1、青岛科技大学专用 潘存云教授研制,第5章 螺纹联接和螺旋传动,51 螺纹,52 螺纹联接的类型及标准联接件,53 螺纹联接的预紧,55 螺纹联接的强度计算,57 螺栓的材料和许用应力,58 提高螺栓联接强度的措施,59 螺旋传动,54 螺纹联接的防松,56 螺栓组联接的设计,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,一、螺纹的形成,51 螺 纹,螺旋线-一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。,螺纹-一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。,螺纹,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数
2、分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,螺纹的牙型,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,一般: n 4,双线螺纹,单线
3、螺纹,S = 2P,S =P,n线螺纹: S = n P,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,联接螺纹传动螺纹,螺旋传动,青岛
4、科技大学专用 潘存云教授研制,联接螺纹,传动螺纹,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,联接螺纹传动螺纹,圆柱螺纹圆锥螺纹,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,圆柱螺纹,圆锥螺纹,管螺纹,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,(3)中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,(1)大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。,(2) 小径 d1 与外螺纹牙
5、底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。,(4) 螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,(5) 导程S,(6) 螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角,(7)牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。,牙侧角 ,S = nP,同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P,二、螺纹的主要几何参数,(8)接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。,螺纹的精度等级:
6、,A级,B级,C级,公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；,受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的联接；,用于一般联接，最常用。,粗牙螺纹应用最广,细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高,缺点：不耐磨易滑扣。,应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,梯形螺纹：,为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。,锯齿形螺纹:,= 15,= 3,粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设
7、计手册）。,螺纹的基本尺寸：,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm,标记示例：M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3),M24X1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5),青岛科技大学专用 潘存云教授研制,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,梯形螺纹基本尺寸 mm,标记示例：Tr48X8(梯形螺纹，直径48，螺距8),青岛科技大学专用 潘存云教授研制,用螺纹密封的管螺纹,普通细牙螺纹,管螺纹,非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁 = 55）,用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁 = 55）,60圆锥管螺纹,公称直径-管子的公称通径。强调与普通螺纹不同,非螺纹密封的管螺纹,青岛科
8、技大学专用 潘存云教授研制,52 螺纹联接的类型及标准联接件,一、 螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,可承受横向载荷。,螺纹余留长度l1,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,静载荷l1=(0.30.5)d;,变载荷l1=0.75d;,冲击载荷或弯曲载荷l1 d;,铰制孔用螺栓l1 0;,螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36) mm,用于经常拆装易磨损之处。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,一、 螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,座端拧入深度H，当螺孔材料为：,双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。,钢或青铜 H=d;,铸铁 H=(1.251
9、.5)d,铝合金 H=(1.52.5)d,螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;,钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;,参数l1 、e、a与螺栓相同,结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。,52 螺纹联接的类型及标准联接件,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,一、 螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,双头螺柱联接,紧定螺钉联接,52 螺纹联接的类型及标准联接件,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,双头螺柱,螺栓,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,二、螺
10、纹紧固件,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,地脚螺栓,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹联接,T 型螺栓,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有六十余种不同结构的螺母,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹联接,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,其它螺母：,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,其它螺母：,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,垫圈,平垫圈,薄平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺
11、栓,螺纹紧固件,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。,专用螺纹联接,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,53 螺纹联接的预紧,预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。,预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。,预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。,一、概述,一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠
12、性，强度和密封均有很大影响。,碳素钢螺栓：,Qp(0.60.7) s A1,合金钢螺栓：,Qp (0.50.6) s A1,A1 -危险截面积， A1 d21/4,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,二、 拧紧力矩,T1克服螺纹副相对转动的阻力矩；,T2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；,设轴向力为Fa 或预紧力（不受轴向载荷）,fc摩擦系数。 无润滑时取： fc =0.15,rf支撑面摩擦半径。 rf =(dw+d0)/4,简化公式： 适用于M10M60的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15,T 0.2 Fa d,Fa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：,总力矩
13、：,注意：对于重要的联接，应尽可能采用M12的螺栓。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,测力矩扳手,预紧力控制方法:,联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。,定力矩扳手,通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。,1)凭手感经验；,2)测力矩扳手；,3)定力矩扳手；,4)测定伸长量。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,联接用三角形螺纹都具有自锁性，
14、在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。,防松的方法：,1. 利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,53 螺纹联接的防松,防松-防止螺旋副相对转动。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,开口销与六角开槽螺母,串联钢丝,2. 采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,止动垫圈,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,3. 其他方法防松,涂粘合剂,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,55 螺纹联接的强度计算,螺栓联接的
15、主要失效形式：,滑扣 因经常拆装,受拉螺栓,塑性变形 螺纹部分,疲劳断裂,受剪螺栓,剪断,压溃 螺杆和孔壁的贴合面,经常拆卸,断裂,-轴向变载荷,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，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公称直径d及螺距P等。,一、松螺栓联接强度计算,强度条件：,式中: d1-螺纹小径 mm ， 许用应力,二、紧螺栓联接强度计算,力除以面积,设计公式：,装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。,1. 仅承受预紧力的紧螺栓强度,2.受轴向载
16、荷的紧螺栓联接,3.承受工作剪力的紧螺栓联接,装配时不须要拧紧,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,螺栓受轴向拉力F0和摩擦力矩T1的双重作用。,拉应力：,1. 仅承受预紧力的紧螺栓强度,扭转切应力：,对于M10M64的普通钢制螺纹，可取： tg f =0.17， d2 /d1=1.04-1.08, tg 0.5,得： 0.5 ,分母为抗剪截面系数,计算应力：,由此可见，对于M10M64普通螺纹的钢制紧螺栓联接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。,强度条件：,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,当承受横向工作载荷时
17、， 预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。,C-可靠性系数，常取 C=1.11.3,预紧力F0 ：,f-摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.10.15,m-结合面数 上图m=1,下图m=2,若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 则：,F0 8F,结构尺寸大,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,2. 受轴向工作载荷的螺栓强度,改进措施： a. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用,b. 采用无间隙的铰制孔螺栓。,设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,特别注意，轴向载荷：,F2 F0+F,加预紧力后螺
18、栓受拉伸长b0,被联接件受压缩短m0,加载 F 后:,螺栓总伸长量增加为:,总拉力为：,被联接件压缩量减少为：,残余预紧力减少为： F1,很显然: F1F0 被联接件放松了,+b0,m0 - ,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,F= Fb +Fm,=(Cb +Cm ) ,F1= F0- F,= F0 - Cm ,F2= F0 + Fb,= F0 +Cb ,代入得：,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,3承受工作剪力的紧螺栓联接,这种联接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在联接结合面处，螺栓杆则受剪切。,螺栓杆与孔壁的挤
19、压强度条件为：,螺栓杆的剪切强度条件为：,F螺栓所受的工作剪力，单位为N；,铰制孔螺栓,设计时应使: Lmin1.25d0,d0螺栓剪切面的直径（可取螺栓 孔直径），单位为mm；,Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小 高度， 单位为mm；,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,56 螺栓组联接的设计,在设计螺栓组联接时，关键是联接的结构设计。它是根据被联接件的结构和联接的用途，确定螺栓数目和分布形式。,为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成:,一、螺栓组联接的结构设计,基本原则：,大多数机械中螺栓都是成组使用的。,轴对称的简单几何形状。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,螺栓布置应使各螺栓的受力合理,a) 对于铰制孔用螺栓联接，不要在平衡于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；,合理,不合理!,b) 当螺栓联接弯距或转距时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间,c) 当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗 剪零件来承受横向载荷。,扳手空间的尺寸见有关标准。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,
