《螺纹联接》PPT课件 (2)

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
非矩形螺纹进行受力分析 上升： F= Fa tg (ψ+')
下滑： F= Fa tg (ψ- ')
2、螺纹自锁条件为：
ψ <'
三、螺旋副效率：
Fr
螺旋副的效率问题是由于摩擦引起的： 上升：若不考虑摩擦时：F= Fa tg (ψ)
第二章 螺纹连接
本章要求： 掌握螺纹参数，螺旋副的受力分析、效率和自锁，了解
螺纹联结的基本类型和预紧与防松。掌握螺栓联结的强度计 算。 本章重点和难点：
1.螺纹参数及螺旋副的受力分析和自锁条件。 2.螺纹连接的强度计算。
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tg tg(
')
从上式可以看出：
当'不变时， η与ψ的 关系如右图所示。
取： d 0 d
可得：当ψ=45º - '时效 率最高。
ψ常取25º左。 ψ太大会引 起制造困难，且效率增高 也不显著。
例题1
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）
二、螺纹分类
1、螺纹的牙型： 三角形、梯形、锯齿形；
2、螺纹的旋向： 左旋、右旋；
3、螺纹的线数（头数）：单线、等距排列多线；
4、母体形状： 圆柱螺纹、圆锥螺纹；
5、按作用： 6、按位置：
连接螺纹、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
螺纹牙形：三角形、矩形、梯形、锯齿形等
60
30
°
°
三角形
梯形
30 ° 3°
锯齿形
矩形
连接：效率低、自锁性好。
传动：效率高、自锁性差。
单线，用于连接
双线或多线，常用于传动
粗牙：一般情况下使用。
细牙：牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。∴ 用 于变载荷场合。
∴连接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。
PPP LL=L=n=nPn(P(Pn(n=n=2=)2)2) LLL
dddd2dd2 2 dd1d1 1
ddddd2d22dd1d1 1
hhh
§2—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
摩擦角ρ：
f = tgρ称为摩擦系数。
二、螺纹连接的 防1、松防松目的
实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造 成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失，摩擦力为零， 从而使螺纹连接松动，如经反复作用，螺纹连接就会松驰而失 效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故
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。
π d2
33 π
该螺纹具有自锁性。
(2) tg tg( ' )
tg3.31 tg(3.31 4.73)
40.9
0 0
§2—3 螺纹连接的基本类型及 螺纹紧固件
一、螺纹联结基本类型
二、螺纹紧固件
一、螺纹连接的基本类型
1、螺栓连接 a) 普通螺栓连接：
被连接件通孔不带螺纹，被连接件不太厚， 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。
ψ Fa
F Fr
若考虑摩擦时： F= Fa tg (ψ+')
ψ +ρ Fa
F
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：
理论上 没有摩擦时，需要的输入功 =FS= Fa S tg (ψ) 实际上 考虑摩擦时，需要的输入功 =FS= Fa Stg (ψ+')
所以：
Fa Stg FaStg( ' )
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概述
连接是指被连接件与连接件的组合。常见的 机械连接有两类：
一是机械动连接，如运动副； 二是机械静连接，本章所学习内容是机械静
1.螺栓杆拉断；2.接合面滑移；3.螺纹的压溃和剪断； 4.磨损后的滑扣
螺栓的强度计算就是确定小径d1 或大径d
一、松螺栓连接
工作时不需要将螺母拧紧。
如吊钩螺栓.
螺栓所受拉力 = 工作载荷
松螺栓连接强度条件：
Fa π d12 / 4
[ ]
d1
4Fa
[ ]
mm
其中：
[]—许用拉应力,MPa
d1—螺纹小径
（1）把螺旋副在力矩和轴向载荷作用 下的运动，看成作用在中径的水平力推 动滑块沿螺纹运动。
（2）将矩形螺纹沿中径d2展开得一斜面。 图中ψ为螺旋升角， Fa为轴向载荷， F为水平推力，Fn为法向反力， Ff为
摩擦力， f为摩擦系数，ρ为摩擦角，
法向反力Fn与摩擦力Ff的总反力为Fr 。
Fr Fnψ
单线普通螺纹的升角约在1.5°-3.5°之间，大大小于当量摩擦角， 因此在静载荷下都能保证自锁。
例题2 已知梯形螺纹n=1,d=36mm,P=6mm, f=0.0 8,
求：1.能否自锁? 2.起重器的总效率?
解：
(1)
'
arct g
f
cos
arct g
0.08 cos15 o
4.73o
arct g P arct g 6 3.31o
π d2
64.103 π
2、求当量摩擦角' 。 普通螺纹牙型角α= 60o
摩擦系数f取为： 0.1
牙侧角 = 30o
则当量摩擦角'为：
arctg
f
cos
0.1 arctg cos30o
6.59o
因为: ψ10=3.03o<ρ' ，所以能够自锁。
同理: ψ68=1.707o<ρ' ，所以能够自锁。
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 — 螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距 离。
5）导程（S）— 螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周 所移动的轴向距离。 6）线数n —螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4。
连接问题。
连接
可拆连接 —装拆方便，多次装拆无损于 使用性能。如螺纹连接、键连 接、销连接
不可拆连接 —在拆开连接时会损坏连接
（永久性连接）
中的零件或使用性能。如焊 接、铆接、粘接
§2—1 螺纹参数 一、螺纹线、螺纹、螺纹副 二、螺纹分类 三、螺纹的主要几何参数
一、螺纹线、螺纹、螺纹副
1、螺纹线：将一倾斜角为Ψ的直线绕在圆柱 体上便形成一条螺旋线。
4、紧定螺钉连接
特点和应用：旋入被连接件之一的螺纹孔中，其末 端顶住另一连接件的表面或顶入相应的坑中，以固 定两个零件的相互位置，并可传递不大的力和转矩
二、螺纹紧固件
1、螺栓 2、双头螺柱 3、螺钉、紧定螺钉 4、螺母 5、垫圈 垫圈作用：增加被连接件的支撑面积以减少
接触处的压强和避免拧紧螺母时擦伤被连接件 的表面。
例题 如下图所示，起重吊钩的起吊重量是25kN，
吊钩材料为35钢，许用应力为60MPa，求吊
钩尾部螺纹直径。
解：
根据：
有
π
Fa d12
解： 1、首先求螺纹升角ψ 。 查手册，得：
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：
10 arctg np arctg 11.5 3.03o
π d2
9.026 π
M68螺纹升角：
68 arctg np arctg 1 6 1.707 o
螺旋副的拧紧力矩
一、拧紧力 矩对于M10~M64的普通粗牙螺纹，拧紧力矩：
T=0.2 F0 d (N.mm) 式中，d为螺纹公称直径； F0为预紧力。F0由螺纹连接的 要求决定。一般是取螺栓材料屈服极限的50%~70%。
重要的螺纹应采用有 效的措施控制预紧力。
11
22
测力矩板手 图图44--1122测测力力矩矩扳扳手手
六角头螺栓
双头螺柱
六角螺母 六角开槽螺母
内六角圆柱头螺钉 开槽圆柱头螺钉 开槽沉头螺钉 紧定螺钉
平垫圈
弹簧垫圈
圆螺母用止动垫圈
圆螺母
标准连接件
六角螺母
标准连接件
异形螺母
§2-4 螺纹连接的预紧和防松
一般情 况下，螺纹 连接都需要 拧紧，对重 要的螺纹， 必须控制预 紧力的大小， 以保证工作 的可靠性。
ψ Fn
ρ
Fr
v
f Fn
F
ψ
Fa
Fr
ψ -ρ
Fa F
2、螺纹自锁：
分析： F= Fa tg (ψ -)
（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。
ρ
F f Fn
ψ
Fa
（3）其受力状况可以理解为：
拧紧时：作用在滑块上F为一驱动力，轴向载荷 Fa为
一阻力。
若使滑块等速沿斜面上
Fr Fnψ
v
ρ
升，滑块所受三力平衡： F +Fa +Fr=0
F f Fn
ψ
Fa
可得： F= Fa tg (ψ+)
Fr
ψ +ρ
Fa F
松开时：
相当于使滑块等速沿斜 面下滑，轴向载荷 Fa 变为驱动力，F变为维 持滑块等速运动所需的 平衡力。 可得： F= Fa tg (ψ -)
2、螺纹：取一个平面图形沿螺旋线运动并使 平面始终通过圆柱体轴线就 得到螺纹。若改变平面图形 的形状，可得到三角形、梯 形、锯齿形、矩形螺纹。
3、螺纹副： 内外螺纹旋合组成螺旋 副或称螺纹副。
3、常用的螺纹牙型、特
点及应用
三角形螺纹 管螺纹
梯形螺纹 矩形螺纹 矩齿形螺纹
结构：牙形角＝60o
性能：自锁性好,牙根强度高，工艺性好
应用：用于连接 结构：牙形角＝55o 特点：连接紧密，内外螺纹无间隙
应用：密封性要求较高的场合
结构：o 牙形角＝30o
特点：效率较高、牙根强度较大、工艺性好
应用：用于传动 结构：牙形角＝0o 性能：效率较高、牙根强度小、工艺性差 应用：用于传动 结构：工作面的牙型斜角为3°
非工作面的牙型斜角为30° 性能：效率较高、牙根强度较大、工艺性好 应用：用于单向受力的螺纹连接或螺旋传动
成立。
左 旋
2、从端部沿轴线看
右 旋
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
三、螺纹的主要几何 参数： 1）大径（外径）d— 与外（内）螺纹牙顶
（底）相重合的假想圆柱体直径，亦称公称直径。 2）小径（内径）d1 — 与外螺纹牙底相重合的 假想圆柱体直径。 3）中径d2 —假想圆柱面的直径，该圆柱的母线上 牙形沟槽和凸起宽度相等。
b) 铰制孔用螺栓连接：
装配后无间隙，主要 承受垂直于螺栓轴线的横 向载荷，也可作定位用， 采用基孔制过渡配合铰制 孔螺栓连接
2、螺钉连接
螺钉直接旋入被连接的 螺孔，结构比较简单，这种连 接不宜经常装拆，以免被连件 的螺纹孔磨损而修复困难。
3、双头螺柱连接 多用于较厚的被连接件或
为了结构紧凑而采用盲孔的连 接。允许多次装拆，而不会损 坏被连接零件。其中一被连接 件需要切制螺纹螺杆，螺柱两 端无钉头，但均有螺纹，装配 时一端旋入被连接件，另一端 配以螺母。拆装时只需拆螺母， 而不将双头螺栓从被连接件中 拧出。
3、防松办法及措施
螺纹防松是防止螺纹副的相对转动。常用的方法见教材P 71表5-3。
利用摩擦
常用方法
直接锁住 破坏螺纹副
螺纹联接的预紧与防松 防松方法
螺纹联接的预紧与防松 防松方法
螺纹联接的预紧与防松 防松方法
螺纹联接的预紧与防松 防松方法
§2-5 螺栓连接强度计算
螺栓的主要失效形式有：
螺距、导程、线数之间关系：S=nP
dddd2dd2 2 dd1d1 1
PPP LL=L=n=nPn(P(Pn(n=n=2=)2)2) LLL
ddddd2d22dd1d1 1
hhh
7）螺纹升角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
≠ 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：
唯一差别是：法向力比矩形螺纹大。（忽略升角ψ的影响）
在Fa的作用下，法向反力比矩形螺纹大：
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。