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第6章 螺纹连接 6.1 螺纹副的主要参数与受力特征 6.2 单个螺纹连接的设计 6.3 螺栓组连接的设计 6.4 螺旋传动 联 接 在机械中许多零、部件间以一定的 方式组合成一个整 体, 这就构成了联接 常用的机械联接有两大类： 动联接 动联接 动联接——在机器工作时，被联接的诸零、部件之间可以 有相对位置的变化，如:各种运动副 静联接——在机器工作时，被联接的诸零、 部件之间的 相对位置是固定不变的，不允许有相对运动 可拆连接 不可拆连接 ---如: 螺纹、键、销连接等 ---铆、焊、粘接等（永久连接） 联接目的: 便于机器的制造、安装、运输、维修以及 提高劳动生产率 螺纹联接 键、花键、销联接 楔联接 弹性环联 联 接 过盈联接 铆接 焊接 胶接 可拆联接 不可拆联接 其共同特点是装拆方便， 而且经多次装拆无损于使 用 永久联接不能拆开重新使用 过盈联接介于可拆联接于不可拆 联接之间，一般用于不可拆联接,因一 经拆开,虽仍可使用,但承载能力有所降 低.过盈量小时则可多次使用影响较小. 外螺纹 内螺纹 潘存云教授研制 外螺纹 内螺纹 螺旋副 螺纹联接的设计 螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联接，它的主 要功能是把若干个零件联接在一起。
属于可拆联结，结构简单、拆装方便、适用范围广 d1 d1 a c 螺纹的形成 6.1 螺纹副的主要参数和受力特征 1、螺纹的种类及主要参数 （1） 种类： 按螺旋方向：左旋、右旋 右旋左旋 左旋 右旋 按螺纹的线数：单线、双线、多线， 一般不超过4线 按位置：内螺纹（ 如螺母）、外螺纹（如螺钉） 按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹 双线螺纹 单线螺纹 圆柱螺纹 圆锥螺纹 按牙型： 三角形螺纹——常用于联接 矩形螺纹——用于传动 梯 形螺纹——常用于螺旋传动 锯齿形螺纹——常用于单向传动 管螺纹——常用于紧密连接 按螺纹的牙型分 30 3 矩形螺纹 锯齿形螺纹 梯形螺纹 30 普通螺纹 60 管螺纹 55 连接螺纹传动螺纹 潘存云教授研制 潘存云教授研制 按螺纹作用分 连接螺纹 传动螺纹 ③ 中径 d2 d1d2 d ② 小径 d1 螺纹的主要参数： ---在标准中定为公称直径① 大径 d ---强度计算中常作为螺杆危险截面的 计算直径 三 径 d1d2 d ⑤ 导程（升距）S ④ 螺距 P S P 二 距 n----螺纹的线数 单线螺纹: S = P 多线螺纹: S = nP d1d2 d ψ S P α β ⑦ 牙形角 α 牙形斜角 β （牙侧角） β πd2 S ψ ⑥ 螺旋升角ψ 二 角 tanψ =πd 2 S πd2 nP = ----中径圆柱上螺旋线的切 线与垂直于螺纹轴线的平面 之间的夹角 ⑧ 线数（头数）n ----螺纹的螺旋线数目 单线螺纹ψ↓→ 自锁性好→ 多用于连接； 多线螺纹ψ↑→ 传动效率高→ 多用于传动。
为了便于制造，一般螺纹的线数 n≤4 tanψ = πd2 nP S πd2 = 普通螺纹 细牙 粗牙 普通螺纹同一公称直径可以有多种螺距，其中螺 距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹 缺点：不耐磨易滑扣 应用：薄壁零件、受变载荷的连接和微调机构 P d 粗牙 d P 细牙 d P 细牙 tgψ= πd2 nP 自锁性更好、连接更可靠；且螺纹深度 浅，强度高 细牙螺纹 ψ ≤ φv P ,由于制造简单，一般连接常用 p ，ψ ， 优点： 粗牙螺纹 三角形螺纹： = 2 = 600, 自锁性好，用于联接 粗牙：一般常用 细牙：自锁性好，易滑扣，适用于薄壁小零件或载荷小 矩形螺纹： = 00, 效率高，用于传动，常被梯形代替 梯形螺纹： = 2 = 300, 易于制造，对中性好，常用于 螺旋传动 锯齿形螺纹： = 30, 效率高，易加工，承载大，单向传 动 管螺纹： 用于紧密联接， = 550, 管子内径为公称直径 圆锥管螺纹： = 550和 = 660，锥度为1：16，用于高 温高压系统的管件联接 2、螺纹副的受力关系、效率和自锁 矩形螺纹的受力分析: F---- 轴向载荷 Ft----中径处的水平推力 ----螺纹升角 ----摩擦角 Fn----法向支反力 （1） 矩形螺纹 矩形螺纹牙型斜角 v Ft F v ρ Fn R Fn t t 设计：潘存云 Ft F Ft d2 ψ+ρ F R 拧紧螺纹时，既滑块等速上升时： Ft 设计：潘存云 ρ Fn Rv Ft πd2 S ψ ψ F ψ+ρ Fn F ----阻力，Ft--- 驱动力 Fn ----摩擦力, 沿斜面朝下 由平衡条件得： Ft = F tan ( + ) 驱动力矩： 螺纹放松时，即滑块等速下滑时： 由平衡条件，得： Ft = F tan ( - ) 设计：潘存云 ψ Fn F ψ-ρ ψ ρ R v R F Fn Ft ψ-ρ Ft F ----驱动力，Ft---支持力 Fn ----摩擦力, 沿斜面朝上 驱动力矩： 螺母 α 螺杆 轴 线 轴线 螺杆 螺母 Fn=F F Fn=F/cos β β Fn F （2）非矩形螺纹 摩擦阻力可写为： F / cos = F / cos = e F 拧紧时： Ft = F tan ( + e ) 松开时： Ft = F tan ( - e) 传动效率： 螺母旋转一周做的总功: 螺母旋转一周做的有用功: 拧紧时(Ft主动) ： = tan / tan( + e) 松开时(F主动)： = tan( - e) / tan 若ψ >ρe ，则T为正值，其方向与螺 母运动方向相反，是阻力； 若ψ≤ρe ，则T为负值，方向相反，其 方向与预先假定的方向相反，而与螺母 运动方向相同，成为放松螺母所需外加 的驱动力矩。
自锁条件：ψ ≤ρe t t 设计：潘存云 Ft F Ft d2 放松时： 6.2 单个螺纹联接的设计 1、螺纹紧固件和材料 螺栓 双头螺柱 螺钉 紧定螺钉 螺母/垫片 螺栓的结构形式 L L0 d 六角头 L d L0 小六角头 d L0 L1 L L1 -----座端长度 L0 -----螺母端长度 双头螺柱 末端 结构 头部 结构 螺钉、紧定螺钉 螺母 六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圆螺母 用于经常拆装 易磨损之处 用于尺寸受限制之处 垫圈 作用： 增加支撑面积以 减小压强，避免拧紧螺 母擦伤表面、防松 平垫圈 薄平垫圈 A型平垫圈B型平垫圈 斜垫圈 弹簧垫圈 圆螺母用止动垫圈 按机械性能等级分十级： 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9 点前是Bmin/100, 点后是10Smin/ Bmin 制造精度分： 精密极（4---6级）：用于精密联接和配合变动小的场合 中等级（7级）：一般用途 粗糙级（7—8级）：精度要求不高的场合 螺栓常用材料： 中碳刚、低碳刚：如A2, A3, 10, 35, 45 合金刚：重要场合， 如15Cr, 40Cr, 30CrMnSi 螺母常用中碳刚 2、螺纹联接的基本类型和画法 (1)螺纹联接的基本类型 (2)① 螺栓联接: a) 普通螺栓联接: 被联接件的 孔中不切制螺纹，装拆方便，应用 最广, 可承受横向和纵向载荷 孔与螺杆之间 留有间隙 普通螺栓连接 结构简单，装拆 方便，应用最广 d0 d b) 铰制孔螺栓联接: 适合承受横向载荷 螺栓杆与孔壁之间没有间隙，适合于承受横向载荷 。
d0 ② 双头螺柱联接 • 结构紧凑，适用于较厚的被联接件（盲孔的连接） • 避免多次拆装损坏被联接件的螺纹孔 d ③ 螺钉联接 结构简单； 不宜多次拆装，适于盲孔的连接 ④ 紧定螺钉联接 固定两零件间的相对位置 传递不大的力或力矩 潘存云教授研制 紧定螺钉 （2）螺纹连接的画法中要注意的问题 ： • 剖切通过标准件时均不剖 • 两零件接触画一条线，否则不论间隙 大小画两条线 • 旋合部分按外螺纹画：外粗里细 • 内螺纹部分：里粗外细 • 螺纹底孔不应大于螺纹内径， • 深度大于螺纹深度，夹角1200， • 装配图中倒角和退刀槽可省略 试找出题图中螺纹连接结构中的错误，并就图改正 已知被连接件材料均为Q235，连接件均为标准件 a) 普通螺栓连接 b) 螺钉连接 c) 双头螺柱连接 d) 紧定螺钉连接 3、螺纹联接的主要失效形式和设计准则 螺栓的主要失效形式： – 螺栓联接的松动 – 螺栓杆拉断 – 螺纹被压溃 – 剪断 – 因磨损而发生滑扣 螺纹牙及各部分的尺寸是根据等强度原则和使用经验确 定的，计算只需确定小径，然后选取大径和螺距，其它 尺寸不必计算 断裂 4、螺栓联接的拧紧和放松 (1) 螺栓联接的拧紧 (2) 紧联接：在装配时拧紧 (3) 预紧力F`：紧联接螺栓在工作前所受到的轴向力 (4) 拧紧时所需力矩T： (5) 克服螺纹副的螺纹力矩T1和螺母与支承面的摩擦力 矩T2 (6) 对于不同直径，若取 e=tane=0.15， =0.15， 可简化：T 0.2F`d T F0 d0 d D0 1)凭手感经验； 2)测力矩扳手； 3)定力矩扳手； 4)测定伸长量 。
操作简单,但准确性较差 ● 预紧力控制方法: 测力矩扳手 定力矩扳手 达到固定的拧紧力矩时，卡盘不转动 (2) 螺栓联接的放松 防松：三角螺纹具有自锁性，但是在冲击、振动和变载 荷以及温度变化的条件下，预紧力可能在某一瞬时消失 ，从而联接发生松脱 防松的根本问题：防止螺纹副的相对转动 具体方法有三种： 2）机械防松：开口销、止动垫片、串连钢丝 3）永久防松：焊、粘、冲 1）摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母 防松的方法： 1） 利用附加摩擦力防松 尼龙圈锁紧螺母 弹簧垫圈 对顶螺母 防松----防止螺旋副相对转动 开口销与六 角开槽螺母 串连钢丝 2） 采用专门防松元件防松 圆螺母用止动垫圈 潘存云教授研制 止动垫圈 开口销与槽形螺母 3） 其他方法防松 1~1.5P 用冲头冲2~3点 冲点防松法 粘合法防松 涂粘合剂 5. 松螺栓联接强度计算 松联接：只有外载荷的拉力，没有预紧力 强度条件：计算应力 许用应力 s----材料的屈服极限 [S]—安全系数，未淬火钢 取1.2，淬火钢取1.6 6. 受横向工作载荷的紧螺栓联接强度计算 7. （1）普通螺栓联接 不受外载之前： 螺栓受力：预紧力、螺纹力矩 受外载之后： 应力仍为拉、剪应力 拉应力 = 4F` /（d12） 螺纹力。
