第10章 螺纹联接
10螺纹联接
C1
F2 2 C2
F F
F0
F
C1
C1F C2
FF
F11
C1
F0
F
C1 C2
F2
2
F C2 FC1 C2
F
F
F
F 未F拧 紧 C2 F拧紧后 C1 C2
加载后
26
(4) 强度计算
计算步骤：
①由工作要求确定残余预紧力F；
对于有密封性要求的联接，F 1.5 ~ 1.8F
一般联接，工作载荷稳定时： F 0.2 ~ 0.6F
锥端螺钉联接 平端螺钉联接 圆柱端螺钉联接
6 螺纹联接 11
10.4 螺纹联接的预紧
大多数螺纹联接在工作前都需要拧紧。
一、预紧目的：增强联接的刚性、紧密性和防松能力
(防止轴向开缝、横向滑移)。
二、预紧力确定原则
拧紧时应适当控制其预紧力， 预紧应力不得超过其材料 的屈服极限的80%。 碳钢： F (0.6 ~ 0.7) S A 合金钢：F (0.5 ~ 0.6) S A 其中，A d12 ， S 由选取的性能等级而定。
6 螺纹联接 19
一、受拉(普通)螺栓联接
1. 受拉松螺栓联接(不需预紧,受静载荷)
装配时，不受力; 工作时，轴向工作载荷F。 失效形式: 螺栓杆塑性变形 计算准则: 强度计算准则
F
π 4
d12
其中，[ ] lim S
SS
d1
4F
πσ
6 螺纹联接 20
F
一、受拉(普通)螺栓联接
mf
6 螺纹联接 22
F
一、受拉(普通)螺栓联接
2. 受拉紧螺栓联接(需预紧)
FR
情况2：受预紧力F 和横向载荷FR
机械设计基础10联接螺纹联接
T F
匀速下降:
Ｆd22＝Fa·Ftga(φtg－(ρ′)
) d2
2
(10-6a)
T
F
d2 2
Fatg(
)
d2 2
自锁条件： φ ≤ρ′
(10-7)
(10-5b) (10-6b)
α (β )↑ ρ′ ↑ →
自锁性↑
φ ↑ → 自锁性↓
α
要自锁好→ α (β ) ↑ , φ ↓(单头)
β
三.效率:
max 25
要自锁好→α↑ φ ↓(单) ;要效率高→α↓φ↑(多)
§10-3 机械制造常用螺纹及标准
螺 联接(可靠) → 旋 →要自锁
ρ′↑ →α↑ φ ↓ →单线ｎ=1
副 传动→ 效率高
ρ′↓→α↓ φ ↑→多线ｎ＞１
p.134
1.三角形／普通螺纹(M) →α＝60°, β=30°
螺纹
→紧固→联接(单线、α大)(粗,细)
§10-5 螺纹联接的预紧和防松 P.140
(一)拧紧力矩T0 目的：→防止松动→提高可靠、强度、紧密性
T0 的大小: 拧紧时→ 锁紧力 螺栓→轴向拉力
→Ｔ0＝Ｔ1＋Ｔ2 ＦS
被联接件→轴向压力
螺纹阻力矩 T1 :(10-5b)
Ｔ1＝F d2/2＝Fa tg(φ ＋ρ’) d2 /2
T0
螺母支持面上的摩擦阻力矩T2
α （牙型角） ; β (牙側角) ;φ（升角）=?
d2
S (n p)
tgφ＝n p／πｄ2
(10－1)
牙型:
60 ° 普通 α =60 ° β＝30°
矩形 α =0 ° β＝0°
30 ° 梯形
α =30 ° β＝15°
联接(螺纹联接)--C
d0
T
dw
2）双头螺柱——两端带螺纹 A型——有退刀槽 B型——无退刀槽
第10章 联接 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
第10章 联接 5）自攻螺钉——由螺钉攻出螺纹
6）螺母 六角螺母：标准，扁，厚
圆螺母+止退垫圈
第10章 联接 7）垫圈
弹簧垫圈 平垫圈
斜垫圈
吊环螺钉
矩形
α =0 ° β＝0°
α =30 ° β＝15°
第10章 联接
§10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁
内螺纹 外螺纹
→螺旋副
联接 传动
拧紧、加载、 相对运动→ 顶起重物
→在轴向载荷下相对运动 →滑块(重物)在斜面运动 →将螺旋线沿中径展开
F
Fa
d 2
S (n p)
一．矩形螺纹 : (α =0º )
第10章 联接
4）螺 距 P ——相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离 5）导程（S）——同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线 上对应两点间的轴向距离 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：S=nP
第10章 联接
7）螺纹升角ψ——中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角
(3) 螺钉联接
潘存云教授研制
机械设计基础 第十章 联接
§10—4 螺纹联接的基本类型及 螺纹紧固件
一、螺纹联结基本类型 二、螺纹紧固件
一、螺纹联接的基本类型
1、螺栓联接 a) 普通螺栓联接：
被连接件通孔不带螺纹，被联接件不太厚， 装拆方便。螺杆带钉头，螺杆穿过通孔与螺母配合 使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消 失，结构简单，可多次装拆，应用较广。
牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。
梯形螺纹特点： =2=30。比矩形螺纹效率略低。 牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母 可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。
有粗牙普通螺纹M10和M68，请说明在静载 荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f = 0.1~0.15） 查得： 解： 1、首先求螺纹升角λ 。
粗牙螺纹
细牙螺纹
2、管螺纹 特点：用于管件连接的三角螺纹，=55,螺纹面间 没有间隙，密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的 连接。管螺纹广泛用于水、汽、油管路联接中。
管螺纹除普通细牙螺纹外，还有60º 55º 、 的圆柱 管螺纹和60º 55º 、 的圆锥管螺纹。 管螺纹公称直径是管子的公称通径。
L=nP(n=2) L=nP(n=2) L=nP(n=2)
dd d dd 2 2 d2 dd 1 1 d1
P P P
d 1 1 d 1 d d 2 2 d 2 d d d d
hh h
LL L
4）螺 距 P — 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应 两点间的轴向距离。 5）导程（S）— 同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面 的母线上的对应两点间的轴向距离。 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：S=nP
M10螺纹： 螺距P=1.5mm，中径d2=9.026mm； M68螺纹： 螺距P=6mm， 中径d2=64.103mm。 M10螺纹升角：
第十章 螺纹
摩擦防松
利用拧紧螺母 时，垫圈被压平后 的弹性力使螺纹副 纵向压紧。
两螺母对顶拧紧， 螺栓旋合段受拉而螺母 受压，从而使螺纹副纵 向压紧。
利用螺母末端 椭圆口的弹性变形 来箍紧螺栓，横向 压紧螺母。
拧紧螺母上小螺 钉，切口上、下变形 合拢，压紧螺纹。
机械防松 利用开 口销使螺栓 螺母相互约 束。 将垫片 折边以固定 螺母和被联 接件的相对 位置。
用金属丝使一组 螺钉头部相互约束， 当有松动趋势时金属 丝更加拉紧。
机械防松 利用开 口销使螺栓 螺母相互约 束。 将垫片 折边以固定 螺母和被联 接件的相对 位置。
用金属丝使一组 螺钉头部相互约束， 当有松动趋势时金属 丝更加拉紧。
使垫片内翅嵌入螺拴(轴)的槽内，拧紧螺母 后将垫片外翅之一折嵌于螺母的一个槽内。
永久性防松
用粘合剂涂于 螺纹旋合表面，拧 紧螺母后粘合剂能 自行固化，防松效 果良好。
利用焊接、冲点等 方法使联接变成不可折 联接，排除螺纹副相对 转动的可能性
§10-4 螺栓联接的强度计算
螺栓及螺母等都是标准件，其螺纹牙、螺栓 头、光杆和螺母的结构及尺寸等，是根据等强度 原则及使用经验确定的。采用标准件时，上述尺 寸一般无须进行强度计算，所以螺栓联接的计算， 主要是确定螺栓危险剖面的直径（近似为小径） 或校核其强度。 一、受拉螺栓联接 受拉螺栓在静载荷作用下，主要失效形式是 螺纹部分的塑性变形和断裂；在变载荷作用下， 多为螺纹部分的疲劳断裂，所以其设计准则是保 证螺栓有足够的静拉力或疲劳拉伸强度。
内螺纹
外螺纹
潘存云教授研制
螺 纹 的 分 类
矩形螺纹 三角形螺纹 按螺纹的牙型分 梯形螺纹 锯齿形螺纹 右旋螺纹 按螺纹的旋向分 左旋螺纹 单线螺纹 按螺旋线的根数分 多线螺纹 外螺纹 按回转体的内外表面分 内螺纹 联接螺纹 按螺旋的作用分 螺旋传动 传动螺纹 按母体形状分
机械设计基础第第10章螺纹连接
特点：结构简单、连接可靠、装拆方便，且多
数螺纹连接件已标准化，生产率高，因而应用广泛。
聊城大学汽车学院 汽车工程系
10.2.1 螺纹
一.螺纹的主要参数 螺旋线---螺纹---螺纹
d2
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(1) 大径d
(2) 小径 d1 (3) 中径d2 (4) 螺距P
d d d1 2
P/2 P/2
按螺旋的作用分
按母体形状分
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螺 纹 的 分 类
矩形螺纹 三角形螺纹 按螺纹的牙型分 梯形螺纹 锯齿形螺纹 右旋螺纹 按螺纹的旋向分 左旋螺纹 单线螺纹 按螺旋线的根数分 多线螺纹 外螺纹 按回转体的内外表面分 内螺纹
螺纹副
按螺旋的作用分
按母体形状分
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a. 利用附加摩擦力防松
弹簧垫圈
对顶螺母
尼龙圈锁紧螺母
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b. 机械防松
潘存云教授研制
开口销与六 角开槽螺母
圆螺母用止动垫圈
止动垫圈
串联钢丝
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c. 破坏螺旋副防松 用冲头冲2~3点 1~1.5P
涂粘合剂
冲点防松法
粘合法防松
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紧定螺钉
5)其它特殊结构的螺纹连接
起吊螺钉
T 型螺栓
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二.标准螺纹连接件 螺 纹 连 接 件 螺栓
L L0
螺栓的结构形式
d
六角头 L L0 d 小六角头
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螺 纹 连 接 件
螺栓 双头螺柱
L L1 L0 d L1 -----座端长度 L0 -----螺母端长度
第十章 螺纹、键、销解读
四、避免或减小附加应力 当螺母支承面、螺栓头部歪斜(图a、b)、被联
接件刚度不足(图c)或采用钩头螺栓时(图d)，都会 使螺栓产生偏心载荷。这时，
螺栓除受拉伸外，还受由偏载引起的附加弯曲应力， 使螺栓的工作应力大大增加,故应当尽量避免。
(2)轴向工作载荷为变载荷时螺栓强度计算
对于承受变载荷
的螺栓联接，除用式
(10-12) 进行静强度 计算外，还须进行疲
劳强度计算。当工作
载荷在0～FE间变化
时，螺栓受总拉力在Fo～ Fa间变化。此时螺栓所受
应力幅为
σa
Fa FR πd12 4
2
kb kb kc
2FE πd12
2. 螺纹联接件的许用应力
螺纹联接件的许用应力及安全系数见表10-6和 表10-7。
例 10-4 一钢制液压油缸，油缸壁厚为10 mm，
油压 p ＝1.6 MPa，D ＝160 mm，试计算油缸上盖 的螺栓联接和螺栓分布圆直径 D0 （图10-21）。 解: (1) 决定单个螺栓工作截荷FE
试取螺栓数 z＝8，则单
(5) 螺栓间距l 为
l πD0 π 220
z
8
86.4mm
由第 146 页（旧版143页）的脚注可知， 当 p ≤1.6 MPa 时，l ≤7d＝7×16＝112mm，所以选 取的D0 和 z 是合适的。
在本例题中 ，求螺纹直径时要用到许用应力 [σ]，但[σ]是与螺纹直径有关的参数，因此需采用 试算法计算、调整。这种方法在其他零件设计计 算中同样会经常使用。
Fa FR
Fo Fo
专升本机械设计基础第10章螺纹连接
F
F
F0
C---可靠性系数，常取 C=1.1~1.3
m---结合面数
上图m=1,下图m=2
f---摩擦系数，对钢与铸铁，取:
F b） 受预紧力和轴向工作载荷的螺栓强度 设流体压强为p，螺栓数目为Z，则 缸体周围每个螺栓的平均载荷为： p ·πD2/4 F= Z F
p D
特别注意，轴向载荷： F2≠ F0+F 加预紧力后→螺栓受拉伸长λb0 →被联接件受压缩短λm0 加载 F 后:
潘存云教授研制
2、凸缘刚性联轴器 结构：半联轴器通过键与轴相联，用螺栓将两个半联 轴器的凸缘联接在一起。 普通凸缘联轴器 ---靠铰制孔螺栓对中。 型式： 有对中榫的凸缘联轴器 ---靠榫头对中。
绞制孔螺栓 普通螺栓 对中榫
普通凸缘联轴器青岛科技大学专用 潘存云教源自研制螺纹部分受拉螺栓
疲劳断裂 --轴向变载荷 剪断 压溃
螺杆和孔壁的贴合面
受剪螺栓
1、普通螺栓的强度计算
断裂
（1）松螺栓联接强度计算 装配时不须要拧紧 Fa [s ] 力除以面积 强度条件： d12 / 4 式中: d1----螺纹小径 mm [σ]—许用应力 4 Fa 设计公式： d1 [s ] （2）紧螺栓联接强度计算
x
y
α
潘存云教授研制
角度
青岛科技大学专用
综合
（一）刚性联轴器 1、套筒联轴器 结构：用一个套筒通过键将两轴联接在一起。用紧定 螺钉来实现轴向固定。 半圆键 型式： 普通平键
套筒联轴器
特点：结构简单、使用方便、 传递扭矩较大，但不 能缓冲减振 。 应用：用于载荷较平稳的 两轴联接 。
青岛科技大学专用
工作面
青岛科技大学专用
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第十章螺纹联接
一、填空
1、螺纹联接常用的防松方法有、采用专门防松元件、其他方法防松。
2、螺纹联接的拧紧力矩包括克服螺纹副相对转动的阻力矩和 __ ________________。
3、螺纹的公称直径是指螺纹的_____________________________________。
4、在螺纹联接中，当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔、采用普通螺栓联接时，往往采用_______________联接或双头螺柱联接。
5、键联接用来实现轴和轴上零件之间的________向固定，以传递转矩。
6、非矩形螺纹的自锁条件是__________________________。
7、计算螺栓强度时用__________径，分析螺纹的受力时用中径。
8、当采用一个键强不够时，可采用两个键。
若是平键，两键间角度为_______________。
9、普通平键用于传递扭矩，它的工作面是_____________________。
10、斜键的工作面为______________________________________。
11、联接承受横向力的两块薄钢板，应采用的螺纹联接
类型是____________________________________。
12、用于联接的螺纹是_________________________。
13、粗牙螺纹的定义是________________________________________________。
00013
同一公称直径螺纹中螺矩最大的称为粗牙螺纹
14、螺纹联接拧紧力矩是和螺母支承面上的摩擦阻力矩之和。
15、三角螺纹主要有螺纹和管螺纹。
16、普通平键联接的主要失效形式是。
17、
导向平键联接的主要失效形式是。
17、_________键联接既可用于传递扭矩，又可承受单向的轴向载荷，但容易破坏轴与轮毂的对中性。
二、选择
1、受预紧力Q
O 和工作拉力Q
e
作用的螺栓，其总拉力为______。
A.Q=Qo+Qe
B.Q=Qe+Qr
C.Q=Qo+Qr
D.Q=F+Qr
2、在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是。
A.三角形螺纹
B.梯形螺纹
C.锯齿形螺纹
D.矩形螺纹
3、螺纹的____________________是公称直径。
A.大径
B.小径
C.中径
D.分度圆直径
4、同一公称直径的粗牙和细牙三角螺纹，其自锁性能______________。
4
A.前者比后者好
B.都一样好
C.后者比前者好
D.都不好
5、设计键联接时，键的截面尺寸通常根据__________________按标准选取。
A.所传递转矩的大小
B.所传递功率的大小
C.轮毂的长度
D.轴的直径
6、楔键联接的主要缺点是______________________
A.键的斜面加工困难
B.键安装是易损坏
C.键楔紧后在轮毂中产生初拉
力 D.轴和轴上零件对中性差
7、当进行螺栓组的结构设计时，一般各个联接螺栓材料的直径和长度应__________________。
A.相等
B.不同
C.视具体情况决定
D.可任选
8、螺纹升角增大，则联接的自锁性_________________________。
A.提高
B.不变
C.降低
D.可能提高，也可能降低
9、普通平键联接的主要用途是使轴与轮毂之间_______________。
A.沿轴向固定并传递轴向力
B.沿轴向可作相对滑动并具有导向作用
C.沿周向固定并传递转矩
D.安装与拆卸方便
10、键的长度主要是根据____________来选择。
A.传递转矩的大小
B.轮毂的长度
C.轴的直径
D.键的强度
11、能够构成紧联接的两种键是___________。
A.楔键和半圆键
B.平键和切向键
C.半圆键和切向键
D.楔键和切向键
12、平键联接如不能满足强度条件要求时，可在轴上安装一对平键，使它们沿圆周相隔_________。
13、在下列联接中，_________是属于可拆联接。
A.键联接
B.过盈联接
C.焊接
D.铆接
14、键联接主要用于传递________。
A.轴向力
B.径向力
C.弯矩
D.转矩
15、在轴与轮毂孔联接中，适合于定心精度要求不高、栽荷平稳、轴向力较小和低速的静联接键是________。
A.楔键
B.花键
C.导向平键
D.切向键
16、在轴与轮毂孔联接中，________键适合于定心精度要求不高、栽荷较大的静联接。
A.平键
B.花键
C.导向平键
D.切向键
17、在轴与轮毂孔联接中，定心精度要求高、传递载荷大的动或静联接宜用________。
A.平键
B.花键
C.导向平键
D.切向键
18、对轴削弱最大的键是_______。
A.平键
B.楔键
C.花键
D.半圆键
19、对轴削弱最小的键是_______。
A.平键
B.楔键
C.花键
D.半圆键
三、判断
1、平键的上、下面是工作面，所以对中性能较好。
（）
2、降低被联接件的刚度可提高受变载荷螺栓的疲劳强度。
（）
3、单头螺纹的升角较大，自锁性好，常用于联接；而多头螺纹升角小，效率高，故多用于传动中。
（）
4、楔键是靠键的侧面来工作的。
（）
5、螺纹的小径为公称直径。
（）
6、双头螺柱联接用于常拆处，螺钉联接用于不常拆处。
（）
7、联接用螺纹很少用单头螺纹。
（）
8、联接用螺纹很少用多头螺纹。
（）
9、提高被联接件的刚度可提高受变载荷螺栓的疲劳强度。
（）
10、降低联接件的刚度可提高受变载荷螺栓的疲劳强度。
（）
11、螺纹牙型常用的有三角形、梯形、锯齿形等，用于联接的是梯形螺纹。
（）
12、螺纹的大径是公称直径。
（）13、
13、被联接件之一很厚且需经常装拆时，宜选用双头螺柱联接。
（）
14、减少螺栓光杆部分直径可提高螺栓联结强度。
（
15、三角螺纹适用于作联接螺纹。
（）
16、螺纹的中径是公称直径。
（）
17、双头螺柱联接用于不常拆处。
（）
18、当用螺纹联接传递较大载荷时，常用紧定螺钉联接。
（）
19、使用开口销和止动垫片等元件进行防松属于利用附加摩擦力防松。
（）
20、导向平键是利用键的上面与轮毂之间的动配合关系来导向的。
（）
21、圆柱销好加工，定位精度比圆锥销好。
（）
22、楔键联接通常用于要求轴与轮毂严格对中的场合。
（）
四、简答
1、简述螺纹联接的基本类型及应用特点。
2、紧螺栓联接在强度计算公式中，为什么乘上“1.3”的系数？
3、受横向载荷的螺栓组联接，如用铰制孔螺栓组联接，不预紧是否可以？如用普通螺栓联接是否要预紧？预紧力应该多大？
4、为什么对重要的螺纹联接，在设计时不宜使用直径小于12的螺栓？若必须采用时，应采取什么措施？
5、螺纹联接件上的螺纹是否满足自锁条件？为什么螺纹联接要采取防松措施？
6、螺栓的主要失效形式有哪些？
7、受轴向工作载荷的紧螺栓联接，螺栓的总拉力是工作载荷与预紧力之和吗？为什么？
8、为什么降低螺栓的刚度或增大被联接件的刚度可以提高螺栓的疲劳强度？
9、为什么平键联接最常用？
10、试比较平键联接与花键联接的优缺点，并说明各自的适用场合。
11、为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10？通常采用哪些结构形式可使螺纹牙间载荷趋于均匀？
12、什么是螺旋副的自锁？螺旋副的自锁条件是什么？
13、半圆键联接与普通平键联接相比，有什么优缺点？它适用于什么场合？
14、销主要有哪几种类型？各用于何种场合？
15、普通平键联接有哪些主要失效形式？怎样进行强度校核？如经校核判定强度不够时，可采取哪些措施？
五、计算与分析
，被联
（已知摩擦系数f=0.1_0.15）.
8、试计算粗牙普通螺纹M68的螺纹升角，并说明在静载下这两个螺纹能否自锁（已知摩擦系数f=0.1_0.15）.
9、已知齿轮减速器输出轴和齿轮轮毂配合直径d=50mm，齿轮轮毂长为1.5d（d 为轴的直径），传递转矩T=450N•mm，齿轮材料为45钢，轴的材料为Q235，轻微冲击栽荷。
试选。