机械设计基础第十章-连接
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• 螺距P ：相邻两牙轴向距离
• 导程Ph：同一条螺纹线的相邻两 牙间的轴向距离，Ph= nP，其中n 为螺旋线数
• 螺纹升角φ：螺旋线的切线与垂直 于螺纹轴线的平面的夹角
• 牙型角α ：轴向截面内螺纹牙型 相邻两侧边的夹角称为牙型角
• 牙侧角β
可整理ppt
5
1 斜面摩擦 力学模型
R21
分析使滑块等速运动所需要的水平力
➢ 适用场合：用于被联接件之一较 ➢ 适用场合：被联接件之一较厚，
厚、经常装拆的场合
且不常装拆的场合
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10
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11
紧定螺钉连接
适用场合： 多用于轴上零件的固
定，传递较小的力
2021/2/20
可整理ppt
12
垫圈
螺母
双头螺柱
六头角螺栓
螺钉
可整理ppt
13
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14
可整理ppt
N21 r
v12
F
➢ 等速上升： 平衡条件： F Q R21 0 驱动力：F Q tan(y r)
➢ 等速下滑：
平衡条件：
F'Q
R'21
0
维持力： F' Q tan(y r)
自锁条件：
F21
F
R21 y+r Q
yQ
N21’
R21’ r
v12
F21’ F’
yQ
F’
y–r
R21’
平面图形沿螺旋线形成三角 形、矩形、梯形、锯齿形螺 纹
旋向(螺旋线方向)：常用右 旋，特殊要求时用左旋
可整理ppt
3
螺纹 单线螺纹
等距排列的多线螺纹
可整理ppt
4
• 大径d：最大直径—公称直径
• 小径d1：外螺纹的危险剖面直 径—强度直径
• 中径d2：假想直径，牙型沟槽宽 与牙的宽度相等—计算直径
2)增大kC→ 不宜用软垫片 →但FR减小→不利密封 FR=F0－FE·kC/(kb＋kC)
2.减小kb/(kb＋kC)＋增大F0 → σa↓，FR不减小
图10-27
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23
二. 改善螺纹牙间的载荷分布
现象: 65％破坏发生在螺母支承面处
原因: 螺纹牙间的载荷分布不均←螺栓螺母受力性 质不同→1/3载荷集中在第一圈牙上→第8～10牙 不受力→增厚螺母无效。
15％
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22
(一)降低螺栓总拉伸载荷Fa 的变化范围→σa↓
当FE由(0～FE)→
a
kb 2(kb
kC
)Fa由FAE(F→0～要使F0σa↓→kbkkbb/(kkCb+FkEC))↓变化
1.减小kb/(kb＋kC)→kb↓kC↑1)减小kb→ 减小螺栓光杆直径, 空心螺杆(图10-25)
r)
d2
2
匀速下降: Ｆ＝Fa·tan(φ－ρ ′)
T
F
d2
2
Fa
tan(
r)
d2
2
自锁条件： φ ≤ρ′
(10-7)
ρ′ ↑ → 自锁性↑ φ ↑ → 自锁性↓
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8
1. 三角形螺纹
普通螺纹:α＝60°,同一种公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中螺距最大 的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹
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21
螺栓连接强度 ┌螺栓
→螺栓强度→措施
└被连接件
螺栓┌静载荷→ 较少破坏 截面小、且应力集中
└变载荷→ 疲劳破坏→ 大→破坏位置 图10-24
((一二))降 改低 善螺 螺栓 纹总 牙拉间伸的载载荷荷分Fa的布变化范6围5％
(三). 减小应力集中
20％
(四) 采用提高强度的工艺措施
Q
➢ 当y≤r时，F’ ≤0，原工作阻力F’反向作用，作为驱动力
时，滑块才能移动
➢ 结论：当 y≤r时，滑块自可锁整理ppt
6
二. 非矩形螺纹 →将ρ→ρ′ (当量摩擦角)
tanρ′＝f / cos β = f ′ (当量摩擦系数)
T 匀速上F 升d2: 2Ｆ＝ ＦFaa·tatna(φn＋(ρ′)
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可整理ppt
1
前 言:
连接 被连接件
连接件（紧固件）
静连接
连 接
可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接等 不可拆连接：铆接、焊接、胶接等
动连接——运动副
可整理ppt
2
1 .螺纹形成 螺旋线形成：把底边等于d2的直角三角形绕于直
径为d2的圆柱体上，并使底边与圆柱体的底边对 齐，则它的斜边在圆柱表面上便形成一条螺旋线。
措施: 使受压螺母→受拉螺母
65％
→改善螺纹牙间的载荷分布
20％
15％
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24
三. 减小应力集中:
1.减小应力集中： ┌增大过渡圆角 └螺纹收尾→退刀槽(卸载槽)
2.减少连接附加 弯曲应力
支承面平行→加工 球形垫片
2021/2/20
凸台
可整理ppt
凹坑→鱼眼坑
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15
1 摩擦防松
➢ 使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副 转动的摩擦阻力矩
弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母(双螺母)防松
可整理ppt
16
对顶螺母防松
➢ 使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副 转动的摩擦阻力矩
➢ 对顶螺母防松
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粗牙:牙高, d1小, ψ大
细牙:牙浅, d1大, ψ小, 更易自锁
管螺纹连接：普通洗牙螺纹、非螺纹密封的管螺纹、用螺纹密
封的管螺纹、60度圆锥管螺纹
可整理ppt
9
双头螺栓、螺钉联接
双头螺栓联接
螺钉联接
➢ 特点：孔与杆间有间隙、被联接 ➢ 特点：孔与杆间无间隙、被联接
件上无需切制螺纹、装拆方便
件上无需切制螺纹、装拆方便
• 导程Ph：同一条螺纹线的相邻两 牙间的轴向距离，Ph= nP，其中n 为螺旋线数
• 螺纹升角φ：螺旋线的切线与垂直 于螺纹轴线的平面的夹角
• 牙型角α ：轴向截面内螺纹牙型 相邻两侧边的夹角称为牙型角
• 牙侧角β
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1 斜面摩擦 力学模型
R21
分析使滑块等速运动所需要的水平力
➢ 适用场合：用于被联接件之一较 ➢ 适用场合：被联接件之一较厚，
厚、经常装拆的场合
且不常装拆的场合
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紧定螺钉连接
适用场合： 多用于轴上零件的固
定，传递较小的力
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垫圈
螺母
双头螺柱
六头角螺栓
螺钉
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N21 r
v12
F
➢ 等速上升： 平衡条件： F Q R21 0 驱动力：F Q tan(y r)
➢ 等速下滑：
平衡条件：
F'Q
R'21
0
维持力： F' Q tan(y r)
自锁条件：
F21
F
R21 y+r Q
yQ
N21’
R21’ r
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F21’ F’
yQ
F’
y–r
R21’
平面图形沿螺旋线形成三角 形、矩形、梯形、锯齿形螺 纹
旋向(螺旋线方向)：常用右 旋，特殊要求时用左旋
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螺纹 单线螺纹
等距排列的多线螺纹
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• 大径d：最大直径—公称直径
• 小径d1：外螺纹的危险剖面直 径—强度直径
• 中径d2：假想直径，牙型沟槽宽 与牙的宽度相等—计算直径
2)增大kC→ 不宜用软垫片 →但FR减小→不利密封 FR=F0－FE·kC/(kb＋kC)
2.减小kb/(kb＋kC)＋增大F0 → σa↓，FR不减小
图10-27
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二. 改善螺纹牙间的载荷分布
现象: 65％破坏发生在螺母支承面处
原因: 螺纹牙间的载荷分布不均←螺栓螺母受力性 质不同→1/3载荷集中在第一圈牙上→第8～10牙 不受力→增厚螺母无效。
15％
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(一)降低螺栓总拉伸载荷Fa 的变化范围→σa↓
当FE由(0～FE)→
a
kb 2(kb
kC
)Fa由FAE(F→0～要使F0σa↓→kbkkbb/(kkCb+FkEC))↓变化
1.减小kb/(kb＋kC)→kb↓kC↑1)减小kb→ 减小螺栓光杆直径, 空心螺杆(图10-25)
r)
d2
2
匀速下降: Ｆ＝Fa·tan(φ－ρ ′)
T
F
d2
2
Fa
tan(
r)
d2
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自锁条件： φ ≤ρ′
(10-7)
ρ′ ↑ → 自锁性↑ φ ↑ → 自锁性↓
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1. 三角形螺纹
普通螺纹:α＝60°,同一种公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中螺距最大 的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹
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螺栓连接强度 ┌螺栓
→螺栓强度→措施
└被连接件
螺栓┌静载荷→ 较少破坏 截面小、且应力集中
└变载荷→ 疲劳破坏→ 大→破坏位置 图10-24
((一二))降 改低 善螺 螺栓 纹总 牙拉间伸的载载荷荷分Fa的布变化范6围5％
(三). 减小应力集中
20％
(四) 采用提高强度的工艺措施
Q
➢ 当y≤r时，F’ ≤0，原工作阻力F’反向作用，作为驱动力
时，滑块才能移动
➢ 结论：当 y≤r时，滑块自可锁整理ppt
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二. 非矩形螺纹 →将ρ→ρ′ (当量摩擦角)
tanρ′＝f / cos β = f ′ (当量摩擦系数)
T 匀速上F 升d2: 2Ｆ＝ ＦFaa·tatna(φn＋(ρ′)
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1
前 言:
连接 被连接件
连接件（紧固件）
静连接
连 接
可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接等 不可拆连接：铆接、焊接、胶接等
动连接——运动副
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2
1 .螺纹形成 螺旋线形成：把底边等于d2的直角三角形绕于直
径为d2的圆柱体上，并使底边与圆柱体的底边对 齐，则它的斜边在圆柱表面上便形成一条螺旋线。
措施: 使受压螺母→受拉螺母
65％
→改善螺纹牙间的载荷分布
20％
15％
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三. 减小应力集中:
1.减小应力集中： ┌增大过渡圆角 └螺纹收尾→退刀槽(卸载槽)
2.减少连接附加 弯曲应力
支承面平行→加工 球形垫片
2021/2/20
凸台
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凹坑→鱼眼坑
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15
1 摩擦防松
➢ 使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副 转动的摩擦阻力矩
弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母(双螺母)防松
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对顶螺母防松
➢ 使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副 转动的摩擦阻力矩
➢ 对顶螺母防松
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可整理ppt
粗牙:牙高, d1小, ψ大
细牙:牙浅, d1大, ψ小, 更易自锁
管螺纹连接：普通洗牙螺纹、非螺纹密封的管螺纹、用螺纹密
封的管螺纹、60度圆锥管螺纹
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双头螺栓、螺钉联接
双头螺栓联接
螺钉联接
➢ 特点：孔与杆间有间隙、被联接 ➢ 特点：孔与杆间无间隙、被联接
件上无需切制螺纹、装拆方便
件上无需切制螺纹、装拆方便