螺纹连接和螺旋传动(1)

S=P
S=2P
按母体形状分
单线螺纹
多线螺纹
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
纹 的
按螺旋线的根数分
单线螺纹 多线螺纹
分 类
按回转体的内外表面分
外螺纹 内螺纹
按螺旋的作用分
按母体形状分
螺纹副
内螺纹
潘存云教授研制
外螺纹
潘存云教授研制
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
第5章 螺纹连接和螺旋传动
§5－0 引言 §5－1 螺纹 §5－2 螺纹连接的类型及标准连接件 §5－3 螺纹连接的预紧
§5－4 螺纹连接的防松 §5－5 螺纹连接的强度计算 §5－6 螺栓组连接的设计 §5－7 螺栓的材料和许用应力 §5－8 提高螺栓连接强度的措施 §5－9 螺旋传动
§5-0 引 言
60˚
P
P
P
粗牙
d
细牙 d
细牙 d
梯形螺纹： β= 15º 锯齿形螺纹:β= 3º
30º
常用于传动。
为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角 β比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时， 梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。 锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向 传动。
梯形 螺纹的基本尺寸：
(直2径)小。径 d1 与外螺纹牙底(或
内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱 体的直径。
d d2 d1
h
(3)中径d2 也是一个假想圆柱
的直径，该圆柱的母线上牙型沟 槽和凸起宽度相等。
(4)螺距P 相邻两牙在中径线
ψ
上对应两点间的轴向距离。
(5)导程S S = nP
同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P
潘存云教授研制
H2 l1
H1
H
H2 l1
H1
H
e d
e
a
3、紧定螺钉连接
紧定螺钉连接用于固定两个零件的 相对位置并可传递不大的力或转矩。
紧定螺钉
潘存云教授研制
二、螺纹紧固件
1、螺栓
螺栓的结构形式
L L0
d
六角头
L L0
d
小六角头
2、双头螺柱
L
L1
L0
d
L1 ——座端长度 L0 ——螺母端长度
3、螺钉、紧定螺钉 头部 结构
P
R1
R2 ac
30˚
ac
内螺纹
R2
H4
D4
D1
外螺纹
d D2 d2 d3
H1
标记示例：Tr48× 8
(梯形螺纹，直径48，螺距8)
螺距 螺纹牙高 牙顶间隙
公称直径d
中 径 内螺纹小径
P
h3=H4 ac
第1系列
第2系列
D2 d2
D1
4 2.25 0.25 16、18
d-2 d-4
5 2.75 0.25 24、28 22、26 d-2.5 d-5
§5－3 螺纹连接的防松
防松——防止螺旋副相对转动。连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温 度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变 载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可
能松动而失效。高温下的螺栓连接，由于温度变形差
防松的方法
异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计 时必须考虑防松，即防止相对转动。
2.459
3.242
4.134
4.918
6.647
8.376 1.25, 1 0.75
10.106 1.5, 1.25 0.5
11.835 13.835
15.294 17.294 19.294 20.752 23.752 26.211
0.35 0.5
1.5, 1 2, 1.5, 1
梯形螺纹基本尺寸 mm
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
双头螺柱连接
其他螺纹连接类型
紧定螺钉连接 地脚螺栓连接 吊环螺栓连接 T型槽螺栓连接
紧定螺钉连接
紧定螺钉连接
锥端紧定螺钉
平端紧定螺钉
地脚螺栓连接
吊环螺栓连接
吊环螺栓连接
T型槽螺栓连接
§5－3 螺纹连接的预紧
60˚圆锥管螺纹
管螺纹的公称直径不是螺纹大径而近似等于管子的公称通径。与普通螺纹不同
55 ˚
55 ˚
d
d2d1
P
非螺纹密封的管螺纹
d
d2d1
P
φ
2φ
用螺纹密封的管螺纹
§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 e 1、螺栓连接
a可承受横d向载荷
用于经常拆装易磨损之处。
l1
孔与螺杆之 间留有间隙
由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中 很多零件需要彼此联接。 机械零件之间的联接分为：
静联接：被联接件之间相互完全固定。（形锁合、摩擦锁合、材料锁合）
动联接：被联接件之间能产生一定的相对运动。例如：运动副。
本课程介绍的联接主要是静联接。
联接的类型：
可拆
联 联接 接 过盈联接
不可拆 联接
B级 受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接 C级 用于一般连接，最常用
普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种 螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺 纹。 粗牙螺纹应用最广。
细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高
缺点：不耐磨，易滑扣。
应用：薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。
6 2.25 0.5 32、36 30、34 d-3 d-6
8 6.5 0.5 48、52 46、50 d-4 d-8
10 5.5 0.5 40、70、80 38、42、65 d-5 d-10
12 6.5 0.5 90、100 85、95 d-6 d-12
管螺纹
普通细牙螺纹
非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁α = 55˚） 用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁α = 55˚）
末端 结构
4、专用螺纹连接
起吊螺钉
潘存云教授研制
地脚螺栓
T 型螺栓
5、螺母 国标罗列有６０余种不同结构的螺母
用于经常拆装易磨损之处。
六角螺母
六角扁螺母 六角厚螺母
用于尺寸受限制之处。
圆螺母
6、其它螺母：
潘存云教授研制
潘存云教授研制
7、垫圈
作用：增加支撑面积以减小压 强，避免拧紧螺母擦伤表面、 防松。
P——螺距
d1=d-1.0825
Dd D2 d2 D1 d1
标记示例： M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3) M24× 1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5)
公称直径（大径）
Dd
螺距P
3
0.5
4
0.7
5
0.8
6
1
8
1.25
10
1.5
12
1.75
(14)
2
16
2
(18)
2.5
20
2.5
(20)
1. 利用附加摩擦力防松
弹簧垫圈
对顶螺母
尼龙圈锁紧螺母
2. 采用专门防松元件防松
潘存云教授研制
潘存云教授研制 潘存云教授研制
开口销与六 角开槽螺母
止动垫圈
圆螺母用止动垫圈
串联钢丝
3. 其它方法防松
用冲头冲2至3点
涂粘合剂
3º
锯齿形 30º
粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本 尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。
直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm
P/8
P P/8
60˚
P/230˚
90˚
P/4
H/4
P/8
H=0.866P d2=d-0.6495P PD、d ——内、外螺纹大径 D2、d2——内、外螺纹中径 D1、d1——内、外螺纹小径
预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其 材料的屈服极限ss的80%。
碳素钢螺栓： 合金钢螺栓：
F0≤(0.6～0.7) σs A1 F0 ≤(0.5～0.6) σs A1
A1 ——危险截面积， A1 ≈πd21/4
二ຫໍສະໝຸດ Baidu 拧紧力矩
设预紧力为F0 或预紧力（不受轴向载荷）
d
总力矩
TT T1 T2
一、概述
一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作 用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对 螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。
预紧力：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工
作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。
预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连 接件间出现缝隙或发生相对移动。
2、螺钉连接和双头螺柱连接
螺钉连接用于结构简单，省 了螺母，不宜经常拆装，以 免损坏螺孔而修复困难。
双头螺柱连接连接件厚，允许拆装。
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 螺纹孔深度 H1=H+(2～ 2.5)P; 钻孔深度 H2=H1+(0.5～ 1)d;
l1
螺纹余留长度l1 ; 静载荷l1>=(0.3～0.5)d ; 变载荷l1>=0.75d ; 冲击载荷或弯曲载荷l1≥d ; 铰制孔用螺栓l1≈d ; 螺纹伸出长度a=(0.2～0.3)d ;
螺栓轴线到被连接件边缘的
距离 e=d+(3～6) mm
a d
普通螺栓
潘存云教授研制
铰制孔用螺栓
潘存云教授研制
纹 的
按螺旋线的根数分
分 类 按回转体的内外表面分
按螺旋的作用分
按母体形状分
按螺纹的牙型分
矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹
螺 纹 的
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
按螺旋线的根数分
单线螺纹 多线螺纹
n线螺纹:S = n·P 一般: n ≤ 4
分 按回转体的内外表面分 类
SP
SP P
按螺旋的作用分
FF00dd22 22
ttagn((
v
)
fc F0rf
T1 ——克服螺纹副相对转动的阻力矩；
T2 ——克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；
d0
fc ——摩擦因子。 无润滑时取 fc =0.15
Fa
rf ——支撑面摩擦半径 P69
T
简化公式 T ≈ 0.2 F d 适0 用于M10M-64的粗牙螺纹， f’=0.15, fc=0.15,
(与6垂)螺直于纹螺升纹角轴ψ线的中平径面d2的圆夹柱角上，螺旋线的切线tanψ=πndP2
(7)牙型角 α 轴向截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的夹角。
牙侧角 β
α ββ
(8)接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的
径向高度。
螺纹的精度等级:
S ψ
πd2
A级 公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
按螺纹的旋向分
螺
纹 按螺旋线的根数分 的
分 类
按回转体的内外表面分
按螺旋的作用分
按母体形状分
螺纹的牙型
30º
15º
30º
3º
矩形螺纹
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
潘存云教授研制
潘存云教授研制
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺 按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
A型平垫圈
B型平垫圈
平垫圈
薄平垫圈
圆螺母用止动垫圈
弹簧垫圈
斜垫圈
普通螺栓连接
普通螺栓联接
普通螺栓联接
普通螺栓联接
普通螺栓联接
普通螺栓联接
普通螺栓联接
铰制孔用螺栓联接
铰制孔用螺栓联接
铰制孔用螺栓联接
铰制孔用螺栓联接
螺钉联接
螺钉联接
螺钉联接
螺钉联接
螺钉联接
螺钉连接
螺钉连接
右旋螺纹 左旋螺纹
纹 的
按螺旋线的根数分
单线螺纹 多线螺纹
分 类
按回转体的内外表面分
外螺纹 内螺纹
按螺旋的作用分
连接螺纹 传动螺纹
按母体形状分
圆柱螺纹 圆锥螺纹
潘存云教授研制
圆柱螺纹
圆锥螺纹
潘存云教授研制
管螺纹
潘存云教授研制
二、螺纹的主要几何参数
P/2P/2
PS
(1)大径d 与外螺纹牙顶(或内
螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的
螺纹联接
键联接、花键联接、销联接
弹性环联接等
铆接 焊接
（介于两者之间）
粘接
§5－1 螺 纹
一、螺纹的形成
螺旋线——一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，
同时沿轴向作等速移动的轨迹。
螺纹——一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆
柱体的轴线，就得到螺纹。
d2
螺纹
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
纹 的
按螺旋线的根数分
单线螺纹 多线螺纹
分 类
按回转体的内外表面分
外螺纹 内螺纹
按螺旋的作用分
连接螺纹 传动螺纹
螺旋传动
按母体形状分
潘存云教授研制
连接螺纹
潘存云教授研制
传动螺纹
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
2.5
24
3
(27)
3
30
3.5
粗牙 中径 D2 d2 2.675 3.545 3.545 5.350 7.188 9.026
10.863
12.701 14.701 16.376 18.376 20.376 22.052 25.052 27.727
注：括号内的公称直径为第二系列
细牙
小径 D2 d2
螺距P
预紧力控制方法: 通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的， 重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。
(1)凭手感经验 (2)测力矩扳手
F
(3)定力矩扳手 P69
(4)测定伸长量
测力矩扳手
LLSS LM
定力矩扳手
连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动 松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有 可能松动。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象 （如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。