第五章螺纹连接和螺旋传动(2014)讲解
合集下载
机械设计第五章 螺纹连接与螺旋传动
用于传动
多 线 螺 纹
二. 螺纹的分类
1、按牙形分：
三角形： 剃 形： 锯齿形：
矩 形：
2、按螺旋的线数分：单线、多 线（一般不超过4线），线 数越多，导程越大。单线用 于连接，多线用于传动。
3、按旋向分：右旋、左旋。一般用右旋。 4、内、外螺纹之分：二者旋合组成螺旋副（螺纹副）
5、按母体的形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹
二.螺栓组连接的受力分析
为了简化计算，假设： 1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 2）螺栓组的几何中心与连接结合面的形心重合； 3）受载后连接结合面仍保持为平面。
1. 承受横向载荷作用的螺栓组连接 普通螺栓连接 铰制孔用螺栓连接
两种情况的工作原理不同！
1）普通螺栓组连接 螺栓组受力
0
0
4.控制预紧力的方法： 1）控制拧紧力矩； a.测力矩板手；
b.定力矩板手；
定力矩扳手
测力矩扳手
2）测量螺栓的伸长量； 3）螺母转角法。
§5-4 螺纹连接的防松
1.防松的根本原理：防止螺旋副的相对转动。 2.防松的原因：
1）在冲击、振动、变载荷作用下，螺旋副间的摩擦阻力极不稳定， 在某一瞬间会急剧减少以致消失，失去自锁能力，连接就可能松脱； 2）螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作，材料发生蠕变和应力 松弛，也会使预紧力和摩擦力逐渐减少，最终导致连接失效。
ψ
§5-2 螺纹连接的类型及螺纹标准件
一、螺纹连接的基本类型
螺栓连接、螺钉连接、双头螺柱连接、紧定螺钉连接。 1. 螺栓连接 1）被连接件的孔不用加工螺纹，装拆方便，用于经常
拆装的场合。 2）只适用于被连接件都较薄的情况。
（ 1 ） 普 通 螺 栓 连 接
机械基础5-4螺纹连接与螺旋传动——螺纹连接
的标注，后者为外螺纹的标注。
3、梯形螺纹的标记方法：
Tr40x7-7e 7e---外螺纹精度等级
• 单线螺纹只标注螺距，多线螺纹标注螺距和导程。 • 右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹用LH表示。 • 旋合长度有长旋合长度L，中等旋合长度N两种，中等旋合长度
4.大径（公称直径）——D、d 外螺纹大径d——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径； 内螺纹大径D——与内螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径。
5.内径（小径）d1(D1) 外螺纹小径代号d1——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径； 内螺纹小径代号D1——与内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径。
6.中径d2(D2) 一个假想的中径圆柱的直径； 该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方 d2≈0.5(d+d1)
• 长旋合长度L • 中旋合长度N • 短旋合长度S
03 螺纹的类型
1.螺纹的牙型
三、螺纹的类型 1. 按牙型: 三角形螺纹、管螺纹 ——连接（用）螺纹
矩形、梯形、锯齿形螺纹——传动（用）螺纹
普通螺纹
细牙螺纹
粗牙螺纹
牙型角为60°。自锁性能好，应力集中小，应用最广，一般连 接多用粗牙螺纹。细牙螺纹常用于薄壁、振动、 受冲击零件，如微调机构（螺旋测微仪、千分尺）
螺纹代号 大径 螺纹公差带代号（中径、顶径公差） 例如：M10 –5g6g (粗 牙)
M10x1- 7H (细 牙)
• 细牙螺纹的每一个公称直径对应着数个螺距，因此必须标 出螺距值，而粗牙普通螺纹不标螺距。
• 右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺旋则用LH表示 • 旋合长度有L,S,N三种，其中中等旋合长度N不标注。 • 公差带代号中，前者为中径公差带代号，后者为顶径公差
细牙螺纹——同样的公称直径下，螺距最小， 自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等】
3、梯形螺纹的标记方法：
Tr40x7-7e 7e---外螺纹精度等级
• 单线螺纹只标注螺距，多线螺纹标注螺距和导程。 • 右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹用LH表示。 • 旋合长度有长旋合长度L，中等旋合长度N两种，中等旋合长度
4.大径（公称直径）——D、d 外螺纹大径d——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径； 内螺纹大径D——与内螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径。
5.内径（小径）d1(D1) 外螺纹小径代号d1——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径； 内螺纹小径代号D1——与内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径。
6.中径d2(D2) 一个假想的中径圆柱的直径； 该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方 d2≈0.5(d+d1)
• 长旋合长度L • 中旋合长度N • 短旋合长度S
03 螺纹的类型
1.螺纹的牙型
三、螺纹的类型 1. 按牙型: 三角形螺纹、管螺纹 ——连接（用）螺纹
矩形、梯形、锯齿形螺纹——传动（用）螺纹
普通螺纹
细牙螺纹
粗牙螺纹
牙型角为60°。自锁性能好，应力集中小，应用最广，一般连 接多用粗牙螺纹。细牙螺纹常用于薄壁、振动、 受冲击零件，如微调机构（螺旋测微仪、千分尺）
螺纹代号 大径 螺纹公差带代号（中径、顶径公差） 例如：M10 –5g6g (粗 牙)
M10x1- 7H (细 牙)
• 细牙螺纹的每一个公称直径对应着数个螺距，因此必须标 出螺距值，而粗牙普通螺纹不标螺距。
• 右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺旋则用LH表示 • 旋合长度有L,S,N三种，其中中等旋合长度N不标注。 • 公差带代号中，前者为中径公差带代号，后者为顶径公差
细牙螺纹——同样的公称直径下，螺距最小， 自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等】
第五章螺纹联接与螺旋传动-资料
一周所移动的轴向距离，S=nP。
升角y的计算式为：yarctaSd2narctnad2nP
纹
螺纹的类型与特点2
螺纹联接的类型与标准联接件
一、螺纹联接的基本类型
联接类型与标准件1
螺纹联接的类型与标准联接件
特殊结构的螺纹联接：T型槽螺栓联接、联吊接类环型与螺标准件钉1 联接、
地脚螺栓联接等。
螺纹联接的类型与标准联接件
大径d－即螺纹的公称直径。 小径d1－螺纹危险截面的计算直径。 中径d2－常用于联接的几何计算。 螺距P－螺纹相邻两个牙型上对应点间的
轴向距离。 牙型角a－螺纹轴向截面内，螺纹牙型两
侧边的夹角。 升角y－螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线
的平面间的夹角。 线数n－螺纹的螺旋线数目。 导程S－螺纹上任一点沿同一条螺旋线转
第五章 螺纹联接与螺旋传动
§5-1 螺纹 §5-2 螺纹联接的类型与标准联接件 §5-3 螺纹联接的预紧 §5-4 螺纹联接的防松 §5-5 螺栓组联接的设计 §5-6 螺纹联接的强度计算 §5-7 螺纹联接件的材料与许用应力 §5-8 提高螺纹联接强度的措施 §5-9 螺旋传动
螺
二、普通螺纹的主要参数
失效形式：
受拉螺栓：螺纹部分的塑性变形、 螺栓杆的疲劳断裂。
受剪螺栓：螺栓杆被剪断、螺栓杆 和孔壁的贴合面被压溃。
15% 螺纹联接的强度计算1 20% 65%
强度计算的目的：根据强度条件确定螺栓直径。
注：按联接的装配情况分为松螺栓联接和紧螺栓联接。
一、松螺栓联接强度计算 （推导过程）
二、紧螺栓联接强度计算
❖ 预紧力的确定原则：
联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。
螺纹联接的预紧
升角y的计算式为：yarctaSd2narctnad2nP
纹
螺纹的类型与特点2
螺纹联接的类型与标准联接件
一、螺纹联接的基本类型
联接类型与标准件1
螺纹联接的类型与标准联接件
特殊结构的螺纹联接：T型槽螺栓联接、联吊接类环型与螺标准件钉1 联接、
地脚螺栓联接等。
螺纹联接的类型与标准联接件
大径d－即螺纹的公称直径。 小径d1－螺纹危险截面的计算直径。 中径d2－常用于联接的几何计算。 螺距P－螺纹相邻两个牙型上对应点间的
轴向距离。 牙型角a－螺纹轴向截面内，螺纹牙型两
侧边的夹角。 升角y－螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线
的平面间的夹角。 线数n－螺纹的螺旋线数目。 导程S－螺纹上任一点沿同一条螺旋线转
第五章 螺纹联接与螺旋传动
§5-1 螺纹 §5-2 螺纹联接的类型与标准联接件 §5-3 螺纹联接的预紧 §5-4 螺纹联接的防松 §5-5 螺栓组联接的设计 §5-6 螺纹联接的强度计算 §5-7 螺纹联接件的材料与许用应力 §5-8 提高螺纹联接强度的措施 §5-9 螺旋传动
螺
二、普通螺纹的主要参数
失效形式：
受拉螺栓：螺纹部分的塑性变形、 螺栓杆的疲劳断裂。
受剪螺栓：螺栓杆被剪断、螺栓杆 和孔壁的贴合面被压溃。
15% 螺纹联接的强度计算1 20% 65%
强度计算的目的：根据强度条件确定螺栓直径。
注：按联接的装配情况分为松螺栓联接和紧螺栓联接。
一、松螺栓联接强度计算 （推导过程）
二、紧螺栓联接强度计算
❖ 预紧力的确定原则：
联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。
螺纹联接的预紧
螺纹连接与螺旋传动演示课件
螺距、导程、线数之间关系：S=nP
7
8）螺旋升角λ——中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于
（以书为斜面，黑板擦为物体演示）
螺旋线轴线的平面的夹角（自锁，钢的自锁角8~10°）
9）牙型角α ——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角
8
10）螺纹的旋向 动画 左旋和右旋
9
螺纹的牙型
3° 30°
10
三、螺纹的类型
47
4、双螺旋机构
1）差动机构：两螺旋副的螺纹旋向相同 可移动螺母相对机架的移动距离S(mm)
S = ( L1 - L2 ) n
L1: 螺母1的导程
L2: 螺母2的导程
L1
n : 螺杆转过的圈数
n L2
48
2）复式螺旋机构：两螺旋副的螺纹旋向相 反
可移动螺母相对机架的移动距离S(mm)
L = ( L1 + L2 ) n
ss
kk
ll
2）双头螺柱——两端带螺纹
XX b bm m
辗辗 制制 末末 端端
B B型型 XX b bm m
XX bb
ll
辗辗 制制 末末 端端
XX bb
ll
ds ds
d d
A型——有退刀槽 B型——无退刀槽 25
3）螺钉 与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹
dk dk
n n
d d
nn dd
18
变速箱 盖连接
螺栓联接
精密螺栓联接
19
2、双头螺栓联接——螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时 一端旋入被联接件，另一端配以螺母。 适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折 装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被 联接件中拧出。
动画
7
8）螺旋升角λ——中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于
（以书为斜面，黑板擦为物体演示）
螺旋线轴线的平面的夹角（自锁，钢的自锁角8~10°）
9）牙型角α ——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角
8
10）螺纹的旋向 动画 左旋和右旋
9
螺纹的牙型
3° 30°
10
三、螺纹的类型
47
4、双螺旋机构
1）差动机构：两螺旋副的螺纹旋向相同 可移动螺母相对机架的移动距离S(mm)
S = ( L1 - L2 ) n
L1: 螺母1的导程
L2: 螺母2的导程
L1
n : 螺杆转过的圈数
n L2
48
2）复式螺旋机构：两螺旋副的螺纹旋向相 反
可移动螺母相对机架的移动距离S(mm)
L = ( L1 + L2 ) n
ss
kk
ll
2）双头螺柱——两端带螺纹
XX b bm m
辗辗 制制 末末 端端
B B型型 XX b bm m
XX bb
ll
辗辗 制制 末末 端端
XX bb
ll
ds ds
d d
A型——有退刀槽 B型——无退刀槽 25
3）螺钉 与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹
dk dk
n n
d d
nn dd
18
变速箱 盖连接
螺栓联接
精密螺栓联接
19
2、双头螺栓联接——螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时 一端旋入被联接件，另一端配以螺母。 适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折 装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被 联接件中拧出。
动画
螺纹联接及螺旋传动讲解
管螺纹（英制） 55°非密封管螺纹
55°
牙型角为55 ，牙顶呈圆弧形。其公称 直径（平均外径）近似为管子的孔径，以英 寸为单位。如果要求连接具有密封性时，需 添加密封物。
55°非密封管螺纹
管螺纹（英制） 55°密封管螺纹（R）
55°
牙型角为55 ，牙顶呈圆弧形。螺纹 分布在1:16的圆锥管壁上。内外螺纹配合 时没有间隙，不用填料也可以保证不渗漏 ，拧紧时可消除制造误差或磨损所产生的 间隙。
也要注意，由于摩擦系数不稳定和加在扳手上的 力有时难以准确控制，也可能使螺栓拧得过紧，甚 至拧断。因此，对于重要的连接通常不宜用小于 M12-M16的螺栓。
螺纹连接的防松
1、防松目的 实际工作中，外载荷有振动、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。
垫片（垫圈）
作业：P162 第1、4题
第二节 螺纹连接的预紧与防松
螺纹连接的预紧
大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧（松螺栓 除外），称之为预紧。
预紧可夹紧被连接件，使连接接合面产生压紧力 ，这个力即为预紧力。
装配时预紧的螺栓联接称为紧螺栓连接
防止联接松脱，增强可靠性
预紧的目的 被联接件接合面具有足够的紧密性
f c F0
r23 r22
r13 r12
对于常用的M10-M64钢制普通粗牙螺纹，拧紧力 矩T与轴向拉力F0可取：
T≈0.2 F0 d 对于一定公称直径的螺栓，当要求的预紧力已知 时，可按照上式确定扳手的拧紧力矩。 控制预紧力的方法很多，如借助测力矩扳手或定 力矩扳手通过拧紧力矩控制预紧力，但精确性较差， 且不适合大型螺栓连接；通过控制拧紧圈数或螺母 转角控制预紧力，精度略高于前者但仍不能高精度 控制预紧力；通过测量预紧前后螺栓的伸长量或测 量应变控制预紧力，适合精确控制预紧力的连接或 大型螺栓连接。
05第五章螺纹联接和螺旋传动(1)
4F 校核式： 2 d1
4F 设计式：d1 [ ]
（5 8）
(5 9)
4.螺栓材料和许用应力 5.查手册确定d，及其它 有关尺寸。
二、紧螺栓联接
F0 拉应力： d12 4
d2 F0 tg ( v ) 2 切应力： d13 16 2d 2 F0 tan( v ) 2 d1 d1 4
横向荷载+轴向载荷+翻转力矩
受复合载荷的螺栓组联接
横向载荷+旋转力矩
受复合载荷的螺栓组联接
计算时应求出受力最大螺栓的受力
§5-7 螺纹联接件的材料和许 用应力（自学）
§5-8 提高螺纹联接强度的措施
1.降低螺栓总拉伸载荷的变化范围 螺栓的总拉力与螺栓和被联接件的刚 度有关，减小螺栓刚度或增大被联接 件刚度都能降低应力幅。
（二）滑动螺旋的结构和材料
1、滑动螺旋的结构 整体螺母：结构简单，但由磨损而产生的轴向 间隙不能补偿，只适合在精度要求较低的螺旋中 使用。 组合螺母或剖分螺母：对于经常双向传动的传 导螺旋，为了消除铀向间隙和补偿旋合螺纹的磨 损，避免反向传动时的空行程，常采用组合螺母 或剖分螺母。
滑动螺旋采用的螺纹类型有矩形、梯形 和锯齿形。其中以梯形和锯齿形螺纹应 用最广。 螺杆常用右放螺纹，只有在某些特殊的 场台，如车床横向进给丝杠，为了符合 操作习惯， 才采用左旋螺纹。 传力螺旋和调整螺旋要求自锁时，应采 用单线螺纹。对于传导螺旋，为了提高 其传动效率及直线运动速度，可采用多 线螺纹(线数n=3~4，甚至多达6)。
功能
传力螺旋
特
点
以传递动力为主，受力大，速度低，间歇工 作，通常要求自锁。
以传递运动为主，要求较高的运动速度和精 传导螺旋 度，
4F 设计式：d1 [ ]
（5 8）
(5 9)
4.螺栓材料和许用应力 5.查手册确定d，及其它 有关尺寸。
二、紧螺栓联接
F0 拉应力： d12 4
d2 F0 tg ( v ) 2 切应力： d13 16 2d 2 F0 tan( v ) 2 d1 d1 4
横向荷载+轴向载荷+翻转力矩
受复合载荷的螺栓组联接
横向载荷+旋转力矩
受复合载荷的螺栓组联接
计算时应求出受力最大螺栓的受力
§5-7 螺纹联接件的材料和许 用应力（自学）
§5-8 提高螺纹联接强度的措施
1.降低螺栓总拉伸载荷的变化范围 螺栓的总拉力与螺栓和被联接件的刚 度有关，减小螺栓刚度或增大被联接 件刚度都能降低应力幅。
（二）滑动螺旋的结构和材料
1、滑动螺旋的结构 整体螺母：结构简单，但由磨损而产生的轴向 间隙不能补偿，只适合在精度要求较低的螺旋中 使用。 组合螺母或剖分螺母：对于经常双向传动的传 导螺旋，为了消除铀向间隙和补偿旋合螺纹的磨 损，避免反向传动时的空行程，常采用组合螺母 或剖分螺母。
滑动螺旋采用的螺纹类型有矩形、梯形 和锯齿形。其中以梯形和锯齿形螺纹应 用最广。 螺杆常用右放螺纹，只有在某些特殊的 场台，如车床横向进给丝杠，为了符合 操作习惯， 才采用左旋螺纹。 传力螺旋和调整螺旋要求自锁时，应采 用单线螺纹。对于传导螺旋，为了提高 其传动效率及直线运动速度，可采用多 线螺纹(线数n=3~4，甚至多达6)。
功能
传力螺旋
特
点
以传递动力为主，受力大，速度低，间歇工 作，通常要求自锁。
以传递运动为主，要求较高的运动速度和精 传导螺旋 度，
第五章螺纹联接及螺旋传动
第五章螺纹连接及螺旋传动基本要求:1) 掌握螺纹的基本知识——螺纹的基本参数、常用螺纹的种类、特性及其应用。
2) 掌握螺纹联接的基本知识——螺纹联接的基本类型、结构特点及其应用，螺纹联接标准件，螺纹联接的预紧与防松。
3) 掌握螺栓组联接设计的基本方法——螺栓组联接的结构设计，受力分析，单个螺栓联接的强度计算理论与方法。
4) 掌握提高螺纹联接强度的各种措施。
5) 掌握滑动螺旋传动的常用设计方法。
重点：1) 螺纹和螺纹联接的基本知识。
2) 螺栓组联接的受力分析，主要是复杂受力状态下的受力分析。
3) 单个螺栓联接的强度计算，主要是承受横向载荷和轴向拉伸载荷的紧螺栓联接的强度计算。
4) 螺栓组联接的综合计算，主要是三种情况：①校核螺栓组联接螺栓的强度；②设计螺栓组联接螺栓的直径尺寸；③确定螺栓组联接所能承受的最大载荷。
难点：1) 螺纹联接的结构设计。
2) 受倾覆力矩作用的螺栓组联接受力分析。
3) 复杂受力状态下的螺栓组联接受力分析。
4) 受预紧力和轴向工作载荷作用时，单个螺栓联接的螺栓总拉力的确定。
§5-1 螺纹螺纹连接是一种可拆连接，它是靠螺纹工作的。
其特点为：构造简单,拆装方便,工作可靠,各种螺纹连接件已标准化。
故应用广泛。
一、螺纹的类型及应用对螺纹的要求：5．按母体形状圆柱螺纹 圆锥螺纹旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，右边高则为右旋。
思考：螺纹是螺纹连接和螺旋传动的重要部分，要求有足够的强度(牙根和杆的断面)和良好的工艺性。
此外，连接螺纹必须自锁，管螺纹还要求有紧密性，传动螺纹要求高效率，调整螺纹和传递运动的螺纹则要求有足够的精度，起重螺纹既希望工作行程效率高，又要求自锁性能好。
二、螺纹的主要参数⑦接触高度：内、外螺纹旋合后的接触面的径向高度。
三、常用的螺纹的特点和应用范围1. 普通螺纹(三角形螺纹，代号：GB 192-1981)普通螺纹分粗牙和细牙，一般用粗牙。
牙形角α=2β=60°，因牙侧角β大，所以摩擦大，易自锁，主要用于连接。
fA第5章螺纹连接和螺旋传动
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 按螺纹的旋向分
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
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
螺纹的牙型
潘存云教授研制
矩形螺纹
30º
潘存云教授研制
三角形螺纹
15º
潘存云教授研制
梯形螺纹
30º 3º 潘存云教授研制
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
3、螺纹的自锁 自锁条件 当量摩擦角 当量摩擦系数
为了保证连接螺纹具有自锁性，三角形螺纹标准中对基本参数 和尺寸关系作了合理匹配。 例如普通粗牙三角螺纹的螺纹升角=1.5～5,小于当量摩擦角 ，因而都是自锁的。 至于普通细牙螺纹，因螺距小，螺纹升角也小，所以自锁性更 好。
H2 l1 HH1
ed
潘存云教授研制
a
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
§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
基 螺栓连接：普通螺栓连接
本
铰制孔用螺栓连接
类 螺钉连接
型 双头螺柱连接
潘存云教授研制
紧定螺钉连接
潘存云教授研制
紧定螺钉
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
二、螺纹紧固件
60˚圆锥管螺纹
公称直径——管子的公称通径。强调与普通螺纹不同
55 ˚
55 ˚
d d2 d1
潘存云教授研制
P
潘存云教授研制
d
d2 d1
P
φ
潘存云教授研制
中国地质大学专用
非螺纹密封的管螺纹