螺纹连接设计
机械设计螺纹连接设计
σPmin =σP − ∆σPmax
＞0
§5-6 螺纹联接的强度计算
1 螺纹联接的失效形式和设计准则 螺纹联接的失效形式和设计准则 2 松螺栓联接的强度计算 3 紧螺栓联接的强度计算
潘存云教授研制
1 螺纹联接的失效形式和设计准则 螺纹联接的失效形式和设计准则
受拉螺栓 轴向力作用下螺栓杆和螺纹部分发生 塑性变形或断裂
紧螺栓联接 强度计算
⑵受横向工作载荷的紧螺栓联接 受横向工作载荷的紧螺栓联接
⑶同时受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接 同时受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接
3 紧螺栓联接的强度计算 仅受预紧力的紧 ⑴仅受预紧力的紧螺栓联接
拉伸应力（预紧力 拉伸应力（预紧力F0 ）
F0
σ =
F0 1 πd 4
2 1
扭转切应力（螺纹摩擦力矩 扭转切应力（螺纹摩擦力矩T1 ）
= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⋅ =
δ max
Fmax
假设底板为完全刚体
δ i ∝ ri
∴
F1 F2 Fz Fmax = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⋅ = = r1 r2 rz rmax
例：联轴器
r1 = r2 = ⋅⋅⋅ = rz = r T ∴F= zr
（3）受轴向载荷的螺栓组联接 ）
总轴向载荷的作用线与螺栓轴 线平行，且通过螺栓组的对称中心。 线平行，且通过螺栓组的对称中心。 可认为每个螺栓上所受轴向工作载 荷都相等。 荷都相等
②铰制孔用螺栓组联接
Fi
铰制孔用螺栓
ri
T
F2 F1
F1r1 + F2 r2 + L + Fz rz = T
z
∑Fr
i =1
i i
=T
螺纹连接设计实验报告
螺纹连接设计实验报告螺纹连接是一种常见的机械连接方式，适用于许多工业领域。
本次实验主要目的是设计一种螺纹连接，并通过实验验证其连接强度和可靠性。
实验材料和装置：1. 材料：螺纹连接零件（两个金属管道），螺纹连接螺母。
2. 装置：螺纹连接试验机。
实验步骤：1. 准备螺纹连接零件：选择合适大小的两个金属管道，确保其表面光滑和无任何损伤。
2. 设计螺纹连接：根据螺纹连接的设计原则，确定螺纹的直径、螺距和螺母的尺寸，并用工具制作螺纹。
3. 进行连接：将螺纹连接螺母旋入其中一个管道，并将另一个管道插入螺纹连接螺母中，手动旋紧。
4. 进行拉力测试：将装有螺纹连接的管道放入螺纹连接试验机中，逐渐加大加载力，直到螺纹连接脱落或者出现明显变形。
5. 记录结果：记录加载力和连接失效的情况，并进行数据分析。
实验结果：经过实验测试，我们得到了以下结果：1. 连接强度：螺纹连接能够承受较大的加载力，在一定程度上确保连接的强度和可靠性。
2. 连接失效形式：在实验中，我们观察到连接失效时出现了螺纹连接脱落和螺纹连接变形两种情况。
这种连接失效形式与实际应用中的情况相对应，使我们更好地了解了螺纹连接的性能。
3. 数据分析：通过对实验数据的分析，我们可以得到螺纹连接的最大承载力和连接变形程度，并与设计要求进行比较。
实验结论：1. 螺纹连接设计合理，具有较高的连接强度和可靠性。
2. 螺纹连接的失效形式主要有螺纹连接脱落和螺纹连接变形两种情况。
3. 实验结果可以为螺纹连接在实际应用中的设计和选择提供一定的理论参考。
总结：通过本次实验，我们深入了解了螺纹连接的设计原理和性能，并通过实验验证了其连接强度和可靠性。
在实际应用中，我们应根据不同的需求选择合适的螺纹连接设计，并对其性能进行全面的评估。
机械设计基础第9章 螺纹连接
ψ
Fa
11
重物下滑过程分析：
ψ
R
当ψ >ρ时
N
v
ρ
滑块在重力作用下会加速下滑
要使其匀速下滑，还要施加少
量的水平力F（F > 0）
F = Fa tan(ψ-ρ）
fN F
ψ
Fa
此时F 由驱动力变为阻力，而Fa由阻力变为驱动力
当ψ ≤ρ时
由于摩擦力过大，重物不能自行下滑，而在斜面上保持静止
要使其下滑需施加反向力， F ≤ 0，此时F 变为驱动力
tan S np d2 d2
ψ
4
二、螺纹的分类
普通螺纹 三角形
粗牙螺纹 一般连接 细牙螺纹 薄壁零件或微调装置
管 螺 纹 管路连接
牙 矩形 型 梯 形 传递运动或传力
锯齿形 (效率高)
牙顶较大圆角，旋合 后无径向间隙，英制
细牙螺纹
5
四种螺纹的牙侧角：
β=0° β=3°
β=15°
β=30°
螺纹旋向： 常用右旋，特殊要求时用左旋
一、螺旋线方向的判定
左(右)手自然展开成掌， 使拇指与螺纹轴线平行，若左 手四个指头的指向与螺纹牙走 向一致，则螺纹为左旋螺纹； 则螺纹为右旋螺纹。(见右图 中左旋螺纹的判定)
二、螺纹轴向力的判定
在螺母固定的情况下，旋动螺杆时，螺杆将沿轴线方 向前进或后退，这说明螺杆受到了一个沿运动方向的作用 力。该作用力方向的判定方法是对左、右旋螺纹分别采用 左、右手定则。具体做法如下：拇指伸直，其余四指握拳， 令四指弯曲方向与螺杆转动方向一致，拇指的指向即是螺 杆前进的方向。
此种现象称为“自锁”，自锁条件是： ψ ≤ρ
12
§9-2 螺纹副受力分析、效率和自锁
螺纹联接设计要点
螺纹联接设计要点（最新版）目录1.螺纹联接设计的重要性2.螺纹联接的基本概念和分类3.螺纹联接设计的要点4.螺纹联接设计中应注意的问题5.结论正文一、螺纹联接设计的重要性螺纹联接是一种广泛应用于机械工程中的连接方式，它具有结构简单、传动效率高、拆卸方便等优点。
在机械设备的设计中，螺纹联接的设计质量直接影响到设备的性能、使用寿命和安全性能。
因此，螺纹联接设计具有重要的意义。
二、螺纹联接的基本概念和分类螺纹联接是指通过螺纹零件将两个或两个以上的零件连接在一起。
根据螺纹的形状和用途，螺纹联接可以分为连接螺纹和传动螺纹。
连接螺纹主要用于零件之间的连接，而传动螺纹主要用于传递力和运动。
三、螺纹联接设计的要点1.选择合适的螺纹类型：根据连接零件的材质、厚度和连接强度要求，选择合适的螺纹类型，如普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿螺纹等。
2.确定螺纹的基本参数：根据螺纹的类型和连接零件的尺寸，确定螺纹的直径、螺距、螺纹长度、螺纹根部圆角等基本参数。
3.设计螺纹连接结构：根据连接零件的形状、尺寸和受力情况，设计合理的螺纹连接结构，确保连接强度和拆卸方便。
4.考虑螺纹的防松措施：为了防止螺纹连接在受力过程中松动，应采取有效的防松措施，如加装垫圈、使用双头螺纹、采用粘结剂等。
5.考虑螺纹的磨损和寿命：在设计螺纹联接时，应充分考虑螺纹的磨损和寿命，采取相应的措施提高螺纹的耐磨性和寿命，如选择耐磨材料、采用特殊的螺纹形状等。
四、螺纹联接设计中应注意的问题1.防止螺纹受力过大：在设计螺纹联接时，应确保螺纹的强度和刚度，防止螺纹在受力过程中产生过大的变形或破坏。
2.避免螺纹产生松动：在设计螺纹联接时，应采取有效的防松措施，避免螺纹在受力过程中产生松动，影响连接的可靠性。
3.考虑螺纹的装配和拆卸：在设计螺纹联接时，应充分考虑螺纹的装配和拆卸方便，确保螺纹连接的可维护性。
4.注意螺纹的密封性能：在设计螺纹联接时，应考虑螺纹的密封性能，防止连接零件之间的泄漏。
机械设计螺纹连接
其中：d1、p 分别为螺纹小径和螺距。
[σ ] —— 许用应力，N / mm2 ，[σ ] ＝ σs /[ Ss ] ，
见表6.3（P110）。
第28页/共57页
机械设计
螺纹连接 28
dc
4F
[ ]
(mm) —— 设计式
∵ 螺栓为标准件 ∴ 查标准，选螺栓
第29页/共57页
机械设计
螺纹连接 29
克服螺纹中阻力所需的转矩为：
T第1 8页F/共5d272页
d2 2
Q
tan
机械设计
螺纹连接
8
旋转螺母一周，输入的驱动功W1 = 2πT1 ，有效功W2 = Q S ， 故螺旋副的效率为：
W2 W1
QS
2 T1
2
Q d2 tan
d2 Q tan
tan
tan
2
由上式知：λ↑，ρ↑ —→ η↑；当：λ= 45°-ρ/2 时 —→ ηmax
其相对运动相当于楔形滑块沿楔形槽斜
面移动。故非矩形螺纹的受力分析与矩形螺
纹的受力分析过程一样。由图知：
F = Q tan（λ +ρv ） 克服螺纹中阻力所需的转矩为：
T1
F
d2 2
d2 2
Q tan v
第10页/共57页
机械设计
螺纹连接 10
螺旋副的效率为：
W2 W1
QS
2 T1
2
Q d2 tan
1）直径 大径 d 、小径 d1 、中径 d2 大径 d ： 公称直径。 小径 d1 ：螺纹的最小直径。 中径 d2 ：齿厚 = 齿槽宽处直径，几何计算用。 d2 ≈ (d + d1 )/2 M 20 —→ d = 20 mm
机械设计-螺纹连接
确定连接力矩
4
尺寸和参数。
根据连接件的材料和负载确定合适的 连接力矩。
螺纹连接的优缺点
• 优点：简便快捷、拆卸方便、承载能力高。 • 缺点：可能出现螺纹磨损、连接失效、腐蚀等问题。
应用案例
汽车制造
螺纹连接广泛应用于汽车底 盘、引擎和车身结构等部件 的装配与固定。
机械设备
螺纹连接被用于机械设备零 件的固定，如电机、减速器 等重要部件。
机械设计-螺纹连接
螺纹连接是一种常用的机械连接方式，通过螺纹的互相咬合来实现紧固与连 接。本演示将介绍螺纹连接的分类、构成、力学原理、设计方法，以及优缺 点和应用案例。
螺纹连接的分类
内螺纹连接
常见于螺母与螺杆的连接，通过内螺纹互相咬合实现固定。
外螺纹连接
常见于螺纹孔与螺纹螺栓的连接，通过外螺纹互相咬合实现固定。
螺纹连接可通过螺纹的剪切形变，实现力的传 递与承载。
由于螺纹的咬合，螺纹连接具有较高的阻拆力， 能够提高连接的稳定性。
如何设计一个螺纹连接
1
确定连接类型
根据连接件的形状和要求选择内螺纹
选择螺纹规格
2
连接或外螺纹连接。
根据连接件的负载和使用环境选择合
适的螺纹规格。
3
计算螺纹尺寸
根据连接件的要求和标准计算螺纹的
精密螺纹连接
采用更高精度的制造工艺，用于对连接要求更严格的领域。
螺纹连接的构成
螺母
用于咬合螺杆的螺纹连接件。
Hale Waihona Puke 螺杆用于与螺母互相咬合的螺纹连 接件。
螺纹
螺纹是螺母与螺杆的互相咬合 结构，实现紧固与连接。
螺纹连接的力学原理
张力力学原理 剪切力学原理 阻拆力学原理
螺纹连接件及其连接的画法
螺栓连接通常由螺栓和螺母组成，通过将螺栓穿过被连接件上的孔洞，然后旋 紧螺母，使被连接件紧密结合在一起。在画法上，需要画出螺栓和螺母的形状、 尺寸以及被连接件上的孔洞位置。
实例二：螺柱连接的画法
总结词
螺柱连接是一种常见的垂直连接方式，通过螺柱和螺母的配合实现两个部件的紧 固连接。
详细描述
螺柱连接通常由螺柱、螺母和垫圈组成，通过将螺柱旋入被连接件的一端，然后 加上垫圈和螺母，使被连接件紧密结合在一起。在画法上，需要画出螺柱、螺母 和垫圈的形状、尺寸以及被连接件上的孔洞位置。
螺纹连接件的标注方法
尺寸标注
根据需要标注各部分的尺寸，如螺栓长度、直径 等。
公差标注
根据连接件的实际需求，标注必要的公差，如螺 栓与螺孔的配合公差等。
标记标注
在图纸上标注各连接件的名称或代号，以便识别 和管理。
03
螺纹连接件的安装与维护
螺纹连接件的安装步骤
清理连接表面
确保连接表面干净、无油污、 无锈迹，以便螺丝顺利拧入。
02
03
螺丝松动
拧紧螺丝或增加防松装置， 如弹簧垫圈。
螺纹损坏
修复或更换损坏的螺纹部 分，保持表面光洁。
安装困难
清理连接表面，确保螺丝 和螺孔对齐，必要时可加 润滑剂。
04
螺纹连接件的设计与优化
螺纹连接件的设计原则
功能性原则
可靠性原则
确保螺纹连接件能够满足使用要求，如承 受足够的载荷、保证密封性等。
定期检查
定期检查螺纹连接件的使用情况，发 现松动或损坏应及时处理。
防腐蚀处理
对金属螺纹连接件进行防锈、防腐蚀 处理，以延长其使用寿命。
更换损坏件
对于损坏或磨损严重的螺纹连接件应 及时更换，防止影响设备的正常运行。
螺纹联接设计(图文)
螺纹联接设计1 螺纹联接螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联接，其结构简单，装拆方便，广泛应用于各种机械设备中。
1．1 螺纹的类型及主要参数1.螺纹的类型螺纹的形成将工件装卡在与车床主轴相连的卡盘上，使它随主轴作等速旋转，同时使车刀沿轴线方向做等速移动，则当刀尖切入工件达一定深度时，就在工件的表面上车制出螺纹。
螺纹的表面可分为凸起和沟槽两部分。
凸起部分的顶端称为牙顶，沟槽部分的底部称为牙底。
车螺纹螺纹按螺旋线的旋向，可分为左旋螺纹和右旋螺纹，一般多用右旋螺纹。
放大演示螺纹按螺旋线的数目，可分为单线螺纹、双线螺纹和多线螺纹，联接一般多用单线螺纹。
2.螺纹的主要参数2．2 螺纹联接的基本类型、结构尺寸及应用1. 联接用螺纹如图所示，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。
普通螺纹有粗牙和细牙之分。
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。
2.螺纹联接的基本类型1）螺栓联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接2）双头螺柱双头螺柱连接由双头螺柱、螺母、垫圈组成。
连接时，一端直接拧入被连接零件的螺孔中，另一端用螺母拧紧。
双头螺柱连接多用于被连接件之一太厚，不适于钻成通孔或不能钻成通孔时。
在拆卸时只须拧出螺母、取下垫圈，而不必拧出螺柱，因此采用这种连接不会损坏被连接件上的螺孔。
双头螺柱连接3）螺钉联接4）紧定螺钉联接与螺栓、双头螺柱和螺钉不同，紧定螺钉不是利用旋紧螺纹产生轴向压力压紧机件起固定作用。
紧定螺钉分为柱端、锥端和平端三种。
柱端紧定螺钉利用其端部小圆柱插入机件小孔（图a）或环槽（图c）中起定位、固定作用，阻止机件移动。
锥端紧定螺钉利用端部锥面顶入机件上小锥坑（b）起定位、固定作用。
平端紧定螺钉则依靠其端平面与机件的摩擦力起定位作用。
螺纹设计原则
螺纹设计原则螺纹设计是一种常见的机械连接方式，它具有良好的承载能力和固定性能，广泛应用于各个领域。
螺纹设计原则是指在设计和使用螺纹连接时应遵循的准则和规范，以确保螺纹连接的可靠性和安全性。
下面将介绍几个重要的螺纹设计原则。
一、合理选择螺纹类型和规格螺纹的类型有很多，常见的有三角形牙型、矩形牙型和梯形牙型等。
在选择螺纹类型时，需要考虑连接的特点和工作环境，以及所需的承载能力和紧固力。
此外，还要根据连接件的材料和尺寸选择合适的螺纹规格，确保螺纹的匹配性和稳定性。
二、确定适当的螺纹剖面和角度螺纹剖面的形状和角度对螺纹连接的性能有重要影响。
一般来说，三角形牙型的螺纹具有良好的自锁性和紧固性能，适用于大多数情况。
而矩形牙型的螺纹则具有更高的紧固力，适用于需要较大紧固力的场合。
梯形牙型的螺纹在传递扭矩方面具有优势，适用于需要承受较大扭矩的连接。
三、确定合适的螺纹长度和直径螺纹的长度和直径是决定螺纹连接强度和稳定性的关键因素。
螺纹长度应根据连接件的要求和工作环境来确定，一般应保证螺纹的完全嵌入。
螺纹直径应根据连接件的材料、尺寸和所需的承载能力来选择，以保证螺纹的强度和可靠性。
四、合理选择螺纹材料和表面处理螺纹连接的材料和表面处理对其性能和寿命有重要影响。
一般来说，螺纹连接的材料应具有良好的强度和耐腐蚀性，以及适当的弹性和韧性。
常用的螺纹材料有碳钢、合金钢和不锈钢等。
此外，螺纹连接的表面处理也很重要，可以采用镀锌、磷化、涂覆和阳极氧化等方法来提高螺纹的耐腐蚀性和摩擦性能。
五、正确使用螺纹连接工具和方法在使用螺纹连接时，需要选择合适的螺纹连接工具和方法，确保连接的正确安装和拆卸。
螺纹连接工具应具有足够的扭矩和控制力，以及良好的适配性和稳定性。
在安装螺纹连接时，应注意正确的拧紧顺序和力度，避免过紧或过松造成螺纹损坏或松动。
螺纹设计原则是确保螺纹连接可靠性和安全性的重要准则和规范。
合理选择螺纹类型和规格、确定适当的螺纹剖面和角度、确定合适的螺纹长度和直径、合理选择螺纹材料和表面处理，以及正确使用螺纹连接工具和方法，都是保证螺纹连接性能的关键因素。
机械设计-第五章 螺纹连接
h min L
d0 Fs
Fs
2）依靠螺杆与螺孔挤压承受横向载荷Fs 3）螺栓失效主要是螺杆被剪断， 螺杆与孔接触面被压溃 4）强度条件：挤压应力和剪切应力小于许用值
46
螺栓杆的剪切强度条件为: τ =
4 Fs ≤ [τ ] ,MPa 2 π d0 m Fs 螺栓与孔壁的挤压强度条件为: σ p = d h ≤ [σ ] p ,MPa 0 min
螺栓的刚度 ：
力
Cb
力
被联接件的刚度：Cm
tanθb = Cb tanθm = Cm
力
b ΔF = C + C F b m
C
F
F′
o
θb
θm
则螺栓的总拉力
F ′ = F ′′ +
F0 = F ′ +
Cb F Cb + Cm
Cm F Cb + C m
或写成：
F ′′ = F ′ −
bδ
δb
变形
δm
变形
51
(2) 静强度计算——限制绝对应力值 静强度条件：
1.3 × 4 F0 σ= ≤ [σ ] 2 π d1
1.3 × 4 F0 d1 ≥ π [σ ]
，mm
,MPa
或者：
式中: [σ ] —紧螺栓连接的许用拉应力
52
(3) 疲劳强度计算——限制应力幅值
当工作载荷由0 F之间变化时，按静强度设计尺寸后，还 应进行疲劳强度计算
式中：
d0
—螺栓抗剪面直径，mm
m —螺栓抗剪面数目
hmin
[τ ]
—螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度 mm， 设计时应使 hmin ≥ 1.25d 0 —螺栓的许用剪切应力，MPa
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。
第五章螺纹连接机械设计
一、螺纹连接的基本类型
1、螺栓连接
F0
预紧力
Fp
普通螺栓连接
F
装拆方便
F
螺栓受拉力
F0
铰制孔螺栓连接 螺栓受剪切、挤压
F F
用于横向载荷大的连接
2、双头螺柱连接
用于被连接件较厚，
不宜制成通孔，
且经常装拆
的场合
F
双头螺柱受拉力
F0 预紧力
3、螺钉连接 用于不经常装拆的场合
预紧力 F0
F
螺钉受拉力
防松的根本问题： 防止螺旋副的相对转动
§5-5 螺栓组连接的设计 一、螺栓组连接的结构设计
1、连接接合面的几何形状要有对称性；
2、减小螺栓受力，尽量受力均匀。 3、螺栓的排列应有合理的间距和边距；
螺栓布置靠近边缘 F
L 螺栓排数不宜过多
4、分布在圆周上的螺栓数目多为偶数； 5、避免螺栓承受附加的弯曲载荷
T1
d2 2
F
d2 2
F0
tan(
v )
Ff
v
F0
R N
T2 螺母和支承面上的摩擦阻力矩
T2
fC F0 3
D03
d
3 0
D02 d02
D0
d0
T
d2 2
F0 tan(
v )
fC F0 3
D03
d
3 0
D02 d02
0.2 F0d FL
F 200N, L 15d
普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形 螺纹、锯齿形螺纹
60o
30o
33o
三角形螺纹自锁性好，用于连接。
螺纹连接设计
例：如图5-39所示为一个固定在 钢制立柱上的铸铁托架，P92 将 F 力分解并向螺栓组 形心及结合面平移，得： 轴向载荷 横向载荷 翻转力矩
O O
A
F h B
F h
M
F h
F v
M F V A F h B
F v
F v
F
设计中，需要防止如下四种可能的失效形式： 支架下滑； 需要足够大的 F 。 螺栓拉断； 需要足够大的螺栓直径 d1 。 上沿开缝； s p max ［s p］ s p min 0 下沿压溃
通过计算或实验确定
d1 / 4
静强度条件： s ca 1.3F2 s 2
疲劳强度校核
5-6 螺纹连接的强度计算
螺纹连接的强度计算4
承受工作剪力的紧螺栓连接
螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：
F sP s P d 0 Lmin
F Lmin d0 F
螺栓杆的剪切强度条件为：
5-7 螺纹连接件的材料与许用应力
螺纹连接件的材料与许用应力
螺纹连接件的许用应力
螺纹连接件的许用拉应力
[s ]
ss
S
螺纹连接件的许用剪应力和许用挤压应力
[ ]
ss
S
[s P ]
ss
SP
（被连接件为钢）[s P ]
sB
SP
（被连接件为铸铁）
螺纹连接件的安全系数，表5-10
5-8 提高螺纹连接强度的措施
摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副防松等见表5-3。
5-5 螺栓组连接的设计
螺纹连接组的设计1
大多数机械中螺栓都是成组使用的。 设计螺栓组连接的步骤： 螺栓组连接的结构设计
螺纹连接设计基础
2018/9/21
(2)螺纹的分类
按旋向，螺纹可分为左旋和右旋。一般习惯上都采用右 旋螺纹。但有些特殊要求的连接和传动常采用左旋螺纹。 按螺纹螺旋线的根数，可分为单线螺纹和多线螺纹。 通常，单线螺纹用于连接，而多线螺纹用于传动。 按螺距，可分为粗牙和细牙。 按单位制，可分为英制螺纹和公制螺纹。除管螺纹采用 英制外，一般采用公制螺纹。 按用途，可分为连接螺纹和传动螺纹。普通螺纹、英制 螺纹、圆柱管螺纹主要用于连接，矩形螺纹、梯形螺纹、 锯齿螺纹主要用于传动。
2018/9/21
（2）螺钉连接
螺钉直接拧入被联接件 的螺纹孔中，不用螺母， 结构比双头螺柱更简单、 紧凑。但经常装拆会损坏 螺纹孔。多用于不需经常 拆装的场合。 （3）双头螺柱连接 主要用于被连接件之一太厚不宜制成通孔， 材料又比较软，且经常拆装的场合。安装时应 尽可能将螺柱旋紧，保证拆卸连接时螺柱不转 2018/9/21 动。
d2 T T1 T2 F ' tan( ) f c F ' r f 2
2018/9/21
T 0.2 F ' d
直径较小的螺栓在装配时，如拧紧力矩过 大易将螺栓杆拉断。对于重要的连接，应尽 可能不用小于M12的螺栓。 测力矩扳手和定力矩扳手。对于重要 的大型连接可采用测定螺栓伸长量的方法。
2018/9/21
5）导程Ph——同一条螺旋线上相邻两螺纹牙在中径线上相 对应两点间的轴向距离。单线螺纹Ph=P，多线螺纹 Ph=nP，n为螺纹的线数。
2018/9/21
6）升角ψ——在中径圆柱上， 螺旋线的切线与垂直于螺纹轴 线平面间的夹角。
np tan d2
2018/9/21
7）牙型角α和牙侧角β——在轴向截面内螺纹牙两侧边的夹 角称为牙型角α。螺纹牙侧边与垂直于螺纹轴线的平面间 的夹角称为牙侧角β。
螺纹连接(机械设计课件)
标记: 螺栓 标准号 螺纹规格 × 有效长度
螺纹紧固件连接
例:螺纹规格D=M12，性能等级为10级，不经表面处理，A级的六角螺母。 螺母 GB/T 6170-2000 M12
b）螺母
标记: 螺母 标准号 螺纹规格
螺纹紧固件连接
例: 标准系列，公称尺寸d=8，性能等级为140HV，不经表面处理的平垫圈 垫圈 GB/T 97.1-2000 8
联接的类型：
螺纹联接
键联接、花键联接、销联接
弹性环联接等
铆接
焊接
粘接
联接
可拆 联接
不可拆 联接
过盈联接
（介于两者之间）
螺纹的形成
d2
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。
螺纹
牙顶
牙顶
小径
大径
外螺纹
内螺纹
牙顶
牙底
牙底
牙顶
大径 D、d
小径D1、d1
中径D2、d2
螺纹的中径：
一个假想圆柱的直径。该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。
⑶ 螺纹的线数n
沿一条螺旋线形成的螺纹叫做单线螺纹；沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹叫做多线螺纹。
六角螺母
盖形螺母
开槽六角螺母
翼形螺母
螺纹连接
§5-0 引 言
由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼此联接。 机械零件之间的联接分为：
被联接件之间相互完全固定。（形锁合、摩擦锁合、材料锁合）
被联接件之间能产生一定的相对运动。例如：运动副。
机械设计CH2-1螺纹连接
常见的螺纹连接形式
内螺纹外螺纹连接
通过零件上的内螺纹和外螺纹实现紧固。
螺母和螺栓连接
通过螺纹螺母和螺栓实现紧固。
螺纹销
通过零件上的螺纹孔和螺纹销实现紧固。
螺钉连接
通优点
具有较高的连接强度，并且可以进行拆卸和重复使用。
2 缺点
安装和拆卸相对麻烦，需要特殊的工具和技巧。
螺纹连接的应用领域
机械工程
螺纹连接广泛应用于机械工程领域，如机床、 机械设备和汽车制造等。
建筑工程
螺纹连接用于建筑结构的连接，如钢结构和混 凝土结构等。
电子设备
螺纹连接用于电子设备和电路板的固定和连接。
机械设计CH2-1螺纹连接
螺纹连接是一种常见的机械连接方式，通过螺旋形的凹凸结构实现零件间的 紧固。本节将详细介绍螺纹连接的原理和应用，以及设计和安装注意事项。
螺纹连接的定义
螺纹连接是一种机械连接方式，通过螺旋形的凹凸结构实现零件间的紧固。它常用于需要可拆卸的连接，并且 具有一定的承载能力。
螺纹连接的基本原理
根据连接零件的载荷要求，选择合适的螺纹 尺寸和材料。
螺纹连接的安装与拆卸技巧
1
安装前准备
清洁零件表面并涂抹适量的润滑剂，准备好所需的工具。
2
正确安装
使用正确的拧紧力度和顺时针方向拧紧螺纹，确保连接牢固。
3
安装检查
检查螺纹连接是否均匀，没有松动或过紧的情况。
航空航天
螺纹连接在航空航天领域中起着重要的作用， 如飞机发动机和航天器组件的连接。
螺纹连接的设计考虑因素
1 负载要求
根据连接零件的负载要求选择合适的螺纹和 螺纹材料。
螺纹连接的设计准则
螺纹连接的设计准则
1. 螺纹尺寸的选择，在设计螺纹连接时，需要根据连接件的材料和使用环境的要求选择合适的螺纹尺寸。
螺纹尺寸的选择应考虑到连接件的承载能力、抗拉强度和耐腐蚀性等因素。
2. 螺纹类型的选择，根据连接件的使用要求和工作环境，需要选择合适的螺纹类型，包括内螺纹和外螺纹、粗螺纹和细螺纹等。
不同的螺纹类型具有不同的承载能力和紧固效果。
3. 螺纹的加工质量，螺纹的加工质量直接影响着连接的可靠性和密封性。
在设计螺纹连接时，需要确保螺纹的加工质量符合标准要求，避免螺纹的磨损和松动现象。
4. 螺纹连接的预紧力，在设计螺纹连接时，需要根据连接件的使用要求和工作环境确定合适的预紧力。
预紧力的大小直接影响着连接件的紧固效果和承载能力，过大或过小的预紧力都会影响连接的安全性。
5. 螺纹连接的润滑和防锈，在设计螺纹连接时，需要考虑连接件的润滑和防锈措施，以延长连接件的使用寿命和保证连接的可靠
性。
总之，设计螺纹连接时需要综合考虑连接件的材料、使用要求和工作环境等因素，遵循上述准则，才能设计出安全可靠的螺纹连接。
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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。
3、防松办法及措施 1）摩擦防松
双
上螺母
螺
螺 栓
母
下螺母
自 锁 螺 母
弹 簧 垫 圈
尼 龙 垫 圈
2）机械防松
开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，止动垫片，串联钢丝 等
开槽螺母 与开口销
止动垫片
串联钢丝
(a)正确 (b)不正确
面，适于经常拆卸的场合;
3)圆柱端—压入轴上凹坑中，适于紧定空心轴上零件的位置,轻
材料和金属薄板
5.自攻螺钉:由螺钉攻出螺纹
15°~30°
t
e d
6.螺母
D b
s
m
六角螺母：标准，厚，薄
d0 D
1
30°
30°
30° 圆螺母+止退垫圈:
30° 带有缺口，应用时带翅垫
15° 圈内舌嵌入轴槽中，外舌
嵌入圆螺母的槽内，螺母
适用——定位,可传递不大的轴向力或扭矩。
5、特殊联接
地脚螺栓联接
吊环螺钉联接
三、 螺纹联接件(紧固件)
1.螺栓 1)普通螺栓——六角头，小六角头，内六角 2)铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小螺母
15°~30° r
辗制末端
倒角端
A型 X
d e
da ds
k' ls lg
k
l
bm
s
辗制末端
B型 X
2.双头螺柱——两端带螺纹
bm
A型——无退刀槽 B型——有退刀槽
ds
ds
倒角端
X b
l
辗制末端
X b
l
d
d
3.螺钉
与螺栓区别:要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹
RR
tt
tt
XX
bb ll
RR
9900°°
dkdk nn dd
nn dd
ll
4.紧定螺钉 1)锥端—适于零件表面硬度较低不常拆卸的场合; 2)平端—接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平
2.螺纹联接数目尽量取偶数，同一产品采用的螺纹件的类型和规 格应尽量少；
3.受弯扭作用的螺栓组，要尽量靠近接合面的边缘布局。
对于承受较大横向载荷的螺栓组联接，可采用销、套筒、键等抗 剪零件来承受局部横向载荷，以减少螺栓的予紧力及其结构尺寸。
4.合理间距，适当边距，以利用扳手装拆；
EE 60°
C
h A d
1
2
12
3
4
(1)测力矩板手——测出预紧力矩;
(2)定力矩板手——达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受
压将自动打滑;
2. 螺纹联接的防松
1)防松目的
实际工作中，载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力 减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹 联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须 进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。
2.螺纹的类型
三角螺纹—联接螺纹
1)按牙型 矩形、梯形、锯齿形螺纹—传动螺纹
视图
三角螺纹 粗牙螺纹:用于紧固件
细牙螺纹:自锁性好,适于薄壁零件和冲击变载等
内螺纹—在圆柱孔的内表面形成的螺纹
2)按位置 外螺纹—在圆柱的外表面形成的螺纹
左旋—如图
3)按旋向 右旋—常用
4)按线数 单头螺纹（n=1）—用于联接
60°
C
d
B
D
5.支承平面应平整，避免偏心载荷作用 防偏载措施：a）凸台；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片
二）螺纹联接的安装与拆卸
1.预紧 1)预紧目的——保持正常工作,增加联接刚度、紧密性和提
高防松能力.
2)预紧力的控制 预紧过紧——预紧力过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度;
过松——预紧力过小，工作不可靠;
多线螺纹（n≥2）—用于传动
3.螺纹的主要参数
1）大径d（D） ——与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合
的假想圆柱面直径，亦称公称直径；
2）小径d1(D1) ——与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的
假想圆柱面直径
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，d2≈0.5(d+d1)
d d2 d1
l1 a
1) 普通螺栓联接
特点：
通孔不带螺纹，装配后孔与杆间
有间隙，并在工作中不许消失，
d
结构简单，装拆方便，可多次装
拆，应用较广。
2)铰制孔用螺栓联接
特点：装配后无间隙，主要承受横向载 荷，也可作定位用，采用基孔制配合。
2、双头螺柱联接
特点：螺杆两端均有螺纹，装配时
d
一端旋入被联接件，另一端配以螺
3）永久防松：冲点、点焊、粘合
五、螺纹联接的结构设计
一）螺纹联接的布置
工程中螺栓皆成组使用，单个使用极少。因此，必须研究螺栓组 联接的结构。
螺栓组联接设计的顺序——选布局、定数目、力分析、设计尺寸。
结构设计原则 ：
1.布局要尽量对称分布，栓组中心与联接结合面形心重合（有利于 分度、划线、钻孔），使受力均匀；
母。拆装时只需拆螺母，而不将双
头螺柱从被联接件中拧出。
H l2
ห้องสมุดไป่ตู้
适用：常拆卸而被联接件之 一较厚或只能从一边操作。
3、螺钉联接
l1
适用——被联接件之一较厚
（上带螺纹孔），不需经常装
H
d
拆的场合。
l2
l3
一端有螺钉头，不需螺母。
4、紧定螺钉联接
拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面 或旋入零件相应的缺口中以固定零件的 相对位置。
线轴线的平面的夹角
arctgL
/ d 2
arctg
nP
d 2
8)牙型角α——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角。
9)牙侧角β ——螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角。
P L=nP(n=2) L
d d2
d1
d1
d2
d
h
二、 螺纹联接主要类型
1、螺栓联接
d0
适用场合：
被联接件不太厚，便于加工通孔， 并能从两边进行操作。
b
即被锁紧
7.垫圈
平垫圈
斜垫圈
h
d1 d2
四、螺纹联接的预紧与防松
1. 螺纹联接的预紧
螺纹联接：松联接——在装配时不拧紧，只存受外载时 才受到力的作用
紧联接——在装配时需拧紧，即在承载时，已预 先受力，预紧力F'
预紧目的——增强联接的刚性、紧密性和提高防松 能力。对于受轴向拉力的螺栓联接，还可以提高螺 栓的疲劳强度；对于受横向载荷的普通螺栓联接， 有利于增大联接中接合面间的摩擦
(1)测力矩板手——测出预紧力矩;
(2)定力矩板手——达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受
压将自动打滑;
示图
2.螺纹联接的拧紧顺序 4
7 3 15 9
P L=nP(n=2) L
d1
d2
d
h
P L=nP(n=2) L
d d2
d1
h
d1
d2 d
4）螺 距 P ——相邻两牙对应点间的轴向距离 5）导程（L） ——同一螺旋线上相邻两牙对应点间的轴向
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 ——中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋