第5章 螺纹联接

1、第5章 螺纹联接§5-0内容提要2§5-1 螺纹的形成和主要参数3一、螺纹的形成：3二、 螺纹的分类3三、 螺纹的主要参数5四、 常用螺纹的特点及应用5§5-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁8一、矩形螺纹，8二、牙型角的螺纹10三、讨论12§5-3 螺纹联接和螺纹联接件12一、螺纹联接的基本类型12二、 标准螺纹联接件14三、 螺纹联接件的性能等级和材料16§5-4 螺栓联接的计算17一、 松螺栓连接：18二、 紧螺栓联接18三、 螺栓联接的许用应力23四、 举例23§5-5 设计螺栓连接时应注意的几个问题25一、防松：25二、支承表

2、面的平整27三、 安装空间28§5-0内容提要Ø 螺纹的主要参数Ø 螺旋副的受力分析、效率和自锁Ø 螺栓联接的计算Ø 防松措施Ø 特别注意：螺纹连接是可拆连接。§5-1 螺纹的形成和主要参数一、螺纹的形成：（1）螺旋线的形成：（2）螺纹的形成：2、 螺纹的分类（1）按形成情况分外螺纹内螺纹(2)按螺纹的绕行方向分右旋螺纹左旋螺纹（3）按线数分单线螺纹双线螺纹三线螺纹3、 螺纹的主要参数4、 常用螺纹的特点及应用(1)三角形螺纹之普通螺纹图形特点Ø 牙型为等边三角形，牙型角为。Ø 同一公称直径按螺距大小，分

3、为粗牙和细牙。Ø 细牙螺纹的螺距小，升角小，自锁性好，联接强度高，因牙细不耐磨，容易滑扣。运用Ø 一般联接多用粗牙螺纹。备注Ø 粗牙普通螺纹的基本尺寸可查书本.(2)三角形螺纹之自攻螺钉用螺纹图形特点运用(3)管螺纹图形特点Ø 牙型角，牙顶有较大的圆角，螺纹分布在圆锥管壁上。螺纹旋合后，利用本身的变形就可以保证联接的紧密性，不需要任何填料。运用Ø 适用于管子、管接头、旋塞、阀门和其它螺纹联接的附件。(4)矩形螺纹图形特点Ø 牙型角，牙型为正方形；Ø 传动效率较其他螺纹高；但牙根强度弱，螺旋副磨损后，间隙难以修复和补偿，传动精

4、度低。运用Ø 目前尚未标准化，已逐渐被梯形螺纹所代替。(5)梯形螺纹图形特点Ø 牙型角，牙型为等腰梯形；Ø 与矩形螺纹相比，传动效率略低；但工艺性好，牙根强度高，对中性好，如用剖分螺母，还可以调整间隙。运用Ø 梯形螺纹是最常用的传动螺纹。(6)锯齿形螺纹图形特点Ø 牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角为3°，非工作面的牙侧角为30°；Ø 这种螺纹兼有矩形螺纹传动效率高、梯形螺纹牙根强度高的特点；但只能用于单向受力的螺纹联接或螺旋传动中。运用§5-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁Ø 螺旋副：螺母与螺杆

5、组成空间运动副。一、矩形螺纹，（1）螺母克服载荷匀速上升示意图所需转矩计算螺旋副的效率Ø ；Ø 影响效率的因素：（2）螺母在载荷作用下匀速下降示意图所需转矩计算螺旋副效率Ø 当时，即，表示要保证滑块匀速下降，需要加一力支持，否则，会加速下降。Ø 当时，即，表示与位于同一直线上，不需要的作用即可互相平衡。Ø 当时，即，表示要使滑块匀速下降，必须施加力，且方向应与图示相反，否则不论有多大的轴向载荷,螺母多不会在其作用下自行松脱，即出现自锁现象，可见自锁条件为。二、牙型角的螺纹(0)比较牙型角牙型角结论牙型角不为零的螺纹的摩擦阻力要比矩形螺纹的大。问

6、题的类比转化定义当量摩擦系数，当量摩擦角，则牙型角不为零的螺纹的螺旋副的受力、效率和自锁等的计算和分析方法与牙型角为零的螺纹类同。（1）螺母克服载荷匀速上升所需转矩计算Ø 当螺母克服载荷匀速上升时，需要作用于螺纹中径处的水平力为：Ø 所需转矩：螺旋副的效率（2）螺母在载荷作用下匀速下降所需转矩计算Ø 当螺母在载荷作用下匀速下降时，需要作用于螺纹中径处的水平力为：Ø 所需转矩：螺旋副的效率Ø 自锁条件：三、讨论Ø 矩形螺纹与三角形螺纹比较：矩形螺纹牙型角为零，传力性能好；三角形螺纹压力角不大于零，当量静摩擦系数较大，当量摩擦角也较大，更

7、容易自锁；故矩形螺纹矩形螺纹更适于传动，而三角形螺纹更适于连接。Ø 单头螺纹与多头多螺纹比较：螺距相同时，单头螺纹的导程较小，螺纹升角也较小，更易自锁；而多头螺纹升角较大，轴向分力更小；所以单头螺纹更适于联接，而多头螺纹更适于传动。Ø 粗牙普通螺纹与细牙普通螺纹比较：细牙螺纹的螺距小，升角小，自锁性好，联接强度高；粗牙螺纹的螺距大，升角大，轴向分力更小；所以细牙螺纹更适于联接，而粗牙螺纹更适于传动。ا5-3 螺纹联接和螺纹联接件一、螺纹联接的基本类型1、普通螺栓联接示意图特点Ø 被联接件的通孔与螺栓杆之间留有间隙。Ø 螺栓孔的直径大

8、约是螺栓直径的1.1倍。Ø 通孔的加工精度要求较低，结构简单，装拆方便，应用十分广泛。2、绞制孔用螺栓连接示意图特点Ø 铰制孔用螺栓联接的被联接件通孔与螺栓杆之间采用基孔制过渡配合；Ø 联接能精确固定被联接件的相对位置，并能承受横向载荷；Ø 对孔的加工精度要求较高。3、双头螺柱联接示意图特点Ø 双头螺柱联接适用于结构上不能采用螺栓联接（如其中魔衣连接件较厚），且需要经常拆卸的场合。4、螺钉联接示意图特点Ø 螺钉直接拧入被联接件的螺纹孔中，结构简单紧凑。Ø 当要经常拆卸时，易使螺纹孔磨损，故多用于受力不大，不需经常拆卸的场合。

9、5、紧定螺钉联接示意图2、 标准螺纹联接件1、六角头螺栓示意图特征Ø 普通六角头螺栓的种类很多，应用最广。Ø 精度分为、三级，通用机械中多用级。Ø 螺杆部可制出一段螺纹或全螺纹，螺纹有粗牙和细牙之分。Ø 六角头螺栓的基本尺寸可查书本.2、双头螺柱示意图3、螺钉示意图特征Ø 螺钉头部形状有圆头、盘头、六角头、圆柱头和沉头等。Ø 头部起子槽有一字槽、十字槽和内六角槽等形式。4、紧定螺钉示意图特征Ø 紧定螺钉的末端形状有锥端、平端和圆柱端等。Ø 锥端适用于表面硬度较低的被紧定零件；Ø 平端接触面积大，常用于顶紧

10、硬度较大的平面场合；Ø 圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于紧定空心轴上的零件位置。5、自攻螺钉示意图特征Ø 螺钉的头部形状有平头、盘头、半沉头、沉头等。Ø 头部起子槽有一字槽、十字槽等形状。Ø 末端形状有锥端和平端两种。Ø 多用于联接金属薄板、轻合金或塑料零件。Ø 螺钉材料一般用渗碳钢，热处理后表面硬度不低于45HRC。6、六角螺母示意图特征Ø 根据螺母厚度的不同，螺母分为标准螺母和薄型螺母两种。Ø 薄型螺母常用于受剪力的螺栓上或空间尺寸受限制的场合。Ø 螺母的制造精度与螺栓相同，分为、三级，分别与相同级别的

11、螺栓配用。7、圆螺母示意图特征Ø 圆螺母常与止动垫圈配用，装配时将垫圈内舌插入轴上的槽内，而将垫圈的外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧。Ø 常作为滚动轴承的轴向固定用。8、垫圈示意图3、 螺纹联接件的性能等级和材料 1、螺栓、螺钉、螺柱的性能等级2、螺母的性能等级备注Ø 螺纹联接件的性能等级和材料亦可查书本.Ø 注意观察性能等级和抗拉强度极限和屈服极限的关系。§5-4 螺栓联接的计算Ø 计算思路：工作情况分析失效形式设计准则结构设计。1、 松螺栓连接：例图特点Ø 装配时，不需要拧紧；Ø 在加上外载荷前，螺栓不受力；

12、Ø 只能承受轴向静载荷；Ø 应用不太广泛，主要有起重吊钩、起重滑轮。失效形式受拉断裂螺栓危险截面的拉伸强度条件为2、 紧螺栓联接特点Ø 装配时，需要拧紧；Ø 承受工作载荷前，螺栓已受预紧力；Ø 既能承受静载荷也能承受变载荷。1、受横向工作载荷的紧螺栓联接普通螺栓联接例图受力特点Ø 工作载荷垂直于螺栓轴线；Ø 螺栓杆与孔有间隙；Ø 工作载荷靠被联接件接触面间的摩擦力传递；Ø 施加工作载荷前后螺栓所受的拉力不变，均等于预紧力.失效形式Ø 被联接件之间产生相对滑动;Ø 螺栓被拉断。设计准则&

13、#216; 防止被联接件之间产生相对滑动，即接触面间产生的最大摩擦力必须大于工作载荷Ø 防止拉断，即要满足强度条件：讨论可见，防滑需要的预紧力很大，小螺栓容易被拉断，可以通过以下一些措施来减小所需预警力：铰制孔用螺栓联接例图受力特点Ø 工作载荷F垂直于螺栓轴线；Ø 螺栓杆与孔间有过渡配合；Ø 工作载荷主要靠螺栓杆的剪切及螺栓杆与被联接件的挤压来传递；Ø 施加工作载荷前后螺栓所受的拉力不变，均等于预紧力，预紧力较小。失效形式Ø 螺栓杆被剪断；Ø 螺栓杆和孔壁间被压溃。设计准则防止压溃或剪断：2、受轴向工作载荷的紧螺栓联接例图D

14、2D1FE受力特点Ø 工作载荷平行于螺栓轴线；Ø 加上工作载荷后，被联接件的接触面之间仍须保持有一定的压紧力。螺栓组中的单个螺栓受载情况分析单个螺栓受力变形图单个螺栓受力变形线图关系式螺栓总拉力、载荷、剩余预紧力之间的关系：剩余预紧力的确定原则设计计算步骤Ø 根据受力情况，求出工作载荷；Ø 根据联接的工作要求，选取；Ø 根据关系式计算螺栓总拉力：Ø 根据强度条件，计算尺寸，这里类似受横向载荷的普通螺栓联接，采用当量拉应力进行强度计算：3、 螺栓联接的许用应力普通螺栓许用应力可查书本查表.铰制孔用螺栓许用应力可查书本查表.用表注意

15、16; 区分紧联接与松联接；Ø 区分静载荷与变载荷；Ø 区分碳素钢与合金钢。特点观察Ø 紧螺栓联接的许用拉应力与螺栓直径有关，在预紧力不能控制的重要螺栓联接时，不采用.Ø 试凑法：设计计算时，先假定一个螺栓直径查出许用应力强度计算求得螺纹小径由查螺纹基本尺寸表得其公称直径应与假定直径相适应，如相差较大，则应重新假定计算直至适合为止。4、 举例题目Ø 一汽缸凸缘上的螺栓联接，已知汽缸内径,缸内气体压力，螺栓个数，螺栓材料性能为级，试确定螺栓的直径。解题过程：本螺栓联接为受轴向载荷的紧螺栓联接。1、 确定螺栓所受的总工作载荷.2、 每个螺栓所受工作

16、载荷.3、 螺栓的剩余预紧力.考虑汽缸有紧密性要求,取4、 每个螺栓所受的总拉力.5、 计算螺栓的直径（试凑法）：Ø 假定螺栓直径；Ø 由于材料性能等级为，由表得：；Ø 由表得：；Ø .6.由表，取，大径，与假设一致，故采用精制螺栓。§5-5 设计螺栓连接时应注意的几个问题一、防松：Ø 防松的根本问题，在于防止螺旋副的相对转动。Ø 几类防松方法：摩擦防松自锁螺母示意图原理螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧后，收口涨开，利用收口的回弹力使旋合螺纹间压紧。特点结构简单，防松可靠，可多次装卸而不降低防松性能。对顶螺母示意图原理两螺母对顶拧紧后，使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力的作用。特点结构简单，适用于平稳、低速和重载的固定装置的联接。弹簧垫圈示意图原理螺母拧紧后，靠垫圈压平而产生的弹性反力使旋合螺纹间压紧。同时，垫圈斜口的尖端抵住螺母与被联接件的支承面也有防松作用。特点结构简单，使用方便，但在振动冲击载荷作用下，防松效果较差，一般用于不甚重要的联接。注意垫圈的画法：垫圈斜口的尖端指向左上方。机械防松开口销与槽形螺母示意图原理六角开槽螺母拧紧后，将开口销穿入螺栓尾部小孔和螺母的槽内，并将开口销尾部掰开与螺母侧面贴紧。特点适用于有较大冲击、振动的高速机械中运动部件的联接。止动垫圈与圆螺母示意图原