第三章螺纹连接

F F a tan( )
16
螺旋副的效率为：
tan( ) tan
'
由公式可知，若
ψ≤
，则
'
≤0，
则螺旋副的自锁条件：

17
2、非矩形螺纹
在相同的轴向载荷的作用下，非矩形螺旋副中的法向力：
18
Fa d 2 tan( ) 同样我们可以得到螺纹力矩： T 2

——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角
牙型斜角β——螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角 9) 螺纹的工作高度h ——表示内外螺纹沿径向的接触高度
arctgS / d 2
arctg nP d 2
11
3.3 螺旋副的受力分析、效率和自锁
1、矩形螺纹
螺旋副是由外螺纹（螺杆）和 内螺纹组成的运动副，经过简化可 以看作推动滑块（重物）沿螺纹表 面运动（如图所示）。
41
3) 受转矩T的螺栓组连接
a、普通螺栓连接
由力矩平衡条件：
T 0
r1 fF0 fF0 r2 fF0 rZ CT
CT CT F0 z f r1 r2 ... rz f ri
i 1
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b、铰制孔螺栓连接
由力矩平衡条件
T 0
F1 r1 F2 r2 FZ rZ T

有密封要求时，采用金属薄垫片 或者采用O形密封圈
0.7d
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2．改善螺纹牙间的载荷分布不均现象
螺母和螺杆均发生变 形，使受载不均匀。
加厚螺母不能提高连接强度
措施: 采用均载螺母 常用的方法有：1）将螺母设计成受拉伸的； 2）在螺母的旋入端最初螺纹上制出倒角 3）采用均载钢丝套
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悬置螺母
拉伸变形，从而使螺纹牙上载荷分布趋于均匀；
4 1 .3 F0

式中：F0 ——预紧力 N T1 ——螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称 螺纹扭矩，N.mm
49
3.7
螺纹连接件的材料及许用应力
低碳钢和中碳钢
1. 螺纹连接件的材料
螺栓级别（十级）: 带点数字表示 ， 点前数字为 b / 100 点后数字为 10 s / b 如：4．8 表示：σb=400Mpa ，σs=320Mpa
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5）避免螺栓承受偏心载荷
防偏载措施：a）凸台；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片
(c)
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2、螺栓组受力分析
前提（假设）： ① 被连接件为刚性不变形，只有地基变形。 ② 各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同 ③ 受力后材料变形在弹性范围内 ④ 接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保 持平面
螺栓组所受载荷类型 横向载荷 轴向载荷 转矩 倾覆力矩
螺旋副
4
螺纹的牙型:
30º 15º 3º 30º
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
六种螺纹
5
连接螺纹 传动螺纹
6
内螺纹
外螺纹
潘存云教授研制
潘存云教授研制
7
圆柱螺纹
圆锥螺纹
潘存云教授研制 潘存云教授研制
管螺纹
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3、螺纹的主要参数
1）外径（大径）d（D）——螺纹最大的直径，亦称公称直径 2）内径（小径）d1(D1) 3）中径d2 ——螺纹最小的直径
3.1 概述
常用的机械连接方法分类如下：
机械动连接 铆接、焊接、胶接 不可拆卸连接 （这种连接拆卸时会 损坏其中一个零件） 机械连接 螺纹连接 机械静连接 ( 重点） 可拆卸连接 键及无键连接 销连接
2
3.2 螺纹
1、螺纹的形成
如用一个三角形沿螺旋线运动并使平面始终通过圆柱体轴线这样就构 成了三角形螺纹。同样改变平面图形，可得到矩形、梯形、锯齿形、管螺 纹。
d2
3
2、螺纹的类型
按牙型: 三角形螺纹、管螺纹 ——连接螺纹
矩形、梯形、锯齿形螺纹——传动螺纹 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
2）传动形式： a) 螺杆转螺母移 b) 螺杆又转又移（螺母固定）——用得多 c) 螺母转螺杆移 d) 螺母又转又移（螺杆固定）——用得少
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3）螺旋传动类型
传力螺旋——举重器、千斤顶、加压螺旋； 传导螺旋——机床进给丝杠； 调整螺旋——机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。
3种螺旋
60
滑动螺旋——构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动
因为不控制的紧螺栓连接，易过载，所以设计时应取 较 大的完全系数。控制预紧力时可取较小的安全系数。
51
3.8
提高螺栓连接强度的措施
1、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 降低螺栓的刚度： ⑴增加螺栓长度 ⑵采用腰状杆螺栓或空心螺 栓 增大被连接件的刚度：不用垫片或采用刚度较大的垫片
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宜采取措施:
采用柔性结构：加弹性元件、 或采用柔性螺栓。
27
2．预紧力控制方法
测力矩板手——测出预紧力矩，如图 定力矩板手——达到固定的拧紧力矩T 时，弹簧受压将 自动打滑，如下图 测量预紧前后螺栓伸长量——精度较高
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3、防松方法
常用的防松方法有三种：摩擦防松、机械防松和永久防松。 1）摩擦防松
29
2）机械防松：
30
3）永久防松：端铆、冲点、点焊、粘合 涂粘合剂 用冲头冲2~3点 1~1.5P 冲点防松法 粘合法防松
tan 螺旋副效率： tan( )
螺旋副自锁条件：
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3.4 螺纹连接的类型和标准连接件
1、螺纹连接主要类型
（1）螺栓连接 a 普通螺栓 b 铰制孔螺栓
潘存云教授研制
潘存云教授研制
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（2）双头螺柱连接
潘存云教授研制
（3）螺钉连接
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（4）紧定螺钉连接——拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面以固定零件的 相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。
F1 F2 FZ r1 r2 rZ
（变形协调条件）
Fi F F max Fi maxri ri rmax rmax

Fmax
T rmax
Z 2 r i i 1
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问题讨论：凸缘连轴器螺栓的受力？
普通螺栓连接 铰制孔螺栓连接
CT F0 fzr
T F zr
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3、单个螺栓的强度计算
[ ] S / s
σs——材料屈服极限MPa S——安全系数 Fa
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2) 紧螺栓连接的强度计算
横向载荷 转矩 采用普通螺栓
F0
F0
CF fzm
CT
z
连接受
拉应力σ
f ri
i 1
拉应力——

F0

4
d 12
螺纹摩擦力矩T1—扭切应力τ
47
扭切应力:

T 1 16 F
12
将矩形螺纹沿中径d2处展开，得一倾斜角为ψ（即螺纹升角）的斜面， 斜面上的滑块代表螺母，螺母和螺杆的相对运动可以看作滑块在斜面上的运 动。
F
滑块在斜面上匀速上升时的受力图
13
摩擦力 摩擦角
F f f Fn
arctan f
根据平衡条件作力 F 封闭图得：
F Fa tan( )
受拉螺栓 单个螺栓的失效形式： 受剪螺栓 经常拆卸 塑性变形 （ 螺纹部分） 疲劳断裂 --轴向变载荷 剪断 压溃 螺杆和孔壁的贴合面 滑扣 因经常拆装
断裂
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1）松螺栓连接
强度条件为：
Fa

4
[ ] ——验算用
Fa
d 12
4Fa [ ]
d1
——设计用
d1——螺杆危险截面直径（mm） [σ]——许用拉应力 (MPa)
均载 元件
环槽螺母 内斜螺母
均载原理相同螺母也受拉；
作用点外移可使载荷较大的头几圈螺纹牙容易变形；
内斜螺母与环槽螺母 加工复杂，仅用在重要场合或大型连接。 钢丝螺套
10~15˚ 悬置螺母 环槽螺母 内斜螺母
10~15˚ 内斜与环槽螺母
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3．减小应力集中的影响
增大过渡圆角 切制卸载槽 卸载过渡结构
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4．避免或减小附加应力
要从结构、制造与装配精度采取措施
采用球面垫圈和腰环 螺栓可以保证螺栓的 装配精度
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5、采用合理制造工艺
冷镦头部、辗压螺纹
表面处理： 氰化、氮化也能提高疲劳强度。
合理的金属流线
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3.9
1）应用
螺旋传动
1、螺旋传动的类型、特点与应用
将回转运动变为直线运动或将直线运动变为回转运动，同 时传递运动或动力。
5种连接
特殊连接：地脚螺栓连接 , 吊环螺钉连接
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2、螺纹连接件 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 铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小螺母
2）双头螺柱——两端带螺纹
A型——有退刀槽 B型——无退刀槽
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3）螺钉
与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹
4）紧定螺钉
—— 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的圆柱 面的直径，d2≈0.5(d+d1)
9
4）螺 距 P
——相邻两牙对应两点间的轴向距离
5）导程 S ——沿同一条螺旋线旋转一周的轴向距离 6）线 数 n ——螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4 螺距、导程、线数之间关系：S=nP
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