第18章 螺纹联接与螺旋传动

安全意识工匠精神，精益求精爱国敬业螺纹联接几乎无处不在。螺纹联接的预紧和防松至关重要。大国工匠管延安拧螺栓螺纹联接及螺旋传动键联接销联接连接的分类动连接：机器工作时，零部件之间可以有相对运动。例如：机械原理中，各种运动副之间的连接。静连接可拆连接：不须毁坏连接中的任何一个零件就可拆开的连接。例如：螺纹连接、键连接。不可拆连接：至少毁坏连接中的一部分才能拆开的连接。例如：铆接、焊接等。静连接：在机器工作中，不允许零部件之间存在相对运动的连接。1、掌握螺纹联接的分类、螺纹各部分的名称和结构参数。2、掌握螺旋副的受力分析、效率计算及自锁条件。3、掌握螺纹联接的四种基本类型、结构特点、应用场合；了解常用螺纹紧固件结构形式。4、掌握螺纹联接的预紧和防松、常用防松方法及防松零件。5、掌握单个螺栓的受力分析和强度校核计算。6、了解提高螺栓联接刚度的措施。7、了解简单螺旋传动设计计算方法，了解滚动螺旋传动。教学基本要求左旋螺纹和右旋螺纹(旋向)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用于联接和传动。螺纹的牙型18.1.1

螺纹的类型三角形矩形梯形锯齿形主要用于联接多用于传动18.1.2

螺纹的主要参数大径d小径d1中径d2螺距P导程L(S)

升角l牙型角a、牙型斜角b。普通螺纹18.1.3

常用螺纹的特点及应用管螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹1.螺栓联接18.2.1

螺栓联接的基本类型普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接

①普通螺栓连接

螺栓杆与被连接件孔壁之间有间隙。通孔加工精度低，成本低，应用最广。②铰制孔用螺栓连接

螺栓杆与被连接件孔壁之间无间隙。孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合(H7／m6、H7／n6)，能精确定位，能承受横向载荷被连接件需钻孔、铰孔，成本高。双头螺柱连接

用两头均有螺纹的螺柱和螺母把被连接件连接起来,被连接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。适用于被连接件之一厚度很大，而又不宜钻通孔，但又经常拆卸的地方。2.双头螺柱联接

被连接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。只用螺钉，不用螺母，直接把螺钉拧进被连接件的螺钉孔中。

适用于载荷较轻，且不经常装拆的场合。

螺钉连接3.螺钉联接

利用拧入被连接件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面，以固定零件的相对位置，可传递不大的力或扭矩。4.紧定螺钉联接2.紧定螺钉、螺母1.螺栓、螺柱、螺钉联接件3.垫圈18.2.2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，以增强联接的可靠性、紧密性和防松能力。1

螺栓联接的预紧

对于一般联接，可凭经验来控制预紧力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=KF0d拧紧时扳手力矩为T可由测力矩扳手测定!式中K为拧紧力矩系数,可查表2

螺栓联接的防松

联接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象。

螺纹联接防松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。常用的防松方法:摩擦防松机械防松:其他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螺纹连接零件常用材料和机械性能一般工况：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

40Cr、15MnVB和30CrMnSi等。机械性能等级常用材料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。18.3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。

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）。

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（大径）d等。18.3.1

受拉螺栓联接1.松螺栓联接强度条件：设计公式：式中[б]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.紧螺栓联接只受预紧力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。螺栓危险界面上的拉伸应力为螺栓危险界面上的扭转剪切应力为

对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，取fv=tanjv=0.15，简化处理的t=0.5s，根据第四理论，可求出当量应力se为因此，强度条件为：即设计公式为受横向外载荷的紧螺栓联接

载荷与螺栓轴向垂直，靠被联接件间的摩擦力传递。螺栓受载前需预紧,受载前后受力相同。螺栓内部危险截面上既有轴向预紧力F0形成的拉应力s，又有因螺栓与螺纹牙面间的摩擦力矩T1而形成的扭转剪应力t。受力特点螺栓预紧力当f=0.15、Kf=1.1、m=1时，可得此结构，要使联接不发生滑动，螺栓要承受7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。承受轴向静载荷的紧螺栓联接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FS为螺栓受载后所受的轴向总拉力(N),通过受载前对螺栓的预紧,和受载后螺栓轴向拉力的分析,可知这里F为单个螺栓的轴向载荷,F’’为残余轴向预紧力FS=F+F’’18.3.2

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螺栓组联接的结构设计和受力分析要设计成轴对称的几何形状。螺栓组联接的结构设计螺栓的布置应使螺栓的受力合理螺栓的布置应有合理的间距、边距同一组螺栓联接中各螺栓的直径和材料均应相同避免螺栓承受偏心载荷螺栓组联接的结构设计和受力分析18.3.4

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：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。被联接件为刚体,联接结合面为刚性平面。螺栓的变形在弹性范围内。螺栓组联接的结构设计和受力分析螺栓组受力可划分为4种典型情况：受横向载荷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。螺纹联接件的材料和许用应力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，应选择有特殊性能的材料。一般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215、Q235、15、35、45等受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB等提高螺栓联接强度的措施

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：改善螺纹牙间的载荷分配减小螺栓的应力变化幅度

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18.4滑动螺旋传动简介

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。18.4.1

螺旋传动的类型传力螺旋:主要用来传递轴向力，要求用较小的力矩转动螺杆（或螺母）而使螺母（或螺杆）产生直线移动和较大的轴向力传导螺旋：主要用来传递轴向运动，要求具有较高的传动精度调整螺旋1、2：主要用来调整和固定零件或工件的相互位置，不经常传动，受力也不大18.4.2

螺旋传动的结构及材料1.螺母结构整体螺母不能调整间隙，只能用在轻载且精度要求较低的场合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2.螺杆结构

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。3.材料一般螺杆的选用原则如下：高精度传动十多选碳素工具钢需要较高硬度，可采用铬锰合金钢或者采用65Mn钢一般情况下可用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。18.5滚动螺旋传动简介

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。18.5.1

滚珠丝杠的分类、特点和应用1.滚珠丝杠的分类按用途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类滚珠丝杠按循环方式内循环滚珠丝杠外循环滚珠丝杠2.滚珠丝杠的特点及应用滚珠丝杠的优点滚动摩擦系数小，传动效率高启动扭矩接近运转扭矩，工作较平稳磨损小且寿命长，可用调整装置调整间隙，传动精度与刚度均得到提高不具有自锁性，可将直线运