螺纹连接知识

1、螺纹连接知识螺纹连接知识 7-1 7-1 螺纹螺纹 7-2 7-2 螺纹副受力分析、效率和自锁螺纹副受力分析、效率和自锁 7-3 7-3 螺纹联接与螺纹联接件螺纹联接与螺纹联接件 7-4 7-4 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算 7-5 7-5 螺纹联接的结构设计及应注意的问题螺纹联接的结构设计及应注意的问题 7-6 7-6 螺旋传动螺旋传动 7-7 7-7 轴毂联接轴毂联接 （一）教学要求（一）教学要求 （二）教学的重点与难点（二）教学的重点与难点 1 1、螺纹联接类型及防松原理，紧螺栓联接的强度计算、螺纹联接类型及防松原理，紧螺栓联接的强度计算 2 2、螺栓组联接的设计与受力分析、螺栓

2、组联接的设计与受力分析 （三）教学内容（三）教学内容 小结小结 1 1、掌握螺纹联接类型及防松方法，松、紧螺栓联接强度计算、掌握螺纹联接类型及防松方法，松、紧螺栓联接强度计算 2 2、掌握螺栓组设计方法，了解提高螺纹联接强度的常用措施和螺旋传、掌握螺栓组设计方法，了解提高螺纹联接强度的常用措施和螺旋传 动的设计动的设计 第七章 联 接 螺纹连接知识螺纹连接知识 静联接静联接 动联接动联接运动副运动副 可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等 不可拆联接：铆接、焊接、胶接等不可拆联接：铆接、焊接、胶接等 联接联接 过盈联接：属于可拆或不可拆联接，过盈量小过盈联接：

3、属于可拆或不可拆联接，过盈量小 时为可拆联接，过盈量大时为不可拆联接。时为可拆联接，过盈量大时为不可拆联接。 应用：为使机器制造、安装、调整、维修和运输等应用：为使机器制造、安装、调整、维修和运输等 7-1 螺纹螺纹 螺纹连接知识螺纹连接知识 如用一个平面图形（如三角形）沿螺旋线运动并使平面始如用一个平面图形（如三角形）沿螺旋线运动并使平面始 终通过圆柱体轴线，这样就构成了三角形螺纹。同样改变终通过圆柱体轴线，这样就构成了三角形螺纹。同样改变 平面图形平面图形K K，同样可得到矩形、梯形、锯齿形、圆弧形，同样可得到矩形、梯形、锯齿形、圆弧形 （管螺纹）（管螺纹） （一）形成（一）形成 把一锐角

4、为把一锐角为的直角三角形绕到一直径为的直角三角形绕到一直径为d d2 2的圆柱体 的圆柱体 上，绕时底边与圆柱底边重合，则斜边就在圆柱体上上，绕时底边与圆柱底边重合，则斜边就在圆柱体上 形成一条空间螺旋线。形成一条空间螺旋线。 螺旋线的数目（线数）：螺旋线的数目（线数）： 单线、多线单线、多线 一、螺纹的形成和种类一、螺纹的形成和种类 螺纹连接知识螺纹连接知识 1、螺纹（按牙型）：、螺纹（按牙型）： 三角形（普通螺纹）、管螺纹三角形（普通螺纹）、管螺纹联接螺纹（精密传动）、联接螺纹（精密传动）、 矩形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹矩形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹传动螺纹传动螺纹 2、螺纹（按位置）：

5、、螺纹（按位置）： 内螺纹内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹；在圆柱孔的内表面形成的螺纹； 外螺纹外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹；在圆柱孔的外表面形成的螺纹； (1)轴线垂直放，右边高轴线垂直放，右边高右旋右旋 左左边高边高左旋左旋 (2)右手右手旋，前进旋，前进右旋右旋 左手左手旋，前进旋，前进左旋左旋 螺纹旋向判断：螺纹旋向判断： 旋向旋向(螺旋线方向螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求：常用右旋，特殊要求 时用左旋。时用左旋。 （二）螺纹的种类（二）螺纹的种类 螺纹连接知识螺纹连接知识 三角形螺纹：三角形螺纹： 粗牙螺纹粗牙螺纹用于紧固件（一般联接）；用于紧固件（一般联接）； 细牙螺纹细牙螺

6、纹同样的公称直径同样的公称直径d d下，下，P P小，自锁性好，适于薄小，自锁性好，适于薄 壁细小零件和冲击变载等情况；壁细小零件和冲击变载等情况； 根据螺旋线头数：根据螺旋线头数： 单头螺纹（单头螺纹（n=1n=1）用于联接用于联接 双头螺纹（双头螺纹（n=2n=2） 多线螺纹（多线螺纹（n2n2） 用于传动用于传动 （三）特点（三）特点 螺纹连接知识螺纹连接知识 1、大径、大径d、D：最大直径：最大直径公称直径公称直径 2、小径、小径d1、 、 D1 ：外螺纹的危险剖面直径 ：外螺纹的危险剖面直径 强度直径强度直径 3、中径、中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽宽与：假想直径，牙型沟槽宽与

7、牙的宽度相等牙的宽度相等 计算直径计算直径 4、螺距、螺距P：相邻两牙轴向距离：相邻两牙轴向距离 5、导程、导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间的：同一条螺纹线的相邻两牙间的 轴向距离，轴向距离，S = nP 6、升角、升角 ：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角 7、牙型角、牙型角a a ：螺纹两侧边的夹角：螺纹两侧边的夹角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角。如矩螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角。如矩 形螺纹的牙型角形螺纹的牙型角=0，三角形螺纹的牙型角，三角形螺纹的牙型角 =60，梯形螺纹的牙型角，梯形螺纹的牙型角=30。 二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数

8、 螺纹连接知识螺纹连接知识 分析使滑块等速运动所需要的水平力：分析使滑块等速运动所需要的水平力： 等速上升：等速上升： 平衡条件：平衡条件： 水平推力：水平推力： 等速下滑：等速下滑： 平衡条件：平衡条件： 水平阻力：水平阻力： 一、斜面摩擦一、斜面摩擦 自锁条件：自锁条件： 当当 r r时，时，Ft 0，原工作阻力，原工作阻力Ft反向作用；作为驱动力时，反向作用；作为驱动力时， 滑块才能移动滑块才能移动 0RFF t 0RFF t )tan(r r FFt 设：设：F F为轴向载荷，为轴向载荷，F Ft t水平推力，水平推力，F F摩擦力，摩擦力，R R总反力，升角总反力，升角 ，摩擦角，摩

9、擦角。 )tan(r r FFt (7-2) (7-4) 72 螺纹副受力分析、效率和自锁螺纹副受力分析、效率和自锁 螺纹连接知识螺纹连接知识 螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动 滑块沿斜面运动滑块沿斜面运动 假设：假设：1)载荷分布在中线上载荷分布在中线上; 2)单面产生摩擦力单面产生摩擦力 螺旋升角：螺旋升角： 22 = d Pn d S tan 拧紧力：拧紧力：)tan(r r FFt )tan( 22 22 r r F dd FT t 拧紧力矩：拧紧力矩： 防松力防松力)tan(r r FFt )tan( 22 22 r r F dd FT t 防松力矩防松力

10、矩 自锁条件：自锁条件： 螺纹副效率：螺纹副效率： )tan(/tan/+= 221 dFSFWW t （7-3） 螺母均速上升时螺母均速上升时 r r （7-6） 当摩擦角当摩擦角一定时，升角一定时，升角越小，效率越低，越自越小，效率越低，越自 锁。锁。 应用：单线螺纹升角小，易于自锁，多用于联接；应用：单线螺纹升角小，易于自锁，多用于联接； 多线螺纹升角大，效率高，多用于传动。多线螺纹升角大，效率高，多用于传动。 二、二、 矩形螺纹矩形螺纹 螺纹连接知识螺纹连接知识 非矩形螺纹是指非矩形螺纹是指(牙型角牙型角)0)0的三角形螺纹、梯形螺纹和锯的三角形螺纹、梯形螺纹和锯 齿形螺纹。齿形螺纹。

11、 螺杆和螺母相对转动时，矩形螺纹相当于平滑块沿斜面移动，螺杆和螺母相对转动时，矩形螺纹相当于平滑块沿斜面移动， 而非矩形螺纹则为楔形滑块沿楔形斜面移动。而非矩形螺纹则为楔形滑块沿楔形斜面移动。 由楔形面产生的摩擦因数为为当量摩擦因素，其相当的当量由楔形面产生的摩擦因数为为当量摩擦因素，其相当的当量 摩擦角为摩擦角为 r cos arctgarctg v r r )tan(/tan/ 12v WWr r 拧紧力矩：拧紧力矩： 螺纹副效率：螺纹副效率： 自锁条件自锁条件: : )tan( 22 22 r r F dd FT t （7-8） （7-9） （7-10） 三、非矩形螺纹三、非矩形螺纹 螺

12、纹连接知识螺纹连接知识 （一）螺栓联接（一）螺栓联接 普通螺栓联接普通螺栓联接 铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接 （二）双头螺栓联接（二）双头螺栓联接 （三）螺钉联接（三）螺钉联接 （四）紧定螺钉联接（四）紧定螺钉联接 （五）其它联接及联接件（五）其它联接及联接件 73 螺纹联接与螺纹联接件螺纹联接与螺纹联接件 螺纹连接知识螺纹连接知识 普通螺栓联接普通螺栓联接 特点：孔与杆间有间隙、被联特点：孔与杆间有间隙、被联 接件上无需切制螺纹、装接件上无需切制螺纹、装 拆方便拆方便. 适用场合：经常装拆的一般场适用场合：经常装拆的一般场 合合. 铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接 特点：孔与杆间无间隙特点：孔与

13、杆间无间隙,被联被联 接件上无需切制螺纹、装接件上无需切制螺纹、装 拆方便拆方便 适用场合：承受横向载荷的适用场合：承受横向载荷的 场合场合. 六角头：小六角头，标准六六角头：小六角头，标准六 角头，大六角头角头，大六角头 圆柱头（内六角）圆柱头（内六角） 螺纹联接件：螺纹联接件： （一）螺栓联接（一）螺栓联接 螺纹连接知识螺纹连接知识 双头螺栓联接双头螺栓联接 特点：螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被特点：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。联接件，另一端配以螺母。 适用场合：用于被联接件之一较厚、经常装拆的场合适用场合：用于被联接件之一较厚、经常

14、装拆的场合 A A型型有退刀槽有退刀槽 B B型型无退刀槽无退刀槽 旋入端长度也各有不同。旋入端长度也各有不同。 螺纹联接件：螺纹联接件： （二）双头螺栓联接（二）双头螺栓联接 螺纹连接知识螺纹连接知识 螺钉联接螺钉联接 特点：被联接件之一较厚（带螺纹孔），一端有螺钉头，不需螺母。特点：被联接件之一较厚（带螺纹孔），一端有螺钉头，不需螺母。 适用场合：被联接件之一较厚，受载较小且不常装拆的场合适用场合：被联接件之一较厚，受载较小且不常装拆的场合 螺钉种类繁多螺钉种类繁多 按头部形状按头部形状 半圆头半圆头 平圆头平圆头 六角头六角头 圆柱头圆柱头 沉头沉头 与螺栓区别与螺栓区别 要求全螺纹要求

15、全螺纹 要求螺纹部分直径较粗要求螺纹部分直径较粗 螺纹联接件：螺纹联接件： （三）螺钉联接（三）螺钉联接 螺纹连接知识螺纹连接知识 特点：利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件特点：利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件 的相对位置。的相对位置。 适用场合：多用于轴上零件的固定，传递较小的力。适用场合：多用于轴上零件的固定，传递较小的力。 锥端螺钉锥端螺钉 平端螺钉平端螺钉 圆柱端螺钉圆柱端螺钉 按头部形状按头部形状 螺纹联接件：螺纹联接件： （五）其它联接及联接件（五）其它联接及联接件 地脚螺栓联接、吊环螺钉联接、地脚螺栓联接、吊环螺钉联接、 T形槽螺

16、栓联接形槽螺栓联接 （四）紧定螺钉联接（四）紧定螺钉联接 螺纹连接知识螺纹连接知识 一、普通螺栓联接一、普通螺栓联接 二、铰制孔用螺栓联接二、铰制孔用螺栓联接 三、螺栓联接的许用应力三、螺栓联接的许用应力 74螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算 螺纹连接知识螺纹连接知识 设计式设计式: 4 1 F d 2 1 4 d F A F 校核式校核式 : 式中：式中：d1螺杆危险截面直径（螺杆危险截面直径（mm）、）、许用拉应力许用拉应力 N/mm2 (MPa) 一、普通螺栓联接一、普通螺栓联接 （一）（一） 松螺栓联接强度设计松螺栓联接强度设计 螺纹连接知识螺纹连接知识 校核式校核式 : 拧紧力矩

17、拧紧力矩T T剪应力剪应力 预紧拉力预紧拉力F 拉应力拉应力 5 .0 3 . 1)5 . 0(33 2222 4/ 3 . 1 2 1 d F 1.34 1 F d v设计式设计式: （二）（二） 紧螺栓联接强度设计紧螺栓联接强度设计 (1) 仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接 螺纹连接知识螺纹连接知识 须根据静力平衡方程和变形须根据静力平衡方程和变形 协调条件求解协调条件求解 FFF+ + 0 螺母已拧紧，有预紧力螺母已拧紧，有预紧力F F拉伸作用，但尚未受工作载荷。其伸拉伸作用，但尚未受工作载荷。其伸 长变形量为长变形量为11；被联接件则受到压力；被联接件则受到压力F F的作用

18、，其压缩变形的作用，其压缩变形 量为量为22。 工作时，再承受工作载荷工作时，再承受工作载荷F F 此时，螺栓所受的总拉力此时，螺栓所受的总拉力: : (2) 受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接 受载荷形式受载荷形式拧紧过程中拧紧过程中: 轴向拉伸轴向拉伸F 、扭力、扭力T 螺纹连接知识螺纹连接知识 4/ 3 . 1 2 1 0 d F x1.34 0 1 F d 设计式设计式: FFF 0 螺栓同时受轴向工作载荷螺栓同时受轴向工作载荷F F和剩余和剩余 预紧力预紧力F F的作用后的总拉应力：的作用后的总拉应力：（7-167-16） （7-177-17） （7

19、-187-18） 受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接 所以螺栓的强度条件为：所以螺栓的强度条件为： 校核式校核式 : 螺纹连接知识螺纹连接知识 受横向载荷的铰制孔螺栓联接：受横向载荷的铰制孔螺栓联接： 挤压强度：挤压强度： 剪切强度：剪切强度： p s R p hZd F 4 2 s R dZm F （7-207-20） （7-197-19） 二、铰制孔用螺栓联接二、铰制孔用螺栓联接 螺纹连接知识螺纹连接知识 材料：材料： 一般用途：一般用途：低碳钢或中碳钢低碳钢或中碳钢 (3545及及Q235Q275) 重要联接：重要联接：合金钢合金钢（ 40Cr、30Cr

20、MnSi ） 国标国标(GB/T 3098.12000)规定螺栓按材料的力学性能分出十规定螺栓按材料的力学性能分出十 个等级：个等级：3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9 规则：小数点前数字表示规则：小数点前数字表示 b/100, 小数点后数字表示小数点后数字表示10 S/ b 如：如：5.8级：表示级：表示 b=500MPa ， S=400MPa 许用应力：表许用应力：表7-3 三、螺栓联接的许用应力三、螺栓联接的许用应力 螺纹连接知识螺纹连接知识 a a）联接接合面应平整，几何形状应对称、简单；）联接接合面应平整，几何形状应对

21、称、简单； b b）螺纹联接数目尽量取偶数；）螺纹联接数目尽量取偶数； c c）各螺纹联接的受力应合理；）各螺纹联接的受力应合理； d d）保证扳手空间；）保证扳手空间； e e）保证被联接零件的位置精度）保证被联接零件的位置精度 二、螺纹联接的防松二、螺纹联接的防松 7-5 螺纹联接的结构设计及应注意的问题螺纹联接的结构设计及应注意的问题 一、螺纹联接的布置一、螺纹联接的布置 螺纹连接知识螺纹连接知识 静载荷：静载荷：r rv(自锁自锁) + 预紧后摩擦力预紧后摩擦力防止松动防止松动 动载荷：摩擦力减小、消失动载荷：摩擦力减小、消失不可靠不可靠 螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动螺纹

22、联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动 螺纹联接防松的方法按工作原理可分为螺纹联接防松的方法按工作原理可分为: （1）摩擦防松）摩擦防松 （2）机械防松）机械防松 （3 ）其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接） 二、螺纹联接的防松二、螺纹联接的防松 螺纹连接知识螺纹连接知识 用于传动的螺纹：梯形、锯齿形、矩形用于传动的螺纹：梯形、锯齿形、矩形多线（要求高效率）多线（要求高效率） 传递动力传递动力 调整零件间相对位置调整零件间相对位置 将回转运动将回转运动直线运动直线运动传导传导 传力传力 调整调整 螺旋副传动：螺旋副传动： （一）按用途（一）按用途 传

23、导螺旋传导螺旋传递运动为主传递运动为主, , 高的运动精度高的运动精度 传力螺旋传力螺旋传力为主传力为主, , 以小以小TT大的轴向力大的轴向力F F 调整螺旋调整螺旋调整零件间相对位置调整零件间相对位置细牙细牙M M （二）按摩擦性质（二）按摩擦性质 滑动螺旋滑动螺旋=0.3=0.30.40.4，简单、精度低、传动平稳、易于自锁，简单、精度低、传动平稳、易于自锁 滚动螺旋滚动螺旋0.9 0.9 ，结构复杂、高精度、高效、不自锁，结构复杂、高精度、高效、不自锁 76 螺旋传动螺旋传动 一、螺旋传动的类型、特点与应用一、螺旋传动的类型、特点与应用 螺纹连接知识螺纹连接知识 二、滑动螺旋的设计计算

24、二、滑动螺旋的设计计算 1、耐磨性计算、耐磨性计算 2、自锁性验算、自锁性验算 3、螺杆的强度校核、螺杆的强度校核 4、螺纹牙强度校核、螺纹牙强度校核 螺纹连接知识螺纹连接知识 滑动螺旋中磨损是最主要的一种失效形式。滑动螺旋中磨损是最主要的一种失效形式。 耐磨性计算主要限制螺纹工作面上工作压强耐磨性计算主要限制螺纹工作面上工作压强P P要求小于螺要求小于螺 纹副许用压强。纹副许用压强。 校核公式为：校核公式为：= 2 p zhd F p 式中：式中：h-h-工作高（梯形，矩形工作高（梯形，矩形-h=0.5P-h=0.5P） z z螺纹工作圈数，螺纹工作圈数，z=H/P, z=H/P, H H螺

25、母厚度螺母厚度 一般一般z10,z10,以免载荷不均以免载荷不均 （7-217-21） 2 2、自锁性验算、自锁性验算 自锁条件为：自锁条件为： 23)-(7 ：螺螺纹纹副副升升角角 1、耐磨性计算、耐磨性计算 螺纹连接知识螺纹连接知识 )25-7( Dbz F = = 螺杆的受力类似紧螺栓（压力和扭矩），校核危险（牙根）螺杆的受力类似紧螺栓（压力和扭矩），校核危险（牙根） 截面的强度截面的强度 W T d F T ca 22 2 1 22 )(3+) 4 (=3+=（7-247-24） 螺母螺纹牙强度螺母螺纹牙强度一般螺母材料强度低于螺杆，所以螺纹一般螺母材料强度低于螺杆，所以螺纹 牙弯曲强度仅对螺母进行。牙弯曲强度仅对螺母进行。 4 4、螺纹牙强度校核、螺纹牙强度校核 （2 2）螺纹牙（根部）螺纹牙（根部a aa a处）的弯曲强度条件为：处）的弯曲强度条件为： （1 1）螺纹牙（根部）螺纹牙（根部a aa a处）的剪切强度条件为：处）的剪切强度条件为： 26)-(7 3 = 6 2 = 22bb zDb Fh Db h z F 3、螺杆的强度校核、