第三章 螺纹连接

第三章螺纹连接第一页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第一节概述一、螺纹的基本参数与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径，在标准中定为公称直径。（1）大径d（D）与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径。（2）小径d1(D1)（3）中径(D2)

d2在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径。第二页，共四十九页，编辑于2023年，星期四（4）螺距

p

螺纹相邻两牙在中径上对应两点间的轴

向距离。（5）导程S

螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所

移动的轴向距离。（6）线数

n

螺纹的螺旋线数目。连接用螺纹要求有

自锁性，故多用单线螺纹。（7）旋向螺纹有右旋和左旋之分。工程上常用右

旋螺纹。（8）牙型角

螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角。（9）牙型斜角

轴向剖面内，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。对三角形、梯形等对称牙型

第三页，共四十九页，编辑于2023年，星期四。（10）工作高度h内、外螺纹的径向接触高度。（11）螺纹升角

中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角。

第四页，共四十九页，编辑于2023年，星期四

二、螺纹的种类、特点及应用

按牙型可将螺纹分为普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。三角形螺纹、管螺纹用于连接，其他用于传动。1.普通螺纹应用最广，是米制三角形螺纹，牙型角，当量摩擦角大，自锁性能好，主要用于连接。公称直径相同时，按螺距P的大小分为粗牙和细牙两种。细牙螺纹的螺距小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等。第五页，共四十九页，编辑于2023年，星期四2.圆柱管螺纹

英制细牙三角形螺纹，牙型角，牙顶有较大圆角，内外螺纹旋合后无径向间隙。公称直径近似为管子内径，紧密性好。多用于压力为1.568MPa以下的水、煤气管道、润滑和电线管路系统。3.矩形螺纹牙型为正方形，牙型角为0°，所以当量摩擦角小，效率高。但牙根强度差，磨损后无法补偿间隙，定心性能差。矩形螺纹尚未标准化，很少采用，目前已逐渐被梯形螺纹所代替。第六页，共四十九页，编辑于2023年，星期四4.梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角,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，是应用较广的传动螺纹。5.锯齿形螺纹牙型为不等腰梯形，工作面的牙型半角为3°,非工作面的牙型半角为30°,它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点。用于单向受力的传力螺旋中，如螺旋压力机。

第七页，共四十九页，编辑于2023年，星期四三、螺纹副的受力分析、自锁和效率1.螺纹副中轴向力与圆周力的关系第八页，共四十九页，编辑于2023年，星期四拧紧螺母受力图和力的封闭三角形拧紧螺母第九页，共四十九页，编辑于2023年，星期四松退螺母受力图和

力的封闭三角形松退螺母第十页，共四十九页，编辑于2023年，星期四对于牙型角不等于零的三角形螺纹和梯形螺纹等

拧紧螺母时

松退螺母时

第十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期四2.螺纹传动的效率

旋转螺母一周所作的功为

有效功为

螺纹传动的效率为3.螺纹的自锁

第十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期四一、螺纹连接主要类型第二节螺纹连接的类型与结构

(b)铰制孔用螺栓连接—装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用。孔和螺栓杆间采用基孔制过渡配合(H7／m6、H7／n6)。1.螺栓连接(a)普通螺栓连接—被连接件上开有通孔，通孔不带螺纹，装配后孔与杆间有间隙。结构简单，装拆方便，应用较广。

第十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期四

螺杆两端均有螺纹，装配时其一端旋入被连接件的螺纹孔中，另一端与螺母旋合。适用于常拆卸而被连接件之一较厚或不宜制成通孔、材料又比较软的场合。3.螺钉连接2.双头螺柱连接螺钉直接拧人被连接件之一的螺纹孔内，不用螺母。用途和双头螺柱连接相似，但不适合经常装拆，否则易使螺纹孔磨损。第十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期四拧入后，利用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。可传递不大的轴向力或转矩。4.紧定螺钉连接第十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期四地脚螺栓连接吊环螺钉连接T型槽螺栓连接

5.特殊连接第十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期四

2.双头螺柱

1.六角头螺栓二、标准螺纹连接件A型——有退刀槽B型——无退刀槽

3.螺

钉

第十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期四4.紧定螺钉

圆柱端:压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板。锥端:适于零件表面硬度较低不常拆卸的场合。

平端:接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度

较大的平面，适于经常拆卸的场合。

第十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期四6.螺母5.自攻螺钉(由螺钉攻出螺纹)7.圆螺母+止动垫圈8.垫圈

第十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期四三、螺纹连接零件常用材料和机械性能1.常用材料一般工况：为中低碳钢，如Q215、Q235、10、15、35和45钢等。变载荷或有冲击、振动的重要连接中：合金钢，如40Gr、15MnVB和30CrMnSi等。2.机械性能等级国家标准规定螺纹连接件按材料的机械性能分级。螺栓、螺柱、螺钉的机械性能等级分为十级，自3.6至12.9；螺母的性能等级分为七级，从4到12。

／100

第二十页，共四十九页，编辑于2023年，星期四一、螺纹连接的预紧

增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移；增加联接刚度，提高防松能力；适当选用较大的预紧力可提高螺纹连接件的疲劳强度。

第三节螺纹连接的预紧和防松在装配时拧紧，即在承载时，已预先受预紧力。目的：预紧：预紧力控制：通常通过控制拧紧力矩等方法来控制预紧力的大小。用测力矩扳手或定力矩扳手可控制拧紧力矩。

第二十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期四

测力矩板手：测出预紧力矩定力矩板手：达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑。第二十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期四

拧紧时螺母：T=T1+T2拧紧力矩:扳手拧紧力矩:T=F·L对于常用M10-M68粗牙普通钢制螺纹

第二十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期四消除（或限制）螺纹副之间的相对转动。摩擦防松

二、螺纹连接的防松1.防松目的3.防松办法2.防松原理防止实际工作中，在冲击、振动或变载荷的作用下，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬时消失，从而使螺纹联接松动。机械防松破坏螺纹副关系第二十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期四受剪螺栓受剪螺栓：挤压强度和剪切强度合格。第四节单个螺栓的强度计算受载形式

轴向受拉和横向受剪

受力性质

静载荷和变载荷

失效形式（工程中螺栓联接90%为疲劳失效）

静载荷：螺纹部分发生塑性变形或断裂受拉螺栓

变载荷：疲劳断裂。失效部位设计计算准则螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断。受拉螺栓：疲劳拉伸强度和静强度合格。第二十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期四一、受拉螺栓连接的强度计算强度条件

1.松连接螺栓强度计算设计公式[s]为松螺栓连接的许用拉应力（MPa）,[s]=ss/S，S=1.2~1.7。F为螺栓承受的工作拉力（N）；d1为螺纹小径（mm）；第二十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期四T1(螺纹副摩擦力矩)产生的扭转切应力

按第四强度理论,螺纹部分的计算应力为

2.紧连接螺栓强度计算(预紧力)产生拉应力常用的M10~M64钢制普通螺纹

第二十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期四（1）仅承受预紧力的紧连接螺栓的强度计算

强度条件为设计公式为

为螺栓材料的许用应力（MPa）,见表3-6。套筒减载键减载销钉减载止口减载为增加可靠性，减小直径，可采用减载装置第二十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期四（2）承受预紧力F’和工作拉力F的紧连接螺栓强度计算

(a)螺母未拧紧；(b)螺母已拧紧；(c)已承受工作载荷图(c)为受轴向工作载荷F后的情况。

螺栓

被连接件螺栓

被连接件图(a)螺母刚好拧到和被连接件相接触，但螺母尚未拧紧。图(b)为螺母已拧紧，但尚未承受工作载荷。，第二十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期四对于有密封性要求的连接

工作载荷稳定时

工作载荷不稳定时

对于地脚螺栓连接

对于一般连接第三十页，共四十九页，编辑于2023年，星期四——螺栓的相对刚度金属垫片(或无垫片)0.2~0.3皮革垫片0.7铜皮石棉垫片0.8橡胶垫片0.9强度条件设计公式①轴向载荷为静载荷为紧螺栓连接的许用应力，见表3-6。

第三十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期四②轴向载荷为变载荷，在0→F之间变化

螺栓的总拉力

应力幅拉力变化幅度

设计公式疲劳强度的校核公式为

为螺栓的许用应力幅（MPa），见表3-6。第三十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期四（3）受横向载荷的铰制孔用螺栓连接强度计算主要失效形式螺栓杆被剪断螺栓杆或孔壁被压溃强度条件挤压剪切

见表3-9。第三十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期四1.接合面设计成轴对称的简单几何形状，如圆形、环形、矩形、三角形等。便于加工制造（有利于分度、划线、钻孔），使各个螺栓受力合理，接合面受力均匀。第五节螺栓组连接受力分析一、螺栓组连接的结构设计

目的：合理确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和连接接合面间受力均匀，便于加工和装配。第三十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期四2.

铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷，应采用销、套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。(a)合理(b)不合理TT第三十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期四3.合理间距，适当边距，以利用扳手装拆。4.同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均应相同，以简化结构和便于加工装配。5.分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。6.连接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座等。第三十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期四二、螺栓组连接的受力分析

1．受横向载荷的螺栓组连接

普通螺栓连接

Kn为可靠性系数，一般取铰制孔用螺栓连接

每个螺栓所受的横向工作剪力为f为接合面间的摩擦系数

m为摩擦工作面数

第三十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期四2．受转矩的螺栓组连接普通螺栓连接

铰制孔用螺栓连接第三十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期四3.受轴向载荷的螺栓组连接

4．受翻转力矩的螺栓组连接最大受压处不被压溃条件最小受压处不出现间隙条件第三十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期四影响联接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、螺纹牙间、载荷分布、应力幅度、机械性能，而螺栓联接的强度又主要取决于螺栓的强度。

第六节提高螺栓强度的措施

一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅

1.保持预紧力不变降低螺栓刚度途经：腰状杆螺栓空心螺栓。螺母下面安装弹性元件。第四十页，共四十九页，编辑于2023年，星期四2.保持预紧力不变增大被连