7.1机械制造中的常用螺纹7.2螺旋副的受力分析、效率和自锁7.3螺纹
第七章螺栓连接与螺旋传动
第7章螺纹联接与螺旋传动【教学要求】掌握螺纹联接的类型、预紧和防松、螺栓组联接的设计计算，并能根据已知条件合理地选用螺栓联接。
【教学的重点与难点】重点：单个螺栓联接的设计计算难点：螺栓组联接的设计计算【教学内容】7.1螺纹联接的基本知识7.2螺纹联接的预紧与防松7.3单个螺栓联接的强度计算7.4螺栓组联接的结构设计7.5滑动螺旋传动简介7.6滚动螺旋传动简介【学习内容】为了便于机器的制造、安装、维护和运输，在机器和设备的各零、部件间广泛采用各种联接。
联接分为可拆联接和不可拆联接两类。
不损坏联接中的任一零件就可将被联接件拆开的联接称为可拆联接，这类联接经多次装拆无损于使用性能，如螺纹联接、键联接和销联接等。
不可拆联接是指至少必须毁坏联接中的某一部分才能拆开的联接，如焊接、铆接和粘接等。
螺纹联接和螺旋传动都是利用具有螺纹的零件进行工作的，前者把需要相对固定在一起的零件用螺纹零件联接起来，作为紧固联接件用，这种联接称为螺纹联接；后者利用螺纹零件实现把回转运动变为直线运动的传动，称为螺旋传动，则作为传动件用。
本章主要讨论螺纹联接的结构、计算和设计，重点介绍单个螺栓联接的强度计算。
螺纹联接是可拆联接，结构简单、拆卸方便、联接可靠，且多数螺纹联接件已标准化、生产效率高、成本低廉，因而得到广泛采用。
7.1 螺纹联接的基本知识为使机器制造、安装、调整、维修和运输、减重、省科、降成、提高效率、等等必须采用各种方式联接成整体，才能实现上述要求。
因此一个出色的设计者应了解联接的种类、特点和应用，熟悉联接设计的准则。
掌握好设计的方法。
联接——近代机械设计（机器设计）中最感兴趣的课题之一，也是近一些年来，发明创造最多的。
在通用机械中，联接件占总零件数的20~50%。
如Boeng’s 747中有250万个紧固联接件联接：静联接——被联接件间不充许产生相对运动①不可折联接：铆、焊、介于可折不可折之间，胶（粘）接等②可折联接：螺纹、键、花键、销、成型而联接等动联接——被联接零件间可产生相对运动——各种运动副联接7.1.1 螺纹的类型1、螺纹按牙型分类：三角形（普通螺纹）、管螺纹—联接螺纹矩形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹—传动螺纹三角形螺纹：粗牙螺纹—用于联接细牙螺纹—自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等2、螺纹按位置分类：内螺纹—在圆柱孔的内表面形成的螺纹外螺纹—在圆柱孔的外表面形成的螺纹根据螺旋线绕行方向分类：左旋、右旋根据螺旋线头数分类：单头螺纹（n=1）—用于联接双头螺纹（n=2）多线螺纹（n≥2）—用于传动7.1.2 螺纹的主要参数1）外径d（大径）（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）内径（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=nP7）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。
单个螺栓的强度计算
一般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215、 Q235、15、35、45等
受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢，如15Cr、 40Cr、30CrMnSi、15CrVB等
其它对螺纹有特殊要求（如防腐、耐高温）时，应选择有特 殊性能的材料。
7.5 螺纹联接件的材料和许用应力
擦力矩T1而形成的扭转剪应力。
➢螺栓预紧力
F0
Kf f
FR m
当f=0.15、Kf=1.1、m=1时，可得
F0 01.1.1F5R17FR
此结构，要使联接不发生滑动，螺栓要承受7倍于横向外载荷的预紧力。结 构笨重、不经济。因此要避免这种结构，而采用新结构。
7.3 单个螺栓联接强度计算
承受轴向静载荷的紧螺栓联接 ➢受力特点
7.7 滑动螺旋传动简介
3.材料 一般螺杆的选用原则如下：
高精度传动十多选碳素工具钢
需要较高硬度，可采用铬锰合金钢或者采用65Mn钢 一般情况下可用45、50钢
螺母材料可采用铸造锡青铜，重载低速的场合可选用铸造铝铁 青铜，而轻载低速时也可选用耐磨铸铁。
7.8 滚动螺旋传动简介
在螺杆和螺母制建设有封闭循环的滚道，在滚道间填充钢珠， 使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，提高传动效率，这种传动称为 螺旋传动，又称为滚珠丝杠副。
这里F为单个螺栓的轴向载荷, F0'为残余轴向预紧力
7.3 单个螺栓联接强度计算
7.3.2 受剪切螺栓联接
受力特点：螺栓受载前 后不需预紧，横向载荷靠螺 栓杆与螺栓孔壁之间的相互 挤压传递。
➢挤压强度条件
p
FR
ds
[p]
➢剪切强度条件
mFdRs2/4[]
机械设计基础螺纹知识点
机械设计基础螺纹知识点螺纹是机械设计中常用的连接元件，广泛应用于螺栓、螺母、螺钉等机械装配中。
了解和掌握螺纹的知识可以帮助工程师正确选择与设计螺纹连接，确保机械装配的稳定性和可靠性。
本文将介绍螺纹的基本概念、常用标准以及一些注意事项。
一、螺纹的基本概念螺纹是一种具有螺旋形状的连接形式，由两个成对的螺旋面构成。
通常分为内螺纹和外螺纹两种类型，用于不同零件的连接。
1. 内螺纹内螺纹是嵌在零件孔内的螺纹，常用于螺母的连接。
内螺纹通常采用螺纹圈表达，例如M12×1.5，表示螺纹直径为12mm，每毫米有1.5个螺纹。
2. 外螺纹外螺纹是用于连接杆、螺栓等零件的螺纹，通常采用螺纹棒表达，例如M20，表示螺纹直径为20mm。
二、常用螺纹标准在机械设计中，常用的螺纹标准有ISO、GB、ANSI等。
下面将介绍ISO螺纹标准。
1. ISO螺纹标准ISO螺纹标准是国际标准化组织（ISO）制定的螺纹标准，广泛应用于国际贸易和机械工程。
ISO螺纹标准主要包括M螺纹、MF螺纹、G螺纹等。
- M螺纹是最常用的螺纹类型，用于一般的机械结构连接。
例如M6、M8等，表示螺纹直径为6mm、8mm等。
- MF螺纹为公制细牙螺纹，用于对连接要求较高的场合。
- G螺纹是管螺纹的一种类型，适用于管件和管接头的连接。
2. 注意事项在设计和使用螺纹时，需要注意以下几点：- 螺纹的选用应根据连接件的功能需求和工作环境进行合理选择。
不同的工况要求不同的螺纹类型和标准。
- 保证螺纹的质量和精度，避免因螺纹加工不良导致连接失效或损坏零件。
- 螺纹连接时要注意正确的拧紧扭矩，过紧或过松都可能引起不良后果。
- 使用防松固定剂等辅助材料来增加螺纹的可靠性。
三、螺纹的设计与计算在机械设计中，螺纹的设计与计算是确保螺纹连接可靠性的重要环节。
以下是螺纹设计与计算的基本步骤：1. 确定螺纹类型和标准：根据实际需求和零件规格，选择合适的螺纹标准，并确定内外螺纹的类型。
螺纹参数计算
拧紧力矩为： 拧紧力矩为：
§10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 10- 螺旋副的受力分析、
2.松开螺母时相当于滑块沿斜面等速下滑 松开螺母时相当于滑块沿斜面等速下滑
n 〉 v ψ n FR
F
s =n p
FR Fa F Ψ-ρ
π d2
Fa
维持滑块等速运动所ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的平衡力（防松力） 维持滑块等速运动所需的平衡力（防松力）为：
s =n p
§10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 10- 螺旋副的受力分析、
1.拧紧螺母时相当于滑块沿斜面上升 1.拧紧螺母时相当于滑块沿斜面上升
FR 〉 n v
F
s =n p
FR Fa ρ+ψ F
ψ
n
π d2
Fa
拧紧力为： 拧紧力为：
F = Ftg( + ρ) ψ a
d2 d2 T = F⋅ = F tg( + ρ) ψ a 2 2
1.拧紧螺母
当滑块沿非矩形螺纹等速上升时，可得水平推力： 当滑块沿非矩形螺纹等速上升时，可得水平推力： F=Fatg(ψ+ρ′) 相应的拧紧力矩
2.松开螺母 松开螺母
d2 d2 T = F ⋅ = F tg( + ρ′) ψ a 2 2
F=Fatg(ψ-ρ′)
当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得： 当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得： 相应的防松力矩为
由上式可知，当量摩擦角 一定 由上式可知，当量摩擦角ρ′一定 的函数。 时，效率只是螺纹升角ψ的函数。 效率只是螺纹升角 的函数 效率曲线如图10-6所示。令 所示。 效率曲线如图 所示 dη/dψ=0，可得当ψ=45°－ρ′/2时 ，可得当 ° 时 效率最高。 效率最高。
螺纹联接与螺旋传动_题目与答案
螺纹联接与螺旋传动一、简答题(1)为什么螺纹联接常需要防松？防松的实质是什么？有哪几类防松措施？ 试指出普通螺栓联接、双头螺栓联接和螺钉联接的结构特点，各用在什么场合？ (2)试指出普通螺栓联接、双头螺栓联接和螺钉联接的结构特点，各用在什么场合？ (3)一螺栓联接预紧后，受轴向变载荷作用，在最大工作载荷max F 及剩余预紧力不变的情况下，试问提高这种螺栓疲劳强度的具体措施有哪些？(4)为提高螺栓的疲劳强度，欲减小螺栓的应力幅，请举出一个措施，并用螺栓受力—变形协调图来说明。
(5)螺栓的主要失效形式有哪些？(6)拧紧螺母与松退螺母时的螺纹副效率如何计算？哪些螺纹参数影响螺纹副的效率？ 二、填空（1）螺纹的公称直径是指螺纹的 径，螺纹的升角是指螺纹 径处的升角。
螺纹的自锁条件为 ，拧紧螺母时效率公式为 。
（2）螺纹联接常用的防松原理有， ， ， 。
其对应的防松装置有 ， ， 。
（3）三角形螺纹主要用于 ，而矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于 。
（4）标记为螺栓GB5782—86 M16×80的六角头螺栓的螺纹是 形，牙形角等于度，线数等于 ，16代表 ，80代表 。
（5）若螺纹的直径和螺纹副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的导程S和牙形角。
（6）为了提高螺栓强度，防止螺栓的疲劳破坏，通常采用的方法之一是减小 刚度或增大 刚度。
（7）有一单个紧螺栓连接，已知该螺栓所受预紧力N Q 10000=，所受轴向工作载荷N Q l 500=，螺栓的相对刚度系数2.0=+cb bK K K ，则螺栓所受的总拉伸载荷 ，残余预紧力 ；为保证结合面不出现缝隙，则该联接允许的最大轴向工作载荷 。
（需注明式中各符号的意义） （8）受轴向载荷的紧螺栓所受的总拉力是 与 之和。
（9）压力容器的紧螺栓联接中，若螺栓的预紧力和容器的压强不变，而仅将凸缘间的铜垫片换成胶垫片，则螺栓所受的总拉力b Q 和联接的紧密性 。
考试《机械设计》课程大纲(2011年)(1)
中职硕士研究生入学考试大纲----《机械设计基础》第1章绪论（约占2%）1、了解：本课程的研究对象；机械设计的基本要求和一般过程。
2、理解：构件、零件、部件的概念。
3、掌握：机器、机构的特征；机器的基本组成部分。
第2章平面机构的结构分析及速度分析（约占8%）1、了解：平面机构的运动简图绘制。
2、理解：运动副及其分类；平面机构的组成；速度瞬心及其在机构速度分析上的应用等。
3、掌握：平面机构的自由度计算及应注意的问题等。
第3章平面连杆机构（约占5%）1、了解：平面连杆机构的特点和应用；平面四杆机构的演化等。
2、理解：铰链四杆机构的基本类型及判据；平面四杆机构设计的图解法等。
3、掌握：急回特性、压力角和传动角、死点位置等。
第4章凸轮机构（约占5%）1、了解：凸轮机构的应用和分类等。
2、理解：从动件常用的运动规律的特点；盘形凸轮基本参数的确定等。
3、掌握：凸轮机构的压力角；图解法设计平面凸轮的廓线等。
第5章齿轮机构（约占5%）1、了解：齿轮机构的分类和应用；齿廓实现定角速比的条件等。
2、理解：渐开线齿廓及其啮合传动特点；根切、最少齿数；斜齿圆柱齿轮机构；圆锥齿轮机构等。
3、掌握：主要参数和几何尺寸的计算；渐开线标准齿轮的正确啮合条件、连续传动条件和标准安装等。
第6章轮系（约占8%）1、理解：轮系的分类及其应用等。
2、掌握：定轴轮系、周转轮系和简单复合轮系传动比的计算等。
第7章间歇运动机构（约占2%）1、了解：不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构等。
2、理解：棘轮机构和槽轮机构的工作原理和特点；槽轮机构的主要参数计算等。
第8章机械动力学基础（约占5%）1、了解：机械运转速度波动调节的目的；飞轮主要尺寸的确定；回转件的平衡的目的；回转件的平衡试验等。
2、理解：机械运转速度波动调节的方法；飞轮设计的近似方法；回转件的平衡计算等。
第9章机械零件设计概论（约占2%）1、了解：机械常用材料及其选择；极限与配合；表面粗糙度和优先数系；机械零件的工艺性及标准化等。
螺纹的种类和应用
切削加工
通过切削刀具对材料进行切削 ，形成螺纹。这种方法精度高
，适用于批量生产。
滚压加工
利用滚压工具对材料进行滚压 ，形成螺纹。这种方法效率高
，适用于大批量生产。
挤压加工
通过挤压工具对材料进行挤压 ，形成螺纹。这种方法适用于
高强度材料的螺纹加工。
攻丝加工
利用丝锥对材料进行攻丝，形 成螺纹。这种方法适用于孔内
合格。
三针测量法
使用三根相同直径的量 针测量螺纹的中径，然 后根据量针直径和测量
值计算中径。
千分尺测量法
使用千分尺测量螺纹的 螺距、中径和顶径等参
数。
影像仪测量法
使用影像仪观察螺纹的 轮廓，通过测量和分析 轮廓数据来获取螺纹参
数。
04 螺纹的加工和制造
CHAPTER
螺纹的加工方法
01
02
03
04
应用
在各种机械、设备和工具 中广泛应用，如螺栓、螺 母、紧固件等。
梯形螺纹
定义
梯形螺纹是一种牙型为梯形的螺纹， 其牙侧角较大，主要用于传递扭矩。
应用
常用于各种传动机构，如蜗轮蜗杆、 丝杠等。
特征
梯形螺纹的牙顶和牙底均为矩形，牙 侧角为45°。
锯齿形螺纹
定义
锯齿形螺纹是一种牙型类 似锯齿的螺纹，主要用于 承受单向轴向力。
更换
当螺纹无法修复或维修成本过高时，应更换整个部件。选择合适的更换部件，并按照规 定的操作步骤进行更换。
谢谢
THANKS
在医疗器械领域中，螺纹被广泛应用 于各种医疗设备和器械的制造和装配。 例如，手术器械、牙科设备、植入物 等都离不开螺纹连接。
VS
由于医疗器械直接关系到人的生命健 康，因此对于螺纹的精度、卫生和安 全性等方面都有着非常高的要求。同 时，医疗器械领域的螺纹也需要具有 良好的耐腐蚀性和耐磨性，以确保长 期使用的稳定性和可靠性。
机械设计基础 螺纹 课件
二、螺纹的主要几何参数 (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。
P/2 P/2
P
S
(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d2
(4) 螺距P
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。 相邻两牙在中径线上对 应两点间的轴向距离。
第10章 连 接
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 明确螺纹参数 掌握螺旋副的受力分析、效率和自锁 了解机械制造常用螺纹 明确螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 掌握螺纹联接的预紧和防松 明确螺纹联接的强度计算 了解螺栓的材料和许用应力 提高螺栓联接强度的措施 了荽螺旋传动 了解键联接和花键联接及销联接
ac 0.25 0.25 0.5 0.5 0.5 0.5
公称直径d 第1系列 第2系列
D1 D4
H4
R2
ac
标记示例：Tr48X8
R2
(梯形螺纹，直径48，螺距8)
H1
中 径 D2 d2
内螺纹小径 D1
16、20 24、28 32、36 48 、52 40 、70、80 90、100
18 22、26 30、34 46、50 38、42、65 85、95
非矩形螺旋的自锁条件： ψ≤ρ’ 对于联接螺纹必须满足自锁条件
三、效率 螺旋转动一圈时，有效功为FaS, 输入功为2π T。 定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：
当ρ’一定时，效率 只是螺纹升角的函 数，由此可以绘出 效率曲线.
Fa S Fa S tan ' ' ) d 2 tan( 2 T Fa tan( )
螺旋副的受力分析效率和自锁
§螺旋副的受力分析、效率和自锁一.矩形螺纹（β=0）问题的描述与等效：已知，一个螺旋副（螺栓与螺母），螺纹参数已知，轴向载荷为F a，二者的摩擦系数为f，欲使螺母匀速上升或下降，需在螺母上施加的旋转力矩T为多少？等效：能够看成是一个滑块放在螺栓的牙表面上。
而螺纹沿中径d2圆柱面展开后相当于一斜面，倾角为ψ。
故螺旋副受力分析能够等效为滑块沿斜面的滑动.螺旋副受力分析受力分析:已知：轴向力（铅垂力）F a，法向力F n，摩擦反力F f ，总反力F R，水平驱动力F。
因物体作匀速运动，有：∑F=0摩擦角ρ应为多少？ρ——反映了接触表面的摩擦系数，与载荷无关。
总结:1.当ψ＞ρ，F＞0在轴向力Fa的作用下，欲使螺母匀速而不加速下滑，必需在螺母上作使劲F或力矩T，阻止其加速下滑。
2.当ψ≤ρ，F≤0在轴向力Fa的作用下，于使螺母匀速下滑，必需外加驱动力F 或力矩T。
不然，不管Fa多大，螺母可不能下降——自锁。
二. 非矩形螺纹（β≠0）在相同轴向力F a的作用下, 矩形螺纹：F n = F a非矩形螺纹：摩擦力：矩形螺纹F f矩= F a •f非矩形螺纹F f非= F a •f/cosβ总结在相同的轴向力F a作用下:F f非>F f矩实际应用中联接用螺纹——三角螺纹螺纹接触方式：平面接触、非平面（如斜面、柱面等）接触时的摩擦力。
在相同的压力作用下，非平面摩擦力大于平面摩擦力。
当量摩擦系数、当量摩擦角：非矩形螺纹的受力计算：能够应用矩形螺纹的计算公式，只是把势中的摩擦角ρ改成当量摩擦角ρ′即可。
三. 螺旋副的效率螺旋副中，F a为阻力时螺母相关于螺栓旋转一圈，螺母移动S，0＜η＜1ψ↑，η↑，当用于传动螺纹时，ψ应稍大一些，一样ψ＜25°F a为驱动力时现在机构为自锁机构，其效率小于零。
——也可作为自锁的判定条件。
第6章 6-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁
分析得 : F +FQ +Fr=0
ρ =tg-1 f ----摩擦角
F= FQ tan (ψ +)
Fr Fn
v
ρ
f
ψ
F FQ
驱动力矩： T F d2 （螺纹力矩） 2
d2 2
Fatg(
)
F FQ
Fr
对于螺纹连接，T为拧紧螺纹时的螺纹力矩
ψ +ρ
松开时：
相当于使滑块等速沿斜面 下滑，轴向载荷 FQ变为驱 动力， F变为维持滑块等 速运动所需的平衡力。
滑块不能在重力作用下下滑。这一现象称为自锁现 象。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。
二、非矩形螺纹（=0)
三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹
1、螺纹受力分析：
轴
=0 线
FQ 螺母
这时螺纹的摩擦阻力为：
Ff f FQ
螺杆 Fn
Fn=FQ
当β≠ 0º时，摩擦力为：
轴 线
β
螺母 FQ
α
这时螺纹的摩擦阻力为：
2、螺纹自锁条件为：
φ≤ρv
三、螺旋副效率为：
Fr
螺旋副的效率问题是由于摩擦引起的： φ
上升：
FQ F
若不考虑摩擦时：F= FQ tan (φ)
Fr φ +ρV
若考虑摩擦时： F= Fa tan (φ +v)
FQ F
在同样的载荷FQ，同样的牵引速度V，走过同 样的距离S情况下：
没有摩擦时，需要的输入功 =FS= FQ S tan (φ) 理论上 考虑摩擦时，需要的输入功
可得： F= FQ tan (ψ -)
ψ
Fn ρ
Fr
v
f Fn
2017年西安理工大学805机械设计基础考研大纲硕士研究生入学考试大纲
西安理工大学研究生招生入学考试初试《机械设计基础》考试大纲科目代码：805科目名称：机械设计基础第一部分课程目标与基本要求一、课程目标“机械设计基础”课程是机械类和近机类各专业的一门重要技术基础课程，它综合了机械原理和机械设计两大部分内容，主要研究常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、设计理论和计算方法，为后续学习机械类专业课程提供必要的理论基础，并培养学生的工程计算和设计简单机械零部件的能力。
二、基本要求“机械设计基础”课程是一门培养学生具有一定机械设计能力的技术基础课。
通过本课程的学习，要求学生：1、掌握常用机构的结构、运动特性和机械动力学的基本知识，初步具有分析和设计基本结构的能力，并对运动方案的确定有所了解；2、掌握通用机械零件的设计原理、特点、维护和设计计算的基本知识，并初步具有设计机械传动装置和简单机械的能力；3、具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。
第二部分课程内容与考核目标绪论本课程研究的对象和内容：机械、机器、机构、零件、构件的概念，机器的基本组成部分等，与其他先修课程内容的关系，机械设计的基本要求和一般过程第一章平面机构的自由度和速度分析运动副及其分类，平面机构运动简图绘制，平面机构自由度计算，速度瞬心概念及其基本应用第二章平面连杆机构平面四杆机构的基本类型及其应用，平面四杆机构的基本特性：铰链四杆机构具有整转副条件、急回特性、压力角和传动角、死点，平面四杆机构的设计：按给定行程速度变化系数设计、按给定连杆位置设计第三章凸轮机构凸轮机构的应用和类型，从动件常用运动规律：等速、等加速等减速、简谐、正统加速度运动，凸轮机构压力角，图解法设计凸轮轮廓第四章齿轮机构齿轮机构的特点和类型，齿廓实现定角速比传动的条件，渐开线齿廓特性，齿轮各部分名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸计算，渐开线标准齿轮的啮合特性，渐开线齿轮的切齿原理，根切、最少齿数及变位齿轮基本特性，平行轴斜齿轮机构：特性、当量齿数、几何尺寸计算，锥齿轮机构：特性、背锥和当量齿数、几何尺寸计算第五章轮系轮系的分类，定轴轮系、周转轮系、复合轮系特点及其传动比计算，轮系的应用第六章间歇运动机构棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构的基本工作原理、运动特点及其应用第七章机械运转速度波动的调节机械运转速度波动调节的目的和方法，飞轮设计的近似方法第八章回转件的平衡1。
螺纹连接受力分析
在Fa的作用下，法向反力比矩形螺纹大为：
Fn
Fa
cos
这时螺纹的摩擦阻力为：
Ff
f Fn Fa
cos
f
f
cos
Fa
f 'Fa
这时把法向力的增加看成摩擦系数的增加。
f ' f tg ' cos
f '称为当量摩擦系数
ρ'称为当量摩擦角
为牙型斜角
用f '取代f，用ρ'取代ρ，就可像矩形螺纹那样对
在同样的载荷Fa，同样的牵引速度V，走过同样 的距离S情况下：
没有摩擦时，需要的输入功 =FS= Fa S tg (ψ) 理论上 考虑摩擦时，需要的输入功
ddd dd2d2 2 dd1d1 1
PPP LL=L=n=nPn(PP(n(n=n=2=)2)2) LLL
ddddd2d22dd1d1 1
hhh
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：S=nP
PPP LL=L=n=nPn(P(Pn(n=n=2=)2)2) LLL
dddd2dd2 2 dd1d1 1
ddddd2d22dd1d1 1
hhh
7）螺旋升角ψ—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。 tgψ =nP/πd2 8）牙型角α—轴向截平面内螺纹牙型相邻两侧边的夹
第二部分 联 接
概述 1 螺纹参数 2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 3 机械制造常用螺纹 4 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 5 螺纹联接的预紧和防松
螺纹连接受力分析
PPP LL=L=n=nPn(P(Pn(n=n=2=)2)2) LLL
dddd2dd2 2 dd1d1 1
hhh
ddddd2d22dd1d1 1
2 螺旋副的受力分析、 效率和自锁
一、矩形螺纹 二、非矩形螺纹 三、螺旋副效率
一、矩形螺纹（=0)
1、螺纹受力分析
R Fa
Ff F
摩擦角ρ：
Fn
Fr ρ
4、母体形状： 5、按作用： 6、按位置：
圆柱螺纹、圆锥螺纹； 联接螺纹、传动螺纹； 内螺纹、外螺纹；
旋向判断方法：
1、将螺纹轴线竖
直放置，螺旋线自
左向右逐渐升高的
是右旋螺纹。反之
也成立。
左 旋
2、从端部沿轴线
右 旋
看去，当螺纹顺时
针方向旋转为旋进
时，此螺纹为右旋
螺纹。
单线螺纹双线螺纹源自三、螺纹的主要几何参数：dddd2dd2 2 dd1d1 1
ddddd2d22dd1d1 1
hhh
7）螺旋升角ψ—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。 tgψ =nP/πd2 8）牙型角α—轴向截平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夹角称为牙侧角（牙
型斜角）β。
对称牙侧角β＝ α/2
Fr
v
f Fn F
Fa Fr ψ -ρ
Fa F
2、螺纹自锁：
F= Fa tg (ψ -) 分析：
（1）ψ ->0， ψ> ， F >0
说明滑块在重力作用下下滑，必须给以止动力， 防止加速下滑。
（2）ψ - <0， ψ <， F <0
说明滑块不能在重力作用下下滑。这一现象称 为自锁现象。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。
机械设计基础第七版课后习题答案分析
第一章1-1 什么是运动副？高副与低副有何区别？答：运动副：使两构件直接接触，并能产生一定相对运动的连接。
平面低副－凡是以面接触的运动副，分为转动副和移动副；平面高副－以点或线相接触的运动副。
1-2 什么是机构运动简图？它有什么作用？答：用简单的线条和符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传动情况。
这样绘制出的简明图形就称为机构运动简图。
作用：机构运动简图不仅能表示出机构的传动原理，而且还可以用图解法求出机构上各有关点在所处位置的运动特性（位移，速度和加速度）。
它是一种在分析机构和设计机构时表示机构运动的简便而又科学的方法。
1-3 平面机构具有确定运动的条件是什么？答：机构自由度 F>0，且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确定的；这就是机构具有确定运动的条件。
（复习自由度 4 个结论 P17）第二章2-1 什么是曲柄摇杆机构的急回特性和死点位置？答：急回特性：曲柄等速回转的情况下，摇杆往复运动速度快慢不同，摇杆反行程时的平均摆动速度必然大于正行程时的平均摆动速度，此即急回特性。
死点位置：摇杆是主动件，曲柄是从动件，曲柄与连杆共线时，摇杆通过连杆加于曲柄的驱动力 F 正好通过曲柄的转动中心，所以不能产生使曲柄转动的力矩，机构的这种位置称为死点位置。
即机构的从动件出现卡死或运动不确定的现象的那个位置称为死点位置（从动件的传动角 =0°）。
第三章3-2 通常采用什么方法使凸轮与从动件之间保持接触？答：力锁合：利用重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。
形锁合：利用高副元素本身的几何形状使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。
3-3 什么叫刚性冲击和柔性冲击？用什么方法可以避免刚性冲击？答：刚性冲击：从动件在运动开始和推程终止的瞬间，速度突变为零，理论上加速度为无穷大，产生无穷大的惯性力，机构受到极大的冲击，称为刚性冲击。
柔性冲击：当从动件做等加速或等减速运动时，在某些加速度突变处，其惯性力也随之有限突变而产生冲击，这种由有限突变而引起的冲击比无穷大惯性力引起的刚性冲击轻柔了许多，故被称为柔性冲击。
螺纹副受力分析
（1）螺纹牙（根部a—a处）的剪切强度条件为：
τ
=π
F Dbz
≤ τ[ ]
(7 - 25)
（2）螺纹牙（根部a—a处）的弯曲强度条件为：
Fh
σb
=
π
z2 Db2
3Fh =π Db2z
≤ [σ b ]
(7 - 26)
6
§7—7 轴与毂联接
轴与毂联接：轴上零件（如齿轮、带轮等）与轴联接在一 起。其功能主要用于实现轴与轴上零件的周向固定，并传 递转矩。
分析使滑块等速运动所需要的水平力：
① 等速上升：
• 平衡条件：F Ft R 0 (7-2)
• 水平推力：Ft F tan( r )
② 等速下滑：
• 平衡条件： F Ft R 0 (7-4) • 水平阻力：Ft F tan( r )
自锁条件： • 当 r时，Ft 0，原工作阻力Ft反向作用；作为驱动力时，
§7-3 螺纹联接与螺纹联接件
§7-4 螺纹联接的强度计算
§7-5 螺纹联接的结构设计及应注意的问题
§7-6 螺旋传动 §7-7 轴毂联接
➢ 小结
§7-1 螺纹
可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等
静联接 不可拆联接：铆接、焊接、胶接等
联 接
过盈联接：属于可拆或不可拆联接，过盈量小 时为可拆联接，过盈量大时为不可拆联接。
• 螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动 • 螺纹联接防松的方法按工作原理可分为: （1）摩擦防松 （2）机械防松 （3 ）其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）
§7—6 螺旋传动
用于传动的螺纹：梯形、锯齿形、矩形→多线（要求高效率）
螺旋副传动：
将回转运动→直线运动 传递动力
机械设计基础第七版课后习题答案分析
第一章1-1 什么是运动副？高副与低副有何区别？答：运动副：使两构件直接接触，并能产生一定相对运动的连接。
平面低副－凡是以面接触的运动副，分为转动副和移动副；平面高副－以点或线相接触的运动副。
1-2 什么是机构运动简图？它有什么作用？答：用简单的线条和符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传动情况。
这样绘制出的简明图形就称为机构运动简图。
作用：机构运动简图不仅能表示出机构的传动原理，而且还可以用图解法求出机构上各有关点在所处位置的运动特性（位移，速度和加速度）。
它是一种在分析机构和设计机构时表示机构运动的简便而又科学的方法。
1-3 平面机构具有确定运动的条件是什么？答：机构自由度 F>0，且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确定的；这就是机构具有确定运动的条件。
（复习自由度 4 个结论 P17）第二章2-1 什么是曲柄摇杆机构的急回特性和死点位置？答：急回特性：曲柄等速回转的情况下，摇杆往复运动速度快慢不同，摇杆反行程时的平均摆动速度必然大于正行程时的平均摆动速度，此即急回特性。
死点位置：摇杆是主动件，曲柄是从动件，曲柄与连杆共线时，摇杆通过连杆加于曲柄的驱动力 F 正好通过曲柄的转动中心，所以不能产生使曲柄转动的力矩，机构的这种位置称为死点位置。
即机构的从动件出现卡死或运动不确定的现象的那个位置称为死点位置（从动件的传动角 =0°）。
第三章3-2 通常采用什么方法使凸轮与从动件之间保持接触？答：力锁合：利用重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。
形锁合：利用高副元素本身的几何形状使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。
3-3 什么叫刚性冲击和柔性冲击？用什么方法可以避免刚性冲击？答：刚性冲击：从动件在运动开始和推程终止的瞬间，速度突变为零，理论上加速度为无穷大，产生无穷大的惯性力，机构受到极大的冲击，称为刚性冲击。
柔性冲击：当从动件做等加速或等减速运动时，在某些加速度突变处，其惯性力也随之有限突变而产生冲击，这种由有限突变而引起的冲击比无穷大惯性力引起的刚性冲击轻柔了许多，故被称为柔性冲击。
机械结构——螺纹
2 、弹簧垫圈
弹力保持一定压力 切口尖端逆向。
3 、锁紧螺母
镶嵌弹性环或尼龙圈 挤入螺纹中椭圆口螺 母。
二、 机械防松 1 、开口销与六角开槽螺母
2 、止动垫圈
止动垫圈
3 、串联钢丝
三、 永久防松
焊接
冲点
涂胶
3.5 单个螺栓连接的强度计算
一 、松螺栓连接
强度条件 或
许用应力
4F
d12
2 、矩形螺纹
特点：
牙形为正方形， =0，所以效率高，用于传动,
牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。
3 、梯形螺纹 (代号：Tr GB 192-81)
特点： =2=30。比矩形螺纹效率略低。
牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除 间隙，在螺旋传动中有广泛应用。
4、 锯齿形螺纹 (代号：S JB 923-66)
1 —螺栓材料的对称拉压疲劳极限
K —有效应力集中系数
k m —螺纹制造工艺系数
—尺寸系数
S a —安全系数
三、 螺栓连接的许用应力(也可按教材表3-5取)
螺栓许用剪应力及许用挤压应力
3.6 螺栓组连接设计 一、螺栓组连接的结构设计
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
螺旋传动的应用 二维数控台
螺旋传动的应用 滚珠丝杠
螺旋传动的应用 螺旋千斤顶
二 、滑动螺旋的失效形式和材料
螺旋受力：
滑动螺旋工作时，螺杆承受轴向载荷和转矩；螺 杆和螺母的螺纹牙承受挤压、弯曲和剪切。
滑动螺旋的失效形式有： 螺纹磨损， 螺杆断裂， 螺纹牙根剪断和弯断， 受压螺杆很长时还可能失稳。
第三章 螺纹连接与螺旋传动
基本概念：螺纹连接是利用螺纹零件构成的 连接。
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印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
9
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
10
应用
三角形螺纹
管螺纹
矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
11
7.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 7.2.1 矩形螺纹
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
18
7.3 螺纹联接的基本类型及其预紧和防松
7.3.1 螺纹联接的基本类型
二、双头螺柱联接
三、螺钉联接
四、紧定螺钉联接
图7.13
双头螺柱联接
图7.14 螺钉联接
图7.15
紧定螺钉联接
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
19
7.3 螺纹联接的基本类型及其预紧和防松
图7.2
螺纹的牙型
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
5
7.1 机械制造中的常用螺纹 7.1.1 螺纹的形成
二、螺纹分类 根据螺旋线绕行的方向， 螺纹可分为右旋螺纹和左旋 螺纹，如图7.3所示。 按螺纹的线数（头）， 可分为单线螺纹、双线螺纹 和多线螺纹，线数一般不超 过4。
图7.3 螺纹的旋向
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
0
机械基础系列电子讲稿
机械设计基础
精品课程（2007年版）
成都电子机械高等专科学校 机械基础教研室
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
1
螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联 接,这种联接经多次装拆无损于其使用性 能。其结构简单/装拆方便,成本低,广泛 用于各类机械设备中。
7
1）大径d 它是与外螺纹牙顶或内螺纹牙底 相重合的假想圆柱面的直径。一般定为螺纹 的公称直径。
2）小径d1 它是与外螺纹牙底或内螺纹牙顶 相重合的假想圆柱面的直径。一般为外螺纹 危险剖面的直径。 3）中径d2 它是一个假想圆柱的直径，该圆 柱母线上的螺纹牙厚等于牙间宽。
8 印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动 4）螺距P 相邻两螺纹牙型在中径线上对应两点间的 轴向距离。
螺旋传动是利用由螺杆和螺母组成的螺 旋副来实现传动要求.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.
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
2
本章主要内容 7.1 7.2 7.3 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10 机械制造中的常用螺纹 螺旋副的受力分析、效率和自锁 螺纹联接的基本类型及其预紧和防松 螺旋传动机构概述 滑动螺旋传动机构的设计计算 滑动螺旋传动机构的误差分析、估算 消除或减小误差的措施 滚动螺旋传动简介
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
14
7.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 7.2.1 矩形螺纹
三、螺旋副的效率
W2 FQ S W1 2T
FQd 2 tan tan d2 tan( ) FQ tan( ) 2 2
其中，W2——有效功 W1——输入功
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6
7.1 机械制造中的常用螺纹 7.1.2 螺纹的主要参数
大径d 小径d1 中径d2 螺距P 导程S 升角 牙型角
S=nP
S nP tan d 2 d 2
图7.5 圆柱螺纹的主要参数
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
5）导程S 同一条螺纹线上相邻两螺纹牙型中径线上 对应两点之间的轴向距离。导程 S 、螺距 P 和线数 n 的 关系为： 图7.5 S=nP 圆柱螺纹的主要参数 （7.1）
6）升角 在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹 轴线的平面间的夹角。
7 ）牙型角 在轴向剖面内，螺纹牙型两侧边的夹角。 牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角。
F f FQ f v
fv
——当量摩擦系数
a) b) 图7.7 矩形螺纹与三角形螺纹受力分析比较图
v ——当量摩擦角
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7.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 7.2.2 非矩形螺纹
Ft FQ tan( v ) 切向水平推力：
螺纹力矩： 效率： 自锁条件：
7.3.2 标准螺纹联接件
一、螺栓（图7.6） 二、双头螺柱（图7.7）
三、联接用螺钉（图7.8）
一、受力分析
a)
b) 图7.8 螺旋副受力的简化
a) 图7.9
b) 滑块上升受力分析图
Ft FQ tan( )
d2 d2 T Ft FQ tan( ) 2 2
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7.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 7.2.1 矩形螺纹
二、螺纹的自锁
FQy FQ cos FQx FQ sin
图7.10
自锁力分析
FQx FQ sin Ff FQy f FQ cos f
tan f tan
即：
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
13
此式表明螺旋副的自锁条件为： 螺纹升角小于或等于接触表面 间的摩擦角。
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7.1 机械制造中的常用螺纹 7.1.1 螺纹的形成
一、螺纹形成过程
螺纹升角：
图7.1 螺纹的形成
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
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7.1 机械制造中的常用螺纹 7.1.1 螺纹的形成
二、螺纹分类
如图7.2所示，根据螺纹轴向剖面的形状，常用的螺纹 牙型有三角形、矩形、梯形和锯齿形等。
印刷设备——第7章 螺纹联结和螺旋传动
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7.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 7.2.2 非矩形螺纹
对矩形螺纹（图7.7a）：
FN f 对三角形螺纹（图7.7b）： F f 2 2 f FQ 2 cos 令 f f v cos
则
FN Ff 2 f FQ f 2
d2 T FQ tan( v ) 2 tan tan( v )
v
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7.3 螺纹联接的基本类型及其预紧和防松
7.3.1 螺纹联接的基本类型
一、螺栓联接
a）
b)
图7.12 螺栓联接 a) 普通螺栓联接 b) 铰制孔螺栓联接