武汉理工大学机械设计考研课件3

1、6-1 6-1 螺纹的主要参数及类型螺纹的主要参数及类型6-2 6-2 螺旋副的分析螺旋副的分析、效率和自锁、效率和自锁6-3 6-3 螺纹联接和螺纹联接件螺纹联接和螺纹联接件6-4 6-4 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算6-5 6-5 螺纹联接的结构设计螺纹联接的结构设计螺栓螺栓*. 本章的主要内容本章的主要内容1. 螺纹类型及主要参数螺纹类型及主要参数;螺纹联接的主要类型、特点及应用螺纹联接的主要类型、特点及应用;2 . 螺旋副的受力、效率及自锁螺旋副的受力、效率及自锁,预紧和防松预紧和防松;3 . 螺栓的强度计算螺栓的强度计算;4 . 螺栓组的结构设计螺栓组的结构设计.Dp螺母螺母

2、垫圈垫圈6-1 螺纹的主要参数及类型螺纹的主要参数及类型 一一. 螺纹形成原理螺纹形成原理 将一倾斜角为将一倾斜角为的直线绕的直线绕在圆柱体上就形成一条螺旋线在圆柱体上就形成一条螺旋线。取一平面图形使其沿螺旋线。取一平面图形使其沿螺旋线运动，该平面图形在空间的轨运动，该平面图形在空间的轨迹即为螺纹。迹即为螺纹。 二二 常用螺纹类型常用螺纹类型按螺纹绕行按螺纹绕行方向分类方向分类左旋螺纹左旋螺纹自右下方向左上自右下方向左上 方绕行的螺纹方绕行的螺纹右旋螺纹右旋螺纹自左下方向右上自左下方向右上 方绕行的螺纹方绕行的螺纹左左旋旋右右旋旋d2phd2按螺纹牙分按螺纹牙分的表面分类的表面分类外螺纹外螺纹

3、在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓、 螺钉螺钉内螺纹内螺纹在圆柱空内壁上形成的螺纹，如螺母在圆柱空内壁上形成的螺纹，如螺母内螺纹内螺纹外螺纹外螺纹螺杆螺杆螺母螺母按螺纹牙的牙型分类按螺纹牙的牙型分类:普通螺纹普通螺纹 牙型角牙型角=60，当量摩擦系数较大，自锁性能当量摩擦系数较大，自锁性能 好，主要好，主要用于连接用于连接。圆柱管螺纹圆柱管螺纹牙型角牙型角=55，用于压力用于压力p1.57MPa1.57MPa的的管子管子连接连接矩形螺纹矩形螺纹牙型角牙型角=0，当量摩擦系数小，效率高，当量摩擦系数小，效率高，用于传动用于传动梯形螺纹梯形螺纹牙型角牙型角=30，牙根

4、强度高，效率较高，易保证加工精度，广泛牙根强度高，效率较高，易保证加工精度，广泛 用于传动用于传动。锯齿形螺纹锯齿形螺纹牙型斜角两边不相等，工作面牙型斜角两边不相等，工作面=3,非工作面非工作面= 30，效率较三，效率较三 角形螺纹高，角形螺纹高，只能用于单向传动只能用于单向传动。6030普普通通螺螺纹纹内螺纹内螺纹p外外螺纹螺纹dd2d1矩形螺纹矩形螺纹内螺纹内螺纹p外螺纹外螺纹d1d2d3015内螺纹内螺纹p外外螺纹螺纹dd2d1梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹dd2d1内螺纹内螺纹p外外螺纹螺纹330p圆圆柱柱管管螺螺纹纹d内螺纹内螺纹d2d1外外螺纹螺纹55按螺纹线按螺纹线数分类数

5、分类单线螺纹单线螺纹 Z=1，效率低，自锁性好，易加工，效率低，自锁性好，易加工三线螺纹三线螺纹Z=3，效率高，自锁性差，难加工，效率高，自锁性差，难加工双线螺纹双线螺纹Z=2，效率较，效率较Z=1 高高单线螺纹单线螺纹双线螺纹双线螺纹三线螺纹三线螺纹三三. 螺纹的主要参数螺纹的主要参数以圆柱普通外（内）螺纹为例来说明以圆柱普通外（内）螺纹为例来说明PhPdd2d11 .大径大径d：外、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径（管螺纹除外）外、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径（管螺纹除外）2 .小径小径d1：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱上面的直径。与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆

6、柱上面的直径。 在强度计算中常用作危险截面的计算直径。在强度计算中常用作危险截面的计算直径。 3 .中径中径d2：处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线 上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。4 .螺距螺距P ： 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。5 .导程导程Ph ：螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。Ph= zP。6 .升角升角 ：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹

7、 角，通常用中径处的升角角，通常用中径处的升角表示。其计算式为：表示。其计算式为：2dPtanh7 .牙型角牙型角：在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角 。螺纹牙型的侧。螺纹牙型的侧 边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角 。对于三角形、。对于三角形、 梯形螺纹等对称牙型，梯形螺纹等对称牙型， =/2。内螺纹内螺纹外螺纹外螺纹1 .大径大径d：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的圆柱直径，规定为螺纹的公与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的圆柱直径，规定为螺纹的公 称直径（管螺纹除外）。称直径（管螺纹除外）。2 .小径小径d1：与外螺纹牙

8、底或内螺纹牙顶相相切圆柱体直径。在强度计算中与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相相切圆柱体直径。在强度计算中 常用作危险截面的计算直径。常用作危险截面的计算直径。3 .中径中径d2：处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线 上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。4 .螺距螺距P ： 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。5 .导程导程Ph ：螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。Ph= zP。7 .牙型角牙型角：在螺纹轴线平面内螺纹

9、牙两侧面的夹角在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角 。螺纹牙型的侧。螺纹牙型的侧 边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角 。对于三角形、。对于三角形、 梯形螺纹等对称牙型，梯形螺纹等对称牙型， =/2。6 .升角升角 ：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹 角，通常用中径处的升角角，通常用中径处的升角表示。其计算式为：表示。其计算式为： 2dPtanh牙型角牙型角=0=0）一）拧紧螺母时一）拧紧螺母时相当相当于滑块沿斜面等速上升运动相当相当于滑块沿斜面等速上升运动dd()2211ttanFFTQr+拧紧力矩:()t

10、anFFQtr+水平力:()()r+r+tantantandFtandFTPFWWQQhQ22122效率：效率：FtFQFtFtFQFtFQFfFRnFRvFR+二）松脱螺母时二）松脱螺母时相当于滑块沿斜面等速下降相当于滑块沿斜面等速下降FtFQFfFRnFRvFRFQFt- 当滑块在当滑块在FQ Q作用下沿斜面等速下作用下沿斜面等速下降时，滑块上的摩擦力降时，滑块上的摩擦力Ff沿斜面向上，沿斜面向上，斜面对滑块的总反力斜面对滑块的总反力FR与与FQ之间夹角之间夹角为为-，由力三角形可的水平力：由力三角形可的水平力：)tan(FFQtr三）螺旋副的自锁条件三）螺旋副的自锁条件 由松脱螺母时由松

11、脱螺母时的水平力计算式可知，若的水平力计算式可知，若，则，则FtFt为负值。表明要使为负值。表明要使滑块在滑块在FQ Q作用下沿斜面等速下滑，必须加一反方向的作用下沿斜面等速下滑，必须加一反方向的水平力水平力F Ft t，否则不论，否则不论F FQ Q力有力有多大，多大，滑块都不会在其作用下自行下滑，即螺母不会在轴向载荷滑块都不会在其作用下自行下滑，即螺母不会在轴向载荷F FQ Q作用下自行松作用下自行松脱脱此现象称为自锁。此现象称为自锁。螺旋副的自锁条件：螺旋副的自锁条件： 牙型角牙型角00）FQ QFQ QFRnFRn矩形螺纹：矩形螺纹： FRn= FQ Q F Ff f= =FRnf f

12、= FQ Q f摩擦角摩擦角=arctanf=arctanf非矩形螺纹：非矩形螺纹： FRn = FQ Q/cos/cos F Ff f= = FRn f f= FQ Q f /cos/cos= = FQ Q fv摩擦角摩擦角v v=arctanf=arctanfv v()()22：22tdtanFdFTtanFFVQVQtr+r+拧紧力矩水平力()Vtantanr+效率：效率：非矩形非矩形螺旋副的自锁条件：螺旋副的自锁条件： v v 一）螺栓联接一）螺栓联接 螺栓联接是利用螺栓穿过被联接件的孔，拧上螺螺栓联接是利用螺栓穿过被联接件的孔，拧上螺母，将被联接件联成一体。其被联接件的孔内不切制螺纹

13、，使用方便。母，将被联接件联成一体。其被联接件的孔内不切制螺纹，使用方便。通常用通常用 被联接件不太厚，能从被联接件不太厚，能从被联接件被联接件两边进行装配的场合。两边进行装配的场合。 6-3 螺纹联接和螺纹联接件螺纹联接和螺纹联接件一一. 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型结构特点结构特点：被联接件通孔和螺栓间有间隙被联接件通孔和螺栓间有间隙故通孔加工精度要求较低，其故通孔加工精度要求较低，其 结构简单、装拆方便，应用广泛。结构简单、装拆方便，应用广泛。普通螺栓联接普通螺栓联接1. 普通螺栓（即受拉螺栓）联接普通螺栓（即受拉螺栓）联接受力特点：受力特点：dd0FRFR联接承受外载荷时，联接

14、承受外载荷时，螺栓受拉力作用螺栓受拉力作用FF2. 2. 铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）联接。铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）联接。结构特点结构特点：被联接件孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合被联接件孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合（H7/m6， H7/n6）。用于要求精确固定被联接件相对位置，并能承受横向）。用于要求精确固定被联接件相对位置，并能承受横向 载荷，但孔的加工精度要求较高。载荷，但孔的加工精度要求较高。 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接al1dd0FRFRdd0FRFRFF受力特点：受力特点：联接借助螺栓杆承受横向外载荷，螺栓受剪力作用。联接借助螺栓杆承受横向外载

15、荷，螺栓受剪力作用。 特点特点是：将螺栓一端旋紧在一被联接件的螺纹孔内，另一端穿过另一是：将螺栓一端旋紧在一被联接件的螺纹孔内，另一端穿过另一被联接件的孔，旋上螺母，从而将被联接件联成一体。被联接件的孔，旋上螺母，从而将被联接件联成一体。二）双头螺柱联接二）双头螺柱联接 应用应用：用于被联接件之一太厚不便穿孔，且需经常装拆：用于被联接件之一太厚不便穿孔，且需经常装拆或结构上受限制或结构上受限制不能采用螺栓联接的场合。不能采用螺栓联接的场合。 注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制d 特点：特点：螺钉联接不用螺母，而是直接将螺钉拧入被联接件之一的螺纹螺钉联接不用螺母

16、，而是直接将螺钉拧入被联接件之一的螺纹孔内，从而实现联接。孔内，从而实现联接。三）螺钉联接三）螺钉联接 应用：应用：用于被联接件之一较厚的场合，不经常装拆联接的场合。用于被联接件之一较厚的场合，不经常装拆联接的场合。注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制 特点：特点：紧定螺钉联接，是利用紧定螺钉联接，是利用紧定螺钉旋入一零件，并以其末端紧定螺钉旋入一零件，并以其末端顶紧另一零件（或该零件的的凹坑顶紧另一零件（或该零件的的凹坑 内）来固定两零件之间的相互位置内）来固定两零件之间的相互位置四）紧定螺钉联接四）紧定螺钉联接 应用：应用：可用于传递不大的力及转可用于传递不

17、大的力及转矩，多用于轴和轴上零件的联接。矩，多用于轴和轴上零件的联接。二二. 螺纹联接件螺纹联接件紧定螺钉联接紧定螺钉联接一）螺栓一）螺栓sedblk六角头螺栓六角头螺栓klbd 二）双头螺栓二）双头螺栓两端均制有螺纹，两端螺纹可相同（均为粗牙）也可两端均制有螺纹，两端螺纹可相同（均为粗牙）也可不同（一端为粗牙，另一端为细牙）。不同（一端为粗牙，另一端为细牙）。sedl0lkdPl2六角头铰制孔用螺栓六角头铰制孔用螺栓d0 三）地脚螺栓三）地脚螺栓是将机座固定在地基上一种特殊螺栓。是将机座固定在地基上一种特殊螺栓。四）螺钉四）螺钉、紧定螺钉紧定螺钉螺钉头部螺钉头部、紧定螺钉末端有多种结构型式紧

18、定螺钉末端有多种结构型式地脚螺栓地脚螺栓螺钉头部结构型式螺钉头部结构型式外六外六角头角头内六内六角头角头一字槽沉头一字槽沉头十字槽沉头十字槽沉头十字槽半圆头十字槽半圆头一字槽圆柱头一字槽圆柱头锥端锥端平端平端圆柱端圆柱端尖锥尖锥端端紧定螺钉末端结构紧定螺钉末端结构五）螺母五）螺母六角薄螺母六角薄螺母六角厚螺母六角厚螺母六角槽形螺母六角槽形螺母圆螺母圆螺母六）六） 垫圈垫圈平垫圈平垫圈斜垫圈斜垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用带翘圆螺母用带翘垫圈垫圈6-4 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算 一一. 螺栓联接强度计算的目的：螺栓联接强度计算的目的：是是 确定螺栓的公称直径确定螺栓的公称直径d二二.

19、螺栓联接的失效形式及计算准则螺栓联接的失效形式及计算准则 2 .受剪螺栓受剪螺栓（受横向载荷的铰制孔螺受横向载荷的铰制孔螺 栓）栓）主要破坏形式为螺栓杆与孔壁主要破坏形式为螺栓杆与孔壁 间间压溃或螺栓杆被剪断压溃或螺栓杆被剪断，计算准则应是，计算准则应是 保证保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强联接的挤压强度和螺栓的剪切强 度度，其中联接的挤压强度对联接的可靠，其中联接的挤压强度对联接的可靠 性起决定性的作用。性起决定性的作用。 1 .受拉螺栓受拉螺栓（受轴向载荷或横向载荷受轴向载荷或横向载荷的普通螺栓）的普通螺栓）主要破坏形式为主要破坏形式为螺栓螺栓杆和螺纹部分可能发生杆和螺纹部分可能发生塑性变

20、形或断裂塑性变形或断裂，其计算准则是：其计算准则是：保证螺栓的静力（或保证螺栓的静力（或疲劳）拉伸强度。疲劳）拉伸强度。普通螺栓联接普通螺栓联接dd0FRFRFF铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接al1dd0FRFR压压溃溃剪断剪断吊环螺栓联接（松）吊环螺栓联接（松）FF0气缸盖螺栓联接（紧）气缸盖螺栓联接（紧）三三. 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算按装配情况螺栓联按装配情况螺栓联接可分为两大类接可分为两大类松松螺栓联接螺栓联接装配时不需拧紧螺母如吊环螺栓联接装配时不需拧紧螺母如吊环螺栓联接紧螺栓联接紧螺栓联接装配时必须将螺母拧紧，应用广泛。装配时必须将螺母拧紧，应用广泛。 如气缸盖螺栓联

21、接等。如气缸盖螺栓联接等。一）受轴向载荷一）受轴向载荷（力作用线与螺栓轴线平行）（力作用线与螺栓轴线平行）的螺栓连接的螺栓连接DpF螺栓危险剖面的抗拉强度条件为：螺栓危险剖面的抗拉强度条件为：1. 1. 松螺栓联接松螺栓联接 螺栓受力螺栓受力工作载荷前，螺栓并不受力工作载荷前，螺栓并不受力工作时受拉力工作时受拉力F（由外加载荷产生）（由外加载荷产生） 212144dFdFAFMPa校核计算式：校核计算式：设计计算式：设计计算式： QcaFd41mm式中：式中：d d1 1 螺栓危险剖面直径，即螺纹小径，螺栓危险剖面直径，即螺纹小径，mm；螺栓的公称直径螺栓的公称直径d确定确定：根据根据d1d1

22、ca的原则的原则查普通螺纹基本尺寸（查普通螺纹基本尺寸（GB196-GB196-8181）机械设计课程设计机械设计课程设计表表11-111-1，确定螺栓的公称直径，确定螺栓的公称直径d d。 松螺栓联接的许用应力松螺栓联接的许用应力，Mpa， ,Ss松松s螺栓材料的屈服极限螺栓材料的屈服极限S松松松螺栓联接的安全系数松螺栓联接的安全系数，S=1.21.7吊环螺栓联接吊环螺栓联接 公称直径（公称直径（mm）螺螺 距（距（p）mm 中中 径（径（d2）mm小小 径（径（d1）mm第一系列第一系列 第二系列第二系列81.257.1886.6471.007.3506.9170.757.5187.188

23、101.59.0268.3761.259.1888.6471.009.3508.9170.759.5139.188121.7510.86310.1061.511.02610.3761.2511.18810.6741.011.35010.917142.012.70111.8351.513.02612.37686.647108.3761210.106普通螺纹基本尺寸（普通螺纹基本尺寸（GB196-81GB196-81）课程设计课程设计表表11-111-11411.835 6-5 螺纹联接的结构设计螺纹联接的结构设计一一. 螺纹联接防松螺纹联接防松 防松的根本目的在于防止螺纹副间的相对转动。防松的措防松的根本目的在于防止螺纹副间的相对转动。防松的措施很多，按工作原理可分为如下三类。施很多，按工作原理可分为如下三类。 1摩擦