第10章2螺纹及其连接
第十章-普通螺纹结合的互换性
精度选择的实际情况： 承载大，有变载荷，有振动---紧密级 小螺纹，为保证连接强度，必须提高联接精度 加工难度大者，需降低联接精度
旋合长度的选择 一般采用中等（N）的旋合长度 尽可能缩短旋合长度，因为旋合长度过长，螺 距累积误差增大，降低承载能力
46
3. 螺纹在图样上的标注
1. 螺距误差对互换性的影响
局部误差P 累积误差P 与旋合长度有关，是主要影响因素
25
螺纹因产生干涉（图中阴影部分）而无法旋合 为保证旋合： 外螺纹：中径d2减小 内螺纹：中径d2增大一个中径补偿值。 P
f
26
螺距累积偏差对旋合性的影响
27
10.2 螺纹几何参数对互换性的影响
2. 牙型半角误差对互换性的影响
9
外螺纹
内螺纹
10
１．牙型
螺纹要素
沿螺纹轴线方向剖切，所得到的螺纹牙齿剖面的 形状称为螺纹的牙型。常见的牙型有三角形、梯形、 锯齿形、矩形等
２．螺纹直径
大径
中径
牙顶
牙底
牙顶
小径
牙底
11
３．线数
螺纹有单线和多线之分。当圆柱面上只有一条螺旋 线所形成的螺纹称为单线螺纹，有两条或两条以上在轴 向等距离分布的螺旋线形成的螺纹称为多线螺纹。螺纹 的线数用ｎ表示
31102外螺纹存在螺距误差和牙型半角误差时只能与一个较大中径的内螺纹旋合外螺纹中径增大作用中径实际中径螺距误差牙型半角的中径补偿值类似于轴作用尺寸32102内螺纹存在螺距误差好牙型半角误差时只能与一个较小中径的内螺纹旋合内螺纹中径减小作用中径实际中径螺距误差牙型半角的中径补偿值类似于孔作用尺寸33102螺纹中径合格性的判断原则中径公差是一项综合公差中径本身尺寸偏差螺距误差牙型半角误差34102螺纹中径合格性的判断原则泰勒原则35作用中径不大于中径最大极限尺寸max任意位置的实际中径不小于中径最小极限尺寸
冷作工工艺学第五版电子课件第十章连接
§10—1 铆接
2．铆接机 铆接机与铆钉抢不同，它是利用液压或气压使钉杆塑性变形而制成铆钉 头的一种专用设备。它本身具有铆钉和顶钉两种机构，由于铆接机产生的压 力大而均匀，因此铆接质量和铆接强度都比较高，而且工作时无噪声。
铆接机有固定式和移动式两种，固定式铆接机生产效率 高，但因设备费用较高，故仅适用于专业生产中；移动式铆 接机工作灵活，应用广泛，这种铆接机有液压、气动和电动 三种。
§10—1 铆接
二、铆钉排列的基本参教 铆钉排列的基本参数是指铆钉距、排距和边距。
铆钉距t：一排铆钉中，相邻两个铆钉中心的距离。 排距c：相邻两排铆钉中心的距离。 边距e：外排铆钉中心至工件板边的距离。
名称 铆钉距t或排距c
边距e
位置和方向
外排
中间排
构件受压 构件受拉
平行于载荷的方向e1
垂直于载
切割边
§10—1 铆接
（2）对接。对接是将两个钢板（或型钢）的接头置于同一平面，用 盖板作为连接件，把接头铆接在一起。盖板有单盖板和双盖板两种形式， 每种又根据接头一侧铆钉的排数有单排、双排和多排之分。铆钉的排列 形式有平行和交错两种。
§10—1 铆接
（3）角接。角接是两板件相互垂直或成一定角度的连接，在接 合处用角钢作为连接件，有单面和双面两种形式。
四、铆接工具与设备
1．铆钉枪
铆钉枪是铆接的主要工具。铆钉枪又称风枪，主要由 手把2枪体4、开关 3及管接头1等组成。枪体前端孔内 有可安装各种铆钉窝头5或冲头7，用以进行铆接或冲钉 作业。
使用时通常将窝头用细铁丝拴在手把上，以防止提枪时因窝头脱离枪体致使 活塞滑出。
铆钉枪在使用前，需在进气风管接头处注入少量机油，使枪内工作时保持良 好的润滑，然后把压缩空气软管内的污物吹净，再接到铆钉枪的管接头上、风 管进气量通过调压活门进行控制，压缩空气的压力一般为0.4～0.6MPa。
机械基础第十章连接.
机械设计基础——过盈连接的倒角
液压拆装的圆锥面过盈连接
p 靠螺母压紧的圆锥面过盈连接
机械设计基础——联接
过盈连接的装配要求
❖ 配合表面应具有良好的表面粗糙度，零件经加 热或冷却后要将配合面擦净。
❖ 压合前，配合表面处理干净并涂以润滑油，以 免装配中擦伤配合面。
❖ 压入过程应连续，不宜过快；压入速度一般为 2～4mm/s（不宜超过10mm/s），并应准确控 制压入行程。
② 渐开线花键 定心方式为齿形定心，当齿 受载时，齿上的径向力能自 动定心，有利于各齿均载， 应用广泛，优先采用
三角形花键——齿数较多，齿较小，对轴强度削弱小。适 于轻载、直径较小时及轴与薄壁零件的联 接应用较少
df
机械设计基础——联接
二、花键联接的设计计算
设计：选花键类型→按轴径定花键尺寸→验算联接强度
❖ 压合时，应始终保持轴和孔同轴线，不许偏斜 ；应经常用角尺检查校正。
❖ 对于细长的薄壁件，更要细心检查其过盈量和 形状偏差，装配时尽可能垂直压入，以防变形 。
机械设计基础——联接
过盈连接的装配方法
❖ 压入配合法 可用手锤加垫块敲击压入，也可采用 各类压力机压入。
❖ 热胀配合法 又称红套，是利用金属材料热胀冷缩 的物理特性，在套与轴有一定过盈时，将套加热， 使孔胀大，然后将轴装入胀大的孔中，待冷却后， 轴与套孔就获得了传递轴向力、扭矩或轴向力与扭 矩同时作用的结合体。
粗牙：常用 细牙：螺距小，自锁 性能更好。常用于承 受冲击、振动及变载 荷、或空心、薄壁零 件上及微调装置中。
细牙缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。
机械设计基础——联接
2) 矩形螺纹
特点：牙形为正方形，=0，
机械设计基础 第十章 联接
§10—4 螺纹联接的基本类型及 螺纹紧固件
一、螺纹联结基本类型 二、螺纹紧固件
一、螺纹联接的基本类型
1、螺栓联接 a) 普通螺栓联接：
被连接件通孔不带螺纹，被联接件不太厚， 装拆方便。螺杆带钉头，螺杆穿过通孔与螺母配合 使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消 失，结构简单，可多次装拆，应用较广。
牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。
梯形螺纹特点： =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。
有粗牙普通螺纹M10和M68，请说明在静载 荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f = 0.1~0.15） 查得： 解： 1、首先求螺纹升角λ 。
粗牙螺纹
细牙螺纹
2、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。管螺纹广泛用于水、汽、油管路联接中。
管螺纹除普通细牙螺纹外，还有60º 55º 、 的圆柱 管螺纹和60º 55º 、 的圆锥管螺纹。 管螺纹公称直径是管子的公称通径。
L=nP(n=2) L=nP(n=2) L=nP(n=2)
dd d dd 2 2 d2 dd 1 1 d1
P P P
d 1 1 d 1 d d 2 2 d 2 d d d d
hh h
LL L
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
M10螺纹： 螺距P=1.5mm，中径d2=9.026mm； M68螺纹： 螺距P=6mm， 中径d2=64.103mm。 M10螺纹升角：
机械设计基础第10章连接(键、花键-六)
§10－1 螺纹 §10－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 §10－3 机械制造常用螺纹（略） §10－4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件 §10－5 螺纹连接的预紧与防松
§10－6 螺栓连接的强度计算 §10－7 螺栓的材料和许用应力 §10－8 提高螺栓连接强度的措施 §10－9 螺旋传动 （略） §10－10 滚动螺旋简介（略） §10－11 键连接和花键连接
在重型机械中常采用切向键 ——一对楔键组成。
窄面 工作面
d 潘存云教授研制
斜度1：100
装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生 的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要 两对切向键分布成120~130 ˚ 。
二、平键联接的强度校核 1. 类型的选择 应根据各种平键的特点及具体应用情况来选择。 考虑：扭矩大小、对中性要求、轴上位置等情况。 2 . 尺寸的选择 键是一种标准件，主要尺寸：长L、宽b、高h b×h____按轴的直径由标准选取。表10－9 P156 L_____参照轮毂宽度B从标准中选取 一般： L=B－(5～10) mm 3. 材料的选择 键的材料常用45钢：σB≥ 600 MPa的碳素钢
MPa
表10-11 花键连接的许用挤压应力[σp ]和许用压强[p ]
连接工作方式
工作条件
[σp ] 或[p ] 齿面未经热处理 齿面经热处理
不良
35~50
40~70
静连接[σp ]
中等 良好
潘6存0云~教1授0研0制 80~120
100~140 120~200
动连接[p ] (空载下移动)
动连接[p ] (在载荷下移动)
二、平键联接的强度校核
1. 类型的选择 2 . 尺寸的选择 3. 材料的选择
第十章 螺纹
摩擦防松
利用拧紧螺母 时，垫圈被压平后 的弹性力使螺纹副 纵向压紧。
两螺母对顶拧紧， 螺栓旋合段受拉而螺母 受压，从而使螺纹副纵 向压紧。
利用螺母末端 椭圆口的弹性变形 来箍紧螺栓，横向 压紧螺母。
拧紧螺母上小螺 钉，切口上、下变形 合拢，压紧螺纹。
机械防松 利用开 口销使螺栓 螺母相互约 束。 将垫片 折边以固定 螺母和被联 接件的相对 位置。
用金属丝使一组 螺钉头部相互约束， 当有松动趋势时金属 丝更加拉紧。
机械防松 利用开 口销使螺栓 螺母相互约 束。 将垫片 折边以固定 螺母和被联 接件的相对 位置。
用金属丝使一组 螺钉头部相互约束， 当有松动趋势时金属 丝更加拉紧。
使垫片内翅嵌入螺拴(轴)的槽内，拧紧螺母 后将垫片外翅之一折嵌于螺母的一个槽内。
永久性防松
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，防松效 果良好。
利用焊接、冲点等 方法使联接变成不可折 联接，排除螺纹副相对 转动的可能性
§10-4 螺栓联接的强度计算
螺栓及螺母等都是标准件，其螺纹牙、螺栓 头、光杆和螺母的结构及尺寸等，是根据等强度 原则及使用经验确定的。采用标准件时，上述尺 寸一般无须进行强度计算，所以螺栓联接的计算， 主要是确定螺栓危险剖面的直径（近似为小径） 或校核其强度。 一、受拉螺栓联接 受拉螺栓在静载荷作用下，主要失效形式是 螺纹部分的塑性变形和断裂；在变载荷作用下， 多为螺纹部分的疲劳断裂，所以其设计准则是保 证螺栓有足够的静拉力或疲劳拉伸强度。
内螺纹
外螺纹
潘存云教授研制
螺 纹 的 分 类
矩形螺纹 三角形螺纹 按螺纹的牙型分 梯形螺纹 锯齿形螺纹 右旋螺纹 按螺纹的旋向分 左旋螺纹 单线螺纹 按螺旋线的根数分 多线螺纹 外螺纹 按回转体的内外表面分 内螺纹 联接螺纹 按螺旋的作用分 螺旋传动 传动螺纹 按母体形状分
机械设计基础第第10章螺纹连接
特点：结构简单、连接可靠、装拆方便，且多
数螺纹连接件已标准化，生产率高，因而应用广泛。
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10.2.1 螺纹
一.螺纹的主要参数 螺旋线---螺纹---螺纹
d2
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(1) 大径d
(2) 小径 d1 (3) 中径d2 (4) 螺距P
d d d1 2
P/2 P/2
按螺旋的作用分
按母体形状分
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螺 纹 的 分 类
矩形螺纹 三角形螺纹 按螺纹的牙型分 梯形螺纹 锯齿形螺纹 右旋螺纹 按螺纹的旋向分 左旋螺纹 单线螺纹 按螺旋线的根数分 多线螺纹 外螺纹 按回转体的内外表面分 内螺纹
螺纹副
按螺旋的作用分
按母体形状分
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a. 利用附加摩擦力防松
弹簧垫圈
对顶螺母
尼龙圈锁紧螺母
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b. 机械防松
潘存云教授研制
开口销与六 角开槽螺母
圆螺母用止动垫圈
止动垫圈
串联钢丝
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c. 破坏螺旋副防松 用冲头冲2~3点 1~1.5P
涂粘合剂
冲点防松法
粘合法防松
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紧定螺钉
5)其它特殊结构的螺纹连接
起吊螺钉
T 型螺栓
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二.标准螺纹连接件 螺 纹 连 接 件 螺栓
L L0
螺栓的结构形式
d
六角头 L L0 d 小六角头
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螺 纹 连 接 件
螺栓 双头螺柱
L L1 L0 d L1 -----座端长度 L0 -----螺母端长度
第十章 螺纹、键、销解读
四、避免或减小附加应力 当螺母支承面、螺栓头部歪斜(图a、b)、被联
接件刚度不足(图c)或采用钩头螺栓时(图d)，都会 使螺栓产生偏心载荷。这时，
螺栓除受拉伸外，还受由偏载引起的附加弯曲应力， 使螺栓的工作应力大大增加,故应当尽量避免。
(2)轴向工作载荷为变载荷时螺栓强度计算
对于承受变载荷
的螺栓联接，除用式
(10-12) 进行静强度 计算外，还须进行疲
劳强度计算。当工作
载荷在0～FE间变化
时，螺栓受总拉力在Fo～ Fa间变化。此时螺栓所受
应力幅为
σa
Fa FR πd12 4
2
kb kb kc
2FE πd12
2. 螺纹联接件的许用应力
螺纹联接件的许用应力及安全系数见表10-6和 表10-7。
例 10-4 一钢制液压油缸，油缸壁厚为10 mm，
油压 p ＝1.6 MPa，D ＝160 mm，试计算油缸上盖 的螺栓联接和螺栓分布圆直径 D0 （图10-21）。 解: (1) 决定单个螺栓工作截荷FE
试取螺栓数 z＝8，则单
(5) 螺栓间距l 为
l πD0 π 220
z
8
86.4mm
由第 146 页（旧版143页）的脚注可知， 当 p ≤1.6 MPa 时，l ≤7d＝7×16＝112mm，所以选 取的D0 和 z 是合适的。
在本例题中 ，求螺纹直径时要用到许用应力 [σ]，但[σ]是与螺纹直径有关的参数，因此需采用 试算法计算、调整。这种方法在其他零件设计计 算中同样会经常使用。
Fa FR
Fo Fo
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( )
机械设计基础第10章
预紧力Fa →产生拉伸应力σ
Fa
0.5
∴ 强度条件为： 1.3Fa [ ] e 2 d1 4
d1
按第四强度理论，当量应 力： e 2 3 2 1.3
1、承受横向工作载荷的普通螺栓强度
工作原理：依靠预紧力作用下 在被连接件之间产生的摩擦力 承受横向工作载荷。 摩擦力： F f F0 fm 保证连接可靠，要求：
§10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件
一、螺纹连接的基本类型 1.螺栓连接： 普通螺栓连接：应用广泛，两被连接件不太厚， 便于从两边装配。 铰制孔用螺栓连接：受横向载荷。 2.双头螺栓连接：被连接件之一较厚，常拆卸。 3.螺钉连接：被连接件之一较厚,不常拆卸，且不易 做成通孔的场合。
4.紧定螺钉连接：用于固定两零件的相对位置，并可 传递不大的力和转矩。
—设计公式
d1—螺纹小径（mm） [σ]—许用拉应力 N/mm2 (MPa) Fa
二、紧螺栓连接
紧螺栓连接——承受横向工作载荷和承受轴向工作载荷两种情况
承受工作载荷前拧紧，在拧紧力矩T和轴向载荷Fa（预紧力F0 ） 作用下，螺栓发生拉扭变形，螺栓工作在复合应力状态。
1 2 d1 4 d2 Fa tan(ψ ' ) 螺纹摩擦力 Fa 2d 2 T1 2 tan(ψ ' ) 矩T1→产生 1 2 d1 WT d13 d1 剪应力τ 16 4
θ
一、受力分析
1、矩形螺纹
三点假设：
1.螺纹拧紧过程相当于滑块沿斜面上升的过程；
2.拧紧过程中螺纹各圈的变形量相等；
F Fa
3.力作用在螺纹中径上。
拧紧过程：
FR Fn
ρ
[工学]第10章 螺纹连接
![[工学]第10章 螺纹连接](https://img.taocdn.com/s3/m/7b974ace6c85ec3a86c2c56f.png)
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
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
圆螺母用止动垫圈
• 问题：旋向判断
螺纹旋向判断
• 旋向判断方法: ⑴顺着轴线方向看(轴线垂直放)
右边高—右旋 左边高—左旋
思考：
右旋
左旋
ddd dd2d22 dd1d11
ddd dd2d22 dd1d11
二、螺纹牙型
三角形(普通)螺纹
螺纹内螺纹内螺纹内
66060°0°°
PPP
外螺纹外螺纹外螺纹
梯形螺纹
螺纹内螺纹内螺纹内
DD
1
12
20
0°C°C1
D
1
D
C
C
××
4
45
5°
3 °
30101°5°5六°°~~角3300°螺° 母：标准，3扁30 0° °，厚
3 30 0° °
圆螺母+止3 30 0°退° 垫圈——带有缺口，
1 12 20 0°C°C 1 1
d d0 0
3 30 0° °
d d0 0 应用时带1 15 5翅° ° 垫圈内舌嵌入轴
螺栓－ 螺栓 ；螺钉 ；双头螺柱 ；紧定螺钉 螺母－ 六角螺母 ；圆螺母 ；糟型螺母 垫片－ 垫片 ；弹簧垫片 ；斜垫片 ；球形垫片
五、 螺纹连接的基本类型
• 螺栓连接 – 普通螺栓连接 – 铰制孔螺栓连接
机械设计基础第10章 螺纹联接习题解答2
10.1图所示起重卷筒与大齿轮间用双头螺柱连接，起重钢索拉力F Q =50KN ，卷筒直径D =400mm ，8个螺柱均匀分布在直径D 0=500mm 的圆周上，螺栓性能等级4.6级，接合面摩擦因子f =0.12，可靠度系数k f =1.2。
试确定双头螺柱的直径。
题10-1图解：1.计算旋转力矩Tmm N D Q T ⋅=⨯=⋅=71024005000022.计算螺栓所需要的预紧力F '由T K D F zf s ='2得02zfD T K F s ='所以mmN F ⋅=⨯⨯⨯⨯='500050012.08102.1273.确定螺栓直径][3.141σπF d '⨯≥mmd 768.2810050003.141=⨯⨯⨯≥π查GB196—1981，取M30。
10.2图所示气缸盖连接中，已知气缸内压力p 在0～2MPa 之间变化，气缸内径D =500mm ，螺栓分布在直径D 0=650mm 的圆周上，为保证气密性要求，剩余预紧力F ’0=1.8F。
试设计此螺栓组连接。
题10.2图解：设取螺栓数目Z=16或24则单个螺栓所受的轴向工作载荷F 为：单个螺栓所受的总拉力F 2为：所需的螺栓直径d 1：N ..Z D pF N ..Z D pF 17163542445001432425245311645001432422(24)22(16)=⨯⨯⨯===⨯⨯⨯==ππN...F .F F .F F F N ...F .F F .F F F 6745791171635482828156868725245318282811(24)212(16)=⨯==+=+==⨯==+=+=[][][]mm...F .d mm...F .d d F .1385251206745791314314788301205686873143144312(24)12(16)1212=⨯⨯⨯=⨯≥=⨯⨯⨯=⨯≥≤⨯=πσππσπσπσ查表校核螺栓间距t校核应力幅σa ：确定螺栓的数目和尺寸:查表10.3图所示凸缘联轴器，用六个普通螺栓连接，螺栓分布在mm D 100=的圆周上，接合面摩擦系数f =0.16，可靠度系数 1.2f K =，若联轴器传递扭矩为m N .150，试求螺栓螺纹小径。
10_螺纹联接与键联接
第10章 联接§10.1 螺纹参数、螺纹副受力分析、效率和自锁 §10.2 机械制造中常用的螺纹 §10.3 螺纹联接的主要类型及防松装置 §10.4 单个螺栓联接的受力分析和强度计算 §10.5 螺栓组联接的受力分析 §10.6 提高螺栓联接强度的措施 §10.7 键和花键联接前言 机械 机 械 联 接 若干零件 按一定方式相互联接而成。
机械动联接 被联接的零(部)件间可以有相对运动 的联接。
(各种运动副) 机械静联接 被联接的零(部)件间不允许产生相对 运动的联接。
（某些零件组成构件） 在机械工程中所称的联接专指静联接。
前言可拆联接 拆开联接不会损坏其中任何一零件，能多次装螺纹的形成 一. 螺纹的形成 螺旋线的形成至少必须损坏联接中的某一部分才能拆静 联 接 分 类拆而无损于使用性能的联接，如螺纹联接、键联接和销联 接等。
不可拆联接 开，不能再次使用的联接，如焊接、胶接和铆接。
过盈联接 介于可拆与不可拆之间的联结，如轴与轴承将直角三角形(直角底边长 π d2) 绕 于 直 径 为 d2 的 圆 柱 体 上，其斜边即在圆柱体上形成 螺旋线。
本章讨论内容机械静联接可拆联接螺纹的形成 螺纹的形成 使通过圆柱体轴线的平面型(三角形、矩形、梯 形等)沿螺旋线运动，其在空间形成的轨迹即为 d2 螺纹。
螺纹螺纹的种类 按螺纹的牙型分三角形螺纹 矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 主要用于联接 多用于传动螺 纹 的 分 类右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹 按螺旋线的根数分 多线螺纹 外螺纹 按回转体的内外表面分 内螺纹 按螺旋的作用分 连接螺纹 传动螺纹 按螺纹的旋向分 按母体形状分 圆柱螺纹 圆锥螺纹1螺纹的牙型30º 15º 3º 30º螺纹的旋向左旋螺纹和右旋螺纹矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹螺旋线的根数单线螺纹 多线螺纹 Ph=nP潘存云教授研制 潘存云教授研制回转体的内外表面内螺纹螺旋的作用潘存云教授研制外螺纹连接螺纹传动螺纹螺纹的主要参数 (圆柱外螺纹) 母体形状大径dd 同一条螺纹上的相邻二牙在中径圆柱面的母线上对应二 牙侧角β在轴向剖面内，母线通过牙厚等于牙宽的假想圆柱面直 螺距P 螺旋升角ψ在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于 导程P21相邻二牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离。
第10章 螺纹连接与螺旋传动
第10章螺纹连接与螺旋传动机械连接是指实现机械零（部）件之间互相连接功能的方法。
机械连接分为两大类：1）机械动连接，即被连接的零（部）件之间可以有相对运动的连接，如各种运动副；2）机械静连接，即被连接零（部）件之间不允许有相对运动的连接。
除有特殊说明之外，一般的机械连接是指机械静连接，螺纹连接是最常见的机械静连接之一。
本章首先介绍机械螺纹连接。
然后介绍螺纹的另一用途：螺旋传动。
螺旋传动是利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动，它主要用于将旋转运动转换成直线运动，以及将转矩转换成推力。
10.1 螺纹形成原理、类型及其主要参数如图10.1所示，将一条与水平面的夹角为 的直线绕在圆柱体上，形成一条螺旋线。
如果用一个平面图形（梯形、三角形或矩形）沿着一条螺旋线运动，并保持此平面图形始终在通过圆柱轴线的平面内，则此平面图形的轮廓在空间的轨迹形成一个螺纹。
图10.1 螺纹的形成形成螺纹的平面图形的形状称为螺纹牙形。
如图10.2所示，螺纹牙形有矩形（图10.2a）、三角形（图10.2b）、梯形（图10.2c）和锯齿形（图10.2d）等。
图10.2 螺纹的牙形如图10.3所示，根据螺旋线的绕行方向，螺纹分为右旋螺纹（图10.3a）和左旋螺纹（图10.3b）；根据螺旋线的数目，螺纹又可以分为单线螺纹（图10.3a）和双线或以上的多线螺纹(图10.3b、c)。
图10.3 螺纹的旋向图10.4 内、外螺纹如图10.4所示，在圆柱体外表面上形成的螺纹称为外螺纹，在圆柱体孔壁上形成的螺纹称为内螺纹。
以三角螺纹为例，普通圆柱螺纹有以下主要参数： （1）大径d 、D 分别表示外、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径。
（2）小径d 1、D 1分别表示外、内螺纹的最小直径。
（3）中径d 2、D 2 分别表示螺纹牙宽度和牙槽宽度相等处的圆柱直径。
（4）螺距P 表示相邻两螺纹牙同侧齿廓之间的轴向距离。
（5）线数n 表示螺纹的螺旋线数目。
机械设计10章(螺纹连接件设计)
思考题10-1试计算M20、M20⨯1.5螺纹的升角（不应计算），并指出哪种螺纹的自锁性更好。
答：M20⨯1.5的自锁性能更好习题10-1 如图所示为一拉杆螺纹连接。
已知拉杆所受载荷 F = 30kN ，载荷稳定，拉杆材 料为 Q 235，拉杆螺栓性能等级 4.6 级。
试确定计算此拉杆螺栓的公称直径。
答案提示：采用松螺栓连接计算，即：[]σπσ≤=214d F习题10-1图10-2 如图所示的连接由 2个 M20的螺栓组成，螺栓的性能等级为 5.8 级，安装时不控制预紧力，被连接件接合面的摩擦系数 f = 0.1 ，可靠系数 K s = 1.2 。
试计算该连接许可传递的静载荷 F R 。
习题10-2图答案提示：采用螺栓承受横向载荷连接进行计算，即： R s F K zi fF ≥010-3 如图所示起重卷筒与大齿轮用双头螺柱连接，利用双头螺柱夹紧产生的摩擦力矩将转矩由齿轮传至卷筒。
已知起重量W = 50kN ，卷筒直径 D = 400mm ，8 个螺柱均匀分布在直径 D 0 =500mm 的圆周上，螺柱材料为 Q235，性能等级为 4.6级，不控制预紧力，接合面的摩擦系数f =0.12 ，可靠性系数 K = 1.2 。
试计算所需螺柱的直径(提示：由于止口承受横向载荷，且卷筒右端有轴承支承，故计算时可不考虑螺栓组会受横向载荷及翻转力矩的作用)。
习题10-3图答案提示：螺柱组承受转矩：m N D W T ∙=⨯=⨯=10000000200502则螺柱所受预紧力为：28s 0D f T K F ≥ 再利用公式：[]σπσ≤=2104d F 求解所需螺柱的直径 10-4 用12"扳手拧紧M8的螺栓。
已知螺栓材料为35钢，螺纹间摩擦系数f=0.1，螺母与支承面间摩擦系数12.0c =f ，手掌中心至螺栓轴线的距离mm 240=l 。
试问当手臂施力125N 时，该螺栓所产生的拉应力为多少？螺栓会不会损坏？10-5 一钢制液压油缸，油压a 3MP =P ，油缸内径D ＝160mm 。
机械设计基础第10 章 螺纹连接与螺旋传动答案
第10 章 螺纹连接与螺旋传动四、简答题2.螺纹为什么要防松？防松方法有哪些？各适用于什么场合？答：用于联接的普通螺纹一般都具有自锁性，在静载荷作用下不会自动松脱。
但在（1）冲击、振动或变载荷下，螺纹副和支承面间的磨擦力会下降；（2）在温度变化中，联接件与被联接件之间的温度变形有差异，或发生蠕变，使预紧力或摩擦力减小，甚至松脱。
因此在设计时就应注意螺纺联接的防松问题。
防松的根本问题是阻止螺纹副的相对转动。
具体防松措施有三种：（1）摩擦防松（弹簧垫圈、双螺母、尼龙圈锁紧螺母等）；（2）机械防松（开口销与槽形螺母、止动热圈等）；（3）破坏性防松（冲击、粘合等）。
机械防松和摩擦防松称为可拆卸防松，而破坏性防松称为不可拆卸防松。
五、计算题2．用两个10M 的螺钉固定一牵曳钩，若螺钉材料为Q235，装配时控制预紧力，接合面磨擦系数15.0=f ，求其允许的牵曳力。
、解：解 查教材表10-6得 Q235的屈服极限MPa S 235=σ，查教材表10-6得，当控制预紧力时，取安全系数3.1=S 由许用应力 MPa S S 1813.1235][===σσ查教材表10-1得 10M 的小径mm d 376.81= 由公式[]σπσ==4/3.121d F a e 得 预紧力 N d F a76683.14376.81813.14/][221=⨯⨯⨯==ππσ由题图可知1=m ，螺钉个数2=z ，取可靠性系数3.1=C 牵曳力 N Cmf zF F a 17703.115.0176682=⨯⨯⨯==3.两根梁用8个6.8级普通螺栓与两块钢盖板相联接，梁受到的拉力kN 40=F ，摩擦系数15.0=f ，控制预紧力。
试确定所需螺栓直径。
FF解：已知螺栓数目8z =，结合面数2m =,取防滑系数 1.2f k =,则螺栓所需预紧力F’为1.240000'20000..0.1582t K F F N z m μ⨯===⨯⨯查表10-6得240s Mpa σ=，安全系数 1.3s S =，则得[]240/1.3184.6S s S Mpa σσ===所需螺栓直径：14 1.32000013.4184.6d mm π⨯⨯==⨯圆整后得螺栓尺寸16d mm =,故螺纹为M16.4.图示的凸缘联轴器，材料为HT200，用8个M16的螺栓联接，螺栓性能等级为8.8级。
哈工大机械设计基础第十章 螺纹联接 (1)
max
4 F0 2 d1
min
4F 2 d1
'
Cb 1 1 4 F0 4 F ' 2F a ( max min ) ( ) 2 2 2 2 d1 Cb Cm d1
为了减少螺栓刚度，可适当增大螺栓的长度 、减少螺栓杆的直径、做成空心杆或在螺母 下面安装弹性元件等措施。
拧紧螺母时的力矩和预紧力
拧紧螺母时，所施加的扳手力矩T
，用来克服螺纹副间的阻力矩T1和
螺母与支承面上的摩擦力矩T2，即
T T1 T2
对于常用的粗牙三角螺纹，有如下 近似关系
T 0.2F d
装配时控制预紧力的方法。
二、螺纹连接的防松
防松实质：防止螺纹副间的相对转动。
防松方法按其工作原理可分为： 摩擦防松 机械防松 永久性防松
F (0.2 0.6) F '' F (0.6 1.0) F '' F (1.5 1.8) F
''
设计时根据工作载荷F和工作要求选择剩余预 紧力，再求螺栓的总拉力F0，对螺栓进行强度 计算。
或
4 1.3F0
d1
2
[ ] MPa
d1
4 1.3F0 [ ]
便于加工和便于对称布置螺栓，使螺栓组的 对称中心和结合面的形心重合，保证连接结 合面受力比较均匀。
2. 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理
3. 螺栓的排列应有合理的间距、边距
对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接 ，螺栓的间距t0不得大于手册中的推荐值。
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。同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长 度均应相同。
《机械设计基础》第十章 联接
二、螺纹联接的防松
在静载荷和工作温度变化不大的情况下，拧紧的螺纹联接件因满足 自锁性条件，一般不会自动松脱。 但在冲击、振动和变载的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，联 接仍有可能松脱。高温的螺纹联接，由于温差变形差等原因，也可能发 生松脱现象。
螺纹防松的根本问题在于防止螺纹副转动。 螺纹防松的措施 1、摩擦防松 弹簧垫圈 对顶螺母 尼龙圈锁紧螺母
用于较厚的被联接件或为了结构紧凑必须采用盲孔的 联接。装配时一端拧入被联接件的螺纹孔中，另一端 穿过被联接件的通孔，再拧上螺母。允许多次拆装而 不损坏联接零件。
3、螺钉联接 (screw)
螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中，省去了螺母，结构 上比双头螺柱简单。但这种联接不宜经常拆装，以免被 联接件的螺纹孔磨损而导致修复困难。
当推动滑块沿斜面等速上升时，可得水平推力 F＝Qtg（λ＋ρ′）
d 2 Qd 2 tg( ) 2 2 驱动力矩用来克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物。
驱动力矩 T F
螺纹副的效率是有效功与输入功之比。若按螺旋传动一圈计算，输入 功为2πT，此时升举滑块（重物）所作的有效功为QS，故螺旋副效率为
§10-1 螺 纹
(screw thread)
一、螺纹的形成
将一个直角三角形沿底边与 一圆柱体底面圆周复合而绕在圆 柱体上，则其斜边在圆柱体表面 形成一条螺旋线。取一平面图形， 使它沿着螺旋线运动，运动时保 持此图形通过圆柱体的轴线，就 得到螺纹。按平面图形的形状， 螺纹分为三角形、矩形、梯形、 锯齿形等。
例10－1 试计算粗牙普通螺纹M10和M68的螺纹升角；说明在静载荷下这 两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f＝0.1～0.15） 解：（1）螺纹升角 由表10－1查得M10的螺距P＝1.5mm，中径d2＝ 9.026mm；M68的P＝6mm，d2＝64.103mm。 对于M10 arc tg 对于M68 arc tg
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旋合长度代号：
螺纹旋合长度是指：两个相互配合的螺 纹，沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度 （螺纹端倒角不包括在内）。
普通螺纹旋合长度分短(S )、中(N )、 长(L)三组；当旋合长度为N 时，省略标
注。必要时，也可用数值注明旋合长度。
2、标注示例
例1： M 20 ×2 LH -5g6g - s
普通螺纹 大径d＝20 螺距P2 (细牙)
螺纹公差带代号
螺纹公差带代号是由表示其大小的公 差等级数字和表示其位置的字母组成（内 螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母）如
6H、5g等。
若螺纹的中径公差带与顶径公差带的 代号不同（顶径指外螺纹的大径和内螺纹
的小径）则分别标注，如4H5H、5h6h。如
果中径公差带与顶径公差带的代号相同， 则只注一个代号。
可传递运动和动力 非标准螺纹
三、 螺纹的结构
1、螺纹末端
倒角（圆锥面）
平顶
圆顶（球面）
2、 螺纹收尾和退刀槽
螺尾
螺纹收尾 退刀纹
退刀槽
外退刀槽
退出车刀
车刀 开始退刀
内退刀槽
车 刀
四、螺纹的规定画法 ⒈ 外螺纹画法
大径线画粗实线
倒角圆不画
小径线画细实线 且画到倒角内
小径≈0.85d
剖视画法：
螺纹终止线 画粗实线
螺距=导程
导程 螺距
单线螺纹：P=Ph 多线螺纹：P=Ph/n
⑸ 螺纹的旋向
左旋
右旋(常用)
注意：只有上述各要素（牙型、直径、线 数、螺距、旋向）完全相同的内、 外螺纹才能旋合在一起。
二、螺纹种类
按螺纹要素是否标准分： (1)标准螺纹：牙型、直径和螺距均符合
国家标准的螺纹； (2)特殊螺纹：牙型符合国家标准，直径
画法几何及机械图
Geometrical and mechanical drawing
（standard component）
标准件与常用件
在各种机器设备中经常遇到一些通用的零件, 如螺栓、螺钉、螺母、垫圈、键、销、和滚动轴 承等。为了简化设计和生产，国家标准对这类零 件的结构和尺寸作了统一的规定，称为标准件。
画图步骤：
画外螺纹 确定内螺纹的端面位置 画内螺纹及其余部分投影
4、螺纹牙型的表示法
⑴ 重合画法
⑵ 移出局部放大
五、螺纹的标注
⒈ 标注的基本格式 特征代号 公称直径 × 导程(P螺距) 旋向
－ 公差带代号 － 旋合长度代号
中径和顶径 公差带代号
长：L 中等：N 短：S
右旋 左旋
☆单线螺纹 导程(P螺距) 改为 螺距 。 ☆粗牙螺纹不标注螺距。 ☆右旋螺纹不用标注旋向，左旋时则标注LH。 ☆公差带代号应按顺序标注中径、顶径公差带代号。 ☆旋合长度为中等时，“N”可省略。
制在零件外表面上的螺纹叫外螺纹(external thread) 。
制在零件孔腔内表面上的螺纹叫内螺纹(internal thread) 。
怎样加工螺纹呢?
工件
工件旋转
卡盘 车刀
车外螺纹
车刀沿轴向移动
车内螺纹
工件
碾压板 碾压外螺纹
丝锥
板牙
加工内外螺纹的工具
2.螺纹的要素
⑴ 螺纹的牙型
在通过螺纹轴线的剖面上，螺纹的轮廓形状。
牙底
牙顶
小径D1、d1 中径D2、d2 大径 D、d
牙顶 内螺纹
牙底 外螺纹
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。
单线螺纹
双线螺纹
⑷ 螺距和导程
螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点 之间的轴向距离P称为螺距。
同一条螺纹上相邻两牙在中径线上对 应两点之间的轴向距离Ph称为导程。
非螺纹 密封
螺 纹
管
螺
用 螺
圆 锥 外
纹
纹密 圆 封锥 的内 管
螺 纹圆
柱
内
G 用于非螺纹密封的低压管路的连接 R RC 用于螺纹密封的中高压管路的连接 RP
常用螺纹
螺纹分类
梯
形
传 动
螺 纹
螺锯
纹齿
形
螺
纹
矩形 螺纹
牙形及牙形角
牙形 符号
Tr
说明
可双向传递运动 和动力，如机床 的丝杠
B
只能传递单向动力
或螺距不符合标准的螺纹； (3)非标准螺纹：牙型不符合标准的螺纹；
按螺纹的用途分： (1)连接螺纹：如普通螺纹、管螺纹； (2)传动螺纹：如梯形螺纹。
二、螺纹种类
1.连接螺纹——起连接作用的螺纹称连接螺纹
普通螺纹（牙型角为60º）
粗牙螺纹:大径相同的条件下，螺距(P) 最大的螺纹为粗牙普通螺纹。
细牙螺纹:螺距(P)较小的称为细牙普通 螺纹，用于精密零件或薄壁 零件。
120°
118°
螺纹长度小 于钻孔深度
螺纹孔相贯线的画法 ：
两螺纹孔或螺纹孔与光孔相贯时，其相 贯线按螺纹的小径画出。
3. 内、外螺纹旋合的画法
A
A－A
按不剖画
A 旋入深度
画图要点：
内、外螺为纹剖什面么线方？向相反
大径线和大径线对齐；小径线和小径线 对齐。
旋合部分按外螺纹画；其余部分按各自 的规定画。
还有些常用零件如齿轮、弹簧等，其部分尺 寸和参数也有统一标准，这类零件称为常用件。
标准件和常用件不按真实投影画出，而是 根据国家标准规定的画法、代号和标记进行绘图 和标注。
§10-1 螺纹(thread)
一、螺纹的基本知识
⒈ 螺纹的形成
A1
导
●
程
A●
螺旋线
一个与轴线 共面的平面图形 （三角形、梯形 等），绕圆柱面 作螺旋运动，则 得到一圆柱螺旋 体——螺纹。
A
小径圆约画3/4圈 A－A
A 螺纹终止线画一小段
剖面线画到大径线
⒉ 内螺纹画法
大径线画细实线
倒角圆不画
小径线画粗实线 A
螺纹终止线 大径圆约画3/4圈
A－A
A 剖面线画到小径线 即粗实线位置
不穿通螺纹孔的画法:
钻 孔
按螺纹小 径钻孔
容易出错的地方
攻 丝
剖面线应画 至粗实线处
D为螺纹大径
0.5D
牙型
常用的牙型有：
三角形
梯形
锯齿形
⑵ 公称直径（一般指大径）
螺纹的直径有：大径、小径和中径。 大径：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的
假想圆柱面的直径。D、d
小径：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的 牙底 假想圆柱面的直径。 D1、d1牙顶
小 径
牙顶
牙底
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。
管螺纹（牙型角为55º）
用于各种管路的连接
2.传动螺纹——传递动力或运动的螺纹称传动螺纹
梯形螺纹
能传动双向动力，如机床上的丝杠
锯齿形螺纹
只能传动单向动力，如螺旋压力 机的传动丝杠
常用螺纹
螺纹分类
普 粗牙
通
螺 纹
细牙
牙型及牙型角
牙型 符号
说明
用于一般零件的连接
M 用于精密零件，薄壁零件的连接
连 接