋
左旋
电线杆钢索拉紧装置
49
镗刀差动螺旋微调构造
50
正、反螺旋迅速调整构造
左螺旋
右螺旋
51
滚珠螺旋传动
52
复习思索题
1．在常用旳螺旋传动中，传动效率最高旳螺纹是 ( )。
A .三角形螺纹 B. 梯形螺纹 C .锯齿形螺纹 D . 矩形螺纹 2．当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且 联接不需要经常拆卸时，往往采用( )。 A 螺栓联接 B 螺钉联接 C 双头螺柱联接 D 紧定 螺钉联接 3.两被联接件之一较厚，盲孔且经常拆卸时，常用（）。 A.螺栓联接 B.双头螺柱联接 C.螺钉联接
螺杆与螺母直接 接触，彼此间为 滑动摩擦状态.
螺旋面间装有滚动 体旳螺旋传动，为 滚动摩擦状态.
主要用来传 递动力旳螺 旋传动.
主要用来传 递运动旳螺 旋传动.
滑动螺旋 传动
按照螺纹 副旳摩擦 性质分类
滚动螺 旋传动
优点：构造 简朴、制造以便、 传动平稳、噪声 小，可取得很大 旳减速比，从而 能够承受较大旳 轴向载荷，并可 实现自锁。 缺陷：磨损大、 效率低。
静压螺 旋传动
05 机械设计作业_螺纹连接和螺旋传动
05机械设计作业_螺纹连接和螺旋传动一、螺纹连接1.螺纹连接的概念螺纹连接是一种常用的机械连接方式，通过螺纹的相互螺合实现零件的固定和连接。
螺纹连接的主要特点是具有较强的可拆卸性，方便零件的拆卸和装配。
同时，螺纹连接还具有较高的连接强度和刚度，使得连接的零件能够承受一定的拉力和扭矩。
2.螺纹连接的类型螺纹连接主要分为内螺纹和外螺纹两种类型。
内螺纹一般为鞘形结构，用于接收外螺纹的螺纹连接。
外螺纹一般为柱形结构，用于与内螺纹相互螺合，实现连接和固定。
3.螺纹连接的应用螺纹连接广泛应用于机械设计中，特别是需要拆卸和装配的部件。
常见的应用包括螺纹连接螺杆和螺母、螺纹连接法兰和轴等。
4.螺纹连接的设计考虑因素螺纹连接的设计需要考虑以下因素：•强度和刚度：螺纹连接需要能够承受一定的拉力和扭矩，因此需要根据实际应用情况选择适当的螺纹尺寸和材料。
•可靠性：螺纹连接应设计为可靠的连接方式，即使在受到外部力的作用下也不易松动或脱落。
•拆卸性：螺纹连接需要方便零件的拆卸和装配，因此需要选择适当的螺纹类型和松紧方式。
•密封性：螺纹连接需要具有一定的密封性能，特别是在液压和气动系统中应用时，需要防止泄漏。
•耐磨性：螺纹连接需要具有一定的耐磨性能，特别是在高频率的拧紧和松开过程中。
二.螺旋传动1螺旋传动的概念螺旋传动是一种常用的动力传递方式，通过螺旋副的互相啮合传递动力。
螺旋传动的主要特点是具有较高的传递效率和承载能力，适用于大功率传动和重载工作。
2.螺旋传动的类型螺旋传动主要分为螺旋圆柱齿轮传动和螺旋锥齿轮传动两种类型。
螺旋圆柱齿轮传动适用于轴平行的传动，螺旋锥齿轮传动适用于轴倾斜或交叉的传动。
3.螺旋传动的优点螺旋传动相比其他传动方式具有以下优点：•传递效率高：螺旋传动具有较高的传递效率，一般可达到90%以上,适用于大功率传动。
•承载能力大：螺旋传动的螺旋副结构紧凑，齿轮之间的啮合面积大，能够承受较大的载荷。
•平稳运行：螺旋传动的齿轮啮合面积大，传动过程中啮合点多，运转平稳，减少振动和噪声。
第五章螺纹联接及螺旋传动
第五章螺纹连接及螺旋传动基本要求:1) 掌握螺纹的基本知识——螺纹的基本参数、常用螺纹的种类、特性及其应用。
2) 掌握螺纹联接的基本知识——螺纹联接的基本类型、结构特点及其应用，螺纹联接标准件，螺纹联接的预紧与防松。
3) 掌握螺栓组联接设计的基本方法——螺栓组联接的结构设计，受力分析，单个螺栓联接的强度计算理论与方法。
4) 掌握提高螺纹联接强度的各种措施。
5) 掌握滑动螺旋传动的常用设计方法。
重点：1) 螺纹和螺纹联接的基本知识。
2) 螺栓组联接的受力分析，主要是复杂受力状态下的受力分析。
3) 单个螺栓联接的强度计算，主要是承受横向载荷和轴向拉伸载荷的紧螺栓联接的强度计算。
4) 螺栓组联接的综合计算，主要是三种情况：①校核螺栓组联接螺栓的强度；②设计螺栓组联接螺栓的直径尺寸；③确定螺栓组联接所能承受的最大载荷。
难点：1) 螺纹联接的结构设计。
2) 受倾覆力矩作用的螺栓组联接受力分析。
3) 复杂受力状态下的螺栓组联接受力分析。
4) 受预紧力和轴向工作载荷作用时，单个螺栓联接的螺栓总拉力的确定。
§5-1 螺纹螺纹连接是一种可拆连接，它是靠螺纹工作的。
其特点为：构造简单,拆装方便,工作可靠,各种螺纹连接件已标准化。
故应用广泛。
一、螺纹的类型及应用对螺纹的要求：5．按母体形状圆柱螺纹 圆锥螺纹旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，右边高则为右旋。
思考：螺纹是螺纹连接和螺旋传动的重要部分，要求有足够的强度(牙根和杆的断面)和良好的工艺性。
此外，连接螺纹必须自锁，管螺纹还要求有紧密性，传动螺纹要求高效率，调整螺纹和传递运动的螺纹则要求有足够的精度，起重螺纹既希望工作行程效率高，又要求自锁性能好。
二、螺纹的主要参数⑦接触高度：内、外螺纹旋合后的接触面的径向高度。
三、常用的螺纹的特点和应用范围1. 普通螺纹(三角形螺纹，代号：GB 192-1981)普通螺纹分粗牙和细牙，一般用粗牙。
牙形角α=2β=60°，因牙侧角β大，所以摩擦大，易自锁，主要用于连接。
第五章螺纹连接与螺旋传动
它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点, 能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。
5 、圆柱管螺纹
特点：用于管件连接的三角螺纹，=55
螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在 1.6MPa以下的连接。
6、 圆锥螺纹
特点：螺纹均布在锥度为1:16的管上,=55或60
螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适 用于高温、高压的连接。
（2）铰制孔螺栓连接
螺栓杆的剪切强度条件为:
4Fs
d 0 2 m
[ ]
MPa
螺栓与孔壁的挤压强度条件为：
p
Fs d 0 hm in
[ ]p
MPa
式中 d 0 —螺栓抗剪面直径，mm
m —螺栓抗剪面数目
hm in
—螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度
设计时应使 hmin 1.25d0
mm，
[ ] —螺栓的许用剪切应力，MPa
二、螺纹副的受力关系、效率和自锁
圆周力：拧紧时 Ft F tan(y )
松开时 效率：拧紧时
Ft F tan(y )
tany tan(y )
松开时 tan(y ) tany
自锁条件 y
式中:′ --当量摩擦角
f --当量摩擦系数
arctan f
cos
f f
F--轴向力, N f--摩擦系数
扳手空间
4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应 取4, 6, 8等 偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线
5 、避免螺栓承受偏心载荷 产生偏心载荷的原因
避免偏载的结构
凸面和沉头座的应用 斜垫圈的应用
二、 螺栓组连接的受力分析 1 、受轴向载荷Q的螺栓组连接
设定有z个螺栓 则：单个螺栓受外 力
5 、圆柱管螺纹
特点：用于管件连接的三角螺纹，=55
螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在 1.6MPa以下的连接。
6、 圆锥螺纹
特点：螺纹均布在锥度为1:16的管上,=55或60
螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适 用于高温、高压的连接。
（2）铰制孔螺栓连接
螺栓杆的剪切强度条件为:
4Fs
d 0 2 m
[ ]
MPa
螺栓与孔壁的挤压强度条件为：
p
Fs d 0 hm in
[ ]p
MPa
式中 d 0 —螺栓抗剪面直径，mm
m —螺栓抗剪面数目
hm in
—螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度
设计时应使 hmin 1.25d0
mm，
[ ] —螺栓的许用剪切应力，MPa
二、螺纹副的受力关系、效率和自锁
圆周力：拧紧时 Ft F tan(y )
松开时 效率：拧紧时
Ft F tan(y )
tany tan(y )
松开时 tan(y ) tany
自锁条件 y
式中:′ --当量摩擦角
f --当量摩擦系数
arctan f
cos
f f
F--轴向力, N f--摩擦系数
扳手空间
4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应 取4, 6, 8等 偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线
5 、避免螺栓承受偏心载荷 产生偏心载荷的原因
避免偏载的结构
凸面和沉头座的应用 斜垫圈的应用
二、 螺栓组连接的受力分析 1 、受轴向载荷Q的螺栓组连接
设定有z个螺栓 则：单个螺栓受外 力
机械设计课件第5章螺纹连接和螺旋传动
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
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
中国地质大学专用
圆螺母用止动垫圈
作者： 潘存云教授
§5－3 螺纹连接的预紧
潘存云教授研制
潘存云教授研制
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）。
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm
P/8
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
作者： 潘存云教授
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
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
潘存云教授研制
圆柱螺纹
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
潘存云教授研制
P
潘存云教授研制
d
d2 d1
P
φ
潘存云教授研制
中国地质大学专用
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
中国地质大学专用
圆螺母用止动垫圈
作者： 潘存云教授
§5－3 螺纹连接的预紧
潘存云教授研制
潘存云教授研制
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）。
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm
P/8
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
作者： 潘存云教授
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
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
潘存云教授研制
圆柱螺纹
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
潘存云教授研制
P
潘存云教授研制
d
d2 d1
P
φ
潘存云教授研制
中国地质大学专用
精选第5章螺纹连接和螺旋传动资料
沟槽和凸起宽度相等。
(4)螺距P 相邻两牙在中径线
ψ
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
(线6与)垂螺直纹于升螺角纹ψ轴线的中平径面d2的圆夹柱角上，螺旋线的切tanψ=πnPd2
机械设计
(7)牙型角 α 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边
公称直径d
中 径 内螺纹小径
P
h3=H4
ac
第1系列
第2系列
D2 d2
D1
4
2.25
0.25
16、18
d-2 d-4
5
2.75
0.25
24、28
22、26
d-2.5 d-5
6
2.25 0.5
32、36
30、34
d-3 d-6
8
6.5
0.5
48、52
46、50
d-4 d-8
10
5.5
0.5 40、70、80 38、42、65
9.026
10.863
12.701 14.701
16.376 18.376 20.376 22.052 25.052 27.727
注：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
10.106
11.835 13.835 15.294 17.294 19.294 20.752 23.752 26.211
的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。
牙侧角 β
α ββ
(8)接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面
的径向高度。
螺纹的精度等级:
五章节螺纹联接与螺旋传动
式中F1为残余预紧力，为确保联接旳紧密性，应使 F1 ＞0，推荐值见73页。
（疲劳强度校核）
设计公式：
还能够表达为：
螺纹联接旳强度计算
受轴向载荷旳紧螺栓联接强度计算推导：
当螺栓旳预紧力为F0，工作拉力为F 时，螺栓旳总拉力F2 为：
螺纹联接旳强度计算
受轴向变载荷螺栓旳疲劳强度精确校核：
螺旋传动
螺母外径与凸缘旳强度计算
螺旋传动
临界载荷Fcr 旳计算：
承载旳类型：
二、螺栓组联接旳受力分析
螺栓组旳对称中心与联接接合面旳形心重叠；
（1）铰制孔用螺栓联接（图b）
（2）一般螺栓联接（图a）
式中：z为螺栓数目。
1．受横向载荷旳螺栓组联接
螺栓组联接旳设计
式中: Ks 为防滑系数，设计中可取Ks =1.1~1.3； f 为接合面旳摩擦系数，见表5—5。
应使Lmin≥1.25d0
螺栓组联接旳设计
目旳：拟定接合面旳形状、螺栓数目和分布形式。
联接接合面应设计成轴对称旳简朴几何形状。
螺栓布置应使各螺栓旳受力合理。
螺栓旳排列应有合理旳边距、间距。
同一圆周上旳螺栓数目应取4、6、8等偶数。
一、螺栓组联接旳构造设计
注：大多数机械中螺栓都是成组使用旳。
注：螺纹联接件旳精度分为 A、B、C 三级，常用旳是 C 级。
螺纹联接旳预紧
在承受工作载荷之前，预先受到力旳作用，这个力称为预紧力。
增强联接旳可靠性和紧密性，预防受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。
联接件旳预紧应力不得超出其材料旳屈服极限ss旳80%。
预紧力：
预紧旳目旳：
预紧力旳拟定原则：
升角y旳计算式为：
螺 纹
（疲劳强度校核）
设计公式：
还能够表达为：
螺纹联接旳强度计算
受轴向载荷旳紧螺栓联接强度计算推导：
当螺栓旳预紧力为F0，工作拉力为F 时，螺栓旳总拉力F2 为：
螺纹联接旳强度计算
受轴向变载荷螺栓旳疲劳强度精确校核：
螺旋传动
螺母外径与凸缘旳强度计算
螺旋传动
临界载荷Fcr 旳计算：
承载旳类型：
二、螺栓组联接旳受力分析
螺栓组旳对称中心与联接接合面旳形心重叠；
（1）铰制孔用螺栓联接（图b）
（2）一般螺栓联接（图a）
式中：z为螺栓数目。
1．受横向载荷旳螺栓组联接
螺栓组联接旳设计
式中: Ks 为防滑系数，设计中可取Ks =1.1~1.3； f 为接合面旳摩擦系数，见表5—5。
应使Lmin≥1.25d0
螺栓组联接旳设计
目旳：拟定接合面旳形状、螺栓数目和分布形式。
联接接合面应设计成轴对称旳简朴几何形状。
螺栓布置应使各螺栓旳受力合理。
螺栓旳排列应有合理旳边距、间距。
同一圆周上旳螺栓数目应取4、6、8等偶数。
一、螺栓组联接旳构造设计
注：大多数机械中螺栓都是成组使用旳。
注：螺纹联接件旳精度分为 A、B、C 三级，常用旳是 C 级。
螺纹联接旳预紧
在承受工作载荷之前，预先受到力旳作用，这个力称为预紧力。
增强联接旳可靠性和紧密性，预防受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。
联接件旳预紧应力不得超出其材料旳屈服极限ss旳80%。
预紧力：
预紧旳目旳：
预紧力旳拟定原则：
升角y旳计算式为：
螺 纹
《机械设计》第五章螺纹连接和螺旋传动
联接
螺纹 螺纹联接的类型和标准联接件 螺纹联接的预紧和防松 螺纹联接的强度计算 螺栓组联接的设计 提高螺纹联接强度的措施 螺旋传动 键联接和花键联接 其它联接
编辑课件
联接的目的
便于机器的制造、安装、运输、维修以 及提高劳动生产率。
学习目标
熟悉机器联接中常用的各种联接件的结 构、类型、性能和应用场合，掌握设计理 论和选用方法。
特点：工作时受剪，除起 联接作用外，还起定位 作用。
编辑课件
3.双头螺柱联接
特点：用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时只 需拧下螺母即可。
编辑课件
4.螺钉联接
螺钉拧入深度H 钢或青铜 H≈d 铸铁H=(1.25∽1.5)d 铝合金 H=(1.5 ∽2.5)d
特点：用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。
F0
F C1 C1 C2
F
编辑课件
方法 设计时，一般可先按静载荷强度计算，初定螺栓直径，然后再
校核其疲劳强度。 由于影响变载荷零件疲劳强度的主要因素是应力幅，故这里的
螺栓疲劳强度的校核公式为
am2 axmi nC 1C 1 C 22 d F 1 2a
式中［σa］—螺栓的许用应力幅，MPa。
1.提高联接的紧密性 2.防止联接松动 3.提高联接件强度
编辑课件
防止联接松动
编辑课件
提高联接的紧密性
编辑课件
（二）控制预紧力的方法 原因：T↑→ F ↑→ 拉断、滑扣
T↓→不能满足工作要求 方法：
1.控制应力或应变 2.控制拧紧力矩 3.控制拧紧力臂 4.测量螺栓伸长量
编辑课件
控制应力或应变
5.1 螺栓组联接的结构设计
1．目的：合理解决联接结合面的几何形状，确定螺栓布置方 式及个数；
螺纹 螺纹联接的类型和标准联接件 螺纹联接的预紧和防松 螺纹联接的强度计算 螺栓组联接的设计 提高螺纹联接强度的措施 螺旋传动 键联接和花键联接 其它联接
编辑课件
联接的目的
便于机器的制造、安装、运输、维修以 及提高劳动生产率。
学习目标
熟悉机器联接中常用的各种联接件的结 构、类型、性能和应用场合，掌握设计理 论和选用方法。
特点：工作时受剪，除起 联接作用外，还起定位 作用。
编辑课件
3.双头螺柱联接
特点：用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时只 需拧下螺母即可。
编辑课件
4.螺钉联接
螺钉拧入深度H 钢或青铜 H≈d 铸铁H=(1.25∽1.5)d 铝合金 H=(1.5 ∽2.5)d
特点：用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。
F0
F C1 C1 C2
F
编辑课件
方法 设计时，一般可先按静载荷强度计算，初定螺栓直径，然后再
校核其疲劳强度。 由于影响变载荷零件疲劳强度的主要因素是应力幅，故这里的
螺栓疲劳强度的校核公式为
am2 axmi nC 1C 1 C 22 d F 1 2a
式中［σa］—螺栓的许用应力幅，MPa。
1.提高联接的紧密性 2.防止联接松动 3.提高联接件强度
编辑课件
防止联接松动
编辑课件
提高联接的紧密性
编辑课件
（二）控制预紧力的方法 原因：T↑→ F ↑→ 拉断、滑扣
T↓→不能满足工作要求 方法：
1.控制应力或应变 2.控制拧紧力矩 3.控制拧紧力臂 4.测量螺栓伸长量
编辑课件
控制应力或应变
5.1 螺栓组联接的结构设计
1．目的：合理解决联接结合面的几何形状，确定螺栓布置方 式及个数；
第5章螺纹联接和螺旋传动
思考：这两种连接适用在什么场合？各有何特点？
双头螺柱是如何拧入、拧出的？
d
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
（二）螺纹连接的基本类型
1. 螺栓连接 2. 螺钉连接 3. 双头螺柱连接 4. 紧定螺钉连接
紧定螺钉
潘存云教授研制
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
二、螺纹紧固件
螺栓的结构形式
螺栓 螺 纹 紧 固 件
连接的强度计算。
假设： 1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 2）螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合； 3）受载后连接接合面仍保持为平面。
典型的螺栓组受载情况：
F∑
F∑
受横向载荷
F∑
OT
潘存云教授研制
受转矩
M
p D
受轴向载荷
受倾覆力矩
(二) 螺栓组连接的受力分析
1．受横向载荷的螺栓组连接
L L0
d
六角头 L L0
d
小六角头
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
二、螺纹紧固件
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
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
本章主要内容有：
1 螺纹连接的基本知识：
螺纹和螺纹连接件的类型、结构、特点，应用场合及 选用原则，要特别注意普通螺栓连接与铰制孔用螺栓连接 在传力、失效形式、结构及强度计算准则上的不同；
2 螺纹连接的强度计算，主要是紧螺栓连接的强度计算。要 求掌握紧螺栓连接力与变形之间的关系、提高螺栓连接强 度的措施；
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(14) 16 (18) 20 (20) 24 (27) 30
2
12.701
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
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
潘存云教授研制
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
潘存云教授研制
a
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28
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
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31
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
2019/10/2
32
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
(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
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
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
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
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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）。
2019/10/2
22
直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm
P/8
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
H4
标记示例：Tr48X8
(梯形螺纹，直径48，螺距8)
d D2 d2 d3
H1
D1
螺距
P
4 5 6 8 10 12
2019/10/2
D4
外螺纹
螺纹牙高 牙顶间隙
h3=H4 2.25
ac 0.25
2.75 0.25
2.25 0.5
6.5
0.5
5.5
0.5
6.5
0.5
公称直径d
第1系列
第2系列
16、20潘存云教授研制 18
34
其它螺母：
2019/10/2
潘存云教授研制
35
其它螺母：
2019/10/2
潘存云教授研制
36
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
1 1.25
d-1+0.35 d-1+0.188
d-2+0.918 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
2019/10/2
24
梯形螺纹基本尺寸 mm
R1
R2 ac
P 内螺纹
30˚
ac
潘存云教授研制
R2
按螺旋的作用分
按母体形状分
2019/10/2
12
螺 纹 的 分 类
2019/10/2
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
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
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
按回转体的内外表面分
按螺旋的作用分S =Pຫໍສະໝຸດ SP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
基 螺栓联接 本 螺钉联接 类 双头螺柱联接 型 紧定螺钉联接
潘存云教授研制
紧定螺钉
潘存云教授研制
2019/10/2
29
二、螺纹紧固件
螺栓 螺
纹
紧
L
固
L0
件
六角头 L L0
2019/10/2
小六角头
螺栓的结构形式
潘存云教授研制
d
d
30
二、螺纹紧固件
螺旋传动
按母体形状分
2019/10/2
16
潘存云教授研制
连接螺纹
2019/10/2
潘存云教授研制
传动螺纹
17
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
1.5, 1 2, 1.5, 1
2019/10/2 注：括号内的公称直径为第二系列
23
细牙普通螺纹基本尺寸 mm
螺距P 0.35 0.5 0.75
中径D2、d2 d-1+0.773 d-1+0.675 d-1+0.513
小径D1、d1 d-1+0.621 d-潘1存+云0教授.研4制59 d-1+0.188
5
2019/10/2
中国的第一座全钢结构铆接桥梁。
6
2019/10/2
7
2019/10/2
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联接件 §5－3 螺纹连接的预紧 §5－4 螺纹连接的防松 §5－5 螺栓组连接的设计 §5－6 螺纹连接的强度计算 §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
2019/10/2
圆螺母用止动垫圈
37
§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。
潘存云教授研制
2019/10/2
起吊螺钉 吊环螺母
潘存云教授研制
地脚螺栓
潘存云教授研制
T 型螺栓
33
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
2019/10/2
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
潘存云教授研制
P
潘存云教授研制
d
d2 d1
P
φ
2019/10/2
潘存云教授研制
潘存云教授研制
2φ
非螺纹密封的管螺纹 用螺纹密封的管螺纹
26
§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
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)
Dd D2 d2 D1 d1
公称直径（大径）
M24X1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5)
潘存云教授研制
粗
牙
细牙
Dd
3 4 5 6 8 10
螺距P
0.5 0.7 0.8
e=d+(3~6) mm
a d
潘存云教授研制
铰制孔螺栓
潘存云教授研制
2019/10/2
27
§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
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。
类
双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。
型
H2 l1 HH1
潘存云教授研制
潘存云教授研制
潘存云教授研制
传动效率高 牙根部有应力
2019/10/2
密封性好 不适合传递力 滑扣
传动效略低 兼具两种优势 牙根部应力小 单向传动
11
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