项目九：螺纹连接和螺旋传动

1、 螺纹联接与螺旋传动螺纹联接与螺旋传动1 1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识2 2 螺纹联接的预紧与防松螺纹联接的预紧与防松3 3 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算4 4 受剪螺栓联接的强度计算受剪螺栓联接的强度计算5 5 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析6 6 螺纹联接件的材料和许用应力螺纹联接件的材料和许用应力7 7 滑动螺旋传动简介滑动螺旋传动简介8 8 滚螺旋传动简介滚螺旋传动简介可拆联接可拆联接：允许多次装拆，不允许多次装拆，不 会破坏或损伤联接中会破坏或损伤联接中 的任何一个零件，的任何一个零件， 如如螺纹联接、键联接、螺纹联接、键联接、 销联接销联接按是

2、否可拆分为按是否可拆分为联接：联接：将两个或两个以上的零件组合成一体的结构。将两个或两个以上的零件组合成一体的结构。不可拆联接：不可拆联接：若不破坏或损伤联接中若不破坏或损伤联接中 的零件就不能将联接拆的零件就不能将联接拆 开，如开，如焊接、铆接、粘焊接、铆接、粘 接等。接等。 联接联接螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识按螺旋线的绕旋方向：按螺旋线的绕旋方向：左旋螺纹和右旋螺纹左旋螺纹和右旋螺纹按螺旋线的数目：按螺旋线的数目：单线螺纹和多线螺纹单线螺纹和多线螺纹 螺纹分为内螺纹和外螺纹，二者共同组成螺纹副螺纹分为内螺纹和外螺纹，二者共同组成螺纹副用于联接和传动。用于联接和传动。螺纹的牙型螺纹

3、的牙型螺纹的类型螺纹的类型三角形三角形矩形矩形梯形梯形锯齿形锯齿形主要用于联接主要用于联接多用于传动多用于传动螺纹的主要参数螺纹的主要参数大经大经d d小径小径d d1 1中经中经d d2 2螺距螺距P P导程导程S S升角升角牙型角牙型角a a、牙型斜角、牙型斜角1 1）大径）大径d d与外螺纹牙顶相重合与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径，最大的假想圆柱面直径，最大直径，亦称公称直径直径，亦称公称直径2 2）小径）小径d d1 1与外螺纹牙底相重合与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径的假想圆柱面直径3 3）中径）中径d d2 2 在轴向剖面内牙厚与在轴向剖面内牙厚与牙槽宽相等处的假想圆柱牙槽宽

4、相等处的假想圆柱体的直径，体的直径，d d2 20.5(d+d0.5(d+d1 1) )螺纹的主要参数螺纹的主要参数4 4）螺）螺 距距 P P 相邻两牙在中径线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离对应两点间的轴向距离5 5）导程）导程S S 同一螺旋线上相邻两同一螺旋线上相邻两牙在中径线上的对应两点牙在中径线上的对应两点间的轴向距离间的轴向距离6 6）线）线 数数 n n 螺纹螺旋线数目，一螺纹螺旋线数目，一般为便于制造般为便于制造n4n4 螺距、导程、线数之间螺距、导程、线数之间关系：关系：L=nPL=nP 7 7）螺旋升角）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺

5、旋线轴的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角线的平面的夹角 8 8）牙型角）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角牙型两侧边的夹角 9 9）牙型斜角）牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角轴线垂直平面的夹角普通螺纹普通螺纹常用螺纹的特点及应用常用螺纹的特点及应用管螺纹管螺纹矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹按工作前拧紧否按工作前拧紧否按受力情况按受力情况紧联接：紧联接：在装配时需拧紧，即在承载前已受预紧力作用在装配时需拧紧，即在承载前已受预紧力作用松联接：松联接：在装配时不拧紧，只在受外载时才受到力的作用在装配时不拧紧，只在受外载时

6、才受到力的作用受拉螺栓受拉螺栓受剪螺栓受剪螺栓螺栓联接的基本类型螺栓联接的基本类型1 1. .螺栓联接螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接被联接件不太厚，被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。应用较广。铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接装配后无间隙，装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接采用基孔制

7、配合铰制孔螺栓联接2 2. .双头螺柱联接双头螺柱联接双头螺柱联接双头螺柱联接用于用于被连接件较厚而不宜制被连接件较厚而不宜制成通孔，且需经常拆卸成通孔，且需经常拆卸的场合。的场合。3 3. . 螺钉联接螺钉联接螺钉联接螺钉联接不需用螺母，适不需用螺母，适用于一个被连接件较厚，不便用于一个被连接件较厚，不便钻成通孔且受力不大，不需经钻成通孔且受力不大，不需经常拆卸的场合常拆卸的场合。4 4. . 紧定螺钉联接紧定螺钉联接紧定螺钉联接紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件拧入后，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。表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位

8、置。可传递不大的轴向力或扭矩。可传递不大的轴向力或扭矩。标准螺纹联接件标准螺纹联接件 2 2）双头螺柱）双头螺柱两端带螺纹两端带螺纹 A A型型有退刀槽有退刀槽 B B型型无退刀槽无退刀槽1 1）螺栓）螺栓 普通螺栓、铰制孔螺栓普通螺栓、铰制孔螺栓4 4）紧定螺钉）紧定螺钉 锥锥 端端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 平平 端端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸大的平面，适于经常拆卸 圆柱端圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置置3 3）螺钉）螺

9、钉 与螺栓区别与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗要求螺纹部分直径较粗; ;要求全螺纹要求全螺纹螺栓、螺柱、螺钉联接件螺栓、螺柱、螺钉联接件6 6）螺母）螺母 六角螺母：标准，扁，厚六角螺母：标准，扁，厚 5 5）自攻螺钉）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹由螺钉攻出螺纹圆螺母圆螺母+ +止退垫圈止退垫圈带有缺口，带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧内，螺母即被锁紧紧定螺钉、螺母紧定螺钉、螺母7 7）垫圈）垫圈垫圈作用：垫圈作用：增加被连接件的支撑面积以减少接增加被连接件的支撑面积以减少接触处的压强和避免拧紧螺母时擦伤被连接件

10、的触处的压强和避免拧紧螺母时擦伤被连接件的表面。表面。垫圈垫圈平垫圈平垫圈 弹簧垫圈弹簧垫圈 圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈 圆螺母圆螺母六角头螺栓六角头螺栓双头螺柱双头螺柱六角螺母六角螺母六角开槽螺母六角开槽螺母内六角圆柱头螺钉内六角圆柱头螺钉开槽圆柱头螺钉开槽圆柱头螺钉开槽沉头螺钉开槽沉头螺钉紧定螺钉紧定螺钉螺纹连接件实物螺纹连接件实物螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 一般螺纹联接在装配的时候都必须拧紧，以增强联接一般螺纹联接在装配的时候都必须拧紧，以增强联接的可靠性、紧密性和防松能力的可靠性、紧密性和防松能力。 螺栓联接的预紧螺栓联接的预紧 对于一般联接，可凭对于一般联接，可凭

11、经验来控制预紧力经验来控制预紧力F F0 0的大小，的大小，但对于重要的联接就要严格但对于重要的联接就要严格控制其预紧力。控制其预紧力。T T= =T T1 1+ +T T2 2= =KFKF0 0d d拧紧时扳手力矩为拧紧时扳手力矩为T T可由测力矩扳手测定可由测力矩扳手测定! !式中式中K K为拧紧力矩系数为拧紧力矩系数, ,可可查表查表螺栓联接的防松螺栓联接的防松实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成实际工作中，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，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

12、动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失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。效。因此，必须进行防松。消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运 动的难度动的难度1、防松目的、防松目的2、防松原理、防松原理1 1）摩擦防松）摩擦防松 3、防松办法及措施、防松办法及措施弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母自锁螺母自锁螺母自锁螺母自锁螺母螺母一端做成非螺母一端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋

13、合螺纹间压紧弹力使旋合螺纹间压紧2 2）机械防松：）机械防松：开口销开槽开口销开槽螺母螺母带翅垫片带翅垫片止动垫片止动垫片串联钢丝串联钢丝3 3）永久防松：端铆、）永久防松：端铆、冲点冲点、点焊点焊4 4）化学防松）化学防松粘合粘合 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计要设计要设计成轴对称成轴对称的几何形的几何形状。状。同一组螺栓联接中各螺栓的直径和材料均应相同同一组螺栓联接中各螺栓的直径和材料均应相同螺栓的布置应有合理的间距、边距螺栓的布置应有合理的间距、边距避免避免螺栓承螺栓承受偏心受偏心载荷载荷单个螺栓联接强度计算单个螺栓联接强度计算 单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。单个

14、螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。 根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。为受拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。 设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。相应部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。 螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d d1 1, ,然后按照然后按照标准选定螺纹的公称直径（大经）标准选定螺纹的公称直径（大经）d d等。等。1.1.螺栓杆拉断；螺栓杆

15、拉断；2.2.螺纹的压溃和剪断；螺纹的压溃和剪断；3.3.磨损后的滑扣磨损后的滑扣螺栓的螺栓的主要失效形式主要失效形式有有：9.3.19.3.1 受拉螺栓联接受拉螺栓联接1.1.松螺栓联接松螺栓联接工作时不需要将螺母拧紧。如工作时不需要将螺母拧紧。如吊钩螺栓吊钩螺栓强度条件：强度条件：设计公式：设计公式：421dFAF41Fd式中式中 为松联接螺栓的许用为松联接螺栓的许用拉应力（拉应力（MPaMPa）, ,查表查表d d1 1计算出后计算出后, ,再按标准查选螺纹的公称直径。再按标准查选螺纹的公称直径。mmFda033.2360102544314/21dFa例题例题如下图所示，起重吊钩的起吊重

16、量是如下图所示，起重吊钩的起吊重量是25kN25kN，吊钩材料为吊钩材料为3535钢，许用应力为钢，许用应力为60MPa60MPa，求吊，求吊钩尾部螺纹直径。钩尾部螺纹直径。根据：根据：有有解：解： 查出的查出的d1比根据强度计算求得的比根据强度计算求得的d1值略大，强度合适。故吊钩尾部螺纹可采值略大，强度合适。故吊钩尾部螺纹可采用用M27。由由P135表表10-1查得：查得：d=27mm时，时，d1=23.75mmd1=23.033mm2 2. .紧螺栓联接紧螺栓联接只受预紧力只受预紧力紧螺栓联接紧螺栓联接螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应力状态。螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应力状态。螺

17、栓危险界面上的拉伸应力为螺栓危险界面上的拉伸应力为4210dF螺栓危险界面上的扭转剪切应力为螺栓危险界面上的扭转剪切应力为162/)tan(163120311ddFdTv 对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，简化处理的对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，简化处理的t t=0.5=0.5s s,.,.根据第四理论，可求出当量应力根据第四理论，可求出当量应力s se e为为3 . 1)5 . 0(332222e因此，强度条件为：因此，强度条件为：3 . 1e即即43 . 1210dF设计公式为设计公式为3 . 1401Fd受剪切螺栓联接受剪切螺栓联接 受力特点：螺栓受载受力特点：螺栓受载前后不

18、需预紧，横向载荷前后不需预紧，横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。的相互挤压传递。剪切强度条件剪切强度条件4/2sRdnF设计公式设计公式 nFdRs4挤压强度条件挤压强度条件minpsRpLndF例题例题如下图所示，用铆钉联接钢板，厚度如下图所示，用铆钉联接钢板，厚度t=10mm,t=10mm,铆钉直径铆钉直径d=20mm,d=20mm,材料与钢板相同，材料与钢板相同， 许用挤许用挤压应力压应力j j=340MPa =340MPa 许用剪应力许用剪应力=120Pa F=80KN =120Pa F=80KN 试校核铆钉是否适用。试校核铆钉是否适用。解：解：剪切强

19、度校核剪切强度校核4/2sRdnF挤压强度校核挤压强度校核minpsRpLndF螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 螺栓组受力分析的目的是，根据螺栓组联接的结构和受载螺栓组受力分析的目的是，根据螺栓组联接的结构和受载情况，求出受载最大的螺栓及其受力。受力分析是在作如下假设情况，求出受载最大的螺栓及其受力。受力分析是在作如下假设条件下进行的，即：条件下进行的，即：同组中的各螺栓都受相同的预紧力。同组中的各螺栓都受相同的预紧力。螺栓组的对称中心与被联接结合面的形心重合。螺栓组的对称中心与被联接结合面的形心重合。被联接件为刚体被联接件为刚体, ,联接结合面为刚性平面。联接结合面为刚性平面。螺栓

20、的变形在弹性范围内。螺栓的变形在弹性范围内。螺栓组受力可划分为螺栓组受力可划分为4 4种典型情况：种典型情况：受横向载荷的螺栓组联接受横向载荷的螺栓组联接受旋转力矩的螺栓组联接受旋转力矩的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接受翻转力矩的螺栓组联接受翻转力矩的螺栓组联接各种复杂受力情况都可看作以上四种情况的不同组合。各种复杂受力情况都可看作以上四种情况的不同组合。螺纹联接件的材料和许用应力螺纹联接件的材料和许用应力螺纹联接件的材料螺纹联接件的材料其它对螺纹有特殊要求（如防腐、耐高温）时，应其它对螺纹有特殊要求（如防腐、耐高温）时，应选择有特殊性能的材料。选择有特殊性能的材料。一

21、般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢，如一般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215Q215、Q235Q235、1515、3535、4545等等受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢，受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢，如如15Cr15Cr、40Cr40Cr、30CrMnSi30CrMnSi、15CrVB15CrVB等等螺栓材料的许用拉应力按下式确定螺栓材料的许用拉应力按下式确定: : 式中式中S S为安全系数。紧联接螺栓若不控制预紧为安全系数。紧联接螺栓若不控制预紧力，则力，则S S大小与螺栓直径和载荷性质有关，此时设计螺大小与螺栓直径和载荷性质有关，此时设计螺栓联接时，常用试

22、算法确定栓联接时，常用试算法确定S S。即先预估螺栓直径，再。即先预估螺栓直径，再与计算出的螺栓直径作比较后，对与计算出的螺栓直径作比较后，对S S作调整和计算。作调整和计算。 sS螺纹联接件许用应力螺纹联接件许用应力9.7 9.7 滑动螺旋简介滑动螺旋简介 螺旋运动是利用由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要螺旋运动是利用由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力的场合。动力的场合。9.7.19.7.1 螺旋传动的类型螺旋传动的类型传力螺旋传力螺旋: :这种螺旋以传递动力为主，要求用较

23、小的力矩这种螺旋以传递动力为主，要求用较小的力矩转动螺杆转动螺杆( (或螺母或螺母) )，使螺母（或螺杆）产生轴向运动和较，使螺母（或螺杆）产生轴向运动和较大的轴向力，这个轴向力可用来做起重和加压等工作。大的轴向力，这个轴向力可用来做起重和加压等工作。 传动螺旋传动螺旋: :以传递运动为主，并要求具有很高的运动精以传递运动为主，并要求具有很高的运动精度，它常用作机床刀架或工作台的进给机构度，它常用作机床刀架或工作台的进给机构调整螺旋调整螺旋: :用于调整并固定零件或部件之间的相对位置。用于调整并固定零件或部件之间的相对位置。调整螺旋不经常转动。调整螺旋不经常转动。 9.7.29.7.2 螺旋传

24、动的结构及材料螺旋传动的结构及材料1 1. .螺母结构螺母结构整体螺母整体螺母不能调整间隙，只能用在轻载且精不能调整间隙，只能用在轻载且精度要求较低的场合度要求较低的场合组合螺母组合螺母这种螺母便于操作，一般用于车床这种螺母便于操作，一般用于车床溜板箱的螺旋传动中溜板箱的螺旋传动中2 2. .螺旋结构螺旋结构 通常采用牙型为矩形、梯形或锯齿形的右旋螺通常采用牙型为矩形、梯形或锯齿形的右旋螺纹。特殊情况下也采用左旋螺纹。纹。特殊情况下也采用左旋螺纹。9.7.3.9.7.3.材料材料一般螺杆的选用原则如下：一般螺杆的选用原则如下：高精度传动十多选碳素工具钢高精度传动十多选碳素工具钢需要较高硬度，可

25、采用铬锰合金钢或者采用需要较高硬度，可采用铬锰合金钢或者采用65Mn65Mn钢钢一般情况下可用一般情况下可用4545、5050钢钢 螺母材料可采用铸造锡青铜，重载低速的场合可选螺母材料可采用铸造锡青铜，重载低速的场合可选用铸造铝铁青铜，而轻载低速时也可选用耐磨铸铁。用铸造铝铁青铜，而轻载低速时也可选用耐磨铸铁。9.8 9.8 滚动螺旋简介滚动螺旋简介 在螺杆和螺母制建设有封闭循环的滚道，在螺杆和螺母制建设有封闭循环的滚道，在滚道间填充钢珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚在滚道间填充钢珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，提高传动效率，这种传动称为螺旋传动，动摩擦，提高传动效率，这种传动称为螺旋传动，又称为滚珠丝杠副。又称为滚珠丝杠副。9.8.19.8.1 滚珠丝杠的分类、特点和应用滚珠丝杠的分类、特点和应用1.1.滚珠