主要内容螺旋副的自锁条件及效率分析螺纹及螺纹联接基本
第六章螺纹连接
一、 螺纹连接是利用螺纹零件构成的可拆连接，结构简单，拆装方便，适用范围广。
二、 螺纹的种类及主要参数：根据螺纹线绕行方向的不同，螺纹分为右旋和左旋，一般用右旋；根据螺纹在螺杆轴向剖面上的形状的不同，分为三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和管螺纹；螺纹又分为内螺纹和外螺纹，二者旋合组成螺纹副或称螺旋副；根据母体的形状分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。
圆柱螺纹的主要参数d （D ）螺纹大径，是螺纹的公称直径如M8表示d=8mm ；d 1（D 1）螺纹小径，常用于计算螺纹强度；d 2（D 2）螺纹中径，用于计算效率、升角、自锁的基准。
（外螺纹各直径用小写字母表示，内螺纹各直径用大写字母表示）；p 螺距，螺纹上相邻两牙对应点轴向距离；n 线数，沿一条螺纹线形成的螺纹，成为单线螺纹，沿两条、三条或多条螺纹线形成的螺纹，成文双线、三线或多线螺纹；s 导程，任一点沿同一条螺纹线转一周的轴向位移，s=np ；ψ螺纹的螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，即22tan s np d d ψππ==；α牙形角，β牙形斜角，在对称牙形中2αβ=；h 工作高度，三、1. 三角螺纹的牙形角260αβ==o ，因牙形斜角β大，所以当量摩擦因素大，自锁性好，主要用于连接，这种螺纹分为粗牙和细牙，一般多用粗牙螺纹。
公称直径相同时细牙螺纹的螺距较小、牙细，内经和中径较大，升角较小，因为自锁性好，对螺纹零件的强度削弱小，但磨损后易滑扣。
细牙螺纹常用于薄壁和细小零件上或承受变载、冲击振动的连接及微调装置中。
2.举行螺纹牙形为正方形，牙形斜角0β=o。
所以当量摩擦角小，效率高，用于传动；但由于制造困难，螺母和螺杆同心度差，牙根强度弱，常被梯形螺纹代替。
3.梯形螺纹的牙形角230αβ==o，与矩形螺纹相比，效率略低，但牙根强度较高，易于制造，在螺旋传动中应用较为普遍。
4.锯齿形螺纹工作边的牙形斜角3β=o，传动效率高，便于加工，非工作边的牙形斜角30β=o。
螺旋副中的摩擦、效率及自销条件
螺旋副中的摩擦、效率及自销条件一、 矩形螺旋副图4-5所示为矩形螺纹（β=0）的螺旋副。
他可以近似地看作是由一个斜平面卷绕在圆柱体上诚惶诚恐的。
设螺母2 上的作用有轴向载荷Fw ，当对螺母施加一个转矩T 使其匀速旋转并逆着Fw 力的方向移动（即拧紧螺母）时，螺母2与螺杆1的相对运动相当于一个滑块2沿着斜面1上移。
因而，对于矩形螺旋副中的摩擦分析，可以简化为对一个滑块沿着斜平面运动的摩擦分析。
我们将矩形螺旋（图4-5a ）沿中径d2展开，可得到一个升角为λ的斜平面（图4-5b ）。
当滑块2在水平力F 的驱动下沿斜面等速上升时，斜面1给滑块的法向反力为FN12，摩擦力为F12。
FN12与F12的合力（即总反力）为FR12，它们的方向如图所示。
设总反力FR12与法向反力FN12之间的夹角为φ，由于tan φ=F12/FN12=f （f 为接触平面间的摩擦因数），故φ称为摩擦角。
滑块在F 、FW 和FR12三力作用下平衡，于是由力的封闭三角形（图4-5C ）可求出水平驱动力F 的大小为)tan(ϕλ+=W F F式中：λ为螺纹的升角，φ为摩擦角，φ=arctan f ；F 的单位为N 。
在拧紧螺母（称为正行程）时，应加在螺母上的驱动力矩为)tan(2222ϕλ+==w F d F d T 式中：d2为螺纹中径（mm ）；T 的单位为N ·mm 。
当螺母旋转一圈时，输入功W1=2 πT ，此时举升滑块所作的有益功即输出功为W2=FwS=Fw πd2tan λ由于机械效率的定义是机械的输出功与输入功之比（它反映了一部机械对于输入功的有效利用程度），故矩形螺旋副的机械效率为)tan(tan 212ϕλλπη+===T s F W W w 当松退螺母（称为反行程）时，相当于滑块在Fw 力的驱动下沿着斜平面下滑。
如图4-6所示，为了维持滑块在下滑时作等速运动，还需对滑块施加一个方向的阻抗力F ’（N ），滑块在F ’、Fw 和FR12三力的作用下平衡。
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
2011春第五章螺纹连接和螺旋传动
螺纹的最小直径，在强度计算中作为螺 栓危险剖面的计算直径。
(3)中径d2：假想圆，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。
确定螺纹几何参数和配合性质的直径。几何计算用。 一般取：d2=(d+d1)/2
（4）线数n ：螺纹的螺旋线数目。n=1时用于联接；n＞1时用 于传动；n↑→η↑，但为便于制造n≤4
2 、弹簧垫圈
弹力保持一定压力 切口尖端逆向
3 、锁紧螺母
镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中 椭圆口螺母
2、机械防松 （在联接中加入其它机械元件) 开口销、止动垫圈，串联铁丝等。
适用于冲击振动载荷，重要场合使用，成本高。
开口销与开槽六角螺母
止动垫圈 串联钢丝
机械防松
机械防松
止动垫片防松
机械防松
螺纹的精度等级:
A级 公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合 B级 受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接 C级 用于一般连接，最常用
螺纹联接的材料 和精度
螺纹联接的材料和精度
螺纹紧固件按机械性能分为十级： 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9
紧螺栓联接在承受工作载荷之前就受到了拧紧力的作 用，称其为预紧力。
三、螺纹联接的预紧和防松
1．螺纹联接的预紧 拧紧的目的
1.提高联接的紧密性 2.防止联接松动 3.提高联接件强度
❖预紧力的控制：
测力矩扳手
定力矩扳手
测力矩扳手
应变片
螺纹联接的预紧
定力矩扳手
螺旋副的拧紧力矩
❖ 预紧力和预紧力矩之间的关系：T 0.2F0d 注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(＜M12)的螺栓。
机械设计习题集答案第十五章--螺纹连接(解答)
15—4 一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上，如图所示.已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235、强度级别为4.6级，装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。
解题分析:本题是螺栓组受横向载荷作用的典型例子．它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦力来传递横向外载荷F R 。
解题时，要先求出螺栓组所受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷F R 。
题15—4图解题要点：(1)求预紧力F ′：由螺栓强度级别4.6级知σS =240MPa,查教材表11-5（a ），取S=1.35，则许用拉应力： ［σ]= σS /S =240/1。
35 MPa=178 MPa ， 查（GB196—86）M10螺纹小径d 1=8.376mm由教材式(11—13）： 1.3F ′/（πd 21/4）≤[σ] MPa 得:F ′=[σ]πd 21/（4×1.3）=178 ×π×8。
3762/5.2 N =7535 N （2） 求牵引力F R :由式（11—25）得F R =F ′fzm/K f =7535×0。
15×2×1/1.2N=1883。
8 N (取K f =1。
2)分析与思考：（1）常用螺纹按牙型分为哪几种?各有何特点?各适用于什么场合?连接螺纹用什么牙型？传动螺纹主要用哪些牙型？为什么？答：根据牙型，螺纹可以分为三角形、矩形、梯形、锯齿形等。
选用时要根据螺纹连接的工作要求，主要从螺纹连接的效率和自锁条件两个方面考虑，结合各种螺纹的牙形特点。
例如三角形螺纹，由于它的牙形角α较大，当量摩擦角υρ也较大（βρυυcos arctan arctan ff ==），分析螺纹的效率()υρη+ψψ=tan tan 和自锁条件 Ψυρ≤,可知三角形螺纹效率较低,但自锁条件较好，因此用于连接。
《机械基础》课程教学大纲
《机械基础》课程教学大纲（电气设备安装专业72课时）一、课程的性质和任务《机械基础》是电气设备安装专业的一门专业课程，本课程的教学任务是：1、使学生具备高素质劳动者中和中、初级专门人才所必须的常用机构、机械零件和公差与技术测量的基本知识及基本技能。
2、为学生学习后续专业课程，提高机电方面知识学习能力，进而提高全面素质打下一定的基础，具备一定的机械方面的实践动手能力。
二、课程教学目标通过本课程的学习，使学生树立良好的科学道德观念，运用辨证唯物主义方法认识世界，培养学生综合运用知识分析问题、解决问题的能力，提高机械方面专业基础知识的认识水平，掌握一些典型的机械原理和机械结构，学习基本的机械设计概论。
通过本课程的学习，培养学生的自学能力和获取机械方面新知识、新技术的能力，在毕业后具备较强的实践能力、创新能力和创业能力。
本课程教学应在知识和能力方面达到以下目标：1、知识方面（1）对理论性知识方面有一定的了解，懂得机械设计概论和公差测量方面的基础知识。
（2）掌握平面机构、凸轮机构和间歇运动机构的基本工作原理、类型和它们的特点，了解联接中常见的结构。
（3）掌握带传动、齿轮传动的结构特点和他们中的一些计算方法，要学会设计简单的传动结构。
（4）对轴系方面的知识要有一定的了解，其中包括轴、轴承和联轴器及离合器等。
2、能力方面（1）熟练掌握好机械设计方面的基本知识，懂得运用知识去解决实际中的机械方面问题，能运用公差和测量方面的知识，掌握其中公差、粗糙度及测量等方面的计算。
（2）掌握平面机构、凸轮机构及间歇运动机构的设计方法，能够按给定的要求进行机械结构系统的简单设计。
（3）能运用所学知识进行带传动、齿轮传动等传动结构的原始数据设计和对系统的安装和维护，了解轴、轴承部件的组合设计，懂得计算设计轴承部件中所需要注意的疲劳强度计算和轴系刚度调整措施，最后还需要懂得对轴系的维护和修理。
三、教学内容和要求基本模块第一章机械设计概论１、内容：（1）本课程研究的对象和内容（2）机械设计的基本要求和一般步骤２、要求：了解机械设计的一般步骤，掌握有关的基本概念，了解零件的常用材料。
螺纹连接原理
螺纹联接的有效性
c) 防松 摩擦防松
1、螺纹联接原理
机械防松
破坏螺旋副的防松
注意： 提高螺栓拧紧扭矩，只可以提高两个零件的联接程度，但不能起到防松 作用，而且一味的提高扭矩，可能会造成紧固件拉伸变形，一旦超过屈
服极限，就会造成紧固件断裂，联接失效，严重的还会引起其他事故的发生。
1、螺纹联接原理
螺纹联接的有效性
1、螺纹联接原理
螺纹联接的常见失效形式
1）螺栓联接的松动； 2）螺栓杆的拉断； 3）螺栓杆或螺栓孔的压溃； 4）螺栓杆的剪断（螺栓组受弯矩导致螺栓弯曲变形）； 5）螺栓杆的扭断； 6）因如经常拆装而发生滑扣现象
1、螺纹联接原理
螺纹联接的常见失效形式
1）螺纹联接的松动 一般情况下，由于满足自锁条件和摩擦力的防松作用，在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹联接不会自动松脱。 但在冲击、振动或变载荷的作用下，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬间消失。当这种情况反复出现后，就会使联接松脱。在高温或 温度变化变化较大的情况下，由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松弛，使得联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，最 终导致联接失效。 2）螺栓杆的拉断；螺栓杆或螺栓孔的压溃；螺栓杆的剪断 属于破坏性失效。 一般情况下，在静载荷下螺纹联接是很少被破坏的。一旦出现破坏，就性质而言，约90%的螺栓属于疲劳破坏，且发生于截面面积 较小并有缺口应力集中的部位。
相对运动。螺纹联接：是一种可拆联接，无须毁坏联接中的任 限制，但安装空间较大，需两头同时操作。
一零Байду номын сангаас就可拆开。结构简单，拆装方便，适用范围广
双头螺柱联接：用于被联接件不宜制成通孔，且需要经 常拆装的场合。安装和拆卸过程，需要专用工具。如进
机械设计基础第8章
螺纹的形成动画
螺纹种类
粗牙：普通联接使用 普通螺纹 细牙：小载荷、调整机构。 自锁性好。 圆柱管螺纹：管路联接 联接螺纹 管螺纹 圆锥管螺纹：具有自封性。 螺纹 高温、高压管路。 圆锥螺纹：管路联接（与圆锥管螺纹相似） 传动螺纹：有矩形螺纹；梯形螺纹；双向传动； 锯齿型螺纹：单向
一般螺杆的选用原则如下：
高精度传动大多选碳素工具钢 需要较高硬度，可采用铬锰合金钢或者采用65M钢 一般情况下可用45、50钢 螺母材料可采用铸造锡青铜，重载低速的场合可选用铸造铝铁青 铜，而轻载低速时也可选用耐磨铸铁。
8.7
联接的组成
键联接
机械联接一般由被联接件和联接件组成，有些时候被联接件 之间进行直接联接，并无独立的联接件。
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：L=nP 7.螺旋升角ψ ：中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直 于螺纹轴线的平面的夹角。 8.牙型角α ：螺纹牙型两侧边的夹角。
8.1.3
螺纹的类型、特点及应用
根据螺旋线绕行的方向，螺纹可分为右旋螺纹 和左旋螺纹。按螺纹的线数，螺纹可分为单线螺 纹、双线螺纹和多线螺纹。由于加工制造的原因， 多线螺纹的线数一般不超过4。
(a) 右旋螺纹(单线)
(b) 左旋螺纹（双线）
1、三角形螺纹（普通螺纹） 牙型角为 60 º ，可以分为粗牙和细牙，粗牙用于一般 联接；与粗牙螺纹相比，细牙由于在相同公称直径时，螺 距小，螺纹深度浅，导程和升角也小，自锁性能好，宜用 于薄壁零件和微调装置。 2、管螺纹 多用于有紧密性要求的管件联接，牙型角为55º，公称 直径近似于管子内径，属于细牙三角螺纹。 3、梯形螺纹 牙型角为30º，是应用最为广泛的传动螺纹。 4、锯齿型螺纹 两侧牙型角分别为3º和30º，3º的一侧用来承受载荷， 可得到较高效率； 30º一侧用来增加牙根强度。适用于单 向受载的传动螺纹。 5、矩形螺纹 牙型角为0º，适于作传动螺纹。
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(第六版)第10章 连接
按螺旋的作用分
按母体形状分
螺旋线旋向：
V母 ω母
左旋（特殊时用）
右旋（常用） 左右手法则：
V母 ω母
右旋
V母
V母
ω母
左旋
ω母
螺母旋入
矩形螺纹
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 n线螺纹: S = n P 多线螺纹 一般: n ≤ 4
联接的基本物理原理：
1、形锁合（如：普通平键、销等） 2、摩擦锁合（如过盈配合、楔键等） 3、材料锁合（如：焊接）
联接的分类：
静联接（被联接件间相对固定）
动联接（被联接间能按一定运动形式作相对运动）
可拆联接：指联接拆开时，不破坏联接中的零件，重新安装， 可继续使用的联接（键联接、销联接、螺栓联接）。
Fa 螺母
Fn=Fa 当β≠ 0º时，摩擦力为：
F'
f
Fn
f
cos
Fa
螺杆 Fn
f 'Fa
轴
摩擦系数为 f 的非矩形螺纹所产 线
生的摩擦力与摩擦系数为 f ’ ，的
β
螺母 Fa
α
矩形螺纹所产生的摩擦力相当。 故称 f ’ 为当量摩擦系数。
β 螺杆 Fn Fa
f ' f tg' cos
(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2t圆g螺ψ柱纹上=牙，型πn螺相dP旋邻2 线两的侧切边线的与夹垂角直。牙
型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。
牙侧角 β
S
ψ
龙振宇机械设计 第三章 螺纹联接
螺纹联接讨论题3-1 解：由螺纹副受力分析可得其效率公式及自锁条件：由η=tanψ/tan(ψ+ρv)，ψ≤ρv可知当螺纹升角一定时，螺纹工作面的牙型斜角愈大，则f v（或ρv）愈大，效率愈低，但自锁性愈好。
在几种牙型的螺纹中，三角形螺纹牙型斜角最大（β=30°），故当量摩檫因素f v大，自锁性最好，但效率低。
故多用于紧固联接。
梯形、锯齿形、矩形螺纹则与之相反，自锁性差，但效率高，故主要用于传动。
当ρv一定时，升角ψ愈小，螺纹效率愈低，愈易自锁，故单线螺纹多用于联接，多线螺纹则常用于传动。
3-2 解：1）由式（3-21）可得：F″=F′-(1-K c)F，工作中被联接件接合面不出现缝隙，要求F″>0，而K c=c1/(c1+c2)=c1/(c1+3c1)=1/4，即须F′-(1-K c)F≥0得：F′≥(1-K c)F=(1-1/4)×10=7.5KN2）由式（3-21）得：F″=F′-(1-K c)F=10-(1-1/4)×10=2.5KN3）由式（3-23）得：F0=F′+K c F=10+1/4×10=12.5KN拉力变幅：(F0-F′)/2=∆F/2=1.25KN拉力平均值：(F0+F′)/2=(10+12.5)/2=11.25KN思考题及习题3-1 解：1）工作台稳定上升时的效率ψ=arctan(np/πd2)= arctan(4×10)/(π×65)=11.08°ρv= arctan f v= arctan0.10=5.71°η=tanψ/tan(ψ+ρv)=tan11.08°/tan(11.08°+5.71°)=64.9%2）此时加于螺杆的力矩T1=F tan(ψ+ρv)d2/2=100×103×65×10-3tan(11.08°+5.71°)/2=980N·m3）转速与功率导程：S=nP=4×10=40mm螺杆每分钟的转数：n杆=v/S=800/40=20r/min螺杆所需的功率：P=T12πn杆/60=980×2π×20/60=2.05kW也可用以下求法：P=Fv/η=100×103×800/(60×103)/0.649=2.05kW4）因ψ>ρv ，该升降机构不能自锁，欲使工作台在载荷F 作用下等速下降，需另设制动装置，其制动力矩为：T 制=Fd 2tan(ψ-ρv )/2=100×103×65×10-3tan(11.08°-5.71°)/2=305 N·m3-2 解：该螺栓连接为松螺栓连接：故 d 1≥][/4σπF （式3-18）式中：[σ]=σs /(1.2~1.7)（查表3-6）查表3-7，Q235钢的强度级别为4.6，故σs =240MPa ，得[σ]=240/(1.2~1.7)=200~141MPa取中值[σ]=170MPa则 d 1≥170/103154⨯⨯⨯π=10.6mm查螺纹标准（GB196-81）可选用M12的螺栓（d 1 =10.674mm ）。
第6章 6-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁
分析得 : F +FQ +Fr=0
ρ =tg-1 f ----摩擦角
F= FQ tan (ψ +)
Fr Fn
v
ρ
f
ψ
F FQ
驱动力矩： T F d2 （螺纹力矩） 2
d2 2
Fatg(
)
F FQ
Fr
对于螺纹连接，T为拧紧螺纹时的螺纹力矩
ψ +ρ
松开时：
相当于使滑块等速沿斜面 下滑，轴向载荷 FQ变为驱 动力， F变为维持滑块等 速运动所需的平衡力。
滑块不能在重力作用下下滑。这一现象称为自锁现 象。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。
二、非矩形螺纹（=0)
三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹
1、螺纹受力分析：
轴
=0 线
FQ 螺母
这时螺纹的摩擦阻力为：
Ff f FQ
螺杆 Fn
Fn=FQ
当β≠ 0º时，摩擦力为：
轴 线
β
螺母 FQ
α
这时螺纹的摩擦阻力为：
2、螺纹自锁条件为：
φ≤ρv
三、螺旋副效率为：
Fr
螺旋副的效率问题是由于摩擦引起的： φ
上升：
FQ F
若不考虑摩擦时：F= FQ tan (φ)
Fr φ +ρV
若考虑摩擦时： F= Fa tan (φ +v)
FQ F
在同样的载荷FQ，同样的牵引速度V，走过同 样的距离S情况下：
没有摩擦时，需要的输入功 =FS= FQ S tan (φ) 理论上 考虑摩擦时，需要的输入功
可得： F= FQ tan (ψ -)
ψ
Fn ρ
Fr
v
f Fn
螺纹连接受力分析
在Fa的作用下，法向反力比矩形螺纹大为：
Fn
Fa
cos
这时螺纹的摩擦阻力为：
Ff
f Fn Fa
cos
f
f
cos
Fa
f 'Fa
这时把法向力的增加看成摩擦系数的增加。
f ' f tg ' cos
f '称为当量摩擦系数
ρ'称为当量摩擦角
为牙型斜角
用f '取代f，用ρ'取代ρ，就可像矩形螺纹那样对
在同样的载荷Fa，同样的牵引速度V，走过同样 的距离S情况下：
没有摩擦时，需要的输入功 =FS= Fa S tg (ψ) 理论上 考虑摩擦时，需要的输入功
ddd dd2d2 2 dd1d1 1
PPP LL=L=n=nPn(PP(n(n=n=2=)2)2) LLL
ddddd2d22dd1d1 1
hhh
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
PPP LL=L=n=nPn(P(Pn(n=n=2=)2)2) LLL
dddd2dd2 2 dd1d1 1
ddddd2d22dd1d1 1
hhh
7）螺旋升角ψ—中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于
螺旋线轴线的平面的夹角。 tgψ =nP/πd2 8）牙型角α—轴向截平面内螺纹牙型相邻两侧边的夹
第二部分 联 接
概述 1 螺纹参数 2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 3 机械制造常用螺纹 4 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 5 螺纹联接的预紧和防松
螺纹连接受力分析
PPP LL=L=n=nPn(P(Pn(n=n=2=)2)2) LLL
dddd2dd2 2 dd1d1 1
hhh
ddddd2d22dd1d1 1
2 螺旋副的受力分析、 效率和自锁
一、矩形螺纹 二、非矩形螺纹 三、螺旋副效率
一、矩形螺纹（=0)
1、螺纹受力分析
R Fa
Ff F
摩擦角ρ：
Fn
Fr ρ
4、母体形状： 5、按作用： 6、按位置：
圆柱螺纹、圆锥螺纹； 联接螺纹、传动螺纹； 内螺纹、外螺纹；
旋向判断方法：
1、将螺纹轴线竖
直放置，螺旋线自
左向右逐渐升高的
是右旋螺纹。反之
也成立。
左 旋
2、从端部沿轴线
右 旋
看去，当螺纹顺时
针方向旋转为旋进
时，此螺纹为右旋
螺纹。
单线螺纹双线螺纹源自三、螺纹的主要几何参数：dddd2dd2 2 dd1d1 1
ddddd2d22dd1d1 1
hhh
7）螺旋升角ψ—中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于
螺旋线轴线的平面的夹角。 tgψ =nP/πd2 8）牙型角α—轴向截平面内螺纹牙型相邻两侧边的夹
角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间夹角称为牙侧角（牙
型斜角）β。
对称牙侧角β＝ α/2
Fr
v
f Fn F
Fa Fr ψ -ρ
Fa F
2、螺纹自锁：
F= Fa tg (ψ -) 分析：
（1）ψ ->0， ψ> ， F >0
说明滑块在重力作用下下滑，必须给以止动力， 防止加速下滑。
（2）ψ - <0， ψ <， F <0
说明滑块不能在重力作用下下滑。这一现象称 为自锁现象。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。
《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。
螺纹副受力分析
（1）螺纹牙（根部a—a处）的剪切强度条件为：
τ
=π
F Dbz
≤ τ[ ]
(7 - 25)
（2）螺纹牙（根部a—a处）的弯曲强度条件为：
Fh
σb
=
π
z2 Db2
3Fh =π Db2z
≤ [σ b ]
(7 - 26)
6
§7—7 轴与毂联接
轴与毂联接：轴上零件（如齿轮、带轮等）与轴联接在一 起。其功能主要用于实现轴与轴上零件的周向固定，并传 递转矩。
分析使滑块等速运动所需要的水平力：
① 等速上升：
• 平衡条件：F Ft R 0 (7-2)
• 水平推力：Ft F tan( r )
② 等速下滑：
• 平衡条件： F Ft R 0 (7-4) • 水平阻力：Ft F tan( r )
自锁条件： • 当 r时，Ft 0，原工作阻力Ft反向作用；作为驱动力时，
§7-3 螺纹联接与螺纹联接件
§7-4 螺纹联接的强度计算
§7-5 螺纹联接的结构设计及应注意的问题
§7-6 螺旋传动 §7-7 轴毂联接
➢ 小结
§7-1 螺纹
可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等
静联接 不可拆联接：铆接、焊接、胶接等
联 接
过盈联接：属于可拆或不可拆联接，过盈量小 时为可拆联接，过盈量大时为不可拆联接。
• 螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动 • 螺纹联接防松的方法按工作原理可分为: （1）摩擦防松 （2）机械防松 （3 ）其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）
§7—6 螺旋传动
用于传动的螺纹：梯形、锯齿形、矩形→多线（要求高效率）
螺旋副传动：
将回转运动→直线运动 传递动力
第6章 6-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁
复习:
1.螺纹的参数： 2.常用螺纹： 三角形螺纹：自锁性好，广泛用于连接 管螺纹：主要用于紧密连接 梯形螺纹：用于双向传动 锯齿形螺纹：用于单向传动
3.螺纹自锁的条件：螺纹升角 ≤摩擦角
可得： F= FQ tan (ψ -)
ψ
Fn ρ
Fr
v
f Fn
F
ψ
FQ
Fr
φ-ρ
分析：
T
d2 2
Fatg(
)Βιβλιοθήκη FQ F2、螺纹自锁：
螺纹拧紧后,滑块不下滑,必 须满足:
ψ
Fρn
Fr
v
f Fn
FQ sin ψ ≤Ff=f FQ cosψ 即tan ψ ≤f= tanρ
ψ
FQ
当ψ ≤ρ时，无论FQ多大，
2、螺纹自锁条件为：
φ≤ρv
三、螺旋副效率为：
Fr
螺旋副的效率问题是由于摩擦引起的： φ
上升：
FQ F
若不考虑摩擦时：F= FQ tan (φ)
Fr φ +ρV
若考虑摩擦时： F= Fa tan (φ +v)
FQ F
在同样的载荷FQ，同样的牵引速度V，走过同 样的距离S情况下：
没有摩擦时，需要的输入功 =FS= FQ S tan (φ) 理论上 考虑摩擦时，需要的输入功
β
螺杆 Fn
Ff
f Fn
FQ
cos
f
f
cos
FQ
fV FQ
Fa
这时把法向力的增加看成摩擦系数的增加。
fv
f
cos
tan v
f v称为当量摩擦系数
ρv称为当量摩擦角