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机械设计课件 第5章螺纹联接和螺旋传动

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机械设计第5章螺纹联接和螺旋传动课件

机械设计第5章螺纹联接和螺旋传动课件

③ 中径 d2
d d2 d1
（二）螺纹的主要参数
PS
d d2 d1
二 ④ 螺距 P 距 ⑤ 导程（升距）S
单线螺纹: S = P 多线螺纹: S = nP
n----螺纹的线数
PS
d d2 d1
ψ
二 ⑥ 螺纹升角ψ 角 ⑦ 牙型角 α
S ψ
πd2
tanψ
=
S πd2
nP =πd2
α ββ
牙侧角 β
1.螺栓连接
d0
孔与螺杆之间 留有间隙
d0
受拉螺栓
受剪螺栓
d
铰制孔用螺栓连接
普通螺栓连接
结构简单，装拆 方便，应用最广
多用于承受横 向载荷的场合
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
（二）螺纹连接的基本类型
1. 螺栓连接
2. 双头螺柱连接 ----可经常拆装 3. 螺钉连接 ----不宜经常拆卸
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。
机械连接的分类：
1.动连接 ---被连接的零件间可以有相对运动的连接 如:各种运动副
2.静连接 ---被连接件之间不许产生相对运动的连接 ❖ 可拆连接 ---如: 螺纹、键、销连接等 ❖ 不可拆连接 ---铆、焊、粘接等 （永久连接）
提问： 有没有既是可拆连接又是不可拆连接的连接形式 ？
过盈连接简介
粗牙
细牙螺纹
tgψ=
nP πd2
ψ ≤ φv
优点：p ，ψ ， 自锁性更好、连接更可靠；且螺纹深度
缺点：不耐磨易滑扣。
浅，强度高。
应用：薄壁零件、受变载荷的连接和微调机构。
粗牙螺纹
P ,由于制造简单，一般连接常用。

机械设计第5章--螺纹连接和螺旋传动0038

机械设计第5章--螺纹连接和螺旋传动0038

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、受动载荷的连接和微调机构。
P 60˚
P
P
粗牙
d
精细选课牙件 d
细牙 d 28
梯形螺纹： β= 15º
锯齿形螺纹: β= 3º
30º
常用于传动。
为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角β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。
第5章 螺纹连接和螺旋传动
§5－1 螺纹
§5－2 螺纹连接的类型及标准连接件
§5－3 螺纹连接的预紧
§5－4 螺纹连接的防松
§5－5 螺纹连接的强度计算
§5－6 螺栓组连接的设计
§5－7 螺栓的材料和许用应力
§5－8 提高螺栓连接强度的措施
§5－9 螺旋传动
精选课件
1
1、本章主要内容包括两部分：
第一部分为螺栓联接的设计，包括螺栓联接的预紧、 强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高联接 强度的措施等；第二部分为滑动螺旋传动的设计计 算方法。
小径 D2 d2 2.459 3.242
螺距P 0.35
3.545
4.134
5.350
4.918
0.5
7.188
6.647
9.026
8.376
1.25, 1 0.75
12
1.75
10.863
10.106
1.5, 1.25 0.5
(14) 16
(18) 20 (20) 24 (27) 30
2
12.701
锯齿形螺纹

机械设计螺纹连接和螺旋传动

机械设计螺纹连接和螺旋传动
圆周长展开长度
中国地质大学专用 ห้องสมุดไป่ตู้ 作者： 潘存云教授
按螺纹旳牙型分
螺纹旳分类
按螺纹旳旋向分
按螺旋线旳根数分
按回转体旳内外表面分
按螺旋旳作用分
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
连接螺纹传动螺纹
圆柱螺纹圆锥螺纹
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
缺陷：不耐磨，易滑扣。
应用：薄壁零件、受动载荷旳连接和微调机构。
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
潘存云教授研制
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
第5章 螺纹连接和螺旋传动
§5－1 螺纹
§5－2 螺纹连接旳类型及原则连接件
§5－3 螺纹连接旳预紧
§5－6 螺纹连接旳强度计算
§5－7 螺栓旳材料和许用应力
§5－8 提升螺栓连接强度旳措施
§5－9 螺旋传动
§5－4 螺纹连接旳防松
§5－5 螺栓组连接旳设计
中国地质大学专用 作者： 潘存云教授
潘存云教授研制
潘存云教授研制
梯形螺纹：
为了降低摩擦和提升效率，这两种螺纹旳牙侧角β比三角形螺纹旳要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生旳间隙，应用较广。锯齿形螺纹旳效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。
锯齿形螺纹:
β= 15º
β= 3º
粗牙一般螺纹、细牙一般螺纹和梯形螺纹旳基本尺寸见后续各表（或查阅有关机械设计手册）。
潘存云教授研制
潘存云教授研制
一、螺纹旳形成
§5－1 螺 纹
螺旋线——一动点在一圆柱体旳表面上，一边绕轴线等速旋转，同步沿轴向作等速移动旳轨迹。

螺纹连接(机械设计课件)

螺纹连接(机械设计课件)
a）螺栓
标记: 螺栓 标准号 螺纹规格 × 有效长度
螺纹紧固件连接
例:螺纹规格D=M12，性能等级为10级，不经表面处理，A级的六角螺母。 螺母 GB/T 6170-2000 M12
b）螺母
标记: 螺母 标准号 螺纹规格
螺纹紧固件连接
例: 标准系列，公称尺寸d=8，性能等级为140HV，不经表面处理的平垫圈 垫圈 GB/T 97.1-2000 8
联接的类型：
螺纹联接
键联接、花键联接、销联接
弹性环联接等
铆接
焊接
粘接
联接
可拆 联接
不可拆 联接
过盈联接
（介于两者之间）
螺纹的形成
d2
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
牙顶
牙顶
小径
大径
外螺纹
内螺纹
牙顶
牙底
牙底
牙顶
大径 D、d
小径D1、d1
中径D2、d2
螺纹的中径：
一个假想圆柱的直径。该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。
⑶ 螺纹的线数n
沿一条螺旋线形成的螺纹叫做单线螺纹；沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹叫做多线螺纹。
六角螺母
盖形螺母
开槽六角螺母
翼形螺母
螺纹连接
§5-0 引 言
由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼此联接。 机械零件之间的联接分为：
被联接件之间相互完全固定。（形锁合、摩擦锁合、材料锁合）
被联接件之间能产生一定的相对运动。例如：运动副。

机械设计课程设计——第五章螺纹连接和螺旋传动

机械设计课程设计——第五章螺纹连接和螺旋传动

• 焊接
• 铆冲
涂粘合剂
冲点
§5- 5 螺纹连接的设计
螺纹连接的设计内容
连接的结构设计 连接的受力分析
（一） 螺栓组连接的结构设计
1）结合面的形状应为轴对称的 简单几何形状以保证受力合理
2）螺栓的布置应使各螺栓受力合理
对铰制孔螺栓不能在受力方向成排 布置8个以上螺栓，以免受力不均
F
F
螺栓连接承受弯、扭矩作用时，应使螺栓靠近结合面的 边缘，以减小螺栓的受力。
F0
K s F fZi
F0
用 解法2 求解时， （以单元连接为研究对象）
F
F0
KS F f
其中：Z 1 ,i 1
F0
F F
★螺栓连接受复合载荷（F∑、T）作用时的受力分析
▲将F∑分解到每个螺栓连接处： F∑
▲将T分F解1 到每F个Z螺栓连接处：F∑
F2
T ri
F∑
F1
F1
F1T
F∑
F1
F2
F2
Fi
r
τmax
T F1 r1 F2 r2 Fi ri
o
T
Z
Fi ri
i 1
Z i 1
Fmax
ri rmax
ri
Z
2
ri
Fmax
r i1
max
连接可靠条件为：
T T
T o
Z
Fmax
i 1
ri2 rmax
T
Fmax
Trmax
Z
r2 i
i 1
强度校核
p
F d L 0 min
1 螺纹的形成
螺纹
d2
ψ
S

机械设计课件第5章螺纹联接和螺旋传动

机械设计课件第5章螺纹联接和螺旋传动
10.106
11.835 13.835 15.294 17.294 19.294 20.752 23.752 26.211
细牙 螺距P
0.35 0.5 1.25, 1 0.75 1.5, 1.25 0.5 1.5, 1
2, 1.5, 1
潘存云教授研制
细牙普通螺纹基本尺寸 mm
螺距P 0.35 0.5
1)凭手感经验；
2)测力矩扳手；
F
3)定力矩扳手；
4)测定伸长量。
测力矩扳手
青岛科技大学专用
LS LM
定力矩扳手
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。 潘存云教授研制
潘存云教授研制
联接螺纹
青岛科技大学专用
传动螺纹
潘存云教授研制
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
纹 的
按螺旋线的根数分
单线螺纹 多线螺纹
分 类
按回转体的内外表面分
外螺纹 内螺纹
按螺旋的作用分
联接螺纹 传动螺纹
按母体形状分
圆柱螺纹 圆锥螺纹
青岛科技大学专用
P----螺距
d1=d-1.0825P
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)
Dd D2 d2 D1 d1
公称直径（大径）
粗
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单线螺纹
双线螺纹
连接螺纹 按螺纹作用分 传动螺纹
潘存云教授研制
潘存云教授研制
连接螺纹
传动螺纹
圆柱螺纹
按母体形状分
圆锥螺纹
-----用于一般的连接和传动 圆柱螺纹
-----主要用于管道连接
圆锥螺纹
按螺纹的牙型分
3º 60º 普通螺纹 矩形螺纹 30º
30º
梯形螺纹
锯齿形螺纹
55º 管螺纹
§5 -1
§5-5
设计步骤：
结构设计
螺栓组连接的设计
受力分析
(单)强度计算
确定d 1
确定螺栓的数 目及布置形式
找出受力最 大的螺栓
定出螺栓的尺寸
对不重要的螺栓连接，可用类比法确定，不再进行强度校核。
§5-5
▲ 设计目的：
螺栓组连接的设计
（一）螺栓组连接的结构设计
确定接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各 螺栓和接合面受力均匀、便于加工装配。 ▲ 基本原则： 1. 连接结合面的几何形状常设计成:
用于盲孔 的连接
思考：这两种连接适用在什么场合？各有何特点？ d
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
（二）螺纹连接的基本类型
1. 2. 3. 4. 螺栓连接 螺钉连接 双头螺柱连接 紧定螺钉连接
潘存云教授研制
紧定螺钉
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
二、螺纹紧固件
螺 纹 紧 固 件 螺栓
L L0
f v arctan arctan f v cos
β =30°，当量摩擦系数
f fv = cosβ
，φv
,
自锁性能好，连接可靠
普通螺纹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。
普通螺纹 细牙 粗牙
细牙螺纹
nP tgψ= πd 2
ψ ≤ φv
螺纹连接的预紧
通常螺纹连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。
操作简单,但准确性较差
F
测力矩扳手
LS LM
定力矩扳手
§5-3
螺纹连接的预紧
拧紧力矩 T 愈大则预紧力 F0 也愈大，那么两者之间有何关系呢？
(二) 拧紧力矩T的计算
装配时，F0的大小通过拧紧力矩T来控制。
拧紧力矩：
4. 为便于在圆周上钻孔时的分度和画线，分布在同 一圆周上的螺栓数目，应取成: 4、6、8 等偶数。 同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。
5. 避免螺栓承受附加的弯曲载荷
切削加工支承面
支承面不平
采用凸台或沉孔结构
支承面倾斜
采用斜垫圈
螺栓组的结构设计，还包括合理地选择螺栓组的防松装置。
§5-5
受横向载荷
受转矩
F∑
M
p D
受轴向载荷
受倾覆力矩
(二) 螺栓组连接的受力分析
1．受横向载荷的螺栓组连接
Question：在横向载荷的作用下被连接件之间有何运动趋势？
F∑
F∑
F∑
普通螺栓连接
F∑
铰制孔用螺栓连接
载荷的特点： 载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组的对 称中心。
1．受横向载荷的螺栓组连接 A 若采用铰制孔用螺栓连接 每个螺栓所受工作剪力为：
优点：p ，ψ ， 自锁性更好、连接更可靠；且螺纹深度 浅，强度高。 缺点：不耐磨易滑扣。 应用：薄壁零件、受变载荷的连接和微调机构。 粗牙螺纹
P
P
,由于制造简单，一般连接常用。
P P
粗牙
d
细牙
d
细牙
d
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
（二）螺纹连接的基本类型
1.螺栓连接
d0 孔与螺杆之间 留有间隙
d0
受拉螺栓 受剪螺栓
d 普通螺栓连接
铰制孔用螺栓连接 多用于承受横 向载荷的场合
结构简单，装拆 方便，应用最广
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
（二）螺纹连接的基本类型
1. 螺栓连接 2. 双头螺柱连接 ----可经常拆装 ----不宜经常拆卸 3. 螺钉连接
双头螺柱是如何拧入、拧出的？
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。
3. 螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间
E E
60˚
h
A
C
60˚
d D
C
B
对压力容器等紧密性要求较高的重要连接，螺栓的
间距 t0 不大于表5--4所推荐的数值。
t0
表5-4
d
螺栓间距 t0 工作压力 (MPa)
≤ 1.6
7d
1.6 ~ 4
4.5d
4 ~ 10 10 ~ 16 16 ~ 20 20 ~ 30 t0 (mm) 4.5d 4d 3.5d 3d
螺栓组连接的设计
(二) 螺栓组连接的受力分析
目的： 求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓 连接的强度计算。
假设： 1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 2）螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合； 3）受载后连接接合面仍保持为平面。
典型的螺栓组受载情况：
F∑
F∑
O T
潘存云教授研制
过盈连接简介
A d A-A
A
曲轴过盈连接组件
（二）过盈连接的工作原理
工作原理
轴与孔配合中，轴的实际尺寸大 于孔， 在装配后的配合面上，便产
F
p
p
生了一定的径向正压力。 d 当连接承受轴向力F或转矩T时， 配合面上便产生摩擦阻力或摩擦阻 力矩以抵抗和传递外载荷。
F p
T
p
Mf
轴的尺寸减去孔的尺寸----过盈量 d
D0
T ≈ 0.2 F0 d
d d0
F0
T ≈ 0.2 F0 d 标准扳手长度 L≈15 d， T = FL F0 = 75F
设：拧紧力为F ，则
FL= F×15 d = 0.2 F0 d 若： F = 200N 则： F0 ≈15000 N
若用这个预紧力拧M12以下的钢制螺栓，则很可能 因过载而被拧断。
第二篇
连
接
连接对于机器的制造、安装、维修必不可少。 机械设计人员必须熟悉常用的连接方法及连 接件的结构、类型、性能、适用场合，掌握它 们的设计理论或选用方法。
机械连接的分类：
1.动连接 ---被连接的零件间可以有相对运动的连接 如:各种运动副 2.静连接 ---被连接件之间不许产生相对运动的连接 可拆连接 ---如: 螺纹、键、销连接等 不可拆连接 ---铆、焊、粘接等 （永久连接） 提问： 有没有既是可拆连接又是不可拆连接的连接形式 ？
螺栓 双头螺柱 螺钉、紧定螺钉 专用螺纹连接 螺母 垫圈
A型平垫圈
B型平垫圈
平垫圈
薄平垫圈
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。
弹簧垫圈
斜垫圈
圆螺母用止动垫圈
§5-3
(一) 概述
螺纹连接的预紧
● 预紧力F0 ：螺纹连接在承受工作载荷之前，预先受
到的作用力
● 预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止
∴对于重要的连接，不宜采用< M12 的螺栓。
§ 5-4
螺纹连接的防松 (自学)
（一）防松的目的
思考：连接螺纹一般具有自锁性，为何还要防松？
（二）防松的方法
防松的根本问题 具体方法有三种： 是防止螺纹副发生相对转动
1、摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母 2、机械防松：开口销、止动垫片、串连钢丝 3、永久防松：焊、粘、冲 具体内容见表 5 - 3 Question： 表5-3中串连钢丝防松方法图 b）不正确的原因何在？
本章主要内容有：
1 螺纹连接的基本知识： 螺纹和螺纹连接件的类型、结构、特点，应用场合及 选用原则，要特别注意普通螺栓连接与铰制孔用螺栓连接 在传力、失效形式、结构及强度计算准则上的不同； 2 螺纹连接的强度计算，主要是紧螺栓连接的强度计算。要 求掌握紧螺栓连接力与变形之间的关系、提高螺栓连接强 度的措施； 螺纹连接的防松原理及防松装置； 螺栓组的受力分析、失效分析及强度计算方法；
螺栓的结构形式
d
六角头 L L0 d 小六角头
§5-2 螺纹连接的类型及标准连接件
二、螺纹紧固件
螺 纹 紧 固 件 螺栓 双头螺柱
L
L1
L0 d
L1 -----座端长度 L0 -----螺母端长度
二、螺纹紧固件
螺 纹 紧 固 件
头部 结构
螺栓 双头螺柱 螺钉、紧定螺钉
末端 结构
二、螺纹紧固件
螺 纹 紧 固 件 螺栓 双头螺柱 螺钉、紧定螺钉 专用螺纹连接 地脚螺栓
过盈连接简介
（一）过盈连接的特点及应用
特点：
利用零件间的配合过盈来达到连接目的 过盈连接 ---- 干涉配合连接或紧配合连接
过盈连接简介
（一）过盈连接的特点及应用
特点： 利用零件间的配合过盈来达到连接目的 应用：主要用于轴与毂、轮圈与轮芯、滚动轴承与轴 或座孔的连接等。
A d A-A
A
曲轴过盈连接组件
受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。
● 预紧力的确定原则：
碳素钢螺栓：
F0≤(0.6~0.7) σs A1 F0 ≤(0.5~0.6) σs A1
合金钢螺栓：
A1 ---危险截面积， A1 ≈π d21/4
§5-3
● 预紧力控制方法: 1)凭手感经验； 2)测力矩扳手； 3)定力矩扳手； 4)测定伸长量。
d d2 d1
P
S
h