第五章 螺纹联接与螺旋传动解析
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普通连接： 低碳钢，中碳钢，如:Q215、Q235和10、15、35、 45号钢。
变载荷或有冲击、振动的重要连接：
合金钢，如: 40 Cr、15MnVB、30CrMnSi。
螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低20~40HBS。
2、螺栓、螺钉、螺柱、螺母性能等级
来自百度文库
例：
螺栓强度等级为6.8级，其数字6.8代表（ A）
A、对螺栓材料的强度要求 B、对螺栓的制造精度要求 C、对螺栓强度和制造精度的要求
螺栓强度等级为6.8级，则该螺栓材料的最小 屈服极限近似为（ A ） A、480MPa C、8 MPa B、6 MPa D、0.8 MPa
5.3 螺纹连接的预紧
1、预紧的作用：
预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力F`的 作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙或横 向滑移。预紧也可以防松。
3、双头螺柱连接
特点：被连接件不宜做成 通孔又需要经常拆卸或用 螺钉无法安装。
拧入深度： 钢或青铜：H=d 铸 铁：H=1.25~1.5d 铝 合 金： H=1. 5~2.5d
4 、紧定螺钉连接
旋入被连接件的螺纹 孔中，顶住另一被连 接件的表面或凹坑。
固定两个零件或传递 不大的力矩。
5、其它特殊结构的螺纹连接
第五章 螺纹连接与螺旋传动
连接：连接件和被连接件的组合。 动连接 可拆连接：键、花键、销、螺纹连接 静连接 不可拆连接：铆接、焊接、粘接
螺纹连接是利用螺纹零件构成的连接。 特 点：构造简单，拆装方便，工作可靠， 标准件，应用广。
5.1 螺纹
一、 螺纹的主要参数
d--螺纹大径 公称直径
d1-螺纹小径 危险截面 的计算直径
一 、螺纹连接的基本类型 1、 螺栓连接
普通螺栓连接
螺栓和孔壁有间隙孔 的加工精度低。
绞制孔螺栓连接 螺杆与孔用过渡配合， 承受轴向载荷孔需精 制。 可起定位作用。
普通螺栓连接 绞制孔螺栓连接
2、 螺钉连接
特点：被连接件不宜做成通孔。 不宜经常拆卸。
拧入深度： 钢或青铜：H=d 铸 铁：H=1.25~1.5d 铝 合 金： H=1. 5~2.5d
d2--螺纹中径 螺纹几何 关系及受力分析的基准
p--螺距 S--导程 n--线数
--螺纹升角
--牙型角 影响螺纹牙的强度
--牙侧角 影响螺纹的效率
旋向 和自锁
例：
是影响螺纹性能的主要参数，而螺纹中影
n
、
响螺纹升角的参数有
P
、
d2
。
螺纹的线数和旋向
二、螺纹副的受力关系、效率和自锁
圆周力：拧紧时 松开时
3 、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。
4、 锯齿形螺纹
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。
F--轴向力, N
f--摩擦系数
例: 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牙型角 和 螺纹升角
三 、常用螺纹的特点和应用
螺纹的分类： 按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形 螺纹、管螺纹 按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹 对螺纹的要求： 足够的强度和良好的工艺性 联接螺纹：自锁 管 螺 纹：紧密性、气密性 传动螺纹：效率高 调整螺纹：精度高 起重螺纹：效率高、自锁性好
Ft F tan( )
Ft F tan( )
tan tan( ) tan( ) tan
效率：拧紧时
松开时
自锁条件
式中:′ --当量摩擦角
arctan f
f f ' cos
f --当量摩擦系数
地脚螺栓
吊环螺钉
T型槽螺栓
例： 当两个被连接件之一太厚，不宜制成通孔，且 B 连接不需要经常拆卸时，往往采用
A、螺栓连接 B、螺钉连接 C、双头螺柱连接 D、紧定螺钉连接
二 、标准螺纹连接件
各种螺栓
双头螺柱
各种螺钉
各种螺钉
紧定螺钉的头部 和末端
各种螺母与垫片
三 、螺纹连接零件常用材料和机械性能等级 1、常用材料：
例：用于连接的螺纹牙型为三角形，主要是因为 三角形螺纹 。 C
A、传动效率高 B、防振性好
C、牙根强度高，自锁性能好 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
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。
拧紧力矩
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，密封性好，适用于压强在 1.6MPa以下的连接。
6、 圆锥管螺纹
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。
5.2 螺纹连接的基本类型与标准螺纹连接件
后续课程用到的几个基本概念： 由于设计时考虑不周、选材和热处理不 1.失效： 合适，制造出现缺陷、使用和维护不当 工作条件恶化等原因导致在设计寿命期内 丧失规定的功能。 断裂 塑性变形 过量的弹性变形 表面失效 破坏正常工作条件引起的失效
2.强度： 零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面 失效的能力。 3.刚度： 零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
1 、普通螺纹
牙根强度高---
自锁性能好--- '大且 小 传动效率低--- '大且 小
大
故用于连接
细牙螺纹与粗 牙螺纹的比较 粗牙：常用
粗牙
细牙
细牙：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。 细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。
细牙螺纹的自锁性能好？
2、控制预紧力的目的：
预紧力过大，会使连接超载。 预紧力不足，可能导致连接失效。 重要的螺栓应控制预紧力。
3、拧紧力矩和预紧力的计算
拧紧螺母时的力矩和预紧力
克服螺纹副的摩擦力矩
d2 T1 F tan( ) 2
螺母与支承面的摩擦力矩
D d0 1 T2 fF 2 3 D d0
变载荷或有冲击、振动的重要连接：
合金钢，如: 40 Cr、15MnVB、30CrMnSi。
螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低20~40HBS。
2、螺栓、螺钉、螺柱、螺母性能等级
来自百度文库
例：
螺栓强度等级为6.8级，其数字6.8代表（ A）
A、对螺栓材料的强度要求 B、对螺栓的制造精度要求 C、对螺栓强度和制造精度的要求
螺栓强度等级为6.8级，则该螺栓材料的最小 屈服极限近似为（ A ） A、480MPa C、8 MPa B、6 MPa D、0.8 MPa
5.3 螺纹连接的预紧
1、预紧的作用：
预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力F`的 作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙或横 向滑移。预紧也可以防松。
3、双头螺柱连接
特点：被连接件不宜做成 通孔又需要经常拆卸或用 螺钉无法安装。
拧入深度： 钢或青铜：H=d 铸 铁：H=1.25~1.5d 铝 合 金： H=1. 5~2.5d
4 、紧定螺钉连接
旋入被连接件的螺纹 孔中，顶住另一被连 接件的表面或凹坑。
固定两个零件或传递 不大的力矩。
5、其它特殊结构的螺纹连接
第五章 螺纹连接与螺旋传动
连接：连接件和被连接件的组合。 动连接 可拆连接：键、花键、销、螺纹连接 静连接 不可拆连接：铆接、焊接、粘接
螺纹连接是利用螺纹零件构成的连接。 特 点：构造简单，拆装方便，工作可靠， 标准件，应用广。
5.1 螺纹
一、 螺纹的主要参数
d--螺纹大径 公称直径
d1-螺纹小径 危险截面 的计算直径
一 、螺纹连接的基本类型 1、 螺栓连接
普通螺栓连接
螺栓和孔壁有间隙孔 的加工精度低。
绞制孔螺栓连接 螺杆与孔用过渡配合， 承受轴向载荷孔需精 制。 可起定位作用。
普通螺栓连接 绞制孔螺栓连接
2、 螺钉连接
特点：被连接件不宜做成通孔。 不宜经常拆卸。
拧入深度： 钢或青铜：H=d 铸 铁：H=1.25~1.5d 铝 合 金： H=1. 5~2.5d
d2--螺纹中径 螺纹几何 关系及受力分析的基准
p--螺距 S--导程 n--线数
--螺纹升角
--牙型角 影响螺纹牙的强度
--牙侧角 影响螺纹的效率
旋向 和自锁
例：
是影响螺纹性能的主要参数，而螺纹中影
n
、
响螺纹升角的参数有
P
、
d2
。
螺纹的线数和旋向
二、螺纹副的受力关系、效率和自锁
圆周力：拧紧时 松开时
3 、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。
4、 锯齿形螺纹
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。
F--轴向力, N
f--摩擦系数
例: 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牙型角 和 螺纹升角
三 、常用螺纹的特点和应用
螺纹的分类： 按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形 螺纹、管螺纹 按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹 对螺纹的要求： 足够的强度和良好的工艺性 联接螺纹：自锁 管 螺 纹：紧密性、气密性 传动螺纹：效率高 调整螺纹：精度高 起重螺纹：效率高、自锁性好
Ft F tan( )
Ft F tan( )
tan tan( ) tan( ) tan
效率：拧紧时
松开时
自锁条件
式中:′ --当量摩擦角
arctan f
f f ' cos
f --当量摩擦系数
地脚螺栓
吊环螺钉
T型槽螺栓
例： 当两个被连接件之一太厚，不宜制成通孔，且 B 连接不需要经常拆卸时，往往采用
A、螺栓连接 B、螺钉连接 C、双头螺柱连接 D、紧定螺钉连接
二 、标准螺纹连接件
各种螺栓
双头螺柱
各种螺钉
各种螺钉
紧定螺钉的头部 和末端
各种螺母与垫片
三 、螺纹连接零件常用材料和机械性能等级 1、常用材料：
例：用于连接的螺纹牙型为三角形，主要是因为 三角形螺纹 。 C
A、传动效率高 B、防振性好
C、牙根强度高，自锁性能好 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
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。
拧紧力矩
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，密封性好，适用于压强在 1.6MPa以下的连接。
6、 圆锥管螺纹
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。
5.2 螺纹连接的基本类型与标准螺纹连接件
后续课程用到的几个基本概念： 由于设计时考虑不周、选材和热处理不 1.失效： 合适，制造出现缺陷、使用和维护不当 工作条件恶化等原因导致在设计寿命期内 丧失规定的功能。 断裂 塑性变形 过量的弹性变形 表面失效 破坏正常工作条件引起的失效
2.强度： 零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面 失效的能力。 3.刚度： 零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
1 、普通螺纹
牙根强度高---
自锁性能好--- '大且 小 传动效率低--- '大且 小
大
故用于连接
细牙螺纹与粗 牙螺纹的比较 粗牙：常用
粗牙
细牙
细牙：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。 细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。
细牙螺纹的自锁性能好？
2、控制预紧力的目的：
预紧力过大，会使连接超载。 预紧力不足，可能导致连接失效。 重要的螺栓应控制预紧力。
3、拧紧力矩和预紧力的计算
拧紧螺母时的力矩和预紧力
克服螺纹副的摩擦力矩
d2 T1 F tan( ) 2
螺母与支承面的摩擦力矩
D d0 1 T2 fF 2 3 D d0