第五章..螺纹联接与螺旋传动
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螺纹连接和螺旋传动
型
H2 l1 HH1
潘存云教授研制
a
参数l1 、e、a与螺栓相同 座端拧入深度H，当螺孔材料为：
钢或青铜 H=d;
铸铁 H=(1.25~1.5)d 铝合金 H=(1.5~2.5)d
潘存云教授研制
螺纹孔深度 H1=H+(2~2.5)P; 钻孔深度 H2=H1+(0.5~1)d;
H2 l1 HH1
ed
潘存云教授研制
d2 d1
(4) 螺距P 相邻两牙在中径线上相应两点间
旳轴向距离。
(5) 导程S S = nP
同一条螺旋线上旳相邻两牙在中径线上相应两点间旳轴向距P
ψ
((67))牙螺型纹角升角α ψ 旳平面旳夹角
中径d2圆柱上，螺旋线旳切线与垂直于螺纹轴线
tanψ= πndP2
轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边旳夹角。牙型侧边与螺纹
L
L1
L0
d L1 ——座端长度 L0 ——螺母端长度
二、螺纹紧固件 螺栓
螺 双头螺柱 纹 螺钉、紧定螺钉 紧 固 件
头部 构造
末端 构造
二、螺纹紧固件 螺栓
螺 双头螺柱 纹 螺钉、紧定螺钉 紧 专用螺纹连接 固 件
潘存云教授研制
起吊螺钉
潘存云教授研制
地脚螺栓
潘存云教授研制
T 型螺栓
二、螺纹紧固件
小径 D2 d2 2.459 3.242
螺距P 0.35
3.545 5.350
4.134 4.918
0.5
7.188
6.647
9.026
8.376
1.25, 1 0.75
12
1.75
10.863
10.106
机械设计第5章螺纹联接和螺旋传动课件
③ 中径 d2
d d2 d1
（二）螺纹的主要参数
PS
d d2 d1
二 ④ 螺距 P 距 ⑤ 导程（升距）S
单线螺纹: S = P 多线螺纹: S = nP
n----螺纹的线数
PS
d d2 d1
ψ
二 ⑥ 螺纹升角ψ 角 ⑦ 牙型角 α
S ψ
πd2
tanψ
=
S πd2
nP =πd2
α ββ
牙侧角 β
1.螺栓连接
d0
孔与螺杆之间 留有间隙
d0
受拉螺栓
受剪螺栓
d
铰制孔用螺栓连接
普通螺栓连接
结构简单，装拆 方便，应用最广
多用于承受横 向载荷的场合
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
（二）螺纹连接的基本类型
1. 螺栓连接
2. 双头螺柱连接 ----可经常拆装 3. 螺钉连接 ----不宜经常拆卸
结构简单，省了螺母，不宜经常拆装， 以免损坏螺孔而修复困难。
机械连接的分类：
1.动连接 ---被连接的零件间可以有相对运动的连接 如:各种运动副
2.静连接 ---被连接件之间不许产生相对运动的连接 ❖ 可拆连接 ---如: 螺纹、键、销连接等 ❖ 不可拆连接 ---铆、焊、粘接等 （永久连接）
提问： 有没有既是可拆连接又是不可拆连接的连接形式 ？
过盈连接简介
粗牙
细牙螺纹
tgψ=
nP πd2
ψ ≤ φv
优点：p ，ψ ， 自锁性更好、连接更可靠；且螺纹深度
缺点：不耐磨易滑扣。
浅，强度高。
应用：薄壁零件、受变载荷的连接和微调机构。
粗牙螺纹
P ,由于制造简单，一般连接常用。
第5章 螺纹连接和螺纹传动
O
T
r1
r2
F1
F2
据前述假设：螺栓所受横向力与螺栓轴线到螺栓组对称中心o的连 线垂直；据静力平衡方程：
F1r1 F2 r2 Fz rz T
联立两式求解，得最大工作剪力
Fmax
Trmax 2 2 r1 r2 rz2
受翻转力矩M时1
螺栓组连接受力分析与计算
螺纹连接
4、紧定螺钉连接
特点：
利用拧入的螺钉末端顶住另一个零件的表面或顶入相应的凹坑中， 以固定两个零件的相对位置，并可同时传递不大的力或扭矩。
螺纹连接
5、特殊结构的连接 （1）地脚螺栓连接 （2）吊环螺钉连接 （3）T形槽螺栓连接
二、标准螺纹连接件
螺纹连接
六 标准螺纹连接件精度 角 垫 头 圈 螺 A级：公差小，精度最高，用于准确定位、装配要求高的场合 栓
防松的本质在于防止螺旋副相对转动。 按工作原理的不同，防松方法分三类： （详见表5－3）
摩擦防松 机械防松
详细说明
破坏螺旋副关系放松（永久防松）
§5-3 螺栓组连接的设计
一、螺栓组连接设计步骤 1、进行螺栓组的结构设计，即确定螺栓的数目、布置形式、间距、 边距等；
2、对螺栓组进行受力分析，求出每一个螺栓所受的力，找出受力最
F ∑ F∑ F F∑ F
F F∑
a)
b)
fF0 zi K s F
则所需预紧力为 式中：Ks－防滑系数， Ks =1.1~1.3。
K s F F0 zfi
注：为提高承载能力， 可采用减载措施。
说明
f －结合面的摩擦因数。表5-5。
i－结合面数。（图中，i=2）
受横向载荷2
T
r1
r2
F1
F2
据前述假设：螺栓所受横向力与螺栓轴线到螺栓组对称中心o的连 线垂直；据静力平衡方程：
F1r1 F2 r2 Fz rz T
联立两式求解，得最大工作剪力
Fmax
Trmax 2 2 r1 r2 rz2
受翻转力矩M时1
螺栓组连接受力分析与计算
螺纹连接
4、紧定螺钉连接
特点：
利用拧入的螺钉末端顶住另一个零件的表面或顶入相应的凹坑中， 以固定两个零件的相对位置，并可同时传递不大的力或扭矩。
螺纹连接
5、特殊结构的连接 （1）地脚螺栓连接 （2）吊环螺钉连接 （3）T形槽螺栓连接
二、标准螺纹连接件
螺纹连接
六 标准螺纹连接件精度 角 垫 头 圈 螺 A级：公差小，精度最高，用于准确定位、装配要求高的场合 栓
防松的本质在于防止螺旋副相对转动。 按工作原理的不同，防松方法分三类： （详见表5－3）
摩擦防松 机械防松
详细说明
破坏螺旋副关系放松（永久防松）
§5-3 螺栓组连接的设计
一、螺栓组连接设计步骤 1、进行螺栓组的结构设计，即确定螺栓的数目、布置形式、间距、 边距等；
2、对螺栓组进行受力分析，求出每一个螺栓所受的力，找出受力最
F ∑ F∑ F F∑ F
F F∑
a)
b)
fF0 zi K s F
则所需预紧力为 式中：Ks－防滑系数， Ks =1.1~1.3。
K s F F0 zfi
注：为提高承载能力， 可采用减载措施。
说明
f －结合面的摩擦因数。表5-5。
i－结合面数。（图中，i=2）
受横向载荷2
机械设计螺纹连接和螺旋传动
圆周长展开长度
中国地质大学专用 ห้องสมุดไป่ตู้ 作者： 潘存云教授
按螺纹旳牙型分
螺纹旳分类
按螺纹旳旋向分
按螺旋线旳根数分
按回转体旳内外表面分
按螺旋旳作用分
按母体形状分
矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹
右旋螺纹
左旋螺纹
单线螺纹多线螺纹
外螺纹内螺纹
连接螺纹传动螺纹
圆柱螺纹圆锥螺纹
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
缺陷：不耐磨，易滑扣。
应用：薄壁零件、受动载荷旳连接和微调机构。
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
潘存云教授研制
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
第5章 螺纹连接和螺旋传动
§5－1 螺纹
§5－2 螺纹连接旳类型及原则连接件
§5－3 螺纹连接旳预紧
§5－6 螺纹连接旳强度计算
§5－7 螺栓旳材料和许用应力
§5－8 提升螺栓连接强度旳措施
§5－9 螺旋传动
§5－4 螺纹连接旳防松
§5－5 螺栓组连接旳设计
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
潘存云教授研制
潘存云教授研制
梯形螺纹：
为了降低摩擦和提升效率，这两种螺纹旳牙侧角β比三角形螺纹旳要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生旳间隙，应用较广。锯齿形螺纹旳效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。
锯齿形螺纹:
β= 15º
β= 3º
粗牙一般螺纹、细牙一般螺纹和梯形螺纹旳基本尺寸见后续各表（或查阅有关机械设计手册）。
潘存云教授研制
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一、螺纹旳形成
§5－1 螺 纹
螺旋线——一动点在一圆柱体旳表面上，一边绕轴线等速旋转，同步沿轴向作等速移动旳轨迹。
中国地质大学专用 ห้องสมุดไป่ตู้ 作者： 潘存云教授
按螺纹旳牙型分
螺纹旳分类
按螺纹旳旋向分
按螺旋线旳根数分
按回转体旳内外表面分
按螺旋旳作用分
按母体形状分
矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹
右旋螺纹
左旋螺纹
单线螺纹多线螺纹
外螺纹内螺纹
连接螺纹传动螺纹
圆柱螺纹圆锥螺纹
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缺陷：不耐磨，易滑扣。
应用：薄壁零件、受动载荷旳连接和微调机构。
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第5章 螺纹连接和螺旋传动
§5－1 螺纹
§5－2 螺纹连接旳类型及原则连接件
§5－3 螺纹连接旳预紧
§5－6 螺纹连接旳强度计算
§5－7 螺栓旳材料和许用应力
§5－8 提升螺栓连接强度旳措施
§5－9 螺旋传动
§5－4 螺纹连接旳防松
§5－5 螺栓组连接旳设计
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
潘存云教授研制
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梯形螺纹：
为了降低摩擦和提升效率，这两种螺纹旳牙侧角β比三角形螺纹旳要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生旳间隙，应用较广。锯齿形螺纹旳效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。
锯齿形螺纹:
β= 15º
β= 3º
粗牙一般螺纹、细牙一般螺纹和梯形螺纹旳基本尺寸见后续各表（或查阅有关机械设计手册）。
潘存云教授研制
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一、螺纹旳形成
§5－1 螺 纹
螺旋线——一动点在一圆柱体旳表面上，一边绕轴线等速旋转，同步沿轴向作等速移动旳轨迹。
第5章螺纹连接和螺旋传动
(4) 线数n
螺纹的螺旋线数目。
相邻两牙在中径线上对应两点间的 (5) 螺距P 轴向距离。
(6) 导程S S = nP
螺纹上任一点沿同一 条螺旋线转一圈所移 d d2 d1 动的轴向距离。
P/2 P/2
P
S
(7) 螺纹升角ψ
P/2 P/2
P
S
中径d2圆柱上， 螺旋线的切线与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 直于螺纹轴线的平 面的夹角。
▲铰制孔用螺栓连接：孔与螺栓杆过渡配合，能 精确固定被连接件的相对位置，能承受横向载荷。 但孔的加工精度要求较高。
普通螺栓
铰制孔螺栓
杆孔间隙
过渡配合面
螺栓连接
2.双头螺柱连接 适用于结构上不能采用螺栓连接的场合，例如被 连接件之一太厚不宜制成通孔，材料较软，需要经 常拆装。拆卸这种连接时，不用拆螺柱。
注：括号内的公称直径为第二系列
§5－2 螺纹连接的类型及标准连接件
一、 螺纹连接的基本类型 基 本 类 型 螺栓连接 螺钉连接 双头螺柱连接 紧定螺钉连接
1、螺栓连接 在被连接件上开有通孔，插入螺栓后，在螺栓 的另一端拧上螺母。被连接件较薄，易做成通孔， 可经常拆卸。 ▲普通螺栓连接：被连接件上的通孔与螺栓杆间 留有间隙，通孔的加工精度要求低，结构简单， 装拆方便。
2．受转矩的螺栓组连接 转矩T作用在连接接合面内，在转矩的作用下， 底板将绕通过螺栓组对称中心并与接合面相垂直的 轴线转动。
▲采用普通螺栓时，靠连接预紧后在接合面间产
采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的 螺栓组受转矩时的受力情况是不同的
生的摩擦力矩来抵抗转矩T。 根据作用在底板上的力矩平衡及连接强度的条件：
冲点法：冲坏螺纹副
铆合法：端部铆死 端焊法：端部焊死 粘结法：拧紧时涂胶粘剂
螺纹连接和螺旋传动
一、分类形式：
1、按 结 构 2、按所起作用 3、按 螺 距 4、按国家标准 5、按母体的形状 6、按螺纹的旋向
按螺纹的旋向分： 右旋 (常用)
左旋
一、分类形式：
1、按 结 构 2、按所起作用 3、按 螺 距 4、按国家标准 5、按母体的形状 6、按螺纹的旋向 7、按螺纹的牙型
按螺纹的牙型分： 三角形 梯形 锯齿形 矩形 其他特殊形状
由以上可知，当力臂长为螺栓直径的15倍时，预紧力是所加外 力的75倍。因此，对于重要的连接，为防止螺栓被拧断，应采用 不小于Ｍ12的螺栓。
§5-4 螺纹连接的防松
一、螺纹连接的自动松脱 1、螺纹连接的自锁 2、自动松脱的条件 3、自动松脱的危害 4、防松的任务
1、螺纹连接的自锁：
当螺纹升角小于或等于螺纹副间的当量摩擦角时，螺 纹副具有自锁能力。
§5-5 螺栓组连接的设计
绝大多数情况下，螺纹连接件都成组使用，其中以螺栓 组连接最具有典型性。
一、设计准则 二、结构设计 三、螺栓组连接的受力分析
一、设计准则:
根据连接用途和被连接件结构 选定螺栓数目和布置形式
根据连接的工作载荷
分析各螺栓受力
如受力不均，按受力最大的螺栓进行强度计算，确定螺 纹连接的结构尺寸。
铰制孔螺栓连接的被连接件同螺栓杆之间采用过渡配 合，连接同时还能起到精确的定位作用，并能承受横向载 荷。对孔的加工精度要求高，两孔一般需要配做。
2、双头螺柱连接：
用于因结构限制不能用螺栓连 接而又需要经常拆卸的场合。
双头螺柱连接的装配分解
双头螺柱连接的装配分解：
3、螺钉连接：
不用螺母，直接拧入被连接件 的螺纹孔中。多用于受力不大或不 需经常拆装的场合。
机械设计第五章螺纹连接和螺旋传动
F2
d12 /
4
应力幅:
m in
F0
d12 / 4
a
max min
2
F2 F0
d12 4
Cb Cb Cm
2F
d12
安全系数:
min C :
S
ca
2 1tc (K ) min (K )(2 a min )
S
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 79 倾覆力矩
F0
F0
8
率
T1
Q
d2 2
tg
v
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 33
F Qtg v
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 34
螺纹自锁条件: f < jv
螺纹效率:
tgf tg(f jv )
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 35
螺栓组的布局
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 36
TT2 2
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 42
§ 5-2 螺栓的强度计算
1) 失效形式: 断裂, 压溃
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 43 2) 松螺栓联接计算
crane
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 44
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 45
校核公式:
F
4
d12
[ ]
吊环螺钉
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 29
防盗螺母
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 30
螺栓的防松
摩擦防松
锁紧螺母
机械设计 第五章 螺纹连接和螺旋传动 31 机械防松
开口销
split cotter pin
第五章螺纹联接及螺旋传动
第五章螺纹连接及螺旋传动基本要求:1) 掌握螺纹的基本知识——螺纹的基本参数、常用螺纹的种类、特性及其应用。
2) 掌握螺纹联接的基本知识——螺纹联接的基本类型、结构特点及其应用，螺纹联接标准件，螺纹联接的预紧与防松。
3) 掌握螺栓组联接设计的基本方法——螺栓组联接的结构设计，受力分析，单个螺栓联接的强度计算理论与方法。
4) 掌握提高螺纹联接强度的各种措施。
5) 掌握滑动螺旋传动的常用设计方法。
重点：1) 螺纹和螺纹联接的基本知识。
2) 螺栓组联接的受力分析，主要是复杂受力状态下的受力分析。
3) 单个螺栓联接的强度计算，主要是承受横向载荷和轴向拉伸载荷的紧螺栓联接的强度计算。
4) 螺栓组联接的综合计算，主要是三种情况：①校核螺栓组联接螺栓的强度；②设计螺栓组联接螺栓的直径尺寸；③确定螺栓组联接所能承受的最大载荷。
难点：1) 螺纹联接的结构设计。
2) 受倾覆力矩作用的螺栓组联接受力分析。
3) 复杂受力状态下的螺栓组联接受力分析。
4) 受预紧力和轴向工作载荷作用时，单个螺栓联接的螺栓总拉力的确定。
§5-1 螺纹螺纹连接是一种可拆连接，它是靠螺纹工作的。
其特点为：构造简单,拆装方便,工作可靠,各种螺纹连接件已标准化。
故应用广泛。
一、螺纹的类型及应用对螺纹的要求：5．按母体形状圆柱螺纹 圆锥螺纹旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，右边高则为右旋。
思考：螺纹是螺纹连接和螺旋传动的重要部分，要求有足够的强度(牙根和杆的断面)和良好的工艺性。
此外，连接螺纹必须自锁，管螺纹还要求有紧密性，传动螺纹要求高效率，调整螺纹和传递运动的螺纹则要求有足够的精度，起重螺纹既希望工作行程效率高，又要求自锁性能好。
二、螺纹的主要参数⑦接触高度：内、外螺纹旋合后的接触面的径向高度。
三、常用的螺纹的特点和应用范围1. 普通螺纹(三角形螺纹，代号：GB 192-1981)普通螺纹分粗牙和细牙，一般用粗牙。
牙形角α=2β=60°，因牙侧角β大，所以摩擦大，易自锁，主要用于连接。
第五章 螺纹
二、螺纹的类型
1.按牙型:(1)传动螺纹
第五章 螺纹联接与螺旋传动 30º 15º
3º
矩形螺纹
梯形螺纹
锯齿形螺纹
(2) 联接螺纹 30º
三角形螺纹
圆锥螺纹
管螺纹
第五章 螺纹联接与螺旋传动
2.按位置：内螺纹——在圆柱孔的内表面形成的螺纹。
外螺纹——在圆柱孔的外表面形成的螺纹。
内螺纹
外螺纹
第五章 螺纹联接与螺旋传动
f tanv 0.1
自锁极限
紧固螺纹区
v 25
60 40 20
升角过大, 制造困难，且效率增高也不明显。
对于联接螺纹，必须取：
v 5.7
0˚ 10˚ 20˚ 30˚ 40˚ 50˚
45 v 2
第五章 螺纹联接与螺旋传动
四、常用螺纹的种类、特点与应用
Fn FR
F
v
d2 F a
F S
v
F’ F a
π d2
F
第五章 螺纹联接与螺旋传动
1.当螺纹拧紧(滑块上升)时：
Fn FR v
S
Fa F
FR
F
F’
Fa
驱动力矩：
π d2
d2 d2 T F Fa tan( ) 2 2
第五章 螺纹联接与螺旋传动
2.当螺纹拧松(滑块下降)时： FR Fn
dd D D1 1
m m
C×45° C×45° 30 ° 30° 1200° 12 ° C 1dd0 C 10 D
30° 30° 30° 30° 30° 30°
dd
30° 30°
第五螺纹联接和螺旋传动
FQ
图5－7
非矩形螺旋副中的摩擦力比矩形螺旋副大
1倍，如果把法向力的增加想象成摩擦系数的增加，则非矩形螺旋副的摩擦力为： cos
Ff' fFN ' f cFoQsfVFQ
f 其中 称为当量摩擦系数， V
fV
f
cos
tanV
称为当量摩擦角。 V
同样我们可以得到以下的关系式：
螺纹力矩
螺旋副效率 螺旋副自锁条件 λ≤
FN
Ff f FN f
FR FN
FR
为法向反力，摩擦力
FN
Ff
arctafn
根据平衡条件作力封闭图得：
FFQtan()
图5－4
所以，转动螺纹所需的转矩为：
T1Fd22 FQ 2d2tan()
螺母旋转一周所需的输入功为： 的效率为：
W 2T ；此时螺母上升一个导程s，其有效功为： 1
。因此螺旋副
图5－3
按制订的螺纹标准不同，现在常见的有米制和英制两大类。我国除管螺纹外，一般采用米制。 要注意：在实际工作中，特别是从事维修行业时要注意一些进口机器中螺纹的单位制。 凡是牙型、大径和螺距符合国家标准的螺纹都称为标准螺纹。除机械制造中常用的标准螺纹外，还有适用于 某些特殊行业的专用螺纹标准，在需要的时候可以查阅有关的设计手册。
1）螺栓联接 如图5-8所示的螺栓连接。其主要特点是被联接件上制有通孔，孔与螺栓杆之间可以留有间隙（普通螺
栓连接），也可以将螺栓杆上的没有螺纹部分作成与孔的过渡配合联接形式（铰制孔链接）。
普通螺栓联接：由于孔和杆之间留有间隙，可以补
偿各孔之间的位置误差，且加工简单，装拆方便， 所以得到广泛的应用。通孔的大小不能随意，应该 根据装配精度查机械设计手册确定。
图5－7
非矩形螺旋副中的摩擦力比矩形螺旋副大
1倍，如果把法向力的增加想象成摩擦系数的增加，则非矩形螺旋副的摩擦力为： cos
Ff' fFN ' f cFoQsfVFQ
f 其中 称为当量摩擦系数， V
fV
f
cos
tanV
称为当量摩擦角。 V
同样我们可以得到以下的关系式：
螺纹力矩
螺旋副效率 螺旋副自锁条件 λ≤
FN
Ff f FN f
FR FN
FR
为法向反力，摩擦力
FN
Ff
arctafn
根据平衡条件作力封闭图得：
FFQtan()
图5－4
所以，转动螺纹所需的转矩为：
T1Fd22 FQ 2d2tan()
螺母旋转一周所需的输入功为： 的效率为：
W 2T ；此时螺母上升一个导程s，其有效功为： 1
。因此螺旋副
图5－3
按制订的螺纹标准不同，现在常见的有米制和英制两大类。我国除管螺纹外，一般采用米制。 要注意：在实际工作中，特别是从事维修行业时要注意一些进口机器中螺纹的单位制。 凡是牙型、大径和螺距符合国家标准的螺纹都称为标准螺纹。除机械制造中常用的标准螺纹外，还有适用于 某些特殊行业的专用螺纹标准，在需要的时候可以查阅有关的设计手册。
1）螺栓联接 如图5-8所示的螺栓连接。其主要特点是被联接件上制有通孔，孔与螺栓杆之间可以留有间隙（普通螺
栓连接），也可以将螺栓杆上的没有螺纹部分作成与孔的过渡配合联接形式（铰制孔链接）。
普通螺栓联接：由于孔和杆之间留有间隙，可以补
偿各孔之间的位置误差，且加工简单，装拆方便， 所以得到广泛的应用。通孔的大小不能随意，应该 根据装配精度查机械设计手册确定。
《机械设计》第五章螺纹连接和螺旋传动
联接
螺纹 螺纹联接的类型和标准联接件 螺纹联接的预紧和防松 螺纹联接的强度计算 螺栓组联接的设计 提高螺纹联接强度的措施 螺旋传动 键联接和花键联接 其它联接
编辑课件
联接的目的
便于机器的制造、安装、运输、维修以 及提高劳动生产率。
学习目标
熟悉机器联接中常用的各种联接件的结 构、类型、性能和应用场合，掌握设计理 论和选用方法。
特点：工作时受剪，除起 联接作用外，还起定位 作用。
编辑课件
3.双头螺柱联接
特点：用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时只 需拧下螺母即可。
编辑课件
4.螺钉联接
螺钉拧入深度H 钢或青铜 H≈d 铸铁H=(1.25∽1.5)d 铝合金 H=(1.5 ∽2.5)d
特点：用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。
F0
F C1 C1 C2
F
编辑课件
方法 设计时，一般可先按静载荷强度计算，初定螺栓直径，然后再
校核其疲劳强度。 由于影响变载荷零件疲劳强度的主要因素是应力幅，故这里的
螺栓疲劳强度的校核公式为
am2 axmi nC 1C 1 C 22 d F 1 2a
式中［σa］—螺栓的许用应力幅，MPa。
1.提高联接的紧密性 2.防止联接松动 3.提高联接件强度
编辑课件
防止联接松动
编辑课件
提高联接的紧密性
编辑课件
（二）控制预紧力的方法 原因：T↑→ F ↑→ 拉断、滑扣
T↓→不能满足工作要求 方法：
1.控制应力或应变 2.控制拧紧力矩 3.控制拧紧力臂 4.测量螺栓伸长量
编辑课件
控制应力或应变
5.1 螺栓组联接的结构设计
1．目的：合理解决联接结合面的几何形状，确定螺栓布置方 式及个数；
螺纹 螺纹联接的类型和标准联接件 螺纹联接的预紧和防松 螺纹联接的强度计算 螺栓组联接的设计 提高螺纹联接强度的措施 螺旋传动 键联接和花键联接 其它联接
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联接的目的
便于机器的制造、安装、运输、维修以 及提高劳动生产率。
学习目标
熟悉机器联接中常用的各种联接件的结 构、类型、性能和应用场合，掌握设计理 论和选用方法。
特点：工作时受剪，除起 联接作用外，还起定位 作用。
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3.双头螺柱联接
特点：用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时只 需拧下螺母即可。
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4.螺钉联接
螺钉拧入深度H 钢或青铜 H≈d 铸铁H=(1.25∽1.5)d 铝合金 H=(1.5 ∽2.5)d
特点：用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。
F0
F C1 C1 C2
F
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方法 设计时，一般可先按静载荷强度计算，初定螺栓直径，然后再
校核其疲劳强度。 由于影响变载荷零件疲劳强度的主要因素是应力幅，故这里的
螺栓疲劳强度的校核公式为
am2 axmi nC 1C 1 C 22 d F 1 2a
式中［σa］—螺栓的许用应力幅，MPa。
1.提高联接的紧密性 2.防止联接松动 3.提高联接件强度
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防止联接松动
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提高联接的紧密性
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（二）控制预紧力的方法 原因：T↑→ F ↑→ 拉断、滑扣
T↓→不能满足工作要求 方法：
1.控制应力或应变 2.控制拧紧力矩 3.控制拧紧力臂 4.测量螺栓伸长量
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控制应力或应变
5.1 螺栓组联接的结构设计
1．目的：合理解决联接结合面的几何形状，确定螺栓布置方 式及个数；
机械设计第五章-螺纹连接与螺旋传动精选全文
2）螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作，材料发生蠕变和应力 松弛，也会使预紧力和摩擦力逐渐减少，最终导致连接失效。
3.防松的方法：
• 摩擦防松：摩擦防松简单方便，不如以下两种方法可靠。 • 机械防松： 机械防松可靠，可和摩擦防松联合使用。 • 永久防松：用于不再拆卸连接。这种方法是将螺旋副变成非运动副，
底板受力分析
C2
F1m Fm
B2
Fm
F2m
B1
F
C1
F2
F1
螺栓所受的工作拉力
Fmax Fi
变形条件：F1 F2 Fz Fmax
Lz Lmax
L1 L2
螺栓所受的 工作拉力与距 离成正比
Li
Lm a x
变形条件：F1 F2 L1 L2
Fz Lz
Fmax Lmax
Fi
Fmax Lmax
§5-3 螺纹连接的预紧
在装配时，螺纹连接都必须预紧。对于重要的螺纹连接，还应 控制其预紧力的大小。
1.预紧力： 使连接在承受工作载荷之前预先受到力的作用， 这个力称为预紧力。
2.预紧的目的：
1）增加连接的可靠性； 2）增加连接的刚性； 3）防松； 4）受横向载荷作用时，增大
摩擦力，防止相对滑动； 5）增大疲劳强度。
普通螺栓连接
两种情况的工作原理不同！
铰制孔用螺栓连接
1）普通螺栓组连接
螺栓组受力 F 单个螺栓受力 F 0
受力平衡条件： fF0 zi K s F
或
F0
K s F fzi
f ___ 接合面间的摩擦系数，P76表 5 5； i ____ 接合面数目； Ks ___ 可靠性系数（防滑系数），取 1.1～1.3。
特点：工作边=3，非工作边=30，便于加工。它综合了
3.防松的方法：
• 摩擦防松：摩擦防松简单方便，不如以下两种方法可靠。 • 机械防松： 机械防松可靠，可和摩擦防松联合使用。 • 永久防松：用于不再拆卸连接。这种方法是将螺旋副变成非运动副，
底板受力分析
C2
F1m Fm
B2
Fm
F2m
B1
F
C1
F2
F1
螺栓所受的工作拉力
Fmax Fi
变形条件：F1 F2 Fz Fmax
Lz Lmax
L1 L2
螺栓所受的 工作拉力与距 离成正比
Li
Lm a x
变形条件：F1 F2 L1 L2
Fz Lz
Fmax Lmax
Fi
Fmax Lmax
§5-3 螺纹连接的预紧
在装配时，螺纹连接都必须预紧。对于重要的螺纹连接，还应 控制其预紧力的大小。
1.预紧力： 使连接在承受工作载荷之前预先受到力的作用， 这个力称为预紧力。
2.预紧的目的：
1）增加连接的可靠性； 2）增加连接的刚性； 3）防松； 4）受横向载荷作用时，增大
摩擦力，防止相对滑动； 5）增大疲劳强度。
普通螺栓连接
两种情况的工作原理不同！
铰制孔用螺栓连接
1）普通螺栓组连接
螺栓组受力 F 单个螺栓受力 F 0
受力平衡条件： fF0 zi K s F
或
F0
K s F fzi
f ___ 接合面间的摩擦系数，P76表 5 5； i ____ 接合面数目； Ks ___ 可靠性系数（防滑系数），取 1.1～1.3。
特点：工作边=3，非工作边=30，便于加工。它综合了
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d2 2
tg(
v )
1 16
d13
tg(
v
)
2d2 dP
QP
4
d12
当M10 ~
M
6
0.48
QP
4
d12
0.48 (或0.5 )
接第四强度理论： ca 2 3 2 1.3
∴ 强度条件为：
ca
1.3QP
4
d12
[ ]
ca
1.3QP
4
d12
[ ]
式中：QP ——预紧力（N） T1 ——螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩， N.mm 1.3——系数将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对 螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力 状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手 续，故又称简化计算法
2）内径（小径）d1(D1) ——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径
3）中径d2 —— 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)
ddd dd2d2 2 dd1d1 1
PPP LL=L=n=nPn(PP(n(n=n=2=)2)2) LLL
ddddd2d22dd1d1 1
辗辗制制末末端端
XX bb
ll
dd
A型——有退刀槽 B型——无退刀槽
3）螺钉 与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹
dkdk nn dd
nn dd
RR t t XX
bb ll
tt
RR
9900°°
ll
4）紧定螺钉 锥 端——适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 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
ddd
ddd
ddd2d1dd2121
dd2d22 dd1d11
三角形螺纹
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
33030°0°°
PPP
外螺 纹外螺 纹外螺 纹
ddd dd2d22 dd1d11
ddd dddd21dd2121
矩形螺纹
适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折
装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被 联接件中拧dd 出。
HH l2l2
l3l3 HH l1l1 l2l2
(a()a)
dd
(b(b) )
3、螺钉联接——适于被联接件之一较
l3l3 HH l1l1 l2l2
厚（上带螺纹孔），不需
经常装拆，一端有螺钉头，
dd
HH l2l2
hhh
PPP LL=L=n=nPn(P(Pn(n=n=2=)2)2) LLL
dddd2dd2 2 dd1d1 1
hhh
ddddd2d22dd1d1 1
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
强度条件验算公式：
ca
1.3QP
1
/
4d
2 1
[ ]
设计公式：
d1
1.3 4QP
[ ]
分析：由上式可知，当f=0.2,i=1,KS=1则QP=5R，说明这种 联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠
为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力 可采用如下减载装置：
a)减载销 b)减载套筒 c)减载键
2、防松原理 消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运 动的难度。
3、防松办法及措施
1）摩擦防松
双螺母、弹簧垫圈、尼 龙垫圈、自锁螺母等
螺螺 上上螺螺母母 栓栓
下下螺螺母母
弹簧垫圈
自锁螺母——螺母一端做成非圆形 收口或开峰后径面收口，螺母拧紧 后收口涨开，利用收口的弹力使旋 合螺纹间压紧
2）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用
F
[σ]——许用拉应力 N/mm2 (MPa)
[ ] S / n σs——材料屈服极限Mpa表4-8
N ——安全系数，表4-9பைடு நூலகம்
二、紧螺栓联接——工作前有预紧力QP
工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下：
复合应力状态预: 紧力QP→产生拉伸应力σ 螺纹摩擦力矩T1→产生剪应力τ
Qp
1 4
d12
WT
Qp
bb
HH
平平垫垫圈圈
斜斜垫垫圈圈
hh
dd0 D0 D1 1
3300°°
bb
3300°°
1155°°
§4—３ 螺纹联接的预紧和防松
一、预紧
螺纹联接：松联接——在装配时不拧紧，只存受外载时才受 到力的作用
紧联接——在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受 力，预紧力QP
预紧目的——保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要 求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增 大刚性等。
带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等
开槽螺母 与开口销
圆螺母 与止动垫圈
3）永久防松：端铆、冲点、点焊
(a)正确
4）化学防松——粘合
串联钢丝
(a)正确 (b)不正确
§4—４ 单个螺栓联接的强度计算
针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算 方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。
1、失效形式和原因 a）失效形式 工程中螺栓联接多数为疲劳失效 受拉螺栓——螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂 受剪螺栓——螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断 b）失效原因：应力集中 应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程
不需螺母，适于受载较小
情况
4、紧定螺钉联接——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))
(b(b))
特殊联接：地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接
二、螺纹联接件
1）螺栓 普通螺栓 ——六角头，小六角头，标准六角头， 大六角头, 内六角
螺 纹内螺 纹内螺 纹内
PPP
外 螺 纹外 螺 纹外 螺 纹
锯齿形螺纹
螺 纹内螺 纹内螺 纹内
33°3°°
33030°0°°
PPP
外 螺 纹外 螺 纹外 螺 纹
EE 60°
C
h A d
60°
C
d
D
B
H' H
用加高螺母 用普通螺母
第二篇 联 接
第四章 螺纹联接与螺旋传动
§4—1 螺 纹
一、螺纹的形成
铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小螺母
1155°°~~3300°° rr
辗辗制制末末端端
倒倒角角端端
AA型型
dsds
倒倒角角端端
dd
dada dsds dd ee
kk' ' lsls lglg
ss
kk
ll
2）双头螺柱——两端带螺纹
XX bbmm
辗辗制制末末端端
BB型型 XX bbmm
dsds
XX bb
ll
112200°° CC1 1 dd0 D0 D1
1
3300°° 1155°°
应dd用0 0DD1 时带翅1垫155°°圈内舌嵌入轴 槽中1，外舌嵌入圆螺母的槽
3300°3°30m0°m°HH bb
3300°°内，螺bb母即被锁紧
3300°°
tt dd D1D1
d1d1 d2d2
7）垫圈
DD
112200°C°C1 1
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——中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角
arctgL
/d 2
arctg
nP
d 2
8）牙型角α ——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角
9）牙型斜角β——螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角
Qp
2、铰制孔螺栓联接——防滑动
特点：螺杆与孔间紧密配合，无R间
R
隙，由光杆直接承受挤压和
Lmin
剪， 切来传R 递外载荷R进行工作 R
d0
螺栓的剪切强度条件为：
R
4
d
2 0
[ ]
Qp
螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为： P
R d0l min
[ ]P
R ——横向载荷（N） d0——螺杆或孔的直径（mm） Lmin ——被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm），如图所示
增大刚性——增加联接刚度、紧密性和提高防松能力 预紧力QP——预先轴向作用力（拉力）
预紧过紧——拧紧力QP过大，螺杆静载荷增大、降低本身强 度
过松——拧紧力QP过小，工作不可靠
扳手拧紧力矩——T=FH·L, FH—作用于手柄上的力，L——力臂
拧紧时螺母：T=T1+T2
TT
T——拧紧力矩 T1——螺纹摩擦阻力矩
三角形螺纹： 粗牙螺纹——用于紧固件 细牙螺纹——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
根据螺旋线绕行方向： 左旋——如图 右旋——常用
根据螺旋线头数： 单头螺纹（n=1）——用于联接 双头螺纹（n=2）——如图 多线螺纹（n≥2）——用于传动
三、螺纹的主要参数
1）外径（大径）d（D）——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，亦称公称直径
ddd dd2d2 2 dd1d1 1
PPP LL=L=n=nPn(PP(n(n=n=2=)2)2) LLL