哈尔滨工程大学机械设计课件3螺纹联接与螺旋传动
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使滑块等速运动所需要的水平力 等速上升： F=Fatan(ψ+ρ) 等速上升所需力矩：T= Fd2/2= Fatan(ψ+ρ)d2/2
等速下降： F=Fatan(ψ—ρ)
9
等速下降所需力矩：T= Fd2/2=Fatan(ψ—ρ)d2/2
3-2螺纹联接
三、螺纹副的受力、效率与自锁
2、螺纹的自锁 螺母等速松退时的受力分析：此时相当于滑块沿斜面等速下滑，由力的封 闭三角形，得： 若ψ≤ρ，则F≤0，这时必须加一反向作用力F才会使滑块下滑， 若不加外力，则不论Fa有多大，滑块也不会下滑，这种现象叫"自锁"。自锁条 件：ψ≤ρ
（2）梯形螺纹（α=30°） 效率较高，牙根强度高，对中好， 磨损后用剖分螺母补偿间隙—常用
（3）锯齿形螺纹（ β工=3° 、β非工=30°） 兼备矩形、梯形螺纹的优点， 非工作面牙根圆角大，强度高
三角形 矩Biblioteka Baidu 梯形 矩齿形
矩形螺纹
梯形螺纹
锯齿形螺纹 8
3-2螺纹联接
三、螺纹副的受力、效率与自锁
三、矩形螺纹（牙型角α=00）螺纹副的受力、效率与自锁
12
3-2螺纹联接
三、螺纹副的受力、效率与自锁
13
3-3螺纹联接的类型与标准联接件
一、螺纹联接类型
1、螺栓联接—被联件较薄、易做成通孔处，可经常拆卸。
3-2螺纹
一、螺纹联接的基础知识
一、螺纹联接的基础知识 1、螺旋线与螺纹
（1）定义：动点绕定轴匀速圆周运动， 并沿轴线方向匀速 上升，动点轨迹为螺旋线。
（2）直观：直角三角形斜边与圆柱体表面的交线
2、螺纹分类
（1）螺纹位置：内、外螺纹
（2）母体形状：圆柱、圆锥螺纹
（3）牙型：三角形、矩形、梯形、矩齿形
（4）旋向：左、右
5
3-2螺纹联接
一、螺纹联接的基础知识
3、普通螺纹的主要参数
大径d－公称直径（查标准） 小径d1－计算直径（强度计算） 中径d2－几何直径（几何计算） 螺距P－相邻螺牙对应点间轴向距离 线数n－螺纹螺旋线的数目
导程S－同一螺线相邻螺牙对应 点间的轴向距离 S=nP
升角ψ－螺旋线的切线与垂直于
（2）管螺纹（α=55°） （英制） — 一般管路联接 圆柱：螺纹中线与管轴线平行 牙顶圆角，旋合后无隙，密封性好 圆锥：螺纹中线与管子轴线不平行，自密封性好
普通螺纹
管螺纹 7
3-2螺纹联接
二、常用螺纹的种类、特点和应用
2、传动螺纹：要求效率高
（1）矩形螺纹（α=0°） 效率高，牙根强度差，磨损难补偿
螺纹的牙型角α≠0时的螺纹为非矩形螺纹，如教材图3—5b所示。非矩形螺纹
的螺杆和螺母相对转动时，可看成楔形滑块沿楔形斜面移动；
平面时法向反力FN=Fa;
平面时摩擦力Ff =fFN =fFa;
楔形面时法向反力FN=Fa/cosβ；楔形面摩擦力Ff =fFN =fFa/ cosβ;
令f' =f/ cosβ称当量摩擦系数。与当量摩擦系数对应的摩擦角称为当量摩擦角， 用ρ/ 表示。拧紧螺母时所需的水平推力及转矩：由于矩形螺纹与非矩形螺纹 的运动关系相同，将ρ/代替ρ后可得：
3、螺旋副的效率 螺旋副效率为有效功W2与输入功W1之比。螺母在力矩T作用下转动一周时，
输入功W1=2лT，此时升举重物所作的有效功W2= Fa S；故螺旋副的效率为：
W2 W1
Fa S
2T
Fa
Fad2 tan
tan d2
2
2
tan
tan
10
3-2螺纹联接
三、螺纹副的受力、效率与自锁
4 、非矩形螺纹
11
3-2螺纹联接
三、螺纹副的受力、效率与自锁
使滑块等速运动所需要的水平力 等速上升： F=Fatan(ψ+ρ/) 等速上升所需力矩： T= Fd2/2= Fatan(ψ+ ρ/)d2/2 等速下降： F=Fatan(ψ-ρ/) 等速下降所需力矩： T= Fd2/2= Fatan(ψ-ρ/)d2/2 自锁条件：ψ≤ ρ/ 效率为：
tan tan
/
由于三角形螺纹的β=α/2=300；梯形螺纹β=α/2=150；锯齿形螺纹β=30；矩 形螺纹β=00，所以各种螺纹的当量摩擦系数之间有如下关系：
f/三角＞f/梯形＞f/锯齿＞f/矩形 可见，三角形螺纹的f/大，自锁性能好，且牙根强度高，故常用于联接 。梯形、 锯齿形及矩形螺纹，多用于传动。
第三章 螺纹联接与螺旋传动
目录
3-1概述
一、联接的作用 二、联接的分类
3-2螺纹
一、螺纹基础知识 二、常用螺纹的类型、特点和应用 三、螺纹副的受力、效率和自锁
3-3螺纹联接类型和标准联接件
一、螺纹联接的类型
二、标准联接件
3-4螺纹联接的预紧和防松
2
目录
3-5螺纹联接的设计计算
一、设计步骤 二、受力分析与强度计算 三、螺栓组联接的结构设计 四、螺栓联接件的材料与许用应力 五、提高螺栓联接强度的措施
3-6螺旋传动
3
3-1概述
一、联接的作用 零件 联接 构件 联接 部件 联接 机器
二、联接的分类
1、动联接：被联接零件可相对运动—运动副
2、静联接：被联接零件无相对运动—构件
（1）可拆联接：螺纹、键、销、成型联接
（2）不可拆联接：铆接、焊接、胶结
（3）过盈配合：温差法装入—可拆
压如法装入—不可拆
4
螺纹轴线的平面间的夹角
β
arctan S
牙型角α－螺纹轴截面 d内2 ，牙型两侧边的夹角 牙侧角β－螺纹轴截面内，牙型侧边与横截面的夹角
工作高度h－内外螺纹旋合后的接触面的径向高度
6
3-2螺纹联接
二、常用螺纹的种类、特点和应用
二、常用螺纹的种类、特点和应用
1、联接螺纹：要求自锁—三角形螺纹
（1）普通螺纹（α=60°） 粗牙：常用的联接螺纹 细牙：用于薄壁件或密封处
1、受力分析
螺纹副中，螺母所受到的轴向载荷Fa是沿螺纹各圈分布的，为便于分析，用集中载荷 Fa代替，并设Fa作用于中径d2圆周的一点上。这样，当螺母相对于螺杆等速旋转时， 可看作为一滑块(螺母)沿着以螺纹中径d2展开，斜度为螺纹升角ψ的斜面上等速滑动。
Fa
匀速拧紧螺母时，相当于以水平力推力F推动 滑块沿斜面等速向上滑动。设法向反力为Fn， 则摩擦力为fFn ，f为摩擦系数，ρ 为摩擦角， ρ = arctan f。由于滑块沿斜面上升时，摩擦 力向下，故总反力FR与Fa的的夹角为ψ+ρ 。 由力的平衡条件可知，FR、F和Fa三力组成力 封闭三角形，由图可得：
等速下降： F=Fatan(ψ—ρ)
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等速下降所需力矩：T= Fd2/2=Fatan(ψ—ρ)d2/2
3-2螺纹联接
三、螺纹副的受力、效率与自锁
2、螺纹的自锁 螺母等速松退时的受力分析：此时相当于滑块沿斜面等速下滑，由力的封 闭三角形，得： 若ψ≤ρ，则F≤0，这时必须加一反向作用力F才会使滑块下滑， 若不加外力，则不论Fa有多大，滑块也不会下滑，这种现象叫"自锁"。自锁条 件：ψ≤ρ
（2）梯形螺纹（α=30°） 效率较高，牙根强度高，对中好， 磨损后用剖分螺母补偿间隙—常用
（3）锯齿形螺纹（ β工=3° 、β非工=30°） 兼备矩形、梯形螺纹的优点， 非工作面牙根圆角大，强度高
三角形 矩Biblioteka Baidu 梯形 矩齿形
矩形螺纹
梯形螺纹
锯齿形螺纹 8
3-2螺纹联接
三、螺纹副的受力、效率与自锁
三、矩形螺纹（牙型角α=00）螺纹副的受力、效率与自锁
12
3-2螺纹联接
三、螺纹副的受力、效率与自锁
13
3-3螺纹联接的类型与标准联接件
一、螺纹联接类型
1、螺栓联接—被联件较薄、易做成通孔处，可经常拆卸。
3-2螺纹
一、螺纹联接的基础知识
一、螺纹联接的基础知识 1、螺旋线与螺纹
（1）定义：动点绕定轴匀速圆周运动， 并沿轴线方向匀速 上升，动点轨迹为螺旋线。
（2）直观：直角三角形斜边与圆柱体表面的交线
2、螺纹分类
（1）螺纹位置：内、外螺纹
（2）母体形状：圆柱、圆锥螺纹
（3）牙型：三角形、矩形、梯形、矩齿形
（4）旋向：左、右
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3-2螺纹联接
一、螺纹联接的基础知识
3、普通螺纹的主要参数
大径d－公称直径（查标准） 小径d1－计算直径（强度计算） 中径d2－几何直径（几何计算） 螺距P－相邻螺牙对应点间轴向距离 线数n－螺纹螺旋线的数目
导程S－同一螺线相邻螺牙对应 点间的轴向距离 S=nP
升角ψ－螺旋线的切线与垂直于
（2）管螺纹（α=55°） （英制） — 一般管路联接 圆柱：螺纹中线与管轴线平行 牙顶圆角，旋合后无隙，密封性好 圆锥：螺纹中线与管子轴线不平行，自密封性好
普通螺纹
管螺纹 7
3-2螺纹联接
二、常用螺纹的种类、特点和应用
2、传动螺纹：要求效率高
（1）矩形螺纹（α=0°） 效率高，牙根强度差，磨损难补偿
螺纹的牙型角α≠0时的螺纹为非矩形螺纹，如教材图3—5b所示。非矩形螺纹
的螺杆和螺母相对转动时，可看成楔形滑块沿楔形斜面移动；
平面时法向反力FN=Fa;
平面时摩擦力Ff =fFN =fFa;
楔形面时法向反力FN=Fa/cosβ；楔形面摩擦力Ff =fFN =fFa/ cosβ;
令f' =f/ cosβ称当量摩擦系数。与当量摩擦系数对应的摩擦角称为当量摩擦角， 用ρ/ 表示。拧紧螺母时所需的水平推力及转矩：由于矩形螺纹与非矩形螺纹 的运动关系相同，将ρ/代替ρ后可得：
3、螺旋副的效率 螺旋副效率为有效功W2与输入功W1之比。螺母在力矩T作用下转动一周时，
输入功W1=2лT，此时升举重物所作的有效功W2= Fa S；故螺旋副的效率为：
W2 W1
Fa S
2T
Fa
Fad2 tan
tan d2
2
2
tan
tan
10
3-2螺纹联接
三、螺纹副的受力、效率与自锁
4 、非矩形螺纹
11
3-2螺纹联接
三、螺纹副的受力、效率与自锁
使滑块等速运动所需要的水平力 等速上升： F=Fatan(ψ+ρ/) 等速上升所需力矩： T= Fd2/2= Fatan(ψ+ ρ/)d2/2 等速下降： F=Fatan(ψ-ρ/) 等速下降所需力矩： T= Fd2/2= Fatan(ψ-ρ/)d2/2 自锁条件：ψ≤ ρ/ 效率为：
tan tan
/
由于三角形螺纹的β=α/2=300；梯形螺纹β=α/2=150；锯齿形螺纹β=30；矩 形螺纹β=00，所以各种螺纹的当量摩擦系数之间有如下关系：
f/三角＞f/梯形＞f/锯齿＞f/矩形 可见，三角形螺纹的f/大，自锁性能好，且牙根强度高，故常用于联接 。梯形、 锯齿形及矩形螺纹，多用于传动。
第三章 螺纹联接与螺旋传动
目录
3-1概述
一、联接的作用 二、联接的分类
3-2螺纹
一、螺纹基础知识 二、常用螺纹的类型、特点和应用 三、螺纹副的受力、效率和自锁
3-3螺纹联接类型和标准联接件
一、螺纹联接的类型
二、标准联接件
3-4螺纹联接的预紧和防松
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目录
3-5螺纹联接的设计计算
一、设计步骤 二、受力分析与强度计算 三、螺栓组联接的结构设计 四、螺栓联接件的材料与许用应力 五、提高螺栓联接强度的措施
3-6螺旋传动
3
3-1概述
一、联接的作用 零件 联接 构件 联接 部件 联接 机器
二、联接的分类
1、动联接：被联接零件可相对运动—运动副
2、静联接：被联接零件无相对运动—构件
（1）可拆联接：螺纹、键、销、成型联接
（2）不可拆联接：铆接、焊接、胶结
（3）过盈配合：温差法装入—可拆
压如法装入—不可拆
4
螺纹轴线的平面间的夹角
β
arctan S
牙型角α－螺纹轴截面 d内2 ，牙型两侧边的夹角 牙侧角β－螺纹轴截面内，牙型侧边与横截面的夹角
工作高度h－内外螺纹旋合后的接触面的径向高度
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3-2螺纹联接
二、常用螺纹的种类、特点和应用
二、常用螺纹的种类、特点和应用
1、联接螺纹：要求自锁—三角形螺纹
（1）普通螺纹（α=60°） 粗牙：常用的联接螺纹 细牙：用于薄壁件或密封处
1、受力分析
螺纹副中，螺母所受到的轴向载荷Fa是沿螺纹各圈分布的，为便于分析，用集中载荷 Fa代替，并设Fa作用于中径d2圆周的一点上。这样，当螺母相对于螺杆等速旋转时， 可看作为一滑块(螺母)沿着以螺纹中径d2展开，斜度为螺纹升角ψ的斜面上等速滑动。
Fa
匀速拧紧螺母时，相当于以水平力推力F推动 滑块沿斜面等速向上滑动。设法向反力为Fn， 则摩擦力为fFn ，f为摩擦系数，ρ 为摩擦角， ρ = arctan f。由于滑块沿斜面上升时，摩擦 力向下，故总反力FR与Fa的的夹角为ψ+ρ 。 由力的平衡条件可知，FR、F和Fa三力组成力 封闭三角形，由图可得：