螺纹

轴线垂直放，
右边高—右旋
左边高—左旋
机械设计基础概论——螺纹联接
2 主要参数

d1 α
大径d、D：最大直径—公称直径 小径d1：外螺纹的危险剖面直径 ——强度直径 中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽 宽与牙的宽度相等 ——计算直径 螺距P：相邻两牙轴向距离 导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间 S P 的轴向距离，S = nP 升角 ：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角 牙型角a ：螺纹两侧边的夹角 D, d
机械设计基础概论——螺纹联接
5 螺纹联接的拧紧力矩


目的：防止松动→提高可靠性、强 度、紧密性 螺母拧紧时→预紧力Fs
螺栓
被联接件 预紧压力F0
T2
Fs
T
Fs
T1
预紧拉力F0


拧紧阻力矩 T 的大小： ？ d2 螺旋副间的摩擦力矩 T1 ： T1 Fs 2 tan( v ) 螺母与支承面间摩擦力矩 T2 ：T2 f z Fs rm

若d1与d1’（假定的小径）相近，则合用；否则再选
机械设计基础概论——螺纹联接
3 松螺栓联接强度设计

受载荷形式——轴向拉伸(工作拉力F) 失效形式——螺栓拉断 (静、疲劳)
设计准则——保证螺栓拉伸强度
强度条件： ≤[] 设计计算方法： 校核式 : F 4F A d12 设计式:


螺纹联接防松的方法按工作原理可分为: 1 摩擦防松 2 机械防松 3 其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）

机械设计基础概论——螺纹联接
1 摩擦防松

使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副 转动的摩擦阻力矩 弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母(双螺母)防松

机械设计基础概论——螺纹联接
机械设计基础概论——螺纹联接
1 斜面摩擦
等速上升：

N21 R21 v12 F Q F R21 + Q
分析使滑块等速运动所需要的水平力
平衡条件： F Q R21 0 驱动力： F Q tan( )
N21’
F21

等速下滑：

R21’ v12 F’

失效形式： 1. 螺栓杆拉断（普通螺栓） 2. 螺纹压溃和剪断（受剪螺栓） 3. 经常装拆因磨损而发生滑扣

普通螺栓主要为螺纹部分发生断裂 受剪螺栓(铰制孔螺栓)主要为压溃和剪切
机械设计基础概论——螺纹联接
2 设计步骤
一般设计步骤：

螺栓组受力和失效分析→找出受力最大的螺栓→ 单个螺栓 受力分析和失效分析 →单个螺栓强度计算→确定螺栓的尺 寸（直径、长度） 试算法：先选定一个螺栓直径d ——查[]——计算d1。
机械设计基础概论——螺纹联接
四、螺纹联接件主要类型
1 标准螺纹联接件 螺栓
普通螺栓
铰制孔螺栓

双头螺栓 螺钉
联接螺钉 紧定螺钉、自攻螺钉

螺母：六角螺母、圆螺母 垫圈：平垫圈、斜垫圈
螺纹联接件通过组合形成螺纹联接
机械设计基础概论——螺纹联接
2 螺纹联接的基本类型

螺栓联接
机械设计基础概论——螺纹联接
第五章 螺纹联接
基本要求: 了解螺纹联接的基本知识：类型、特性、标准、 结构、应用场合及防松方法等 掌握螺栓联接强度计算方法
机械设计基础概论——螺纹联接
联
零件
静联接
接
机构
与动力 源组合
构件
动联接
(运动副)
机器
可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等
静联接
联 接 不可拆联接：铆接、焊接、胶接等

受载荷形式—拧紧过程中:轴向拉伸Fs 、 F 扭力T 失效形式—螺栓拉断 (拉、扭综合作用) 设计准则—保证螺栓拉伸强度 强度条件： ’≤[] 设计计算方法：
T T1 T2
施加在扳手上的力FT
T T1 T2 FT L
机械设计基础概论——螺纹联接
控制拧紧力矩的扳手

定力矩扳手

测力矩扳手
机械设计基础概论——螺纹联接
控制拧紧力臂

选择扳手长度
机械设计基础概论——螺纹联接
三、螺纹常用类型
1. 三角形螺纹 (M) 普通螺纹:α＝60°，f ’大，易自锁
联接 传动 S
三角形、矩形、梯形、锯齿形、半圆形螺纹

P
d2

旋向(螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋
问题：旋向判断 ？ 粗牙螺纹—— 一般联接 细牙螺纹—— d1大、强度大、自锁性好，常用于变载
机械设计基础概论——螺纹联接
螺纹旋向判断:

旋向(螺旋线方向)： 旋向判断:
常用右旋，特殊要求时用左旋
900-
Q

N/2

N/2
N’

N’
效 率
Wr / Wd tan / tan( v )
F ' Q tan( v ) 0
自锁条件

v
思考： 1. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动？ 2. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种易自锁，宜用于联接？

d2

机械设计基础概论——螺纹联接
二、螺旋副力学特性

螺旋副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动
当螺杆和螺母之间受到轴向力Q时，拧动螺杆或螺母， 螺旋面间将产生摩擦力
1 斜面摩擦
2 槽面摩擦 3 矩形螺纹 4 三角形螺纹 5 螺纹联接的拧紧力矩
对顶螺母防松

使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副 转动的摩擦阻力矩

对顶螺母防松
机械设计基础概论——螺纹联接
2 机械防松

用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对 转动的可能性

开口销、止动垫圈、串联钢丝防松
螺栓 开槽螺母
开口销
装配图
机械设计基础概论——螺纹联接
止动垫圈防松
d2 d2 Q tan( ) 2 2
防松力矩 M ' F '
拧紧力
拧紧力矩
F Q tan( )
M F d2 d2 Q tan( ) 2 2
效率 Wr / Wd tan / tan( )
自锁条件 F ' Q tan( ) 0

机械设计基础概论——螺纹联接
4 三角形螺纹
Q
900-
900-
Q

N/2


N/2
N’

N’
反力 摩擦力
2 N ' cos Q
Ff 2N ' f Q f fvQ cos
当量摩擦角 v arctan f v arctan
F Q tan( v )

特点：孔与杆间无间隙、被联接 件上无需切制螺纹、装拆方便 适用场合：承受横向载荷的场合
机械设计基础概论——螺纹联接
双头螺栓、螺钉联接
双头螺栓联接

螺钉联接

特点：孔与杆间有间隙、被联接 件上无需切制螺纹、装拆方便 适用场合：用于被联接件之一较 厚、经常装拆的场合
特点：孔与杆间无间隙、被联接 件上无需切制螺纹、装拆方便 适用场合：被联接件之一较厚， 且不常装拆的场合
普通螺栓联接 铰制孔螺栓联接

双头螺栓联接 螺钉联接
螺钉联接 紧定螺钉、自攻螺钉联接

其它联接：地脚螺栓、吊环螺钉

螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、 装拆要求等进行选择
机械设计基础概论——螺纹联接
螺栓联接
普通螺栓联接

铰制孔螺栓联接


特点：孔与杆间有间隙、被联接 件上无需切制螺纹、装拆方便 适用场合：经常装拆的一般场合
力分析：

R21
N’21 v 11111 v12

1

摩擦力：F21 fN 21
Q F21 f sin F21 f v Q
F21
P
N 21 2
Q
2
N 21 2
Q
2

当量摩擦角：
f fv tan v sin
v arctan f v
N 21 2 N 21 2

思考: 与平面摩擦比较？ 结论：槽面的摩擦力大于平面的摩擦力
粗牙:牙高, d1小, ψ大
细牙:牙浅, d1大, ψ小, 更易自锁
管螺纹:α＝55°，紧密 , 无径向间隙 2. 梯形螺纹 (Tr)：α＝30°、β＝15° 3. 锯齿形螺纹(S)：α＝33、β工＝3° 4. 矩形螺纹 ：α＝０°

联接螺纹：普通三角螺纹、锥螺纹、管螺纹 (英制) （ψ小，单线，自锁好） 传动螺纹：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹 （α小、ψ大，多线，效率高）
平衡条件： F 'Q R'21 0 维持力： F ' Q tan( )
–
R21’ F’
F21’
Q
自锁条件：


Q

当 时，F’ 0，原工作阻力F’反向作用，作为驱动力 时，滑块才能移动; 结论：当 时，滑块自锁.
机械设计基础概论——螺纹联接
2 槽面摩擦

用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对 转动的可能性