第五章 螺纹联接和螺旋传动
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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
机械基础第五章螺纹连接与螺旋传动的课件
4）紧定螺钉
1
与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹
3）螺钉
2
自攻螺钉——由螺钉攻出螺纹
螺母 六角螺母：标准，扁，厚 圆螺母+止退垫圈——带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧
练习： 1、对被联接的零件之一较厚，又需多次装拆的场合，宜采用（ ） A、螺栓联接 B螺钉联接 C、双头螺柱联接 D、不能确定
普通螺旋传动是由螺杆和螺母组成的简单螺旋副。其螺杆（或螺母）的移动方向不仅与螺杆(或螺母)的回转方向有关，还和螺旋方向有关。螺杆或螺母的移动方向可用左、右手螺旋法则来判定：左旋螺杆（或螺母）伸左手，右旋螺杆（或螺母）伸右手，并半握拳，四指顺着螺杆（或螺母）的旋转方向，大拇指的指向即为螺杆（或螺母）的移动方向。若螺杆原地转动，螺母移动时，与大拇指指向相反方向，即为螺母移动方向。
作业3：
1、 螺纹连接为什么要防松？防松的方法有哪几种? 2 、常用的螺纹连接件有哪些？
螺旋传动
教学目标
3、掌握直线移动方向的判定，
2、掌握普通螺旋传动的应用形式
重点
难点
4、普通螺旋传动直线移动距离计算
1、了解螺旋传动的类型和特点
重点
你或许见过或用过普通车床、台虎钳、千分尺和活络扳手，其中就应用了螺旋传动。
掌握螺纹的基本知识
四、螺纹的标记
1、普通螺纹的标记方法： 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) 2、圆柱管螺纹的标记方法：（1英尺=12英寸） 1英寸= 25.4毫米（1英寸= 8 英分） 例如： G 1/2 （表示管的通径是1/2英寸 ） 3、梯形螺纹的标记方法： Tr40x7-7e 7e---外螺纹精度等级
1
与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹
3）螺钉
2
自攻螺钉——由螺钉攻出螺纹
螺母 六角螺母：标准，扁，厚 圆螺母+止退垫圈——带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧
练习： 1、对被联接的零件之一较厚，又需多次装拆的场合，宜采用（ ） A、螺栓联接 B螺钉联接 C、双头螺柱联接 D、不能确定
普通螺旋传动是由螺杆和螺母组成的简单螺旋副。其螺杆（或螺母）的移动方向不仅与螺杆(或螺母)的回转方向有关，还和螺旋方向有关。螺杆或螺母的移动方向可用左、右手螺旋法则来判定：左旋螺杆（或螺母）伸左手，右旋螺杆（或螺母）伸右手，并半握拳，四指顺着螺杆（或螺母）的旋转方向，大拇指的指向即为螺杆（或螺母）的移动方向。若螺杆原地转动，螺母移动时，与大拇指指向相反方向，即为螺母移动方向。
作业3：
1、 螺纹连接为什么要防松？防松的方法有哪几种? 2 、常用的螺纹连接件有哪些？
螺旋传动
教学目标
3、掌握直线移动方向的判定，
2、掌握普通螺旋传动的应用形式
重点
难点
4、普通螺旋传动直线移动距离计算
1、了解螺旋传动的类型和特点
重点
你或许见过或用过普通车床、台虎钳、千分尺和活络扳手，其中就应用了螺旋传动。
掌握螺纹的基本知识
四、螺纹的标记
1、普通螺纹的标记方法： 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) 2、圆柱管螺纹的标记方法：（1英尺=12英寸） 1英寸= 25.4毫米（1英寸= 8 英分） 例如： G 1/2 （表示管的通径是1/2英寸 ） 3、梯形螺纹的标记方法： Tr40x7-7e 7e---外螺纹精度等级
2011春第五章螺纹连接和螺旋传动
(2)小径d1（内径）： 与外螺 纹牙底(或内螺纹牙项)相重合 的假想圆柱体的直径。
螺纹的最小直径，在强度计算中作为螺 栓危险剖面的计算直径。
(3)中径d2：假想圆，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。
确定螺纹几何参数和配合性质的直径。几何计算用。 一般取：d2=(d+d1)/2
（4）线数n ：螺纹的螺旋线数目。n=1时用于联接；n＞1时用 于传动；n↑→η↑，但为便于制造n≤4
2 、弹簧垫圈
弹力保持一定压力 切口尖端逆向
3 、锁紧螺母
镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中 椭圆口螺母
2、机械防松 （在联接中加入其它机械元件) 开口销、止动垫圈，串联铁丝等。
适用于冲击振动载荷，重要场合使用，成本高。
开口销与开槽六角螺母
止动垫圈 串联钢丝
机械防松
机械防松
止动垫片防松
机械防松
螺纹的精度等级:
A级 公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合 B级 受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接 C级 用于一般连接，最常用
螺纹联接的材料 和精度
螺纹联接的材料和精度
螺纹紧固件按机械性能分为十级： 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9
紧螺栓联接在承受工作载荷之前就受到了拧紧力的作 用，称其为预紧力。
三、螺纹联接的预紧和防松
1．螺纹联接的预紧 拧紧的目的
1.提高联接的紧密性 2.防止联接松动 3.提高联接件强度
❖预紧力的控制：
测力矩扳手
定力矩扳手
测力矩扳手
应变片
螺纹联接的预紧
定力矩扳手
螺旋副的拧紧力矩
❖ 预紧力和预紧力矩之间的关系：T 0.2F0d 注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(＜M12)的螺栓。
螺纹的最小直径，在强度计算中作为螺 栓危险剖面的计算直径。
(3)中径d2：假想圆，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。
确定螺纹几何参数和配合性质的直径。几何计算用。 一般取：d2=(d+d1)/2
（4）线数n ：螺纹的螺旋线数目。n=1时用于联接；n＞1时用 于传动；n↑→η↑，但为便于制造n≤4
2 、弹簧垫圈
弹力保持一定压力 切口尖端逆向
3 、锁紧螺母
镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中 椭圆口螺母
2、机械防松 （在联接中加入其它机械元件) 开口销、止动垫圈，串联铁丝等。
适用于冲击振动载荷，重要场合使用，成本高。
开口销与开槽六角螺母
止动垫圈 串联钢丝
机械防松
机械防松
止动垫片防松
机械防松
螺纹的精度等级:
A级 公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合 B级 受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接 C级 用于一般连接，最常用
螺纹联接的材料 和精度
螺纹联接的材料和精度
螺纹紧固件按机械性能分为十级： 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9
紧螺栓联接在承受工作载荷之前就受到了拧紧力的作 用，称其为预紧力。
三、螺纹联接的预紧和防松
1．螺纹联接的预紧 拧紧的目的
1.提高联接的紧密性 2.防止联接松动 3.提高联接件强度
❖预紧力的控制：
测力矩扳手
定力矩扳手
测力矩扳手
应变片
螺纹联接的预紧
定力矩扳手
螺旋副的拧紧力矩
❖ 预紧力和预紧力矩之间的关系：T 0.2F0d 注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(＜M12)的螺栓。
第5章螺纹联接和螺旋传动
1、螺纹阻力矩
T1增F加 紧0可密d22靠性t性an (V)
2、支承面阻力矩
T2
13F0 fc
D03 D02
d03 d02
3、拧紧力矩
T T 1 T 21 2F 0 d2ta nv()3 2fcD D 0 0 2 3 d d 0 0 3 2 FL
4、控制预紧力的方法
① 测力矩板手
② 定力矩板手
③ 测定螺栓伸长量
（三）螺纹联接的防松
1、摩擦防松（prevent loosening by friction） 双螺母（double nut）
弹簧垫圈（spring washer） 自锁螺母（self-locking nut）
2、机械防松
开口销(spring cotter)与六角开槽螺母(notch nut)
止动垫圈（stop washer） 串联金属丝（in series wire）
3、永久防松（破坏螺纹副）
冲点、焊接(jointing)、粘合(conglutination)
四、单个螺栓联接的强度计算 占65%
1、失效形式及计算准则 ① 受拉螺栓
断裂（过载断裂、疲劳 断裂）、螺纹滑扣；
占20% 占15%
③ 螺栓间有合理的间距、边距；
④ 同一圆周上的螺栓数目尽量取偶数，同一螺 栓组中各螺栓的材料、直径、长度应一致；
⑤ 避免螺栓受偏心载荷。
2、螺栓组受力分析 目的：找出受力最大的螺拴及所受力的大小 假设：螺栓的材料、直径、长度、预紧力相同；
螺栓组的对称中心与接合面形心重合； 受载后结合面仍保持为平面。
（1）受横向载荷的螺栓组联接
FΣ FΣ ／z ＝F
F0 f z F0 f z
F0 f z i ≥FΣKS f —接合面摩擦系数； i —接合面数目； z —螺栓数目； KS—防滑系数，KS＝1.1～1.3。
机械基础第五章螺纹连接与螺旋传动的课件
8、锯齿形螺纹广泛应用于单向螺旋传动中。（√ ）
9、普通螺纹同一公称直径只能有一种螺距。（×）
10、普通螺纹的公称直径是指螺纹大径的基本尺寸。（√ ）
课堂练习:
11、螺旋传动是由螺杆 和 螺母 组成，主要用来 将 旋转 运动变换为 直线运动，同时传递 运动 和 动力。 12、根据螺纹牙型的不同，可分为 矩形 、梯形 、 三角形 、 和锯齿形、螺纹等。
并叫正扣。
右旋螺纹
左旋螺纹
3、螺纹的自锁
二、螺纹的基本参数
1）外径（大径）d（D）——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 直径（公称直径）。
2）内径（小径）d1(D1) ——与外螺纹牙底相重合的假想圆 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)
牙型角α=55°，内、 外螺纹公称牙型间没 有间隙，螺纹副本身 不具有密封性。
牙型为正方形，牙 厚为螺矩的一半， 传动效率高。但精 度制造困难，对中 精度低，牙根强度 弱。
梯形 螺纹
锯齿形 （3°/ 30°） 螺纹
牙型为α=30°，螺纹副的 小径和大径处有相等的间 隙。效率较低，但工艺性 好，牙根强度高。
工作面的牙型斜角为3°， 非工作面的牙型斜角为30°， 螺纹牙强度高，应力集中 小，，螺纹副的大径处无间 隙，便于对中。
课堂练习:
1、广泛应用于紧固连接的螺纹是（A ），而传动螺 纹常用（C）。 A、三角形螺纹 B、矩形螺纹 C、梯形螺纹
2、普通螺纹指（A）。 A、三角形螺纹 B、梯形螺纹 C、矩形螺纹
13、细牙螺纹适用于 薄璧 零件的连接和 微调机 构的调整
课堂练习:
14、所有的管螺纹连接都是依靠其螺纹本身 来进行密封的。（×）
9、普通螺纹同一公称直径只能有一种螺距。（×）
10、普通螺纹的公称直径是指螺纹大径的基本尺寸。（√ ）
课堂练习:
11、螺旋传动是由螺杆 和 螺母 组成，主要用来 将 旋转 运动变换为 直线运动，同时传递 运动 和 动力。 12、根据螺纹牙型的不同，可分为 矩形 、梯形 、 三角形 、 和锯齿形、螺纹等。
并叫正扣。
右旋螺纹
左旋螺纹
3、螺纹的自锁
二、螺纹的基本参数
1）外径（大径）d（D）——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 直径（公称直径）。
2）内径（小径）d1(D1) ——与外螺纹牙底相重合的假想圆 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)
牙型角α=55°，内、 外螺纹公称牙型间没 有间隙，螺纹副本身 不具有密封性。
牙型为正方形，牙 厚为螺矩的一半， 传动效率高。但精 度制造困难，对中 精度低，牙根强度 弱。
梯形 螺纹
锯齿形 （3°/ 30°） 螺纹
牙型为α=30°，螺纹副的 小径和大径处有相等的间 隙。效率较低，但工艺性 好，牙根强度高。
工作面的牙型斜角为3°， 非工作面的牙型斜角为30°， 螺纹牙强度高，应力集中 小，，螺纹副的大径处无间 隙，便于对中。
课堂练习:
1、广泛应用于紧固连接的螺纹是（A ），而传动螺 纹常用（C）。 A、三角形螺纹 B、矩形螺纹 C、梯形螺纹
2、普通螺纹指（A）。 A、三角形螺纹 B、梯形螺纹 C、矩形螺纹
13、细牙螺纹适用于 薄璧 零件的连接和 微调机 构的调整
课堂练习:
14、所有的管螺纹连接都是依靠其螺纹本身 来进行密封的。（×）
第5章 螺纹连接和螺旋传动 作业题 答案(2011.12)
第五章螺纹连接和螺旋传动作业一、选择题1、当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能A 。
A. 好B. 差C. 相同D. 不一定2、用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹 A 。
A. 牙根强度高，自锁性能好B. 传动效率高C. 防振性能好D. 自锁性能差3、若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的 B 。
A. 螺距和牙型角B. 升角和头数C. 导程和牙形斜角D. 螺距和升角4、对于连接用螺纹，主要要求连接可靠，自锁性能好，故常选用 A 。
A. 升角小，单线三角形螺纹B. 升角大，双线三角形螺纹C. 升角小，单线梯形螺纹D. 升角大，双线矩形螺纹5、用于薄壁零件连接的螺纹，应采用 A 。
A. 三角形细牙螺纹B. 梯形螺纹C. 锯齿形螺纹D. 多线的三角形粗牙螺纹6、若要提高受轴向变载荷作用的紧螺栓的疲劳强度，则可 B 。
A、在被连接件间加橡胶垫片B、增大螺栓长度C、采用精制螺栓D、加防松装置7、计算紧螺栓连接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的 B 倍。
A. 1.1B. 1.3C. 1.25D. 0.38、采用普通螺栓连接的凸缘联轴器，在传递转矩时， D 。
A. 螺栓的横截面受剪切B. 螺栓与螺栓孔配合面受挤压C. 螺栓同时受剪切与挤压D. 螺栓受拉伸与扭转作用9、在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是C 。
A. 单线矩形螺旋副B. 单线梯形螺旋副C. 双线矩形螺旋副D. 双线梯形螺旋副10、在螺栓连接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是 C 。
A. 提高强度B. 提高刚度C. 防松D. 减小每圈螺纹牙上的受力11、在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了 B 。
A. 受力均匀B. 便于装配.C. 外形美观D. 降低成本12、当铰制孔用螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓 D 。
机械设计第五版课件第五章 螺纹联接与螺旋传动
拧紧力矩系数
3 3 d2 1 2 f D1 d 0 kt tan( ) y 2 2 2d 3d D1 d 0
当钢制螺纹M10~M68时，由螺纹几何关系和 摩擦系数可得： k 0.2
t
故：
T 0.2F d
T F 0.2d
4、装配时控制预紧力的方法
校核公式：
4 1.3F0
d1
2
[ ]
MPa
设计公式：
d1
4 1.3F0 [ ]
mm
式中
[ ] —紧螺栓连接的许用拉应力
（3）疲劳强度计算
对于受变载荷的 螺栓连接，按静 强度设计尺寸后， 还需进行疲劳强 度校核。
疲劳强度条件为
CB 2F a [ ]a 2 CB Cm d1
2 2 2
Trmax
r
i 1
z
2
i
4、 受倾覆力矩M的螺栓组连接
F1 L1 F2 L2 ...Fz Lz M F1 F2 Fz ... L1 L2 Lz F1 F10 Fmax ML1 L1 L ... L
2 2 2 2 2 z
MLmax
L
MPa
[ ]a
式中
k m 1
K S a
MPa
1 —螺栓材料的对称拉压疲劳极限
K —有效应力集中系数 k m —螺纹制造工艺系数
—尺寸系数
S a —安全系数
三、 螺栓连接的许用应力
螺栓许用剪应力及许用挤压应力
5.6 螺栓组连接设计 一、螺栓组连接的结构设计
1 、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单 几何形状
第5章 螺纹联接和螺旋传动
0
P 8485N
450 FR '
50
120 150
3 4 1 2
倾覆力矩
习题课
螺栓4受力最大，最大工作载荷： FQ M L max 6000 3 105 60 Fmax 4000 N 2 2 Z 4 2 60 Li 二.求预紧力F0和总拉力F2 首先保证底板不滑移 K s FR F0 讨论： 1.若仅受FR作用：f F0 z K s FR f z K s FR 2.若同时受FR+FQ作用： f F1 z K s FR F1 f z FQ 且： F F c m 1 0 cb cm z
习题课
4 1.3 14125 4 1.3F2 12.088mm 取M16 d1 160 d1 13.835mm S 240 式中： 160MPa S 1.5 选螺栓材料为Q235，4.6级
习题课
四.校核螺栓组安全工作条件 1.底板与基座不分离 c m FQ z F0 c c Z M b m p min F M A W 6000 4 (13125 0.75 ) 5 F （F0+FQ引起） 3 10 4 150 2 1503 M （M引起） 4 32 2.716 0.905 1.811MPa 0 2.底板与基座不压溃 p min p max F M 3.621MPa [ p ] 0.45 B 0.45 200 90MPa (接合面[σp]见表5-6)
习题课
3.若同时受FR+FQ+M作用：M对摩擦力无影响，此时，支 架对底板总压力仍为： c m FQ
z(F0
P 8485N
450 FR '
50
120 150
3 4 1 2
倾覆力矩
习题课
螺栓4受力最大，最大工作载荷： FQ M L max 6000 3 105 60 Fmax 4000 N 2 2 Z 4 2 60 Li 二.求预紧力F0和总拉力F2 首先保证底板不滑移 K s FR F0 讨论： 1.若仅受FR作用：f F0 z K s FR f z K s FR 2.若同时受FR+FQ作用： f F1 z K s FR F1 f z FQ 且： F F c m 1 0 cb cm z
习题课
4 1.3 14125 4 1.3F2 12.088mm 取M16 d1 160 d1 13.835mm S 240 式中： 160MPa S 1.5 选螺栓材料为Q235，4.6级
习题课
四.校核螺栓组安全工作条件 1.底板与基座不分离 c m FQ z F0 c c Z M b m p min F M A W 6000 4 (13125 0.75 ) 5 F （F0+FQ引起） 3 10 4 150 2 1503 M （M引起） 4 32 2.716 0.905 1.811MPa 0 2.底板与基座不压溃 p min p max F M 3.621MPa [ p ] 0.45 B 0.45 200 90MPa (接合面[σp]见表5-6)
习题课
3.若同时受FR+FQ+M作用：M对摩擦力无影响，此时，支 架对底板总压力仍为： c m FQ
z(F0
精选第5章螺纹连接和螺旋传动资料
沟槽和凸起宽度相等。
(4)螺距P 相邻两牙在中径线
ψ
上对应两点间的轴向距离。
(5)导程S S = nP
同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P
(线6与)垂螺直纹于升螺角纹ψ轴线的中平径面d2的圆夹柱角上，螺旋线的切tanψ=πnPd2
机械设计
(7)牙型角 α 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边
公称直径d
中 径 内螺纹小径
P
h3=H4
ac
第1系列
第2系列
D2 d2
D1
4
2.25
0.25
16、18
d-2 d-4
5
2.75
0.25
24、28
22、26
d-2.5 d-5
6
2.25 0.5
32、36
30、34
d-3 d-6
8
6.5
0.5
48、52
46、50
d-4 d-8
10
5.5
0.5 40、70、80 38、42、65
9.026
10.863
12.701 14.701
16.376 18.376 20.376 22.052 25.052 27.727
注：括号内的公称直径为第二系列
小径 D2 d2 2.459 3.242 4.134 4.918 6.647 8.376
10.106
11.835 13.835 15.294 17.294 19.294 20.752 23.752 26.211
的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。
牙侧角 β
α ββ
(8)接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面
的径向高度。
螺纹的精度等级: