螺纹连接设计
机械设计螺纹连接设计
σPmin =σP − ∆σPmax
＞0
§5-6 螺纹联接的强度计算
1 螺纹联接的失效形式和设计准则 螺纹联接的失效形式和设计准则 2 松螺栓联接的强度计算 3 紧螺栓联接的强度计算
潘存云教授研制
1 螺纹联接的失效形式和设计准则 螺纹联接的失效形式和设计准则
受拉螺栓 轴向力作用下螺栓杆和螺纹部分发生 塑性变形或断裂
紧螺栓联接 强度计算
⑵受横向工作载荷的紧螺栓联接 受横向工作载荷的紧螺栓联接
⑶同时受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接 同时受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接
3 紧螺栓联接的强度计算 仅受预紧力的紧 ⑴仅受预紧力的紧螺栓联接
拉伸应力（预紧力 拉伸应力（预紧力F0 ）
F0
σ =
F0 1 πd 4
2 1
扭转切应力（螺纹摩擦力矩 扭转切应力（螺纹摩擦力矩T1 ）
= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⋅ =
δ max
Fmax
假设底板为完全刚体
δ i ∝ ri
∴
F1 F2 Fz Fmax = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⋅ = = r1 r2 rz rmax
例：联轴器
r1 = r2 = ⋅⋅⋅ = rz = r T ∴F= zr
（3）受轴向载荷的螺栓组联接 ）
总轴向载荷的作用线与螺栓轴 线平行，且通过螺栓组的对称中心。 线平行，且通过螺栓组的对称中心。 可认为每个螺栓上所受轴向工作载 荷都相等。 荷都相等
②铰制孔用螺栓组联接
Fi
铰制孔用螺栓
ri
T
F2 F1
F1r1 + F2 r2 + L + Fz rz = T
z
∑Fr
i =1
i i
=T
螺纹连接设计实验报告
螺纹连接设计实验报告螺纹连接是一种常见的机械连接方式，适用于许多工业领域。
本次实验主要目的是设计一种螺纹连接，并通过实验验证其连接强度和可靠性。
实验材料和装置：1. 材料：螺纹连接零件（两个金属管道），螺纹连接螺母。
2. 装置：螺纹连接试验机。
实验步骤：1. 准备螺纹连接零件：选择合适大小的两个金属管道，确保其表面光滑和无任何损伤。
2. 设计螺纹连接：根据螺纹连接的设计原则，确定螺纹的直径、螺距和螺母的尺寸，并用工具制作螺纹。
3. 进行连接：将螺纹连接螺母旋入其中一个管道，并将另一个管道插入螺纹连接螺母中，手动旋紧。
4. 进行拉力测试：将装有螺纹连接的管道放入螺纹连接试验机中，逐渐加大加载力，直到螺纹连接脱落或者出现明显变形。
5. 记录结果：记录加载力和连接失效的情况，并进行数据分析。
实验结果：经过实验测试，我们得到了以下结果：1. 连接强度：螺纹连接能够承受较大的加载力，在一定程度上确保连接的强度和可靠性。
2. 连接失效形式：在实验中，我们观察到连接失效时出现了螺纹连接脱落和螺纹连接变形两种情况。
这种连接失效形式与实际应用中的情况相对应，使我们更好地了解了螺纹连接的性能。
3. 数据分析：通过对实验数据的分析，我们可以得到螺纹连接的最大承载力和连接变形程度，并与设计要求进行比较。
实验结论：1. 螺纹连接设计合理，具有较高的连接强度和可靠性。
2. 螺纹连接的失效形式主要有螺纹连接脱落和螺纹连接变形两种情况。
3. 实验结果可以为螺纹连接在实际应用中的设计和选择提供一定的理论参考。
总结：通过本次实验，我们深入了解了螺纹连接的设计原理和性能，并通过实验验证了其连接强度和可靠性。
在实际应用中，我们应根据不同的需求选择合适的螺纹连接设计，并对其性能进行全面的评估。
机械设计基础第9章 螺纹连接
ψ
Fa
11
重物下滑过程分析：
ψ
R
当ψ >ρ时
N
v
ρ
滑块在重力作用下会加速下滑
要使其匀速下滑，还要施加少
量的水平力F（F > 0）
F = Fa tan(ψ-ρ）
fN F
ψ
Fa
此时F 由驱动力变为阻力，而Fa由阻力变为驱动力
当ψ ≤ρ时
由于摩擦力过大，重物不能自行下滑，而在斜面上保持静止
要使其下滑需施加反向力， F ≤ 0，此时F 变为驱动力
tan S np d2 d2
ψ
4
二、螺纹的分类
普通螺纹 三角形
粗牙螺纹 一般连接 细牙螺纹 薄壁零件或微调装置
管 螺 纹 管路连接
牙 矩形 型 梯 形 传递运动或传力
锯齿形 (效率高)
牙顶较大圆角，旋合 后无径向间隙，英制
细牙螺纹
5
四种螺纹的牙侧角：
β=0° β=3°
β=15°
β=30°
螺纹旋向： 常用右旋，特殊要求时用左旋
一、螺旋线方向的判定
左(右)手自然展开成掌， 使拇指与螺纹轴线平行，若左 手四个指头的指向与螺纹牙走 向一致，则螺纹为左旋螺纹； 则螺纹为右旋螺纹。(见右图 中左旋螺纹的判定)
二、螺纹轴向力的判定
在螺母固定的情况下，旋动螺杆时，螺杆将沿轴线方 向前进或后退，这说明螺杆受到了一个沿运动方向的作用 力。该作用力方向的判定方法是对左、右旋螺纹分别采用 左、右手定则。具体做法如下：拇指伸直，其余四指握拳， 令四指弯曲方向与螺杆转动方向一致，拇指的指向即是螺 杆前进的方向。
此种现象称为“自锁”，自锁条件是： ψ ≤ρ
12
§9-2 螺纹副受力分析、效率和自锁
螺纹联接设计要点
螺纹联接设计要点（最新版）目录1.螺纹联接设计的重要性2.螺纹联接的基本概念和分类3.螺纹联接设计的要点4.螺纹联接设计中应注意的问题5.结论正文一、螺纹联接设计的重要性螺纹联接是一种广泛应用于机械工程中的连接方式，它具有结构简单、传动效率高、拆卸方便等优点。
在机械设备的设计中，螺纹联接的设计质量直接影响到设备的性能、使用寿命和安全性能。
因此，螺纹联接设计具有重要的意义。
二、螺纹联接的基本概念和分类螺纹联接是指通过螺纹零件将两个或两个以上的零件连接在一起。
根据螺纹的形状和用途，螺纹联接可以分为连接螺纹和传动螺纹。
连接螺纹主要用于零件之间的连接，而传动螺纹主要用于传递力和运动。
三、螺纹联接设计的要点1.选择合适的螺纹类型：根据连接零件的材质、厚度和连接强度要求，选择合适的螺纹类型，如普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿螺纹等。
2.确定螺纹的基本参数：根据螺纹的类型和连接零件的尺寸，确定螺纹的直径、螺距、螺纹长度、螺纹根部圆角等基本参数。
3.设计螺纹连接结构：根据连接零件的形状、尺寸和受力情况，设计合理的螺纹连接结构，确保连接强度和拆卸方便。
4.考虑螺纹的防松措施：为了防止螺纹连接在受力过程中松动，应采取有效的防松措施，如加装垫圈、使用双头螺纹、采用粘结剂等。
5.考虑螺纹的磨损和寿命：在设计螺纹联接时，应充分考虑螺纹的磨损和寿命，采取相应的措施提高螺纹的耐磨性和寿命，如选择耐磨材料、采用特殊的螺纹形状等。
四、螺纹联接设计中应注意的问题1.防止螺纹受力过大：在设计螺纹联接时，应确保螺纹的强度和刚度，防止螺纹在受力过程中产生过大的变形或破坏。
2.避免螺纹产生松动：在设计螺纹联接时，应采取有效的防松措施，避免螺纹在受力过程中产生松动，影响连接的可靠性。
3.考虑螺纹的装配和拆卸：在设计螺纹联接时，应充分考虑螺纹的装配和拆卸方便，确保螺纹连接的可维护性。
4.注意螺纹的密封性能：在设计螺纹联接时，应考虑螺纹的密封性能，防止连接零件之间的泄漏。
机械设计螺纹连接
其中：d1、p 分别为螺纹小径和螺距。
[σ ] —— 许用应力，N / mm2 ，[σ ] ＝ σs /[ Ss ] ，
见表6.3（P110）。
第28页/共57页
机械设计
螺纹连接 28
dc
4F
[ ]
(mm) —— 设计式
∵ 螺栓为标准件 ∴ 查标准，选螺栓
第29页/共57页
机械设计
螺纹连接 29
克服螺纹中阻力所需的转矩为：
T第1 8页F/共5d272页
d2 2
Q
tan
机械设计
螺纹连接
8
旋转螺母一周，输入的驱动功W1 = 2πT1 ，有效功W2 = Q S ， 故螺旋副的效率为：
W2 W1
QS
2 T1
2
Q d2 tan
d2 Q tan
tan
tan
2
由上式知：λ↑，ρ↑ —→ η↑；当：λ= 45°-ρ/2 时 —→ ηmax
其相对运动相当于楔形滑块沿楔形槽斜
面移动。故非矩形螺纹的受力分析与矩形螺
纹的受力分析过程一样。由图知：
F = Q tan（λ +ρv ） 克服螺纹中阻力所需的转矩为：
T1
F
d2 2
d2 2
Q tan v
第10页/共57页
机械设计
螺纹连接 10
螺旋副的效率为：
W2 W1
QS
2 T1
2
Q d2 tan
1）直径 大径 d 、小径 d1 、中径 d2 大径 d ： 公称直径。 小径 d1 ：螺纹的最小直径。 中径 d2 ：齿厚 = 齿槽宽处直径，几何计算用。 d2 ≈ (d + d1 )/2 M 20 —→ d = 20 mm
机械设计-螺纹连接
确定连接力矩
4
尺寸和参数。
根据连接件的材料和负载确定合适的 连接力矩。
螺纹连接的优缺点
• 优点：简便快捷、拆卸方便、承载能力高。 • 缺点：可能出现螺纹磨损、连接失效、腐蚀等问题。
应用案例
汽车制造
螺纹连接广泛应用于汽车底 盘、引擎和车身结构等部件 的装配与固定。
机械设备
螺纹连接被用于机械设备零 件的固定，如电机、减速器 等重要部件。
机械设计-螺纹连接
螺纹连接是一种常用的机械连接方式，通过螺纹的互相咬合来实现紧固与连 接。本演示将介绍螺纹连接的分类、构成、力学原理、设计方法，以及优缺 点和应用案例。
螺纹连接的分类
内螺纹连接
常见于螺母与螺杆的连接，通过内螺纹互相咬合实现固定。
外螺纹连接
常见于螺纹孔与螺纹螺栓的连接，通过外螺纹互相咬合实现固定。
螺纹连接可通过螺纹的剪切形变，实现力的传 递与承载。
由于螺纹的咬合，螺纹连接具有较高的阻拆力， 能够提高连接的稳定性。
如何设计一个螺纹连接
1
确定连接类型
根据连接件的形状和要求选择内螺纹
选择螺纹规格
2
连接或外螺纹连接。
根据连接件的负载和使用环境选择合
适的螺纹规格。
3
计算螺纹尺寸
根据连接件的要求和标准计算螺纹的
精密螺纹连接
采用更高精度的制造工艺，用于对连接要求更严格的领域。
螺纹连接的构成
螺母
用于咬合螺杆的螺纹连接件。
Hale Waihona Puke 螺杆用于与螺母互相咬合的螺纹连 接件。
螺纹
螺纹是螺母与螺杆的互相咬合 结构，实现紧固与连接。
螺纹连接的力学原理
张力力学原理 剪切力学原理 阻拆力学原理
螺纹连接件及其连接的画法
螺栓连接通常由螺栓和螺母组成，通过将螺栓穿过被连接件上的孔洞，然后旋 紧螺母，使被连接件紧密结合在一起。在画法上，需要画出螺栓和螺母的形状、 尺寸以及被连接件上的孔洞位置。
实例二：螺柱连接的画法
总结词
螺柱连接是一种常见的垂直连接方式，通过螺柱和螺母的配合实现两个部件的紧 固连接。
详细描述
螺柱连接通常由螺柱、螺母和垫圈组成，通过将螺柱旋入被连接件的一端，然后 加上垫圈和螺母，使被连接件紧密结合在一起。在画法上，需要画出螺柱、螺母 和垫圈的形状、尺寸以及被连接件上的孔洞位置。
螺纹连接件的标注方法
尺寸标注
根据需要标注各部分的尺寸，如螺栓长度、直径 等。
公差标注
根据连接件的实际需求，标注必要的公差，如螺 栓与螺孔的配合公差等。
标记标注
在图纸上标注各连接件的名称或代号，以便识别 和管理。
03
螺纹连接件的安装与维护
螺纹连接件的安装步骤
清理连接表面
确保连接表面干净、无油污、 无锈迹，以便螺丝顺利拧入。
02
03
螺丝松动
拧紧螺丝或增加防松装置， 如弹簧垫圈。
螺纹损坏
修复或更换损坏的螺纹部 分，保持表面光洁。
安装困难
清理连接表面，确保螺丝 和螺孔对齐，必要时可加 润滑剂。
04
螺纹连接件的设计与优化
螺纹连接件的设计原则
功能性原则
可靠性原则
确保螺纹连接件能够满足使用要求，如承 受足够的载荷、保证密封性等。
定期检查
定期检查螺纹连接件的使用情况，发 现松动或损坏应及时处理。
防腐蚀处理
对金属螺纹连接件进行防锈、防腐蚀 处理，以延长其使用寿命。
更换损坏件
对于损坏或磨损严重的螺纹连接件应 及时更换，防止影响设备的正常运行。
螺纹联接设计(图文)
螺纹联接设计1 螺纹联接螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联接，其结构简单，装拆方便，广泛应用于各种机械设备中。
1．1 螺纹的类型及主要参数1.螺纹的类型螺纹的形成将工件装卡在与车床主轴相连的卡盘上，使它随主轴作等速旋转，同时使车刀沿轴线方向做等速移动，则当刀尖切入工件达一定深度时，就在工件的表面上车制出螺纹。
螺纹的表面可分为凸起和沟槽两部分。
凸起部分的顶端称为牙顶，沟槽部分的底部称为牙底。
车螺纹螺纹按螺旋线的旋向，可分为左旋螺纹和右旋螺纹，一般多用右旋螺纹。
放大演示螺纹按螺旋线的数目，可分为单线螺纹、双线螺纹和多线螺纹，联接一般多用单线螺纹。
2.螺纹的主要参数2．2 螺纹联接的基本类型、结构尺寸及应用1. 联接用螺纹如图所示，螺纹按其牙型角可分为三角螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹。
三角螺纹主要用于联接；矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动。
用于联接的三角螺纹又有普通螺纹，英制螺纹以及用于管路系统联接的圆柱螺纹，即管螺纹。
普通螺纹有粗牙和细牙之分。
在上述各种螺纹中，除矩形螺纹外，均已标准化。
普通螺纹的螺距和基本尺寸见表。
2.螺纹联接的基本类型1）螺栓联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接2）双头螺柱双头螺柱连接由双头螺柱、螺母、垫圈组成。
连接时，一端直接拧入被连接零件的螺孔中，另一端用螺母拧紧。
双头螺柱连接多用于被连接件之一太厚，不适于钻成通孔或不能钻成通孔时。
在拆卸时只须拧出螺母、取下垫圈，而不必拧出螺柱，因此采用这种连接不会损坏被连接件上的螺孔。
双头螺柱连接3）螺钉联接4）紧定螺钉联接与螺栓、双头螺柱和螺钉不同，紧定螺钉不是利用旋紧螺纹产生轴向压力压紧机件起固定作用。
紧定螺钉分为柱端、锥端和平端三种。
柱端紧定螺钉利用其端部小圆柱插入机件小孔（图a）或环槽（图c）中起定位、固定作用，阻止机件移动。
锥端紧定螺钉利用端部锥面顶入机件上小锥坑（b）起定位、固定作用。
平端紧定螺钉则依靠其端平面与机件的摩擦力起定位作用。
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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
上螺母
螺
螺 栓
母
下螺母
自 锁 螺 母
弹 簧 垫 圈
尼 龙 垫 圈
2）机械防松
开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，止动垫片，串联钢丝 等
开槽螺母 与开口销
止动垫片
串联钢丝
(a)正确 (b)不正确
面，适于经常拆卸的场合;
3)圆柱端—压入轴上凹坑中，适于紧定空心轴上零件的位置,轻
材料和金属薄板
5.自攻螺钉:由螺钉攻出螺纹
15°~30°
t
e d
6.螺母
D b
s
m
六角螺母：标准，厚，薄
d0 D
1
30°
30°
30° 圆螺母+止退垫圈:
30° 带有缺口，应用时带翅垫
15° 圈内舌嵌入轴槽中，外舌
嵌入圆螺母的槽内，螺母
适用——定位,可传递不大的轴向力或扭矩。
5、特殊联接
地脚螺栓联接
吊环螺钉联接
三、 螺纹联接件(紧固件)
1.螺栓 1)普通螺栓——六角头，小六角头，内六角 2)铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小螺母
15°~30° r
辗制末端
倒角端
A型 X
d e
da ds
k' ls lg
k
l
bm
s
辗制末端
B型 X
2.双头螺柱——两端带螺纹
bm
A型——无退刀槽 B型——有退刀槽
ds
ds
倒角端
X b
l
辗制末端
X b
l
d
d
3.螺钉
与螺栓区别:要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹
RR
tt
tt
XX
bb ll
RR
9900°°
dkdk nn dd
nn dd
ll
4.紧定螺钉 1)锥端—适于零件表面硬度较低不常拆卸的场合; 2)平端—接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平
2.螺纹联接数目尽量取偶数，同一产品采用的螺纹件的类型和规 格应尽量少；
3.受弯扭作用的螺栓组，要尽量靠近接合面的边缘布局。
对于承受较大横向载荷的螺栓组联接，可采用销、套筒、键等抗 剪零件来承受局部横向载荷，以减少螺栓的予紧力及其结构尺寸。
4.合理间距，适当边距，以利用扳手装拆；
EE 60°
C
h A d
1
2
12
3
4
(1)测力矩板手——测出预紧力矩;
(2)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;
2. 螺纹联接的防松
1)防松目的
实际工作中，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 联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须 进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。
2.螺纹的类型
三角螺纹—联接螺纹
1)按牙型 矩形、梯形、锯齿形螺纹—传动螺纹
视图
三角螺纹 粗牙螺纹:用于紧固件
细牙螺纹:自锁性好,适于薄壁零件和冲击变载等
内螺纹—在圆柱孔的内表面形成的螺纹
2)按位置 外螺纹—在圆柱的外表面形成的螺纹
左旋—如图
3)按旋向 右旋—常用
4)按线数 单头螺纹（n=1）—用于联接
60°
C
d
B
D
5.支承平面应平整，避免偏心载荷作用 防偏载措施：a）凸台；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片
二）螺纹联接的安装与拆卸
1.预紧 1)预紧目的——保持正常工作,增加联接刚度、紧密性和提
高防松能力.
2)预紧力的控制 预紧过紧——预紧力过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度;
过松——预紧力过小，工作不可靠;
多线螺纹（n≥2）—用于传动
3.螺纹的主要参数
1）大径d（D） ——与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合
的假想圆柱面直径，亦称公称直径；
2）小径d1(D1) ——与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的
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)
d d2 d1
l1 a
1) 普通螺栓联接
特点：
通孔不带螺纹，装配后孔与杆间
有间隙，并在工作中不许消失，
d
结构简单，装拆方便，可多次装
拆，应用较广。
2)铰制孔用螺栓联接
特点：装配后无间隙，主要承受横向载 荷，也可作定位用，采用基孔制配合。
2、双头螺柱联接
特点：螺杆两端均有螺纹，装配时
d
一端旋入被联接件，另一端配以螺
3）永久防松：冲点、点焊、粘合
五、螺纹联接的结构设计
一）螺纹联接的布置
工程中螺栓皆成组使用，单个使用极少。因此，必须研究螺栓组 联接的结构。
螺栓组联接设计的顺序——选布局、定数目、力分析、设计尺寸。
结构设计原则 ：
1.布局要尽量对称分布，栓组中心与联接结合面形心重合（有利于 分度、划线、钻孔），使受力均匀；
母。拆装时只需拆螺母，而不将双
头螺柱从被联接件中拧出。
H l2
ห้องสมุดไป่ตู้
适用：常拆卸而被联接件之 一较厚或只能从一边操作。
3、螺钉联接
l1
适用——被联接件之一较厚
（上带螺纹孔），不需经常装
H
d
拆的场合。
l2
l3
一端有螺钉头，不需螺母。
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。
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)牙侧角β ——螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角。
P L=nP(n=2) L
d d2
d1
d1
d2
d
h
二、 螺纹联接主要类型
1、螺栓联接
d0
适用场合：
被联接件不太厚，便于加工通孔， 并能从两边进行操作。
b
即被锁紧
7.垫圈
平垫圈
斜垫圈
h
d1 d2
四、螺纹联接的预紧与防松
1. 螺纹联接的预紧
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F'
预紧目的——增强联接的刚性、紧密性和提高防松 能力。对于受轴向拉力的螺栓联接，还可以提高螺 栓的疲劳强度；对于受横向载荷的普通螺栓联接， 有利于增大联接中接合面间的摩擦
(1)测力矩板手——测出预紧力矩;
(2)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;
示图
2.螺纹联接的拧紧顺序 4
7 3 15 9
P L=nP(n=2) L
d1
d2
d
h
P L=nP(n=2) L
d d2
d1
h
d1
d2 d
4）螺 距 P ——相邻两牙对应点间的轴向距离 5）导程（L） ——同一螺旋线上相邻两牙对应点间的轴向
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：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