第5章螺纹连接和螺旋传动

1、机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 1 1 第二篇第二篇 连接连接|机械连接分如下两大类机械连接分如下两大类:机械机械动动连接连接:有相对运动有相对运动(运动副运动副);机械机械静静连接连接:无相对运动，又分如下两类：无相对运动，又分如下两类： 可拆连接可拆连接(螺栓等螺栓等)不可拆连接不可拆连接(焊接等焊接等) 注注:过盈连接过盈连接可做成可做成:可拆连接或不可拆连接可拆连接或不可拆连接课程资料共享E-Mail： 登录密码:201112 压缩包密码:deng已讲PPT等参考资料在网盘里，可下载机械设计上邓召义2022-6-3

2、02022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 2 2第五章螺纹连接第五章螺纹连接和螺旋传动和螺旋传动|内容提要内容提要螺纹连接和螺旋传动都是利用螺纹零件工作的。两者的不螺纹连接和螺旋传动都是利用螺纹零件工作的。两者的不同在于其工作性质的不同和技术要求上的差异。同在于其工作性质的不同和技术要求上的差异。螺纹连接螺纹连接作为紧固件，要求保证作为紧固件，要求保证连接强度、紧密性和可靠性连接强度、紧密性和可靠性。螺旋传动作为螺旋传动作为传动件传动件，要求保证螺旋副的，要求保证螺旋副的传动精度、效率传动精度、效率和磨损寿命和磨损寿命。本章分别讨论螺纹连接和螺旋传动的类型、。本章

3、分别讨论螺纹连接和螺旋传动的类型、结构以及设计计算问题结构以及设计计算问题 。|学习目标学习目标掌握螺纹的基本知识；掌握螺纹连接的基本知识，包括螺掌握螺纹的基本知识；掌握螺纹连接的基本知识，包括螺纹连接的纹连接的基本类型、结构特点基本类型、结构特点及其及其应用场合应用场合，在设计时能，在设计时能正确地选用它们；掌握螺栓正确地选用它们；掌握螺栓组组连接连接设计的基本方法设计的基本方法，熟练，熟练掌握掌握螺栓组螺栓组连接的连接的四种典型受力四种典型受力状态；熟练掌握状态；熟练掌握提高提高螺纹螺纹连接连接强度强度的各种的各种措施措施；了解滑动螺旋传动的主要失效形式和设计准则了解滑动螺旋传动的主要失效

4、形式和设计准则 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 3 35-1 螺纹螺纹(一一) 螺纹的类型和应用螺纹的类型和应用|螺纹有螺纹有外外螺纹与螺纹与内内螺纹之分，它们共同组成螺纹之分，它们共同组成螺旋副螺旋副。|螺纹按工作性质分为螺纹按工作性质分为连接连接螺纹和螺纹和传动传动螺纹螺纹连接连接螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠连接连接(普通螺纹普通螺纹等等)；传动传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率动的效率(矩形、梯形、锯齿型螺纹矩形、梯形、锯齿

5、型螺纹)。|常用螺纹有：常用螺纹有：普通螺纹、米制管螺纹、矩形普通螺纹、米制管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿型螺纹螺纹、梯形螺纹、锯齿型螺纹机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 4 41.普通螺纹普通螺纹1.普通螺纹普通螺纹(图图)牙型为牙型为等边三角形等边三角形，牙型角为，牙型角为60，内外螺内外螺纹旋合后留有径向间隙。外螺纹牙根允许有纹旋合后留有径向间隙。外螺纹牙根允许有较大的圆角，以减小应力集中。较大的圆角，以减小应力集中。同一公称直径按同一公称直径按螺距螺距大小，分为大小，分为粗牙和细牙粗牙和细牙一般连接多用一般连接多用

6、粗牙粗牙螺纹。螺纹。细牙细牙螺纹：螺纹：1）螺距小，升角小，螺距小，升角小，自锁性自锁性好，连好，连接强度高。接强度高。2）因牙细不耐磨，容易滑扣。因牙细不耐磨，容易滑扣。3）细细牙螺纹常用于细小零件，薄壁管件或受冲击、振牙螺纹常用于细小零件，薄壁管件或受冲击、振动和变载荷的连接中。细牙螺纹也可作为微调机动和变载荷的连接中。细牙螺纹也可作为微调机构的调整螺纹用构的调整螺纹用 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 5 52.管螺纹管螺纹管螺纹是用于管子连接的螺纹，其螺纹牙分布在管螺纹是用于管子连接的螺纹，其螺纹牙分布在圆锥体圆锥体

7、上。常用的管螺纹根据牙型角的不同可分为上。常用的管螺纹根据牙型角的不同可分为55和和60的管螺纹。的管螺纹。管螺纹根据其管螺纹根据其密封密封的性能，可将其分为密封管螺纹和非的性能，可将其分为密封管螺纹和非密封管螺纹：密封管螺纹：密封管螺纹密封管螺纹的螺旋副本身具有密封和机械连接的螺旋副本身具有密封和机械连接两种两种功能功能非密封管螺纹非密封管螺纹则螺旋副本身仅具有机械连接则螺旋副本身仅具有机械连接一种一种功能，功能，但它可以锁紧螺纹以外的密封结构（例如，锥面对锥面、但它可以锁紧螺纹以外的密封结构（例如，锥面对锥面、端面对端面）端面对端面）米制米制锥锥螺纹牙型角螺纹牙型角= 60用于连接气体或液

8、体管道用于连接气体或液体管道（煤煤气气/水等水等）。 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 6 63.矩形螺纹矩形螺纹牙型为牙型为正方形正方形，牙型角，牙型角 =0其其传动效率传动效率较其它螺纹高，但较其它螺纹高，但牙根牙根强度弱，螺旋副磨损后，强度弱，螺旋副磨损后，间隙间隙难以难以修复和补偿，传动精度降低。修复和补偿，传动精度降低。为了便于铣、磨削加工，可制成为了便于铣、磨削加工，可制成10的牙型角。的牙型角。矩形螺纹尚未标准化，推荐尺寸：矩形螺纹尚未标准化，推荐尺寸：d=1.25d1，P=0.25d1。逐渐被逐渐被梯形螺纹代

9、替梯形螺纹代替机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 7 74.梯形螺纹梯形螺纹牙型为牙型为等腰梯形等腰梯形，牙型角为，牙型角为 30，内外螺纹以锥面贴内外螺纹以锥面贴紧不易松动。紧不易松动。与矩形螺纹相比，传动效率与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度略低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好。高，对中性好。如用如用剖分螺母剖分螺母，还可以调整，还可以调整间隙。间隙。梯形螺纹是梯形螺纹是最常用最常用的传动螺的传动螺纹纹机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动

10、8 85.锯齿型螺纹锯齿型螺纹牙型为牙型为不等腰梯形不等腰梯形，工作面的牙工作面的牙侧角为侧角为 3，非工作面的牙侧角，非工作面的牙侧角为为30，外螺纹牙根有较大的圆角外螺纹牙根有较大的圆角,以减小以减小应力集中应力集中内、外螺纹旋合后，大径处无间内、外螺纹旋合后，大径处无间隙，隙，便于对中便于对中。该螺纹兼有矩形螺纹传动该螺纹兼有矩形螺纹传动效率高效率高、梯形螺纹牙根梯形螺纹牙根强度高强度高的特点，但的特点，但只能用于只能用于单向受力单向受力的螺纹连接或的螺纹连接或螺旋传动，如螺旋传动，如螺旋压力机螺旋压力机机械设计上邓召义第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 9 9(二二)螺

11、纹的主要参数螺纹的主要参数d 螺纹大径，用于表示螺纹的螺纹大径，用于表示螺纹的公称公称直径直径d1螺纹小径，螺纹小径，强度计算中作为危险强度计算中作为危险截面的计算直径截面的计算直径d2螺纹中径，是确定螺纹螺纹中径，是确定螺纹几何参数几何参数和配合性质的直径和配合性质的直径n 线数线数，螺纹的螺旋线数目，螺纹的螺旋线数目P 螺距螺距，螺纹相邻两个牙型上对应，螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离点间的轴向距离S 导程导程，螺纹上任一点沿同一螺纹，螺纹上任一点沿同一螺纹线转一周所移动的轴向距离线转一周所移动的轴向距离,S=nP螺纹升角螺纹升角:螺纹的牙形角；螺纹的牙形角；h接触高度接触高度机械设计

12、上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 10 105-2螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件(一一)螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 (主要的四大类主要的四大类)1、螺栓连接、螺栓连接被连接件联成一体。被连接件联成一体。被连接件的被连接件的通孔通孔不需切制螺纹，不需切制螺纹，因而不受被连接件材料的限制。通常用于被连接件因而不受被连接件材料的限制。通常用于被连接件不不太厚太厚，且有足够装配空间的情况，且有足够装配空间的情况。螺栓连接有螺栓连接有普通螺栓普通螺栓连接和连接和铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓连接之分。连接之分。图图5

13、-2是普通螺栓连接是普通螺栓连接，被连接件上的孔和螺栓杆之，被连接件上的孔和螺栓杆之间有间隙，故孔的加工精度可以较低。间有间隙，故孔的加工精度可以较低。其优点：其优点：结构简单，装拆方便，应用广泛结构简单，装拆方便，应用广泛。机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 11 11铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接右图是铰制孔用螺栓连接。右图是铰制孔用螺栓连接。孔和螺栓杆之间常采用基孔孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合制过渡配合，因而，孔的加，因而，孔的加工精度要求较高。工精度要求较高。一般用于需螺栓承受一般用于需螺栓承受横向载横向载荷荷

14、或需靠螺栓杆精确固定被或需靠螺栓杆精确固定被连接件相对连接件相对位置位置的场合。的场合。机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 12 122.双头螺柱连接双头螺柱连接 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 13 133.螺钉连接螺钉连接如右图所示，如右图所示，不用螺不用螺母母，直接将螺栓，直接将螺栓(或螺或螺钉钉)旋入被连接件之一旋入被连接件之一的螺纹孔内而实现连的螺纹孔内而实现连接。接。也是用于被连接件之也是用于被连接件之较厚较厚且且受力不大受力不大的场的场合，但

15、若经装拆容易合，但若经装拆容易使螺纹孔损坏，所以使螺纹孔损坏，所以不宜不宜用于需用于需经常装拆经常装拆的场合的场合。 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 14 14 4.紧定螺钉连接紧定螺钉连接如右图所示，利用如右图所示，利用紧定螺紧定螺钉钉旋入并穿过一零件，以旋入并穿过一零件，以其末端压紧或其末端压紧或嵌入嵌入另一零另一零件，件，用以固定两零件之间的用以固定两零件之间的相相对位置，并可传递不大的对位置，并可传递不大的力或扭矩力或扭矩。多用于轴上零。多用于轴上零件的连接。件的连接。 机械设计上邓召义2022-6-302022-

16、6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 15 15其它连接其它连接机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 16 16(二二)标准螺纹连接件标准螺纹连接件螺纹连接的类型很多，在机械制造中常见螺螺纹连接的类型很多，在机械制造中常见螺纹连接件的结构型式和尺寸都已经纹连接件的结构型式和尺寸都已经标准化标准化 ，设计时可根据有关标准选用设计时可根据有关标准选用 ,单击看图单击看图国家标准规定，螺纹连接件分为国家标准规定，螺纹连接件分为三三个精度等个精度等级，其代号为级，其代号为、级。级。级精度最高级精度最高，用于要求配合

17、精确、防止振动，用于要求配合精确、防止振动等重要零件的连接；等重要零件的连接；级级多用于受载较大且经常装拆、调整或承受多用于受载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的连接；变载荷的连接；级级精度多用于精度多用于一般一般的螺纹连接。的螺纹连接。常用常用的标准螺纹连接件的标准螺纹连接件通常选用级精度通常选用级精度。 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 17 175-3螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧|螺纹连接在承受工作载荷之前预先受到的一个拧螺纹连接在承受工作载荷之前预先受到的一个拧紧作用的力，叫紧作用的力，叫预紧力预紧力F0 。|预紧的

18、预紧的目的目的在于增强连接的在于增强连接的可靠性可靠性和和紧密性紧密性。|通常规定，拧紧后螺纹连接件的预紧力通常规定，拧紧后螺纹连接件的预紧力产生的预产生的预紧应力紧应力不应超过其材料屈服极限不应超过其材料屈服极限s的的80%。|对于一般连接用的对于一般连接用的钢制钢制螺栓连接的预紧力螺栓连接的预紧力F0，推，推荐按下列关系确定：荐按下列关系确定：碳素钢螺栓：碳素钢螺栓： F0 =(0.60.7)s A1 合金钢螺栓：合金钢螺栓： F0 =(0.50.6)s A1 式中：式中： s为螺栓材料的屈服极限；为螺栓材料的屈服极限； A1为螺栓小径为螺栓小径d1处的圆截面面积处的圆截面面积|通常借助于

19、通常借助于测力矩扳手测力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手，利用控制，利用控制预紧力矩的方法来预紧力矩的方法来控制预紧力控制预紧力大小。大小。 |测力矩扳手测力矩扳手 |定力矩扳手定力矩扳手机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 18 185-3螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧(续续)对于一定公称直径对于一定公称直径d的螺栓，当所要求的预紧力的螺栓，当所要求的预紧力F0已知时，可按公式已知时，可按公式T 0.2F0 d 估计扳手的拧紧力矩估计扳手的拧紧力矩T。一般普通标准扳手的长度。一般普通标准扳手的长度L15d，若拧紧力为，若拧紧力为F

20、，则则T=FL，因此有，因此有 F075F若假设若假设F=200N，则，则F015000N。如果用这个预紧如果用这个预紧力拧紧力拧紧M12以下钢制螺栓，就有可能被过载以下钢制螺栓，就有可能被过载拧断拧断。因此，对于因此，对于重要重要的连接，应尽量不采用直径过小的连接，应尽量不采用直径过小(例例如如小于小于M12)的螺栓。必须使用时，应的螺栓。必须使用时，应严格控制严格控制其拧其拧紧力矩紧力矩对于预紧力控制精度要求高，或大型螺栓连接，也对于预紧力控制精度要求高，或大型螺栓连接，也采用采用测定螺栓伸长量测定螺栓伸长量的方法来的方法来控制控制预紧力。预紧力。机械设计上邓召义2022-6-302022

21、-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 19 195-4螺纹连接的防松螺纹连接的防松螺纹连接一般都能满足螺纹连接一般都能满足自锁条件自锁条件:螺纹升角螺纹升角 75F)，可以考虑用各种减载零件来，可以考虑用各种减载零件来承担横向工作载荷（承担横向工作载荷（如下图所示如下图所示），），这种具有减载零件的这种具有减载零件的紧螺栓连接，其连接强度按减载零件的紧螺栓连接，其连接强度按减载零件的剪切、挤压剪切、挤压强度条强度条件计算而螺纹连接只是保证连接，不再承受工作载荷，因件计算而螺纹连接只是保证连接，不再承受工作载荷，因此预紧力不必很大。但这种结构增加了此预紧力不必很大。但这种

22、结构增加了结构和工艺的复杂结构和工艺的复杂性性。机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 40402. 承受预紧力和工作拉力紧螺栓连接承受预紧力和工作拉力紧螺栓连接这种受力形式在紧螺栓连接中这种受力形式在紧螺栓连接中比较常见比较常见，因而也，因而也是是最重要最重要的一种。的一种。这种紧螺栓连接承受轴向拉伸工作载荷这种紧螺栓连接承受轴向拉伸工作载荷F后，由于后，由于螺栓和被连接件的螺栓和被连接件的弹性变形弹性变形，螺栓所受的，螺栓所受的总拉力总拉力F2并不等于并不等于预紧力预紧力F0和和工作拉力工作拉力F之和之和(F2F0+F)。根据

23、理论分析，螺栓的总拉力根据理论分析，螺栓的总拉力F2除了与预紧力除了与预紧力F0、工作拉力工作拉力F有关外，还受到有关外，还受到螺栓刚度螺栓刚度Cb及被连接件及被连接件刚度刚度Cm等因素的影响。等因素的影响。因此，应从分析螺栓连接的因此，应从分析螺栓连接的受力和变形的关系受力和变形的关系入入手，分析螺栓所受总拉力的大小。手，分析螺栓所受总拉力的大小。下图表示单个螺栓连接在承受轴向拉伸载荷先后下图表示单个螺栓连接在承受轴向拉伸载荷先后的受力及变形情况。的受力及变形情况。 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 41 41 机械设计上

24、邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 4242 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 43432.承受预紧力和工作拉力紧螺栓连接承受预紧力和工作拉力紧螺栓连接-续续 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 4444 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 4545续续 对于受轴向对于受轴向变载荷变载荷的重要连接（如的重要连接（如内燃机内燃机中），除

25、中），除按式（按式（5-33）或式（）或式（5-34）做）做静强度静强度计算外，还要计算外，还要按下述方法进行疲劳强度按下述方法进行疲劳强度精确精确校核：校核：下图：当工作拉力在下图：当工作拉力在0F之间变化时，螺栓的总拉之间变化时，螺栓的总拉力在力在F0F2之间变化，若不计螺纹摩擦力矩，则：之间变化，若不计螺纹摩擦力矩，则：机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 4646 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 47473.承受承受工作剪力的紧螺栓连接工作剪力的紧螺

26、栓连接这种连接是利用这种连接是利用铰制孔铰制孔用螺栓抗剪切来承受用螺栓抗剪切来承受载荷的（载荷的（见下页图见下页图），），螺栓杆与孔壁之间螺栓杆与孔壁之间无间隙无间隙，接触表面受挤压，接触表面受挤压在连接接合面处，在连接接合面处，螺栓杆则受剪切螺栓杆则受剪切。因此，应分别因此，应分别按挤压及剪切强度条件计算按挤压及剪切强度条件计算。计算时，假设螺栓杆与孔壁表面上的压应力计算时，假设螺栓杆与孔壁表面上的压应力分布是分布是均匀均匀的，的，又因这种连接所受的预紧力很小，所又因这种连接所受的预紧力很小，所不计不计预预紧力的影响。因此有：紧力的影响。因此有： 机械设计上邓召义2022-6-302022-

27、6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 4848承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 49495-7螺纹连接件的材料及许用应力螺纹连接件的材料及许用应力 A按国标按国标GB/T3098-2000GB/T3098-2000对材料力学性能的分级：对材料力学性能的分级：A螺栓、螺柱、螺钉性能等级分为螺栓、螺柱、螺钉性能等级分为1010级，从级，从3.6-12.93.6-12.9A数字的含义为：数字的含义为：A小数点小数点前的数字为抗拉强度极限的前的数字为抗拉强度极限

28、的1/1001/100( (B B/100/100) )A小数点小数点后的数字为屈服极限强度与抗拉强度极限后的数字为屈服极限强度与抗拉强度极限之比的之比的1010倍（即倍（即1010s s/ /B B）A例如：由性能等级例如：由性能等级4.64.6，可求，可求B B=4x100=400MPa; =4x100=400MPa; s s=6=6B B/10=240MPa/10=240MPa机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 50505-7螺纹连接件的材料及许用应力螺纹连接件的材料及许用应力 A螺母的性能等级分为螺母的性能等级分为7

29、7级，从级，从4-124-12A数字的含义为：最小应力数字的含义为：最小应力minmin的的1/100(1/100(即即minmin /100)/100)A注意注意: :螺母的性能等级应螺母的性能等级应=与其相配的螺栓的性能与其相配的螺栓的性能等等级级机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 51 51补充计算例题补充计算例题机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 52525-8提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施 以螺栓连接作为例子，螺栓连接的强度主要取决于以

30、螺栓连接作为例子，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度螺栓的强度，因此，研究影响螺栓强度的因素和提高螺栓的强度，因此，研究影响螺栓强度的因素和提高螺栓的强度，将大大提高连接系统将大大提高连接系统可靠性可靠性。影响螺栓强度的因素很多，主要涉及到：影响螺栓强度的因素很多，主要涉及到：应力变化幅度应力变化幅度螺纹牙的载荷分配螺纹牙的载荷分配应力集中应力集中附加应力附加应力材料的力学性能和材料的力学性能和制造工艺制造工艺等方面。等方面。现从以下几个现从以下几个主要主要方面叙述提高螺栓强度的措施。方面叙述提高螺栓强度的措施。 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋

31、传动螺纹联接和螺旋传动 5353(一一)降低轴向螺栓疲劳强度的应力幅降低轴向螺栓疲劳强度的应力幅 受轴向变载荷的紧螺栓连接，在受轴向变载荷的紧螺栓连接，在最小应力不最小应力不变变的条件下，的条件下，应力幅越小，螺栓越不容易发应力幅越小，螺栓越不容易发生疲劳破坏生疲劳破坏，连接的可靠性越高。，连接的可靠性越高。当螺栓所受的工作拉力在当螺栓所受的工作拉力在0F之间变化时，之间变化时，则螺栓的总拉力将在则螺栓的总拉力将在F0F2之间变动。之间变动。由由F2=F0+ Cb/(Cb+Cm)F可知可知:在保持预紧力在保持预紧力F0不变的条件下，不变的条件下，若减小螺栓的刚度若减小螺栓的刚度Cb或增大被连接

32、件刚度或增大被连接件刚度Cm，都可以达到减小都可以达到减小总拉力总拉力F2的变动范围的变动范围（即减小（即减小应力幅应力幅a）的目的）的目的 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 5454Cb和和 Cm的影响的影响|但是由但是由 F0=F1+ Cm/(Cb+Cm)F可知，在可知，在F0给给定的条件下，减小螺栓的刚度定的条件下，减小螺栓的刚度Cb或增大被或增大被连接件刚度连接件刚度Cm，都将引起，都将引起残余预紧力残余预紧力F1减减小小，从而降低了连接的紧密性。，从而降低了连接的紧密性。|因此，因此，若在减小若在减小Cb或增大或增

33、大Cm的同时的同时,适当适当增加预紧力增加预紧力F0，就可以使，就可以使F1不致减小太多不致减小太多或保持不变或保持不变图图a)表示单独表示单独降低降低螺栓刚度螺栓刚度Cb 图图b)表示单独表示单独增大增大被连接件刚度被连接件刚度Cm图图c)表示把表示把上述两种上述两种措施与措施与增大增大预紧力预紧力F0同时同时并用时，螺栓连接载荷变化情况。并用时，螺栓连接载荷变化情况。机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 5555前前返回机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 5

34、656措施措施|减小螺栓的刚度减小螺栓的刚度Cb的措施有的措施有:1)可适当增加螺栓的长度、可适当增加螺栓的长度、2)或采用或采用腰状杆螺栓和空心螺栓腰状杆螺栓和空心螺栓。3)也可也可在螺母下面安装上弹性元件在螺母下面安装上弹性元件。|为了增大被连接件的刚度为了增大被连接件的刚度Cm :1)可以不用垫片或可以不用垫片或2)采用刚度较大的垫片。对于需要保持紧密性的采用刚度较大的垫片。对于需要保持紧密性的连接，从增大被连接件的刚度的角度来看，采用连接，从增大被连接件的刚度的角度来看，采用较软的气缸垫片并不合适。此时以较软的气缸垫片并不合适。此时以采用刚度较大采用刚度较大的金属垫片或密封环的金属垫片

35、或密封环较好。较好。 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 5757(二二)改善螺纹牙上载荷分布不均的现象改善螺纹牙上载荷分布不均的现象 |由于螺栓螺母的刚度和变形性质不同，载荷在各由于螺栓螺母的刚度和变形性质不同，载荷在各圈螺纹牙上圈螺纹牙上分布不均分布不均，其中旋合的第一圈的分布其中旋合的第一圈的分布载荷最大载荷最大（约占总载荷的（约占总载荷的1/3）第八圈受力几乎为）第八圈受力几乎为零零(所以加厚螺母不能有效提高强度所以加厚螺母不能有效提高强度)。因此，改善。因此，改善螺纹牙上的载荷分布不均性，可以大大提高螺栓螺纹牙上的载

36、荷分布不均性，可以大大提高螺栓的强度。一般常用的方法有：的强度。一般常用的方法有： a)悬置螺母悬置螺母（图（图a） 螺母的旋合部分全部螺母的旋合部分全部受拉受拉，其变形，其变形性质与螺栓相同，从而可以减小两者的螺距变化差，使性质与螺栓相同，从而可以减小两者的螺距变化差，使螺纹牙上的载荷分布趋于均匀；螺纹牙上的载荷分布趋于均匀； b)环槽螺母环槽螺母（图（图b） 这种结构可以使螺母内缘下端这种结构可以使螺母内缘下端（螺栓旋入端）（螺栓旋入端）局部受拉局部受拉，其作用和悬置螺母相似，但，其作用和悬置螺母相似，但载荷均布的效果不及悬置螺母；载荷均布的效果不及悬置螺母；机械设计上邓召义2022-6-

37、302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 5858c)内斜螺母内斜螺母（图（图c） 螺母下端（螺栓旋入端）受力螺母下端（螺栓旋入端）受力大的几圈螺纹处制成大的几圈螺纹处制成1015的斜角的斜角,使螺栓螺纹使螺栓螺纹牙的受力面由上而下逐渐外移。这样牙的受力面由上而下逐渐外移。这样,螺栓旋合段下螺栓旋合段下部的螺纹牙在载荷作用下容易变形，而载荷将向上部的螺纹牙在载荷作用下容易变形，而载荷将向上转移使载荷分布趋于均匀；转移使载荷分布趋于均匀；d)图图d所示的螺母结构所示的螺母结构，可兼有，可兼有环槽螺母和内斜螺母环槽螺母和内斜螺母的作用的作用e)钢丝螺套钢丝螺套（图（

38、图e） 它主要用来旋入轻合金的螺纹它主要用来旋入轻合金的螺纹孔内孔内,旋入后将安装柄根在缺口处折断，然后旋入螺旋入后将安装柄根在缺口处折断，然后旋入螺栓。因为它栓。因为它具有一定的弹性具有一定的弹性,可以起到均载的作用可以起到均载的作用,再再加上它还有减振的作用加上它还有减振的作用,故能显著提高螺纹连接件的故能显著提高螺纹连接件的疲劳强度。疲劳强度。机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 5959(三）减小应力集中影响的措施三）减小应力集中影响的措施|螺栓上的螺纹（特别是螺纹的收尾）、螺栓头和螺栓上的螺纹（特别是螺纹的收尾）、螺栓

39、头和螺栓杆的过渡处以及螺栓横截面面积发生变化的部螺栓杆的过渡处以及螺栓横截面面积发生变化的部位等，都会产生应力集中。为了位等，都会产生应力集中。为了减小应力集中减小应力集中的程的程度，可以度，可以:1)采用加大圆角和卸载结构（采用加大圆角和卸载结构（如图如图a、b、c所示所示）,2)将螺纹收尾改为退刀槽等。将螺纹收尾改为退刀槽等。|为了避免螺纹连接产生为了避免螺纹连接产生附加弯曲应力附加弯曲应力，可以，可以:1)采取球面垫圈（采取球面垫圈（图图d）或）或2)用带有腰环的螺栓（用带有腰环的螺栓（图图e）来保证螺栓的装配精度）来保证螺栓的装配精度等措施来达到；同时规定螺母、螺栓头部和被连接等措施来

40、达到；同时规定螺母、螺栓头部和被连接件的支承面加工要求件的支承面加工要求|但应注意但应注意:采用这些特殊结构会使制造采用这些特殊结构会使制造成本增加成本增加。 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 6060(四四)用合理的制造工艺方法用合理的制造工艺方法|采用采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法，的工艺方法，可以显著提高螺栓的疲劳强度。可以显著提高螺栓的疲劳强度。|这是因为除可降低应力集中外，冷镦和滚压这是因为除可降低应力集中外，冷镦和滚压工艺不切断材料纤维，工艺不切断材料纤维，金属流线金属流线的走向合理的

41、走向合理(如下图如下图)，而且有冷作硬化的效果，并使表层，而且有冷作硬化的效果，并使表层留有残余应力。留有残余应力。|因而因而滚压螺纹滚压螺纹的疲劳强度可比的疲劳强度可比切削螺纹切削螺纹的疲的疲劳强度提高劳强度提高30%40%。|如果热处理后再如果热处理后再滚压螺纹滚压螺纹，其疲劳强度可提，其疲劳强度可提高高70%100%。这种冷墩和滚压工艺还具有。这种冷墩和滚压工艺还具有材料利用率高、生产率高和制造成本低等优材料利用率高、生产率高和制造成本低等优点。点。|此外，采用此外，采用氮化、氰化、喷丸氮化、氰化、喷丸等处理工艺，等处理工艺，也可以提高螺纹连接件的疲劳强度。也可以提高螺纹连接件的疲劳强度

42、。机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 61 61例题例题|如图所示为一固定在钢制立柱上的铸铁托架，如图所示为一固定在钢制立柱上的铸铁托架，已知总载荷已知总载荷F=4800N，其作用线与垂直线的夹，其作用线与垂直线的夹角角=50，底板高，底板高h=340mm，宽，宽b=150mm，|试试设计设计此螺栓组连接。此螺栓组连接。 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 6262例题例题机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹

43、联接和螺旋传动 6363机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 64642003机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 6565机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 66665-9螺旋传动螺旋传动(自学自学) 机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 6767螺旋传动的类型螺旋传动的类型|螺旋传动按其用途不同，可分为以下三种类型：传力螺旋力螺

44、旋它以传递动力为主，要求以较小的转矩产生它以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，用以克服工件阻力，如各种起重或加较大的轴向推力，用以克服工件阻力，如各种起重或加压装置的螺旋。这种传力螺旋主要是承受很大的轴向力，压装置的螺旋。这种传力螺旋主要是承受很大的轴向力，一般为间歇性工作，每次的工作时间较短，工作速度也一般为间歇性工作，每次的工作时间较短，工作速度也不高，通常具有自锁能力；不高，通常具有自锁能力；传导螺旋传导螺旋它以传递运动为主，有时也承受较大的轴向它以传递运动为主，有时也承受较大的轴向力，如机床进给机构的螺旋等。传导螺旋常需在较长的力，如机床进给机构的螺旋等。传导螺旋常需在

45、较长的时间内连续工作，工作速度较高，要求具有较高的传动时间内连续工作，工作速度较高，要求具有较高的传动精度；精度；调整螺旋调整螺旋它用以调整、固定零件的相对位置，如机床、它用以调整、固定零件的相对位置，如机床、仪器及测试装置中的微调机构螺旋。整螺旋不经常转动，仪器及测试装置中的微调机构螺旋。整螺旋不经常转动，一般在空载下调整。一般在空载下调整。|螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为：螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为： 滑动螺旋滑动螺旋 滚动螺旋滚动螺旋 静压螺旋静压螺旋机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 686

46、8机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 6969第五章第五章 作业题作业题见见机械设计作业集机械设计作业集(1)5-15-6（不交不交）5-9，5-105-16，5-20（错误错误提示：提示：1. z值，值，2. d值值）5-235-24，5-26(自选自选)补充计算例题补充计算例题机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 7070普通螺纹图普通螺纹图 返回返回机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 71

47、 71普通螺栓连接普通螺栓连接 返回返回机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 7272返回返回机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 7373测力矩扳手测力矩扳手 返回返回机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 7474定力矩扳手定力矩扳手 返回返回机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 7575对顶螺母防松对顶螺母防松返回返回机械设计上邓

48、召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 7676弹簧垫圈防松弹簧垫圈防松返回返回机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 7777自锁螺母防松自锁螺母防松原理：原理：螺母一端制成非圆形收口或螺母一端制成非圆形收口或开封后径向收口。开封后径向收口。当螺母拧当螺母拧紧后，收口涨开紧后，收口涨开，利用收口，利用收口的回弹力使旋合螺纹间压紧。的回弹力使旋合螺纹间压紧。特点：特点：结构简单，防松可靠，可多结构简单，防松可靠，可多次装卸而不降低防松性能。次装卸而不降低防松性能。 返回返回机械设

49、计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 7878六角开槽螺母防松六角开槽螺母防松返回返回机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 7979止动垫圈防松止动垫圈防松|原理：原理：螺母拧紧后，螺母拧紧后，将单耳或将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和双耳止动垫圈分别向螺母和被连接件的侧面折弯贴紧被连接件的侧面折弯贴紧，即可将螺母锁住。即可将螺母锁住。|若两个螺栓需要若两个螺栓需要双联锁双联锁紧时，紧时，可采用双联止动垫圈，使两可采用双联止动垫圈，使两个螺母相互制动。个螺母相互制动。|特点：特点：结构简单，使用方便，结构简单，使用方便，防松可靠。防松可靠。 返回返回机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动 8080串联钢丝防松串联钢丝防松返回返回机械设计上邓召义2022-6-302022-6-30第五章第五章 螺纹