机械设计螺纹连接与螺旋传动
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
机械结构设计基础_12螺纹连接与螺旋传动
12.4
21
螺栓连接的结构设计
图12.7 常用螺栓组连接接合面的形状
图12.8 接合面螺栓的布臵
图12.9 减载装臵
图12.10
扳手空间
12.4
22
螺栓连接的结构设计
4）分布在同一圆周上的螺栓数目应便于在圆周上分度划线，尽量应采用 4 、6、8等偶数。不要在平行于工作载荷的方向上布臵8个以上的螺栓，以避免 螺栓受力不均匀。在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同。
12.1
8
概述
4.螺距P 螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
5.导程S 螺纹相邻两牙在中同一螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴 向距离。导程与螺距的关系为S=nP,式中n为螺纹线数。径线上对应两点间的 轴向距离。 6.升角λ
在中径圆柱面上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的底面间夹角。其 计算公式为
螺纹连接的主要类型
螺纹连接的主要类型有四种：螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接、紧定 螺钉连接。螺纹连接主要类型的结构、尺寸关系、特点和应用见表12.2。 螺纹连接除上述主要类型外，还有地脚螺栓连接（见图12.3）、吊环螺栓 连接（见图12.4）等。
12.2
11
螺纹连接的基本类型和紧固件
图12.3 地脚螺 栓连接
12.1
5
概述
图12.1 螺纹的旋向与线数
12.1
6
概述
12.1
7
概述
12.1.2
螺纹的主要参数
以图12.2所示的圆柱普通螺纹为例介绍螺纹的主要几何参数。 1.大径d 其是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆 柱的直径，是螺纹的最大直径，标准中称为螺纹的公称 直径。 2.小径d1 其是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆 柱的直径，是螺纹的最小直径，一般取为强度计算直 径。 3.中径d2 其在螺纹的轴向剖面内，牙槽和牙厚宽度相等 处的假想圆柱体的直径。 图12.2 圆柱螺纹的 主要参数
机械设计螺旋传动与螺纹联接
被联接件之一为 光孔、另一个为螺纹孔。 只用螺钉，不用螺母， 直接把螺钉拧进被联接 件的螺钉中。 适用于 载荷较轻，且不经常装 拆的场合。
双头螺柱联接
螺钉联接
机械设计螺旋传动与螺纹联接
4. 紧定螺钉联接 利用拧入被联接件螺纹孔中的螺钉末端顶住另
一零件的表面，以固定零件的相对位置，可传递不 大的力或扭矩。
机械设计螺旋传动与螺纹联接
二、标准螺纹联接件
六角螺母 根据厚度分为标准螺母和薄型螺母两种。制造精度分为 A、B、C三级，分别与相同级别的螺柱配合使用。
机械设计螺旋传动与螺纹联接
二、标准螺纹联接件
圆螺母与止动垫圈 圆螺母常与止动垫圈配用，装配时将垫圈内舌插入 轴上的槽内，而将垫圈的外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即 被锁紧。
机械设计螺旋传动与螺纹联接
二、标准螺纹联接件
紧定螺钉 端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的 场合；平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬度 较大的平面或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中， 适用于坚定空心轴上的零件位置。
机械设计螺旋传动与螺纹联接
二、标准螺纹联接件
自攻螺钉 头部形状有圆头、平头、半沉头及沉头等。头部起子槽有一 字槽、十字槽等形式。末端形状有锥端和平端两种。
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
加工方法：车制内外螺纹； 直径小用碾压法；内螺纹先用钻头钻出光孔，然后丝锥攻螺纹
机械设计螺旋传动与螺纹联接
二、螺纹几何参数
(1)大径d
P/2 P/2
(2) 小径 d1 (3)中径d2
d d2 d1
(4) 螺距P
机械设计基础螺纹连接与螺旋传动（教案）
机械设计基础螺纹连接与螺旋传动（教案）第7章螺纹连接与螺旋传动⼀、教学要求本章内容包括螺纹连接和螺旋传动两个部分，具体教学要求如下：1）了解螺纹的基本知识，了解标准螺纹连接件和螺纹连接的基本类型、特性、标准结构、应⽤场合等。
了解螺纹的预紧和防松。
2）掌握单个螺栓连接的强度计算。
会进⾏螺栓的受⼒分析，正确理解强度计算公式中各参数的含义，合理选择材料和确定许⽤应⼒。
3）掌握螺栓组连接的设计⽅法。
（1）了解螺栓组结构设计的原则。
（2）掌握4种典型螺栓组受⼒分析，学会确定出螺栓组中受⼒最⼤的螺栓受⼒情况。
4）了解提⾼螺栓连接强度的措施。
5）了解螺旋传动的类型、特点及应⽤。
⼆、重点、难点重点：1）单个螺栓连接的强度计算，尤其是承受轴向静载荷的紧螺栓连接的强度计算。
2）螺栓组连接的结构设计，四种典型受⼒情况下螺栓组连接的受⼒分析。
难点：1）承受轴向静载荷的紧螺栓连接中的⼒与变形关系，确定FΣ值。
2）受旋转⼒矩、倾翻⼒矩的底板螺栓组连接的受⼒分析。
三、教学安排四、教学思路设计本章主要内容包括两个部分：第⼀部分为螺栓连接，是本章着重讨论的部分；第⼆部分为螺旋传动，仅作概念性介绍。
从螺纹连接的基本知识（参数、类型、标准代号），开始讨论其连接的预紧与防松。
根据连接的⼯作情况得出松螺栓连接与紧螺栓连接⼆⼤类。
在不同⼯作情况下，可得出不同失效形式和受⼒分析。
⾸先讨论单个螺栓连接的设计计算，然后分析螺栓组连接的设计计算，即求出螺栓组中受⼒最⼤的螺栓及结构设计。
第7章第1讲⼀、讲授时注意⼏点1. 7.1 螺纹连接的基本知识这节内容要注意三点：（1）右、左旋螺纹判别必须绝对正确。
（2）螺距P和导程P h的概念⼀定要搞清，P h=n·P（3）螺栓连接可分为普通螺栓连接和铰制孔⽤螺栓连接两种，需了解这两种连接的特点与应⽤。
2. 7.2 螺纹连接的预紧与防松了解防松装置的防松原理及常⽤类型，重点了解利⽤摩擦防松的⽅法和特点。
机械设计(1)
二、受剪螺栓联接的强度计算
采用铰制孔螺栓联接时，被联接件上的外载荷是靠螺栓杆的 剪切及螺栓杆与被联接件之间的挤压来传递，故联接只需较 小的F'，一般忽略不计。
h3
Fs
d0
Fs Fs
Fs Fs
h
h1 d0
h2
Fs
强度条件 F
1）螺栓杆的抗剪切条件： ）螺栓杆的抗剪切条件：
τ=
4 2）螺栓杆与孔壁接触表面的挤压强度条件为： ）螺栓杆与孔壁接触表面的挤压强度条件为：
σ=
F′ 1 πd12 4
F′ d2 tan( + ρv ) ψ 2 1 πd13 16
F'
T1
T1 τT = = WT
T3 T4
F'
一般情况
对于M10~M68普通螺栓，有如下统计规律： 普通螺栓，有如下统计规律： 对于 普通螺栓
tan ρ v = 0.17
d 2 = 1.1d1
tanψ = 0.05
Fs max =
Trmax
z
ri2 ∑
i =1
受轴向载荷Q的螺栓组联接
每个螺栓承受的工作载荷为： 每个螺栓承受的工作载荷为：
F Q
Q F= z
D p
螺纹联接
第五节 螺纹联接的强度计算
概述
普通螺栓联接在工作时，螺栓主要受轴向拉力，故又 称受拉螺栓联接。在静载荷作用下：螺栓的主要失效 形式为螺纹部分的塑性变形或断裂；在变载作用下， 螺栓的主要失效形式为疲劳断裂。 铰制孔用螺栓联接，其工作时，螺栓只承受横向载荷， 故又称受剪螺栓联接，其主要失效形式为螺栓剪断、 栓孔或孔壁压溃。
1）确定拧紧力矩
F'预紧力 预紧力 T拧紧力矩 拧紧力矩 T1螺纹阻力矩 T2螺母支承面摩擦力矩 T3螺钉头支承面摩擦力矩 T4夹持力矩
高职机械设计基础-螺纹连接与螺旋传动
R max
Tr max
z
ri2
i 1
圆形接合面，单个螺栓所受的横向载荷R=T/Zr
T—扭矩（N.mm），
r—分布圆半径。
罗定职业技术学院 4.受倾覆（纵向）力矩螺栓组连接 特点：M在铅直平面内，绕O-O回转，只能用普通螺 栓。 受力最大单个螺栓的工作载荷Fmax （N）
Fmax
ML max
机电工程系 模具教研室
②绞制孔用螺栓，螺杆与绞制孔间是过渡配合，工作时靠螺 杆受剪，杆壁与孔相互挤压传递横向载荷，此时杆件受剪 切力作用，故称受剪螺栓。
2.螺纹连接的主要失效形式有三类： （1）拉断； （ 2）剪断； （3）对于铰制孔连接出现孔或螺栓挤压变形。
一、普通螺栓的强度计算 （1）受拉螺栓常见的失效形式多为螺纹的塑性
承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加的作 用力称为预紧力。
一般螺纹连接在装配的时候都必须拧紧，以增强连 接的可靠性、紧密性和防松能力。
对于一般连接，可凭经验来控制预紧力的大小，但 对于重要的连接就要严格控制其预紧力。
机电工程系 模具教研室
罗定职业技术学院 二、螺纹连接的防松
连接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、振动、变载 荷下或温度变化过大时容易产生松脱现象。
变形和断裂。实践表明，螺栓断裂多发生 在开始传力的第一、第二圈旋合螺纹的牙 根处，因应力集中较大。 （2）一般选用标准螺纹零件，其主要尺寸已作 出规定，故螺栓的强度计算主要是求出或 校核螺纹危险剖面的尺寸，即螺纹小径d1。
罗定职业技术学院 1.松螺栓连接的强度计算
工作时不需要将螺母拧紧。如吊钩 螺栓。
螺纹连接防松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。
常用的防松方法: （1）摩擦防松
螺纹连接和螺旋传动
2.防松原理 消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，
或增大相对运动的难度。
机械设计 — 第三章 螺纹连接与螺旋传动 3.防松的方法
1）摩擦防松
弹簧垫圈
矩形螺纹
30º 三角形螺纹
15º 梯形螺纹
30º 3º
锯齿形螺纹
机械设计 — 第三章 螺纹连接与螺旋传动
b、螺纹的旋向
左
右
旋
旋
机械设计 — 第三章 螺纹连接与螺旋传动
c、螺纹的线数
单线螺纹
双线螺纹
机械设计 — 第三章 螺纹连接与螺旋传动
d、螺纹分布位置 内螺纹
外螺纹
机械设计 — 第三章 螺纹连接与螺旋传动
在横向力作用下，连接接合面不滑移的条件：
F0
F f
连接结构尺寸增加。
改进措施：1、用减载零件；2、用铰制孔螺栓连接
机械设计 — 第三章 螺纹连接与螺旋传动
2） 承受预紧力和轴向工作拉力的螺栓连接
F
Dp D
螺栓预紧力F′后，在工作拉力F 的作用下，螺栓
的总拉力F2 = ?
机械设计 — 第三章 螺纹连接与螺旋传动
常用Q215、Q235、35、45等碳素钢。特殊（重要、 有冲击、振动或变载荷）时采用15Cr、40Cr、 30CrMnSi等合金钢。
机械设计 — 第三章 螺纹连接与螺旋传动
2、许用应力
1．螺纹联接件的许用拉应力： [ ] s
S
2．螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力
[ ] s
S
[
P
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。
机械设计螺旋传动与螺纹联接
机械设计螺旋传动与螺纹联接引言螺旋传动和螺纹联接是机械设计中常见的两个概念。
螺旋传动是指通过螺旋齿轮或蜗杆传递力和运动的机械传动方式，而螺纹联接则是指通过螺纹连接来实现两个工件的固定或拆卸。
本文将对机械设计中螺旋传动和螺纹联接的原理、特点和应用进行详细介绍。
螺旋传动原理螺旋传动是一种通过螺旋齿轮或蜗杆将输入轴的运动转化为输出轴的运动的机械传动方式。
螺旋齿轮传动是通过螺旋形状的齿来传递力和运动，而蜗杆传动则是通过蜗杆和蜗轮的配合来实现传动。
特点螺旋传动具有以下特点：1.能够传递较大的力矩和轴向力；2.传动效率高，传动比准确；3.传动平稳，噪音低，运动精度高；4.适用于大功率、大速比的传动。
应用螺旋传动在机械设计中有广泛的应用，常见的应用包括：1.工程机械领域，如挖掘机、起重机等的行走、转动传动；2.机床领域，如数控机床的进给系统、主轴传动等；3.冶金、石油、化工等工业领域的设备传动。
螺纹联接原理螺纹联接是通过螺纹连接来实现两个工件的固定或拆卸。
螺纹是一种具有螺旋纹形的连接方式，通常由螺纹孔和螺纹柱两部分组成。
特点螺纹联接具有以下特点：1.能够承受较大的拉力和剪力；2.连接可靠，安全性高；3.配合精度要求高，需保持良好的配合状态才能实现联接或拆卸。
应用螺纹联接在机械设计中被广泛应用，常见的应用包括：1.螺钉和螺母的连接，如螺栓连接；2.各类机械和设备的组装，如汽车发动机的各个部件的联接；3.管道连接，如常见的水管、气管的螺纹连接。
螺旋传动与螺纹联接的比较螺旋传动和螺纹联接虽然都是通过螺纹形状来实现传动或连接，但两者在原理和应用场景上有所不同。
螺旋传动和螺纹联接的主要区别在于其功能和载荷的不同。
螺旋传动通过螺旋齿轮或蜗杆传递力和运动，主要用于传递力矩和运动，适用于大功率、大速比的传动。
而螺纹联接是通过螺纹连接来实现固定或拆卸，主要用于承受拉力和剪力，适用于连接工件或管道。
此外，螺旋传动和螺纹联接的加工精度和配合要求也有所不同。
机械设计极品课件之螺纹联接与螺旋传动
8.3 单个螺栓联接强度计算
2.紧螺栓联接
只受预紧力紧螺栓联接 螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应力状态。
螺栓危险界面上的拉伸应力为
F0
d12
4
螺栓危险界面上的扭转剪切应力为
T1
d13
F0 tan(l v ) d2 / 2 d13
16
16
8.3 单个螺栓联接强度计算
对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，取fv=tanv=0.15，简化
➢滚动摩擦系数小，传动效率高
➢启动扭矩接近运转扭矩，工作较平稳
➢磨损小且寿命长，可用调整装置调整间隙，传动精度与 刚度均得到提高
➢不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动
8.8 滚动螺旋简介
滚珠丝杠的缺点 ➢结构复杂，制造困难 ➢在需要防止逆转的机构中，要加字所机构 ➢承载能力不如滑动螺旋传动大
滚动丝杠多用在车辆转向机构及对传动精度要求较高的 场合。
螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1,然后按照标 准选定螺纹的公称直径（大经）d等。
8.3 单个螺栓联接强度计算
8.3.1 受拉螺栓联接 1.松螺栓联接 强度条件：
F A
F
d12
[ ]
设计公式： 4
d1
4F
[ ]
式中[s]为松联接螺栓的许用拉 应力（MPa）,查表
d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。
常用的防松方法:
摩擦防松
•弹簧垫圈
机械防松:
•开口销
其他防松
•对顶螺母 •带翅垫片
•尼龙圈锁紧螺母 •止动垫片
8.3 单个螺栓联接强度计算
单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。
根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受 拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。
机械设计螺纹连接和螺旋传动
中国地质大学专用 ห้องสมุดไป่ตู้ 作者： 潘存云教授
按螺纹旳牙型分
螺纹旳分类
按螺纹旳旋向分
按螺旋线旳根数分
按回转体旳内外表面分
按螺旋旳作用分
按母体形状分
矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹
右旋螺纹
左旋螺纹
单线螺纹多线螺纹
外螺纹内螺纹
连接螺纹传动螺纹
圆柱螺纹圆锥螺纹
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
缺陷：不耐磨，易滑扣。
应用：薄壁零件、受动载荷旳连接和微调机构。
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
潘存云教授研制
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
第5章 螺纹连接和螺旋传动
§5－1 螺纹
§5－2 螺纹连接旳类型及原则连接件
§5－3 螺纹连接旳预紧
§5－6 螺纹连接旳强度计算
§5－7 螺栓旳材料和许用应力
§5－8 提升螺栓连接强度旳措施
§5－9 螺旋传动
§5－4 螺纹连接旳防松
§5－5 螺栓组连接旳设计
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
潘存云教授研制
潘存云教授研制
梯形螺纹：
为了降低摩擦和提升效率，这两种螺纹旳牙侧角β比三角形螺纹旳要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生旳间隙，应用较广。锯齿形螺纹旳效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。
锯齿形螺纹:
β= 15º
β= 3º
粗牙一般螺纹、细牙一般螺纹和梯形螺纹旳基本尺寸见后续各表（或查阅有关机械设计手册）。
潘存云教授研制
潘存云教授研制
一、螺纹旳形成
§5－1 螺 纹
螺旋线——一动点在一圆柱体旳表面上，一边绕轴线等速旋转，同步沿轴向作等速移动旳轨迹。
机械设计第五章螺纹连接和螺旋传动
F2
d12 /
4
应力幅:
m in
F0
d12 / 4
a
max min
2
F2 F0
d12 4
Cb Cb Cm
2F
d12
安全系数:
min C :
S
ca
2 1tc (K ) min (K )(2 a min )
S
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 79 倾覆力矩
F0
F0
8
率
T1
Q
d2 2
tg
v
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 33
F Qtg v
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 34
螺纹自锁条件: f < jv
螺纹效率:
tgf tg(f jv )
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 35
螺栓组的布局
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 36
TT2 2
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 42
§ 5-2 螺栓的强度计算
1) 失效形式: 断裂, 压溃
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 43 2) 松螺栓联接计算
crane
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 44
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 45
校核公式:
F
4
d12
[ ]
吊环螺钉
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 29
防盗螺母
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 30
螺栓的防松
摩擦防松
锁紧螺母
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 31 机械防松
开口销
split cotter pin
机械设计基础(机工版)教案：螺纹连接及螺旋传动
章节名称螺纹连接及螺旋传动授课形式讲授课时3班级电气、机电教学目的了解螺纹的应用和分类、代号教学重点1、了解螺纹及主要参数；2、机械制造常用螺纹及螺纹联接的基本类型3、提高螺栓联接强度的措施4、螺旋传动的类型、特点及应用教学难点1、螺纹联接的预紧和防松手段2、螺栓联接的强度计算与校核辅助手段模型或多媒体辅助教学过程及说明;★教具演示并导入新课：（讲解相关理论知识）螺纹联接:利用螺纹零件将两个或两个以上的零件相对固定起来的联接。
螺旋传动:利用螺纹零件将回转运动变为直线运动，从而传递运动或动力的装置.一、螺纹的形成二、螺纹的类型1、按线数分在圆柱体上沿一条螺旋线切制的螺纹，称为单线螺纹。
也可沿二条、三条螺旋线分别切制出双线螺纹和三线螺纹。
单线螺纹主要用于联接，多线螺纹主要用于传动。
2、按螺旋线绕行方向按螺旋线绕行方向的不同，又有右旋螺纹和左旋螺纹之分。
通常采用右旋螺纹，左旋螺纹仅用于有特殊要求的场合。
3、位置分螺纹有外螺纹和内螺纹之分。
在圆柱体外表面上形成的螺纹，称为外螺纹，在圆孔的表面上形成的螺纹，称为内螺纹。
普通螺纹又有粗牙和细牙两种。
公称直径相同时，细牙螺纹的螺距小，升角小，自锁性好，螺杆强度较高，适用于受冲击、振动和变载荷的联接以及薄壁零件的联接。
细牙螺纹比粗牙螺纹的耐磨性差，不宜经常拆卸，故生产实践中广泛使用粗牙螺纹。
三、螺纹的主要参数螺纹的主要参数：(1)大径(d、D)——螺纹的最大直径。
对外螺纹是牙顶圆柱直径(d)，对内螺纹是牙底圆柱直径(D)。
标准规定大径为螺纹的公称直径。
(2)小径(d1、D1)——螺纹的最小直径。
对外螺纹是牙底圆柱直径(d1)，对内螺纹是牙顶圆柱直径(D1)。
(3)中径(d2、D2)——处于大径和小径之间的一个假想圆柱直径，该圆柱的母线位于牙型上凸起(牙)和沟槽(牙间)宽度相等处。
此假想圆柱称为中径圆柱。
(4)螺距(P)——在中径线上，相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
《机械设计基础》第九章 螺纹联接和螺旋传动
止动垫片防松
原理：螺钉拧紧后，将双耳止动垫圈 分别向螺母和被联接件的侧面折 弯贴紧，即可将螺钉琐住。 特点：结构简单，使用方便，防松可靠。 串联钢丝防松
原理：用钢丝穿入各螺钉头部的孔内， 将各螺钉串联起来，使其相互制动。 但需注意钢丝的穿入方向。 特点：适用于螺钉组联接，拆卸不便。
机械设计基础
对顶螺母防松 原理：两螺母对顶拧紧后，使旋合螺纹间始 终受到附加的压力和摩擦力的作用。 特点：结构简单，防松效果好，适用于低速、 平稳和重载的固定装置的联接。 尼龙圈锁紧螺母防松 原理：螺母中嵌有尼龙圈，装配后尼龙圈 内孔被胀大，箍紧螺栓。 特点：尼龙弹性好，与螺纹牙接触紧密， 摩擦大。但不宜用于频繁装拆和高温 场合。 机械设计基础
机械设计基础
弹簧垫圈防松 原理：螺母拧紧后，靠垫圈压平而产生的反 弹力使旋合螺纹间压紧。同时垫圈斜口 的尖端抵住螺母与被联接件的支承面也 有防松作用。 特点：结构简单，使用方便，但在振动冲击 载荷作用下，防松效果较差，用于一般 的联接。 弹性带齿垫圈防松 原理：与弹簧垫圈相似。 特点：分外齿和内齿，无开口，弹力均匀， 比弹簧垫圈防松效果好。但它不宜用于 经常装拆或材料较软的被联接件。 机械设计基础
冲点防松 原理：拧紧螺母后，在内外螺纹 的旋合缝隙处用冲头冲几个 点，使其发生塑性变形，防 止螺母退出。 特点：属破坏性防松，不能重复 装拆，用于一次性联接。 胶接防松 原理：用粘合剂涂于螺纹旋合表 面，拧紧螺母后粘合剂能自 行固化，起到防松效果。 机械设计基础
9.4.3 螺栓组联接结构设计注意事项
机械设计基础
9.2 螺旋副的受力分析、自锁和效率
螺纹联接与螺旋传动都要借助外螺纹和内螺纹组成螺旋副。螺旋副按牙 型不同可分为牙型角α=0（矩形螺纹）和牙型角α≠0两大类。
机械设计螺纹连接和螺旋传动
机械设计螺纹连接和螺旋传动机械设计中，螺纹连接和螺旋传动是两个重要的概念。
螺纹连接是一种常用的连接方式，它通过两个具有相应形状的螺纹部件之间的干涉来实现连接。
而螺旋传动是一种通过螺旋线的运动将动力传递给被传动部件的传动方式。
本文将详细介绍螺纹连接和螺旋传动的相关原理和应用。
首先，我们来介绍螺纹连接。
螺纹连接是一种通过螺纹配合进行部件连接的方式，它通常应用于需要拆卸和装配的场合。
螺纹连接具有牢固、可靠的特点，适用于承受较大的静载和动载。
螺纹连接的形状常见的有三种，分别是内螺纹、外螺纹和端面螺纹。
内螺纹通常用来连接具有外螺纹的部件，而外螺纹则用来连接具有内螺纹的部件。
而端面螺纹则是通过两个相互搭配的端面螺纹实现连接。
螺纹连接的设计需要考虑螺纹的参数，例如螺距、螺纹角等。
螺距是螺纹螺旋线上两个螺纹间的距离，它决定了螺纹连接的牢固性。
螺纹角则是螺纹线与轴线之间的夹角，它决定了螺纹连接的强度。
在进行螺纹连接设计时，还需要考虑螺纹的型号、螺纹材料、螺纹的承载能力等因素。
螺纹连接的应用非常广泛，例如机械设备、汽车、航空航天等领域。
在机械设备中，螺纹连接常见的应用有螺纹紧固螺钉、螺母、螺栓等。
它们通过与螺纹孔进行配合，实现部件的连接和固定。
而在汽车领域，螺纹连接常见的应用有汽车发动机的缸盖螺栓、曲轴螺栓等。
这些螺栓通过与其他部件的螺纹孔进行配合，实现汽车发动机的固定和传动。
在航空领域，螺纹连接也广泛应用于航空发动机、飞机机身等部位，用来连接和固定各种部件。
接下来，我们来介绍螺旋传动。
螺旋传动是一种通过螺旋线的运动将动力传递给被传动部件的传动方式。
它通过螺旋线的齿轮螺纹间的啮合来实现动力传递。
螺旋传动具有传递力矩大、传动平稳等特点，适用于承受大传动功率和转矩的场合。
螺旋传动有两种常见类型，分别是螺旋锥齿轮传动和螺旋直齿轮传动。
螺旋锥齿轮传动通过螺旋线的圆锥面齿轮间的啮合来实现动力传递。
它具有传递力矩大、传动平稳等特点，常用于剪切力较大的机械设备中，例如磨床、车床等。
《机械设计》第五章螺纹连接和螺旋传动
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
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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。
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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。
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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
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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
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防止联接松动
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提高联接的紧密性
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（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
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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；
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对于M10 ~M64的普通螺纹，d2 0.9d, d0 1.1d, D0 1.5d
142 ~ 32,v arctg1.155 f ，fc=0.15
（f 为螺旋副的间的摩擦系数,无润滑时 f=0.1~0.2）
T 0.2F0 d N·mm 0
为使连接有足够的预紧力又不使螺栓拧 断，预紧力可按屈服极限取：
密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的连接。
6、 圆锥螺纹
用螺纹密封的管螺纹
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。
7、 其它螺纹 主要用于金属薄板的连接
三、 螺纹的基本参数
1）大径d：（公称直径） 2）小径d1：（强度计算用） 3）中径d2：（分析效率时用）
其它特殊结构的螺纹连接（三个变种）
地脚螺栓
吊环螺栓
T形槽螺栓
二、螺纹紧固件 1.螺栓
螺栓的形状较多， 用途也很广泛。如右 图所示为各种不同形 式的螺栓。螺栓连接 也可以用于螺钉连接 中。
2.双头螺柱
3.螺钉、紧定螺钉
螺钉的头部和端 部有多种形式，以适 应不同场合的需要。
4.螺母
5.垫圈
普通用的螺纹紧固件，按制造精度分粗制、精制两类。 前者多用于建筑、木结构及其它次要场合，精制的广泛用于 机器设备中。
5-1 螺 纹
一. 螺纹的形成
用于连接
单
线
用于传动
螺
纹
d2
多 线 螺 纹
d2
S
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）
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)
特点：工作边=3，非工作边=30，便于加工。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，
tgψ=nP/d2 9）接触高度h：内外螺纹旋合后接触面的径向高度。
§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 ）
2 ）
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；
摩擦力，防止相对滑动； 5）增大疲劳强度。
预紧力不能太大，太大易过载拉断，因此，预紧力要 保证且又不使其过载。
3.拧紧力矩 T=T1+T2
1）螺旋副间的摩擦力矩T1：
设F0为螺栓所受的预紧力,则:
F F0tg( v )
0
T1
F
d2 2
F0
d2 2
tg (
v )
2）螺母与支撑面间的摩擦力矩
0
1
—螺纹密封
用于传动
用于 连接
常用螺纹的特点及应用 1 、普通螺纹(代号：M GB 192-81)
特点：螺纹的牙型角=2=60。因牙型角大，所以当
量摩擦系数大，自锁性能好，主要用于连接。
细牙螺纹与粗 牙螺纹的比较
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，其余的均称为细牙螺纹。
粗牙：常用
5、按母体的形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹 6、按采取标准制度的不同：公制、英制
注：除了矩形螺纹外，其它螺纹都已标 准化了，设计时应按国家标准设计。
机械制造常用螺纹：
三角螺纹
常用螺纹 （ 按牙形分）
矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 圆螺纹
粗牙螺纹 普通螺纹
细牙螺纹 普通细牙
—非螺纹密封
管螺纹 圆锥管螺纹
普
铰
通
制
螺
孔
栓
螺
连
栓
接
连
接
2. 双头螺柱连接 特点及应用：
被连接件之一需加工螺纹孔。用于被 连接件之一比较厚，需经常拆装的情况。
3. 螺钉连接 特点及应用：
被连接件之一需加工螺纹孔，省去 了螺母，结构简单。用于被连接件之一 比较厚，不宜经常拆装的场合。
4. 紧定螺钉连接
用于固定两零件 的相对位置，并传递 不大的力或力矩。
螺纹连接件分三个精度等级：A、B、C（高—底），C级 最常用。精度等级要配套使用。
§5-3 螺纹连接的预紧
在装配时，螺纹连接都必须预紧。对于重要的螺纹连接，还应 控制其预紧力的大小。
1.预紧力： 使连接在承受工作载荷之前预先受到力的作用， 这个力称为预紧力。
2.预紧的目的：
1）增加连接的可靠性； 2）增加连接的刚性； 3）防松； 4）受横向载荷作用时，增大
细牙：
细牙螺纹因螺距小，升角小，因此自锁性好、强度高，但 不耐磨、易滑扣。细牙螺纹用于薄壁零件以及受振动载荷的连 接、微调机构中。
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，
碳素钢：F0（0.6 0.7）SA1
0
合金钢：F0（0.5 0.6）SA1
对M12以下的螺栓，应注意控制预
紧力，以防过载拉断。
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。
4）螺距P：相邻两牙在中径线上
对应点间的轴向距离。
5）导程S：同一螺旋线上相邻两牙在
中径线上对应点间的轴向
ψ
距离。S=nP 6）牙形角：螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。
7）牙形斜角：牙型侧边与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。对于对称牙型
=/2。 8）螺纹升角ψ：中径圆柱上，螺旋线切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。
D3 d 3
T fF 0 0
2 3 c 0 D2 d 2
0
0
式中: fc为螺母与被连接件支撑面间的摩擦系数，无润滑时fc=0.15
拧紧力矩:
T
F0 d 2 2
tg
v
1 3
fc F0
D03 D02
d
3 0
d
2 0
拧紧力矩:
T
F0 d 2 2
tg
v
1 3
fc F0
D03 D02
d
3 0
d
2 0