江苏大学机械设计第5章螺纹联接和螺旋传动
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：
机械设计第5章螺纹联接和螺旋传动课件
③ 中径 d2
d d2 d1
（二）螺纹的主要参数
PS
d d2 d1
二 ④ 螺距 P 距 ⑤ 导程（升距）S
单线螺纹: S = P 多线螺纹: S = nP
n----螺纹的线数
PS
d d2 d1
ψ
二 ⑥ 螺纹升角ψ 角 ⑦ 牙型角 α
S ψ
πd2
tanψ
=
S πd2
nP =πd2
α ββ
牙侧角 β
1.螺栓连接
d0
孔与螺杆之间 留有间隙
d0
受拉螺栓
受剪螺栓
d
铰制孔用螺栓连接
普通螺栓连接
结构简单，装拆 方便，应用最广
多用于承受横 向载荷的场合
§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. 双头螺柱连接 ----可经常拆装 3. 螺钉连接 ----不宜经常拆卸
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。
机械连接的分类：
1.动连接 ---被连接的零件间可以有相对运动的连接 如:各种运动副
2.静连接 ---被连接件之间不许产生相对运动的连接 ❖ 可拆连接 ---如: 螺纹、键、销连接等 ❖ 不可拆连接 ---铆、焊、粘接等 （永久连接）
提问： 有没有既是可拆连接又是不可拆连接的连接形式 ？
过盈连接简介
粗牙
细牙螺纹
tgψ=
nP πd2
ψ ≤ φv
优点：p ，ψ ， 自锁性更好、连接更可靠；且螺纹深度
缺点：不耐磨易滑扣。
浅，强度高。
应用：薄壁零件、受变载荷的连接和微调机构。
粗牙螺纹
P ,由于制造简单，一般连接常用。
05 机械设计作业参考答案_螺纹连接和螺旋传动
螺纹连接和螺旋传动1、 简要分析普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿螺纹的特点，并说明哪些螺纹适合用于连接，哪些螺纹适合用于传动？哪些螺纹已经标准化？【答】普通螺纹：牙型为等边三角形，牙型角60度，内外螺纹旋合后留有径向间隙，外螺纹牙根允许有较大的圆角，以减小应力集中。
同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和细牙，细牙螺纹升角小，自锁性好，抗剪切强度高，但因牙细不耐磨，容易滑扣。
应用：一般连接多用粗牙螺纹。
细牙螺纹常用于细小零件，薄壁管件或受冲击振动和变载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹用。
矩形螺纹：牙型为正方形，牙型角0=α，传动效率较其它螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副磨损后，间隙难以修复和补偿，传动精度降低。
梯形螺纹：牙型为等腰梯形，牙型角为30度，内外螺纹以锥面贴紧不易松动，工艺较好，牙根强度高，对中性好。
主要用于传动螺纹。
锯齿型螺纹：牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角3度，非工作面牙侧角30度。
外螺纹牙根有较大的圆角，以减小应力集中，内外螺纹旋合后，大径无间隙便于对中，兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙型螺纹牙根强度高的特点。
用于单向受力的传动螺纹。
普通螺纹适合用于连接，矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹适合用于传动。
普通螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹已经标准化。
2、将承受轴向变载荷连接螺栓的光杆部分做的细些有什么好处？【答】可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓连接的强度。
3、螺纹联接为何要防松？常见的防松方法有哪些？【答】连接用螺纹紧固件一般都能满足自锁条件，并且拧紧后，螺母、螺栓头部等承压面处的摩擦也都有防松作用，因此在承受静载荷和工作温度变化不大时，螺纹连接一般都不会自动松脱。
但在冲击、振动、变载荷及温度变化较大的情况下，连接有可能松动，甚至松开，造成连接失效，引起机器损坏，甚至导致严重的人身事故等。
所以在设计螺纹连接时，必须考虑防松问题。
螺纹连接防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。
具体的防松装置或方法很多，按工作原理可分为摩擦防松、机械防松和其它方法，如端面冲点法防松、粘合法防松，防松效果良好，但仅适用于很少拆开或不拆的连接。
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。
机械零件设计第5章 螺栓连接和螺旋传动 作业题与参考答案
第五章 螺纹连接和螺旋传动 作业题与参考答案一、选择题（每小题0.5分，共14分）1、用于传动的螺纹牙型可以是（ D ）。
A ．三角形、矩形、锯齿形；B ．矩形、三角形、梯形；C ．三角形、梯形、锯齿形；D ．矩形、梯形、锯齿形。
2、当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能（ A ）。
A ．好；B ．差；C ．相同；D ．不一定。
3、用于联接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹（ A ）。
A ．牙根强度高，自锁性能好；B ．传动效率高；C ．防振性能好；D ．自锁性能差。
4、若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的（ B ）。
A ．螺距和牙型角；B ．升角和头数；C ．导程和牙形斜角；D ．螺距和升角。
5、对于联接用螺纹，主要要求联接可靠，自锁性能好，故常选用（ A ）。
A ．升角小，单线三角形螺纹；B ．升角大，双线三角形螺纹；C ．开角小，单线梯形螺纹；D ．升角大，双线矩形螺纹。
6、用于薄壁零件联接的螺纹，应采用（ A ）。
A ．三角形细牙螺纹；B ．梯形螺纹；C ．锯齿形螺纹；D ．多线的三角形粗牙螺纹。
7、当铰制孔用螺栓组联接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓（ D ）。
A ．必受剪切力作用；B ．必受拉力作用；C ．同时受到剪切与拉伸；D ．既可能受剪切，也可能受挤压作用。
8、受轴向变载荷的螺栓联接中，已知预紧力80000=F N ，工作载荷：0min =F ，4000max =F N ，螺栓和被联接件的刚度相等，则在最大工作载荷下，剩余预紧力为（ C ）。
A ．2000 N ；B ．4000 N ；C ．6000 N ；D ．8000 N 。
9、在螺栓联接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是（ C ）。
A ．提高强度；B ．提高刚度；C ．防松；D ．减小每圈螺纹牙上的受力。
10、若以矩形、梯形及锯齿形螺纹为传动螺纹，当螺旋副材料、螺纹升角、润滑条件均相同时，三者比较其转动效率关系为（ B ）。
《机械设计》课件第五章螺纹连接和螺旋传动
03
连接的安全性和可靠性。
04
螺旋传动的优化设计
螺旋传动的效率优化
优化设计参数
通过调整螺旋传动的几何参数，如螺 距、螺旋升角等，提高传动效率。
材料选择
加工精度
提高螺旋齿的加工精度，减少齿面粗 糙度，降低摩擦阻力，提高传动效率 。
选择具有高强度、低摩擦系数的材料 ，以减小摩擦损失，提高传动效率。
螺旋传动的刚度分析
02
螺旋传动的基本原理
螺旋传动的分类和特点
分类
根据工作原理的不同，螺旋传动可以 分为传力螺旋传动、传导螺旋传动和 调整螺旋传动。
特点
螺旋传动具有传动平稳、承载能力大 、传动精度高、易于自锁等优点，但 同时也有传动效率低、结构尺寸大、 成本高等缺点。
螺旋传动的应用场景
1 2
工业制造
螺旋传动广泛应用于各种工业制造领域，如冶金 、化工、建材等，用于驱动各种工作机构和调整 机构。
《机械设计》课件第五章螺纹连 接和螺旋传动
目 录
• 螺纹连接的基本知识 • 螺旋传动的基本原理 • 螺纹连接的设计与计算 • 螺旋传动的优化设计 • 螺纹连接和螺旋传动的实例分析
01
螺纹连接的基本知识
螺纹的种类和特点
01
02
03
04
三角形螺纹
主要用于一般连接，特点是自 锁性能好，但强度低，只能承
将进一步拓展。
03
环保与可持续发展
随着对环保和可持续发展的重视，无污染、低能耗的螺纹连接和螺旋传
动技术将受到更多关注。例如，开发无润滑油或低润滑油需求的螺纹连
接和螺旋传动系统，减少对环境的影响。
THANK YOU
未来发展趋势与展望
01
机械设计第5章 螺纹连接和螺旋传动
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）。
直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm
P/8
Dd D2 d2 D1 d1
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
§5－1 螺 纹
一、螺纹的形成
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。 d2
螺纹
潘存云教授研制
潘存云教授研制
按螺纹的牙型分
矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹
螺 按螺纹的旋向分
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
潘存云教授研制
圆柱螺纹
圆锥螺纹
潘存云教授研制
管螺纹
潘存云教授研制
二、螺纹的主要几何参数
纹 的
按螺旋线的根数分
分 类
按回转体的内外表面分
按螺旋的作用分
按母体形状分
螺纹的牙型
30º
15º
30º
3º
矩形螺纹
机械设计作业5答案
班 姓 学
- 1-
级 名 号
成
绩
任课教师 批改日期
机械设计作业集 A 、对称循环 B 、脉动循环 C、非对称循环 D、非稳定循环 5—16 当螺栓的最大总拉力 F 2 和残余预紧力 F 1 不变，只将螺栓由实心变成空心，则螺栓的应 力幅 a 与预紧力 F 0 为 D 。 A 、 a 增大，预紧力 F 0 应适当减小 B 、 a 增大，预紧力 F 0 应适当增大 C、 a 减小，预紧力 F 0 应适当减小 D、 a 减小，预紧力 F 0 应适当增大 5—17 螺栓联接螺纹牙间载荷分配不均是由于 D 。 A 、螺母太厚 B 、应力集中 C、螺母和螺栓变形大小不同 D、螺母和螺栓变形性质不同 5—18 螺栓的材料性能等级为 6.8 级，则螺栓材料的最小屈服极限近似为 A 。 A 、480MPa B 、6 MPa C、8 MPa D、0.8 MPa 5—19 采用凸台或沉头座作为螺栓头或螺母的支承面，是为了 A 。 A 、避免螺栓受弯曲应力 B、便于放置垫圈 C、减小预紧力 D、减小挤压应力 5—20 设计螺栓组联接时，虽然每个螺栓的受力不一定相等，但该组螺栓仍采用相同的规格 （材料、直径和长度均相同） ，这主要是为了 C 。 A 、外形美观 B 、购买方便 C、便于加工和安装 D、受力均匀 5—21 传动螺旋工作时，其最主要的失效形式为 D 。 A 、螺杆的螺纹圈被剪断 B 、螺母的螺纹圈被剪断 C、螺纹工作面被压碎 D、螺纹工作面被磨损
4d 02d 0 L Nhomakorabeain5—44 计算普通螺栓联接时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺 母和螺纹牙的强度？ 班 级 成 绩 答：螺栓头、螺母和螺纹牙的结构尺寸是 根据与螺杆的等强度条件及使用经验规定的， 姓 名 任课教师 实践中很少发生失效，因此，通常不需进行其 学 号 批改日期 强度计算。 - 3-
第5章 螺纹联接和螺旋传动习题解答
250 4
125
3 3
125
螺栓3、4受力最大
b)
Fmax FS FT max 2FSFT max cos 33.63kN
2
2
作业一
方案c）
作业一
5 12
螺栓3受力最大
1
2
Fmax FS FT max 2FSFT max cos 36.71kN
故方案a）螺栓受力最小，最合理。
2
c)
12 5
5 FR FS 10kN 6 Trmax FT max 2 ri 15000 144.34 27.71kN 2 2 3 144.34 3 72.17
125
4
125
250 3
5 12
144.34 72.17
2
6
12 5
作业一
作业一
2.计算螺栓直径
Fmax 4Fmax d0 2 d 0 4 4Fmax 4 30000 方案a）d 0 16.76mm 136 取M16 d 0 17 16.76mm
F2 F1 F 1.7F F 22089.32N
3.求螺栓直径
作业二
作业二
4 1.3F2 4 1.3 22089.32 d1 15.12mm 160
S 240 式中： 160MPa S 1.5
取M20 d1=17.294>15.12mm 4.校核螺栓间距和扳手空间
求各方案中受力最大螺栓的载荷kn60将外载荷向形心简化螺栓组受横向力扭矩mmkn1500025060方案akn10kn20125maxmax螺栓3受力最大kn3060kn12512525060kn12512560kn125125作业一作业一方案bkn10kn3913915000maxmax螺栓34受力最大kn6333cos13925060kn125作业一作业一方案ckn10kn71271714415000maxmax螺栓3受力最大34144kn7136cos72故方案a螺栓受力最小最合理
机械设计课程设计——第五章螺纹连接和螺旋传动
• 焊接
• 铆冲
涂粘合剂
冲点
§5- 5 螺纹连接的设计
螺纹连接的设计内容
连接的结构设计 连接的受力分析
（一） 螺栓组连接的结构设计
1）结合面的形状应为轴对称的 简单几何形状以保证受力合理
2）螺栓的布置应使各螺栓受力合理
对铰制孔螺栓不能在受力方向成排 布置8个以上螺栓，以免受力不均
F
F
螺栓连接承受弯、扭矩作用时，应使螺栓靠近结合面的 边缘，以减小螺栓的受力。
F0
K s F fZi
F0
用 解法2 求解时， （以单元连接为研究对象）
F
F0
KS F f
其中：Z 1 ,i 1
F0
F F
★螺栓连接受复合载荷（F∑、T）作用时的受力分析
▲将F∑分解到每个螺栓连接处： F∑
▲将T分F解1 到每F个Z螺栓连接处：F∑
F2
T ri
F∑
F1
F1
F1T
F∑
F1
F2
F2
Fi
r
τmax
T F1 r1 F2 r2 Fi ri
o
T
Z
Fi ri
i 1
Z i 1
Fmax
ri rmax
ri
Z
2
ri
Fmax
r i1
max
连接可靠条件为：
T T
T o
Z
Fmax
i 1
ri2 rmax
T
Fmax
Trmax
Z
r2 i
i 1
强度校核
p
F d L 0 min
1 螺纹的形成
螺纹
d2
ψ
S
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。
五章螺纹联接与螺旋传动
螺纹联接的强度计算
3．承受工作剪力的紧螺栓联接
这种联接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在联接结合面处，螺栓杆则受剪切。
螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：
螺栓杆的剪切强度条件为：
式中：F－螺栓所受的工作剪力，单位为N； d0－螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm； Lmin－螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计时 应使Lmin≥1.25d0
详细推导
匹谭培拍北嚼屿弹瑟秉峦骡沏帕赃剩登私营齐铱橱非荚谜野跳猫洽孙挡侣五章螺纹联接与螺旋传动五章螺纹联接与螺旋传动
螺纹联接的强度计算
1．仅Байду номын сангаас预紧力的紧螺栓联接
预紧力引起的拉应力：
螺牙间的摩擦力矩引 起的扭转剪应力：
强度条件：
当联接承受较大的横向载荷F时，由于要求F0≥F／f（f=0.2），即 F0≥5F ，因而需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径的增加， 可采用减载措施。
螺纹联接件的材料与许用应力
一、螺纹联接件材料
常用的螺纹联接件材料为Q215、Q235、35、45等碳素钢。当强度要求高 时，还可采用合金钢，如15Cr、40Cr等。
性能等级
二、螺纹联接件的许用应力
1．螺纹联接件的许用拉应力
2．螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力
3．螺纹联接件的安全系数
说明
（被联接件为钢）
为使工作载荷作用后，联接结合面间有残余预紧力F1存在，要求螺栓 联接的预紧力F0为：
静强度条件：
式中F1为残余预紧力，为保证联接的紧密 性，应使 F1 ＞0，一般根据联接的性质确定F1的大小。
式中：
为螺栓的相对刚度，其取值范围为 0~1。
《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
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
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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；
机械设计第五章-螺纹连接与螺旋传动精选全文
3.防松的方法：
• 摩擦防松：摩擦防松简单方便，不如以下两种方法可靠。 • 机械防松： 机械防松可靠，可和摩擦防松联合使用。 • 永久防松：用于不再拆卸连接。这种方法是将螺旋副变成非运动副，
底板受力分析
C2
F1m Fm
B2
Fm
F2m
B1
F
C1
F2
F1
螺栓所受的工作拉力
Fmax Fi
变形条件：F1 F2 Fz Fmax
Lz Lmax
L1 L2
螺栓所受的 工作拉力与距 离成正比
Li
Lm a x
变形条件：F1 F2 L1 L2
Fz Lz
Fmax Lmax
Fi
Fmax Lmax
§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
摩擦力，防止相对滑动； 5）增大疲劳强度。
普通螺栓连接
两种情况的工作原理不同！
铰制孔用螺栓连接
1）普通螺栓组连接
螺栓组受力 F 单个螺栓受力 F 0
受力平衡条件： fF0 zi K s F
或
F0
K s F fzi
f ___ 接合面间的摩擦系数，P76表 5 5； i ____ 接合面数目； Ks ___ 可靠性系数（防滑系数），取 1.1～1.3。
特点：工作边=3，非工作边=30，便于加工。它综合了
第5章_机械设计-螺纹连接和螺旋传动
fF0zi ≥ KSF
或
F0 ≥
KS F fzi
i 接合面数 f 接合面摩擦系数
Ks为防滑系数，设计中可取Ks =1.1~1.3。
2．受转矩的螺栓组连接 采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺 栓组受转矩时的受力情况是不同的。
采用普通螺栓，是靠连接预
紧后在接合面间产生的摩擦力矩 来抵抗转矩T。
F0 fr1 F0 fr2 F0 frz ≥ KsT
切削加工支承面
潘存云教授研制
潘存云教授研制
潘存云教授研制
支承面不平
采用凸台或沉孔结构
潘存云教授研制
潘存云教授研制
支承面倾斜
支承面倾斜
二、螺栓组连接的受力分析 受力分析的目的:
根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺 栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。 受力分析时所作假设:
(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。 受力分析的类型：
管螺纹
潘存云教授研制
二、螺纹的主要几何参数
P/2 P/2
PS
(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。
(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 也是一个假想圆柱的直d d2 d1
径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度
相(4等)。螺距P 相邻两牙在中径线上对
应两点间的轴向距离。
h
潘存云教授研制
(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
(于(67螺))纹牙螺轴型线纹的角平升面角α的夹ψ轴角向中截径面d内t2a圆螺n柱纹ψ上牙=，型πn螺相dP旋2邻线两的侧切边线的与夹垂角直。牙
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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
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B·单个螺栓受力变形线图
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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
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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。
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由变形协调条件可知：
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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
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(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）
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强度条件
式中 d1—螺纹小径，mm [σ]—螺栓材料的许用拉应力，MPa F—轴向工作载荷，N
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(二)紧螺纹联接的强度计算
B·采用铰制孔用螺栓联接（结合面不滑移）
FΣ/2
FΣ
FΣ/2
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●通过剪切力F来平衡外载荷FΣ，因此每个螺 栓中受力相等，皆为F。
问题：
受横向载荷时螺栓联接的强度如何进行计算？
1．采用普通螺栓联接时按仅受预紧力时的紧螺栓联 接的强度计算方法计算。 2．采用铰制孔用螺栓联接时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
2020/11/22
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
联接的分类和意义
静联接 动联接
可拆联接(螺纹联接、键联接） 不可拆联接（铆接、焊接、胶接）
联接的选择（根据使用要求与经济要求来选择、
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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★串联钢丝
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§5-5 单个螺栓联接的强度计算
一．普通螺栓联接的强度计算
QP
Qp
Qp/2 D0
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失效形式： 螺纹部分的塑变或断裂， 危险截面为螺纹小径d1 所对应的面积A=πd21/4
设计准则： 保证静强度或疲劳强度
★★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）
有间隙
•铰制孔用螺栓联接
(受剪螺栓联接)
无间隙
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•双头螺柱联接
•螺钉联接
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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
•铰制孔用螺栓联接(受剪螺栓联接)
2．双头螺柱联接（常拆场合） 图例见下页 3．螺钉联接（不常拆场合） 4．紧定螺钉联接
（螺母需要拧紧、承受工作载荷前，螺栓受预紧力QP）
1．仅受预紧力时紧螺栓联接
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
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注意
问
① 1.3的含义 ②危险截面在小径d1处
③计算求得d1后应查标准d1 ,然后确定大径d
§5-3 螺纹联接的预紧
一．预紧目的
1．增加联接可靠性 2．增加联接紧密性
do
二．拧紧力矩T
预紧力QP （书上为F0）
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T = T1 + T2
= Qp
d2 2
tg (y
+
r v
)
p
D
3 0
D
2 0
-
d
3 0
-
d
2 0
0.2Q pd
T1为螺旋副间的摩擦力矩 T2为螺母与支承面间的摩擦力矩
2·螺栓杆与被联接件孔壁的压溃
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B·强度条件 1·剪切强度条件——螺杆的
2·挤压强度条件——联接的
（公式的解释见下页） 江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
式中：
注意：取Lmin及 [σ]p小者代入计算 问 如何正确理解联接的挤压强度公式？
投影面积A=d *L 0
★★受轴向变载荷（工作拉力）作用的紧螺栓 联接的强度计算：不仅要进行静强度计算，还 要进行疲劳强度计算。
问题
①为什么上述螺栓联接的强度计算仅对螺栓杆进行？
②当工作载荷为变载荷时，强度计算如何进行？
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二．铰制孔用螺栓联接的强度计算 A·失效形式： 1·螺栓杆剪断
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§5-1 螺 纹
一．常用螺纹 A·联接螺纹
1．普通螺纹 (粗牙 细牙)
2．管螺纹 3·锥螺纹
B·传动螺纹
1．梯形螺纹
2．锯齿形螺纹 3．矩形螺纹
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
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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 导程S：S=n*P 旋向（左、右旋） 升角ψ
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
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二．标准联接件 1·精度等级：A、B、C （精度由高→低）
A类用于要求配合精确、防止振动的重要场合 B类用于受载大且常拆、调整或变载荷的场合 C类用于一般的螺纹联接的场合
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三．性能等级及许用应力
◆联接件材料
常用 冲击振动时
◆性能等级
Q235 10 35 45 15Cr 40Cr 30CrMnTi
螺栓
螺母
例如： 4.6 5.6 6.8
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◆许用应力有[s]、 [t ]、[s ]p三种
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●避免偏心
凸台
沉头孔
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二．螺栓组联接的受力分析
目的：找到受力最大的螺栓及其所受的力
假设：
①各螺栓规格相同 ②各螺栓预紧力相同 ③螺栓组中心与接合面形心重合 ④各螺栓在弹性限度内工作
§5-4 螺纹联接的防松
一．防松目的
防松根本问题：防止螺旋副的相对转动
二．防松方法：有三种（图例见下页）
1．摩擦防松 2．机械防松 3．铆冲防松（破坏螺纹副）
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●摩擦防松
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●机械防松
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C·接合面可靠工作条件
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说明：
在实际使用中，螺栓组所受的载荷是以上四种简 单受力状态的不同组合，但不论如何复杂，都可以将 其简化成上述简单受力状态，从而分别计算每个螺栓 的工作载荷，然后将其进行向量迭加得到每个螺栓的 总的工作载荷。
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2．受旋转力矩时：分两种情况 A·采用普通螺栓联接（不发生转动）
江苏大学机械设计第5章螺纹联接和 螺旋传动
●通过由预紧力QP所产生的结合面上的摩擦 力矩来平衡外载荷T，因此每个螺栓中受力相 等，皆为QP
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讨论
Σri越大，所需Ｑp就越小，所以应远距离分布。
联接的设计要求
1．强度条件（等强度条件） 2．经济性 3．刚度条件或紧密性条件
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机械设计
第五章 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
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 螺纹联接的预紧 §5-4 螺纹联接的防松 §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