机械设计基础 南理工7

d2 d2 F Q tan( v ) T F Q tan( v ) 2 2
2008年4月12日
四、常用螺纹的种类、特点与应用
字母 公称直径×导程／线数－左旋
（M或T）（粗牙，单线时不标）（单线时不标）（右旋不标）
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三角形螺纹(triangle thread)
内 内 内 螺 螺 螺 纹 纹 纹
梯形螺纹 (acme thread)
内 内 内 螺 螺 螺 纹 纹 纹
60° 60° 60°
外 外 外 螺 螺 螺 纹 纹 纹
30° 30° 30°
外 外 外 螺 螺 螺 纹 纹 纹
d d d d d2 d 22 d d1 d 11
锯齿形螺纹 (buttress thread)
dd
l1l1
dd
H H
l2l2
(a) (a)
l3l3 l2l2
H H
(b) (b)
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3、螺钉联接(cap screw joints)——适于被联接 件之一较厚，不经常装拆。
l1l1
dd
l3l3 l2l2
H H
(b) (b)
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4、紧定螺钉联接(withstand screw joints)——
d0 d0 d0
a
a
a
l1
l1 l1
d
d d (a) (a)
(b) (b)
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b) 铰制孔用螺栓联接
(bolt joints by interference with a reamed hole)
(b) (b) (b)
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2、双头螺栓联接(stud joints)——常拆卸 而被联接件之一较厚时。
K K K yy y dd d
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(helical motion)，则得到一圆柱 螺旋体。
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二、螺纹的类型(Screws Types)
按牙型: 三角形螺纹(triangle thread) 、锥螺纹(taper thread) 管螺纹(tube thread)——联接螺纹(connection thread)。 矩形(square thread)、梯形(acme thread)、 锯齿形(buttress thread)螺纹——传动螺纹(power thread)。 按位置：内螺纹(internal threads)—— 在圆柱孔的内表面形成的螺纹。 外螺纹(external threads)—— 在圆柱孔的外表面形成的螺纹。
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3）螺钉(cap screw joints) 与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹
RR tt XX bb
dd k k nn
ll
dd
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4）紧定螺钉(withstand screw) 锥 端——适于零件表面硬度较低不常拆卸场合 平 端——接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大 的平面，适于经常拆卸 圆柱端——压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置 轻材料和金属薄板
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2）双头螺柱(stud joints)——两端带螺纹
A型——有退刀槽
倒角端 倒角端
B型——无退刀槽
倒角端 倒角端
A型 A型 X X bbm m
辗制末端 辗制末端
dd s s
X X ll
bb
辗制末端 辗制末端
B型 B型 X X bbm m
dd s s
X X ll
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bb
dd
dd
内 内 内 螺 螺 螺 纹 纹 纹
矩形螺纹 (square thread)
内 内 内 螺 螺 螺 纹 纹 纹
3° 3° 3°
d d d d d2 d 22 d d1 d 11
P P P
P P P
d d d d d2 d 22 d d1 d 11
外 外 外 30° 螺 30° 螺 30° 螺 纹 P 纹 P 纹 P
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传 动 螺 纹
梯形螺纹 锯齿形 螺纹
Tr
§4—2 螺纹联接的类型及螺纹联接件 (Threaded Joints Types and Fasteners)
一、螺纹联接主要类型(Threaded Joints Types)
1、螺栓联接(bolt Joints):被联接件不太厚经常装拆。 a)普通螺栓联接(common bolt joints )
m m
30° 30° C×45° C×45°
带有缺口，应用 时带翅垫圈内舌 嵌入轴槽中，外 舌嵌入圆螺母的 槽内，螺母即被 30° 锁紧 30°
C×45° C×45° 1200° 12 ° C 1 1 dd 0 C 0
30° 30° 30° 30° 30° 30°
ee
dd
圆螺母+止退垫圈 (round nut+lugged lock washer)
1）螺栓(bolt Joints ):用于被联接件不太厚，经常装拆的场合 普通螺栓 ——六角头，小六角头，标准六角头，大六角头, 内六角 铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小，基孔制配合，横向载荷
0 d 0 dd 0 dd 0 d 0 0
l1 l11
l1
a
a
a
l1
l1 l1
a a a
d
d d (a)
(b)
§4-1 螺 纹(Screws) §4-2 螺纹联接的类型及螺纹联接件
(Threaded Joints Types and Fasteners)
§4-3 螺纹联接的预紧和防松
(Screws Tightening and Locking)
★△ §4-4 单个螺栓联接的强度计算 (Calculation of Single Threaded joint Strength ) ★ §4-5 螺栓组联接的设计与受力分析 (Design and Load Analysis of A Group Joints)
dd d dd 2 d 22 dd 1 d 11
P P P
外 外 外 螺 螺 螺 纹 纹 纹
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常用的几种螺纹的特征代号及用途
螺纹种类 特征 代号 外形图 用 途
M 联 接 螺 纹 细牙 螺 G 纹 管螺纹
普 通 粗牙
是最常用的联接螺纹 用于细小的精密或薄壁零件 用于水管、油管、气管等 薄壁管子上，用于管路的 联接。 用于各种机床的丝杠，做 传动用。 只能传递单方向的动力。 B
§4-6 提高螺纹联接强度的措施
(Measures for Enhancement of Screws Strength)
§4-7 螺旋传动(Power Screws)
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§4-1
螺 纹（Screws）
yy y
一、螺纹的形成(Form of Screws)
LL L
d d d
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。可传递不大 的轴向力或扭矩。
(b) (b)
特殊联接：地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接。
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将机座或机架固定在地基上。
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二、螺纹联接件(Threaded Fasteners)
P P P

d 1 1 d 1 d d 2 2 d 2 d d d d
hh h
LL L
L=nP(n=2) L=nP(n=2) L=nP(n=2)
dd d dd 2 2 d2 dd 1 1 d1


7）螺旋升角ψ(lead angle)—— 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：
粗牙螺纹(coarse thread)—用于紧固件。 三角形螺纹 细牙螺纹(fine thread)—同样的公称直径 下螺距最小，自锁性好，适于薄壁 细小零件和冲击变载等。
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三、螺纹的主要参数(Main Parameters of Screws)
1）外径（大径）d—— 与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 (major diameter) (minor diameter) 面直径，亦称公称直径。 面直径，强度计算中为计算直径。 2）内径（小径）d1 —— 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱
8）牙型角α (thread angle) —— 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边 的夹角。
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P P P

d 1 1 d 1 d d 2 2 d 2 d d d d
hh h
nP arctanL / d 2 arctan d 2
LL L
螺旋副的自锁条件为(self-locking condition)：
D D bb
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1200° D D 12 ° C1 1 C
dd D D1 1
DD 1 1
bb H
H
30° 30°
b H b H
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tt
tt
dd D D1 1
15° 15°
1
bb
30° 30°
Leabharlann Baidu
H H
bb
tt
7）垫圈(washer)
平垫圈 平垫圈 斜垫圈 斜垫圈
30° 30°
hh
dd 1 1 dd 2 2
f v arctan arctan f v cos
螺旋副的传动效率为(screw efficiency)：
tan tan( v )
克服轴向力Q匀速上升所需的圆周力： (tangential force needed for overcome vertical force Q )
第二篇 联 接 篇 (Joints)
联接 —— 近代机械设计中最感兴趣的课题 之一，也是最近一些年来发明创 造最多的。
在通用机械中，联接件占总零件 数的20％～50％。
不可拆联接 (焊接、铆接等) 静联接(immovable Joints)
可拆联接(螺纹、键等)
联接
动联接(mobile Joints) (运动副等)
螺纹联接：松联接(joints without initial load)——在装配时 不拧紧，只存受外载时才受到力的作用。 紧联接(joints with initial load)——在装配时需拧 紧，即在承载时，已预先受力，预紧力QP 。
结构特点： 受工作载荷之前不受预 紧力


4）螺距P (pitch) —— 螺纹相邻两牙型上对应点间的轴向距离。
5）导程L(lead) —— 螺纹上任一点沿同一螺旋线旋转一周移 动的轴向距离。
6）线数n (number of threads) —— 螺纹螺旋线数目，一般为便于
制造n≤4。 L=nP 。
2008年4月12日
普通垫圈(plain washer)——保护支承表面。 防松垫圈(lock washer)——防松作用 带翅垫圈(lugged lock washer):配合圆螺母用等。
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§4-3
螺纹联接的预紧和防松
(Screws Tightening and Locking) 一、预紧(tightening)
螺旋线方向：左旋(laevogyrate thread)——如图 右旋(dextrogyrate thread)——常用
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螺旋线头数： 单线(single-threaded)螺纹（n=1）——用于联接 双线(double-threaded)螺纹（n=2）——如图 多线(multiple-threaded)螺纹（n≥2）——用于传动
tt
RR
nn
90° 90°
dd
ll
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5）自攻螺钉(tapping screw)：由螺钉攻出螺纹
~3 15°~30° 15° 0°
ee
d d
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6）螺母(nut)： 六角螺母(hexagon nut)：标准，扁，厚 。
~3 15°~30° 15° 0°
ss
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第四章 螺纹联接与螺旋传动
(Threaded Joints and Power Screws）
本章主要介绍螺纹联接类型及防松原理，紧螺 栓联接的强度计算，螺栓组联接的设计与受力分 析，提高螺纹联接强度措施及螺旋传动简介。 ★重点内容： 单个螺栓联接的强度计算 螺栓组联接的设计与受力分析 △难点内容： 单个螺栓联接的强度计算
3）中径d2 (mean diameter) ——
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) 。 为确定螺纹几何参数和配 合性质的直径。
2008年4月12日
L=nP(n=2) L=nP(n=2) L=nP(n=2)
dd d dd 2 2 d2 dd 1 1 d1