第7章 螺纹联接与螺旋传动

第07章螺纹联接与螺旋传动§7.1螺纹参数§7.2螺纹副的运动、受力、自锁和效率§7.3螺纹联接的基本类型和螺纹联接件§7.4螺纹联接的预紧与防松§7.5单个螺栓联接的强度计算§7.6螺栓组的设计计算§7.7提高螺栓联接强度的措施§7.8螺旋传动7.1螺纹参数7.1.1

螺纹的形成螺纹的类型螺纹分为外螺纹内螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹左旋右旋(常用)效率较高，主要用于螺旋传动此外，还有管螺纹,主要用于管路的联接。按牙型的不同分为普通螺纹：矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹效率低，易自锁，多用于联接。7.1螺纹参数7.1.2

螺纹的类型7.1.3

螺纹的主要参数大径d小径d1中径d2螺距P导程S升角l牙型角a、牙型斜角b7.1螺纹参数

（1）大径d(D)：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底重合的假想圆柱的直径，也称为公称直径。

（2）小径d1(D1)：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶重合的假想圆柱的直径，

—般取作外螺纹危险剖面的计算直径。

(3)中径d2(D2)：螺纹的牙厚与牙间相等处的假想圆柱直径。

(4)螺距P：相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。

(5)螺纹线数n：一条螺旋线形成的螺纹称为单线螺纹，n＝1。

两条或两条以上，周向等角度分布、轴向等间距分布的螺旋线形成的螺纹称为多线螺纹。7.1.3

螺纹的主要参数图7-3螺纹的线数

联接螺纹要求自锁，一般用单线螺纹；传动螺纹要求传动效率高，多用双线螺纹或三线螺纹。为便于制造，一般线数不超过4线。7.1.3

螺纹的主要参数

(6)导程s：同一条螺旋线上的相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。则s＝nP。

(7)螺旋升角φ：中径上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，展开形状如图所示。计算式为

（7-1）

(8)牙型角α：轴向剖面内，螺纹牙型两侧边的夹角。

(9)牙型斜角β：轴向剖面内，牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。对称牙型（如三角形、梯形）β＝α／2。

7.1.3

螺纹的主要参数

(10)螺纹的旋向：螺纹按旋向可分为左旋螺纹和右旋螺纹。

将螺旋体的轴线垂直放置，螺旋线可见部分自左向右上升的，为右旋；反之为左旋。右旋螺纹常用，只有在特殊情况下才采用左旋螺纹。

7.1.3

螺纹的主要参数1.普通螺纹2.管螺纹3.矩形螺纹4.梯形螺纹5.锯齿形螺纹7.1.4

常用螺纹的特点及应用7.1螺纹参数1、普通螺纹：

自锁性好，牙根强度高，应用于紧固连接。7.1.4

常用螺纹的特点及应用7.1螺纹参数牙形角α=2β=60°，因牙侧角β大，所以摩擦大，易自锁，主要用于连接。分:粗牙和细牙，一般用粗牙。2、管螺纹牙型角α=55°，用于管件连接，基本以管的内径为公称直径。

螺纹面间没有间隙，密封性较好。适用于压力在1.6MPa以下的管路连接。圆柱管螺纹圆锥管螺纹圆锥管螺纹(牙型角α=55°)和米制锥螺纹(牙型角α=60°)55°圆锥管螺纹：螺纹均匀分布在1：16的圆锥管壁上，内、外螺纹面间没有间隙；螺纹旋合后，利用自身变形可保证连接的紧密性。用于高温高压的管件连接。3、矩形螺纹牙形为矩形，牙侧角β=0°，所以效率高，用于传动，但制造难(只能车削)，根部强度弱，螺母和螺杆对中性差。未标准化。4、梯形螺纹

牙形角α=2β=30°,它较矩形螺纹牙根强度高，效率稍低，易制造(可车、铣、磨)，对中性好，已标准化，广泛用于各种螺旋传动。若采用剖分螺母，可利用径向位移以消除因磨损而造成的间隙。

5、锯齿形螺纹

适用于起重螺旋、螺旋压力机、大型螺栓连接(如水压机立柱)等单向受力的传动和连接机构中。螺纹副的大径处无间隙，便于对中。

工作面牙侧角β=3°,易加工；非工作面β′=30°,它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。表7-1常用螺纹的特点和应用7.2螺纹副的运动、受力、自锁和效率7.2.1

矩形螺纹副7.2螺纹副的运动、受力、自锁和效率7.2.2

非矩形螺纹副1.螺栓连接2.双头螺柱连接3.螺钉连接http:///t/7.3.1

螺纹联接的基本类型7.3螺纹联接的基本类型和螺纹联接件4.紧定螺钉连接7.3.1

螺栓联接的基本类型7.3螺纹联接的基本类型和螺纹联接件螺纹连接件实物1.螺栓联接7.3.1

螺栓联接的基本类型7.3螺纹联接的基本类型和螺纹联接件

无需在被连接件的孔上切制螺纹，且不受被连接件的材料限制，故广泛应用于连接两个都不太厚且需经常拆卸的零件。2.双头螺柱联接7.3螺纹联接的基本类型和螺纹联接件7.3.1

螺栓联接的基本类型

当被连接件之一太厚，不能在其上制成通孔，材料又较软，连接又需要经常拆装时，往往采用双头螺柱连接。3.螺钉联接7.3螺纹联接的基本类型和螺纹联接件

适用场合与双头螺柱类似，适用于要求结构紧凑、或有光整的外露表面或无法拆装螺母时，受力不大，不需要经常拆装的场合。

4.紧定螺钉联接7.3螺纹联接的基本类型和螺纹联接件

紧定螺钉旋入被连接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被连接件的表面或凹槽中，可传递不大的力和力矩。5.地脚螺栓联接7.3螺纹联接的基本类型和螺纹联接件7.3.2

标准螺纹联接件1.螺栓、螺柱7.3螺纹联接的基本类型和螺纹联接件2.螺钉、紧定螺钉7.3螺纹联接的基本类型和螺纹联接件7.3螺纹联接的基本类型和螺纹联接件3、螺母、垫圈、圆螺母与止动垫圈

表72螺纹联接件的结构特点续表7-2螺纹联接件的结构特点续

表7-2螺纹联接件的结构特点实际工程中，大多数螺纹联接在装配时都必须拧紧，称为预紧。从而使联接在承受工作载荷前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力，用F0表示。

预紧的目的：为了增强联接的可靠性、紧密性和刚性；提高联接的防松能力，防止受载后被联接件间出现间隙或发生相对位移；对于受变载荷的螺纹联接还可提高其疲劳强度。

7.4螺纹联接的预紧和防松7.4.1

螺栓联接的预紧7.4螺纹联接的预紧和防松7.4.1

螺栓联接的预紧

一般性联接，可凭经验控制预紧力F0的大小，但对于重要的联接就要严格控制其预紧力。T=T1+T2拧紧时扳手力矩为:T可由测力矩扳手测定预紧力:连接件在承受工作载荷之前就预加上的作用力。图7-14测力矩扳手

7.4螺纹联接的预紧和防松7.4.2螺纹联接的防松

静载荷作用下，联接螺纹的螺旋升角φ较小，能满足自锁条件(φ≤ρv)。但在受冲击、振动或变载荷以及温度变化大时，联接有可能自动松脱，容易发生事故。因此在设计螺纹联接时，必须考虑防松问题。防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动。

7.4螺纹联接的预紧和防松7.4螺纹联接的预紧和防松7.4.2

螺栓联接的防松摩擦防松机械防松:元件直接锁住永久防松：破坏螺纹副的运动关系冲点法防松、焊接防松弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺母开口销带翅垫片止动垫片化学防松：粘合法防松防松方式按工作原理分：

装配后垫圈被压平，产生弹性变形。其弹力使螺纹间保持压紧力和摩擦力而防松；此外,垫圈切口端逆着旋松方向,也阻止螺母的反转。

利用嵌在螺母内的各种弹性材料(如弹性环、尼龙圈等)的弹性变形，箍紧螺杆以防松。焊接铆冲拧紧各螺钉后，将金属丝按螺钉松退的反向，依次穿入螺钉顶的孔中锁紧。当螺钉有松动趋势时，将使钢丝被拉得更紧。

串联金属丝锁定螺钉组

7.5单个螺栓联接的强度计算

单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。

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。受拉螺栓各部分损坏百分比：7.5单个螺栓联接的强度计算

设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位采用相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径（小径）或强度校核。

螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹的公称直径（大经）d等。7.5.1

受拉螺栓联接7.5单个螺栓联接的强度计算1.松螺栓联接强度条件：设计公式：式中[σ]为松联接螺栓的许用拉应力（MPa）,查表d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。2.紧螺栓联接7.5单个螺栓联接的强度计算所谓紧螺栓联接，是指螺栓在承受工作载荷之前必须将螺母拧紧，使螺栓联接产生预紧力，设预紧力为Ｆ0。螺栓一方面受拉，一方面因螺纹副中摩擦阻力矩的作用而受扭，故在危险界面上即拉伸应力又有切应力。

对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，根据第四理论，可求出当量应力se为:7.5单个螺栓联接的强度计算因此，强度条件为：即设计公式为2.紧螺栓联接求出ｄ1后，即可查标准选出公称直径ｄ，其他联接件按ｄ查标准选定。（1）受横向外载荷的紧螺栓联接7.5单个螺栓联接强度计算

载荷与螺栓轴向垂直，螺栓受预紧力用，靠被联接件间的摩擦力传递.受力特点3.只受预紧力紧螺栓联接（1）受横向外载荷的紧螺栓联接7.5单个螺栓联接强度计算满足不滑动条件螺栓预紧力3.只受预紧力紧螺栓联接ｆ为接合面之间的摩擦因数，对于钢或铸铁件可取0.1～0.15；Ｃ为可靠性系数，对于钢或铸铁件可取1～1.5；ｍ为接合面数目；ｚ为螺栓的根数。（1）受横向外载荷的紧螺栓联接7.5单个螺栓联接强度计算当f=0.15、C=1.2、m=1、Z=1时，可得此结构，要使联接不发生滑动，螺栓要承受8倍于横向外载荷的预紧力。结构笨重、不经济。因此要避免这种结构，而采用新结构。3.只受预紧力紧螺栓联接7.5单个螺栓联接强度计算3.只受预紧力紧螺栓联接（1）受横向外载荷的紧螺栓联接（2）接合面内受转矩T1作用的普通螺栓联接7.5单个螺栓联接强度计算受力特点当f=0.1～0.4C为可靠性系数，C=1.1~1.3,Z为螺栓根数，r为螺栓轴线分布圆周半径。3.只受预紧力紧螺栓联接4.承受轴向载荷的紧螺栓联接7.5单个螺栓联接强度计算压力容器内气压为P,气缸内径为D，作用在容器盖上的总工作载荷为：若有n个螺栓，每个螺栓所受工作载荷为:当联接承受工作载荷F时,被联接件仅受残余预紧力F''螺栓总拉力F0=F+F''4.承受轴向载荷的紧螺栓联接7.5单个螺栓联接强度计算4.承受轴向载荷的紧螺栓联接7.5单个螺栓联接强度计算

β称为螺栓的相对刚度系数。4.承受轴向静载荷的紧螺栓联接7.5单个螺栓联接强度计算载荷方向与螺栓轴向一致,螺栓受载前需预紧,受载前后受力不同.螺栓内部危险截面上同样既有拉应力s,又有扭转剪应力t.受力特点强度条件:设计公式:式中F0为螺栓受载后所受的轴向总拉力。利用公式（7-19）计算。7.5单个螺栓联接强度计算7.5.2

受剪切螺栓联接

受力特点：螺栓受载前后不需预紧，横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。挤压强度条件剪切强度条件7.5.3螺纹连接件的材料常用材料：Q215、Q235，10、35、45等；冲击振动大的场合：40Cr、30CrMnSi等；特殊场合：1Cr13、CrNi2、H62等。国家标准规定，螺纹连接件按材料的力学性能分等级：螺栓、螺柱、螺钉从3.6～12.9分十个等级；螺母从4～12分七个等级。3.6的含义：3—抗拉强度的1／100

即σb：300MPa.6—（σs/σb）=0.6，即σs=180MPa标记的含义：保证最小应力的1／100选用时：螺母的性能等级不低于螺栓的性能等级7.5单个螺栓联接强度计算7.5单个螺栓联接强度计算7.5.3螺纹连接件的材料7.5单个螺栓联接强度计算7.5.3螺纹连接件的材料7.6螺栓组的设计计算1、要设计成轴对称的几何形状。7.6.1

螺栓组的结构设计应考虑的几个问题螺栓组对称中心和连接结合面的形心重合。7.6螺栓组的设计算2、螺栓的布置应使螺栓的受力合理7.6螺栓组的设计算3、螺栓的布置应有合理的间距、边距7.6螺栓组的设计算4、同一组螺栓联接中各螺栓的直径和材料均应相同7.6螺栓组的设计算5、避免螺栓承受偏心载荷斜面用斜垫圈铸造出凸台加工沉头座7.6螺栓组的设计算7.6.2

简单螺栓组联接的强度计算7.6螺栓组的设计算7.6.2

简单螺栓组联接的强度计算7.6螺栓组的设计算7.6.2

简单螺栓组联接的强度计算7.6螺栓组的设计算7.6.2

简单螺栓组联接的强度计算7.7提高螺栓联接强度的措施7.7.1避免附加弯曲应力

螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，提高螺栓强度有以下几种措施：7.7.2减小螺栓的应力变化幅度7.7提高螺栓联接强度的措施

受变载荷作用的螺栓，其应力也在一定的幅度内变动，减小螺栓刚度或增大被联接件刚度等皆可以使螺栓的应力变化幅度减小。减小螺栓刚度的方法a.柔性螺栓b.弹性元件7.7提高螺栓联接强度的措施增大被联接件刚度的方法a.金属垫片b.密封环7.7.2减小螺栓的应力变化幅度7.7提高螺栓联接强度的措施7.7.3改善螺纹牙间的载荷分配内斜螺母环槽螺母悬置螺母螺纹牙间载荷分配关系7.7.4减小应力集中7.7提高螺栓联接强度的措施§7.8螺旋传动简介

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。7.8.1螺旋传动的类型（1）传力螺旋1.根据用途分7.8.1螺旋传动的类型1.根据用途分（2）传动螺旋（3）调整螺旋螺杆螺母机架1237.8.1螺旋传动的类型1.根据用途分⑴按用途分类

定位滚珠丝杠

传动滚珠丝杠通过旋转角度和导程控制轴向位移量，称为P类滚珠丝杠。用于传动动力的滚珠丝杠，称为T类滚珠丝杠。7.8.1螺旋传动的类型2.按摩擦形式分⑵按滚珠的循环方式分类滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环两种。7.8.1螺旋传动的类型2.按摩擦形式分

内循环滚珠丝杠

外循环滚珠丝杠######7.8.2螺旋传动的结构及材料1、螺母结构⑴整体螺母磨损产生的轴向间隙不能补偿。不能调整间隙，只能用在轻载且精度要求较低的场合⑵组合螺母这种螺母便于操作，一般用于车床溜板箱的螺旋传动中⑶对开螺母一般用于车床溜板箱的螺旋传动中2、螺杆结构

通常采用牙型为矩形、提醒或锯齿形的右旋螺纹。特殊情况下也采用左旋螺纹。3、材料一般螺杆的选用原则如下：⑴、高精度传动多选碳素工具钢⑵、需要较高硬度，可采用铬锰合金钢或者采用65Mn钢⑶、一般情况下可用45、50钢。

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。

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。摩擦性质为滚动摩擦。一、判断题1、润滑油的粘度随温度的升高而降低。（）2、润滑脂的锥入度越大表明润滑脂越稠。（）3、螺纹的公称直径相同，其螺距一定相同。（）4、曲柄摇杆机构，若曲柄为主动件，不可能出现死点。（）5、打滑和弹性滑动都是可以避免的。（）6、带传动的初拉力越大越好。（）7、V带传动的张紧轮应该设置在松边内侧且靠近大带轮处。（）8、螺纹的头数越多，其自锁性就越好。（）9、链传动的平均传动比和瞬时传动比都是常数（）10、链号为32A的节距50.8mm。（）11、传动比越大，小带轮的包角也越大。（）12、V带传动由于存在打滑失效，所以其传动比不恒定。()13、螺钉联接用于被联接件为盲孔，且不经常拆卸的场合。()

14、链传动是一种摩擦传动。()15、机械零件的刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗塑性变形的能力。()16、带传动的小轮包角越大，承载能力越大。()17、带传动往往放在高速级，这是因为它可以传递较大的转矩。()18、双螺母防松属于机械防松。()19、带的工作应力中，由离心力引起的离心拉应力在带的各截面上都一样。()20、对心曲柄滑块机构无急回特性，偏置曲柄滑块机构有急回特性导杆机构无急回特性。（）

绪论0.1本课程的研究对象0.2本课程的内容、性质、学习目的和方法0.3机械设计应满足的基本要求及一般程序0.4机械零件设计的标准化、系列化及通用化0.5常用的几种现代设计方法重点：解决为什么学、学什么，怎样学的问题难点：怎样学0.1本课程的研究对象0.1本课程的研究对象0.1本课程的研究对象1、机器与机构的特征内燃机工作原理0.1本课程的研究对象

机器的种类繁多，结构型式和用途也各不相同，但总的来说机器有三个共同特征：（1）都是一种人为的实物组合。（2）各部分形成运动单元，各单元之间具有确定的相对运动。（3）能实现能量、信息转换或完成有用的机械功。

机构：仅具备机器前两个特征，即具有确定相对运动的人为的实物组合。如连杆机构、凸轮机构。

机械：机器和机构的总称。0.1本课程的研究对象连杆机构尖底移动从动杆盘形凸轮滚子移动从动杆盘形凸轮0.1本课程的研究对象机构的主要功能是传递或转变运动的形式。0.1本课程的研究对象2、零件、构件和部件零件：机器中的最小的制造单元。（1）通用零件：普通使用（2）专用零件：专门行业0.1本课程的研究对象内燃机的曲轴0.1本课程的研究对象构件：机器中的最小的运动单元。内燃机的曲轴与连杆0.1本课程的研究对象部件：机器中最小的装配单元。减速器滚动轴承0.2本课程的内容、性质、学习目的和方法1、课程的研究内容

（1）常用机构的工作原理、运动特性及设计方法。（2）通用零部件的工作原理、结构特点及设计方法。（3）介绍机械系统的设计思路和设计方法。2、课程的性质

本课程是一门技术基础课，要综合运用数学、力学、制图、金属材料及热处理、互换性与技术测量等课程的知识，解决常用机构和通用零部件的设计问题。它研究的是各种机械所具有的共性问题，是从基础课到专业课之间的联系环节，起着承上启下的作用。3、学习本门课程的目的

（1）了解常用机构及通用零、部件的工作原理、类型、特点及应用等基本知识。

（2）获得必要的设计理论知识和设计方法，掌握通用零、部件的失效形式、设计准则与设计方法。

（3）使学生具备机械设计实验技能和设计简单机械及传动装置的基本技能。

（4）为学习专业课和今后从事技术应用工作打基础。0.2本课程的内容、性质、学习目的和方法4、课程的学习方法

（1）重思考，常想几个问题：

A.什么样子B.怎么运动C.工作原理、方式D.现实生活中的实际例子

（2）会查表、会用工具书，不注重公式的记忆

（3）必须重视结构设计多看一些设计方面的书，如：工业设计、机械优化设计等。0.2本课程的内容、性质、学习目的和方法

（4）一定要会几个设计软件二维：AUTOCAD三维：Pro/E、UG等。

0.3机械设计应满足的基本要求及一般程序1、机械设计的基本要求

（1）实现预定功能。（2）安全可靠性要求。