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第7章螺纹联接与螺旋传动【教学要求】掌握螺纹联接的类型、预紧和防松、螺栓组联接的设计计算，并能根据已知条件合理地选用螺栓联接。
【教学的重点与难点】重点：单个螺栓联接的设计计算难点：螺栓组联接的设计计算【教学内容】7.1螺纹联接的基本知识7.2螺纹联接的预紧与防松7.3单个螺栓联接的强度计算7.4螺栓组联接的结构设计7.5滑动螺旋传动简介7.6滚动螺旋传动简介【学习内容】为了便于机器的制造、安装、维护和运输，在机器和设备的各零、部件间广泛采用各种联接。
联接分为可拆联接和不可拆联接两类。
不损坏联接中的任一零件就可将被联接件拆开的联接称为可拆联接，这类联接经多次装拆无损于使用性能，如螺纹联接、键联接和销联接等。
不可拆联接是指至少必须毁坏联接中的某一部分才能拆开的联接，如焊接、铆接和粘接等。
螺纹联接和螺旋传动都是利用具有螺纹的零件进行工作的，前者把需要相对固定在一起的零件用螺纹零件联接起来，作为紧固联接件用，这种联接称为螺纹联接；后者利用螺纹零件实现把回转运动变为直线运动的传动，称为螺旋传动，则作为传动件用。
本章主要讨论螺纹联接的结构、计算和设计，重点介绍单个螺栓联接的强度计算。
螺纹联接是可拆联接，结构简单、拆卸方便、联接可靠，且多数螺纹联接件已标准化、生产效率高、成本低廉，因而得到广泛采用。
7.1 螺纹联接的基本知识为使机器制造、安装、调整、维修和运输、减重、省科、降成、提高效率、等等必须采用各种方式联接成整体，才能实现上述要求。
因此一个出色的设计者应了解联接的种类、特点和应用，熟悉联接设计的准则。
掌握好设计的方法。
联接——近代机械设计（机器设计）中最感兴趣的课题之一，也是近一些年来，发明创造最多的。
在通用机械中，联接件占总零件数的20~50%。
如Boeng’s 747中有250万个紧固联接件联接：静联接——被联接件间不充许产生相对运动①不可折联接：铆、焊、介于可折不可折之间，胶（粘）接等②可折联接：螺纹、键、花键、销、成型而联接等动联接——被联接零件间可产生相对运动——各种运动副联接7.1.1 螺纹的类型1、螺纹按牙型分类：三角形（普通螺纹）、管螺纹—联接螺纹矩形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹—传动螺纹三角形螺纹：粗牙螺纹—用于联接细牙螺纹—自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等2、螺纹按位置分类：内螺纹—在圆柱孔的内表面形成的螺纹外螺纹—在圆柱孔的外表面形成的螺纹根据螺旋线绕行方向分类：左旋、右旋根据螺旋线头数分类：单头螺纹（n=1）—用于联接双头螺纹（n=2）多线螺纹（n≥2）—用于传动7.1.2 螺纹的主要参数1）外径d（大径）（D）——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径——亦称公称直径2）内径（小径）d1(D1)——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径，在强度计算中作危险剖面的计算直径3）中径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，近似等于螺纹的平均直径d2≈0.5(d+d1)4）螺距P——相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离5）导程（S ）——同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两点间的轴向距离6）线数n ——螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n ≤4 螺距、导程、线数之间关系：L=nP7）螺旋升角ψ——在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。
机械设计基础螺纹连接与螺旋传动（教案）第7章螺纹连接与螺旋传动⼀、教学要求本章内容包括螺纹连接和螺旋传动两个部分，具体教学要求如下：1）了解螺纹的基本知识，了解标准螺纹连接件和螺纹连接的基本类型、特性、标准结构、应⽤场合等。
了解螺纹的预紧和防松。
2）掌握单个螺栓连接的强度计算。
会进⾏螺栓的受⼒分析，正确理解强度计算公式中各参数的含义，合理选择材料和确定许⽤应⼒。
3）掌握螺栓组连接的设计⽅法。
（1）了解螺栓组结构设计的原则。
（2）掌握4种典型螺栓组受⼒分析，学会确定出螺栓组中受⼒最⼤的螺栓受⼒情况。
4）了解提⾼螺栓连接强度的措施。
5）了解螺旋传动的类型、特点及应⽤。
⼆、重点、难点重点：1）单个螺栓连接的强度计算，尤其是承受轴向静载荷的紧螺栓连接的强度计算。
2）螺栓组连接的结构设计，四种典型受⼒情况下螺栓组连接的受⼒分析。
难点：1）承受轴向静载荷的紧螺栓连接中的⼒与变形关系，确定FΣ值。
2）受旋转⼒矩、倾翻⼒矩的底板螺栓组连接的受⼒分析。
三、教学安排四、教学思路设计本章主要内容包括两个部分：第⼀部分为螺栓连接，是本章着重讨论的部分；第⼆部分为螺旋传动，仅作概念性介绍。
从螺纹连接的基本知识（参数、类型、标准代号），开始讨论其连接的预紧与防松。
根据连接的⼯作情况得出松螺栓连接与紧螺栓连接⼆⼤类。
在不同⼯作情况下，可得出不同失效形式和受⼒分析。
⾸先讨论单个螺栓连接的设计计算，然后分析螺栓组连接的设计计算，即求出螺栓组中受⼒最⼤的螺栓及结构设计。
第7章第1讲⼀、讲授时注意⼏点1. 7.1 螺纹连接的基本知识这节内容要注意三点：（1）右、左旋螺纹判别必须绝对正确。
（2）螺距P和导程P h的概念⼀定要搞清，P h=n·P（3）螺栓连接可分为普通螺栓连接和铰制孔⽤螺栓连接两种，需了解这两种连接的特点与应⽤。
2. 7.2 螺纹连接的预紧与防松了解防松装置的防松原理及常⽤类型，重点了解利⽤摩擦防松的⽅法和特点。
第七章标准件和常用件本章内容：第一节螺纹第二节螺纹紧固件第三节齿轮第四节键和销第五节滚动轴承第六节弹簧第一节螺纹一、螺纹的形成及要素一平面图形（如三角形、矩形、梯形等）沿一圆柱或圆锥面上的螺旋线运动，在该圆柱或圆锥面上形成的连续的凸起和沟槽即为螺纹。
在圆柱（或圆锥）外表面上形成的螺纹称为外螺纹；在圆柱（或圆锥）内表面上形成的螺纹称为内螺纹外螺纹内螺纹（一）螺纹的形成（二）螺纹的要素1、牙型沿螺纹的轴线方向剖切，所得的螺纹的轮廓形状称为螺纹的牙型。
常见的牙型有三角形、梯形、锯齿形等。
2、公称直径螺纹的直径有大径（d 或D ）、小径（d 1或D 1）、中径之分。
普通螺纹和梯形螺纹的大径又称公称直径。
与外螺纹的牙顶或内螺纹的牙底相切的假想圆柱或圆锥的直径称为大径。
与外螺纹的牙底或内螺纹的牙顶相切的假想圆柱或圆锥的直径称为小径。
在大径和小径之间，通过牙型上的沟槽和凸起宽度相等的假想圆柱或圆锥的直径称为中径。
外螺纹内螺纹ⅠⅡ 牙顶牙底I螺距Ph牙底牙顶h螺距PⅠ/4:1 Ⅱ/4:1大径 D ,d小径D 1 d 1中径D 2 d 23、线数螺纹有单线和多线之分。
圆柱面上沿一条螺旋线所形成的螺纹称为单线螺纹；由两条或两条以上沿轴线等距分布的螺旋线形成的螺纹称为多线螺纹。
螺纹的线数用n来表示。
单线螺纹三线螺纹4、螺距和导程相邻两牙在中径线上对应点间的轴向距离称为螺距，用P表示。
同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应点间的轴向距离称为导程，用L表示。
对于单线螺纹，螺距=导程；对于多线螺纹，P=L/n。
单线螺纹三线螺纹5、旋向旋向有左旋和右旋之分。
顺时针旋转时旋进的螺纹称为右旋螺纹；逆时针旋转时旋进的螺纹称为左旋螺纹。
内外螺纹能够旋合在一起的条件是：五个要素必须完全相同。
右旋螺纹左旋螺纹二、螺纹的规定画法1、外螺纹的画法在平行于螺纹轴线的视图中，螺纹大径用粗实线表示，小径用细实线表示，螺纹终止线用粗实线表示。
在垂直于螺纹轴线的视图中，螺纹大径画成粗实线圆，小径画成3/4细实线圆，螺杆上倒角圆的投影不画。
7.1.1 螺栓连接螺栓连接的示意图如图7-1所示，典型工艺过程如图7-2所示。
图7-1 螺栓连接零件夹紧确定孔位制 孔备 件倒角倒圆制 窝安 装定 力防 松涂 漆图7-2 螺栓连接的典型工艺过程7.1.2 托板螺母连接(如图7-3所示）典型工艺过程与螺栓连接的区别在于在制孔和制窝之间增加铆接托板螺母工序，而无定力和防松工序。
工作步骤如下：在固定构件上制螺栓孔铆接托板螺母将活动构件定位安装在固定构件上在活动构件上制螺栓孔固定活动构件图7-3 托板螺母连接7.1.3 高锁螺栓连接（如图7-4所示）典型工艺过程与螺栓连接的区别在于无定力和防松工序，对于双六角型高锁螺母安装后按需要再次拧紧定力。
（a）(b)图7-4 高锁螺栓连接7.1.4 锥型螺栓连接（如图7-5所示）典型工艺过程与螺栓连接的区别在于无定力工序，制孔与制窝同时进行。
（a）(b)图7-5 锥型螺栓连接7.2 零件的定位及夹紧7.2.1 螺栓连接（见表7-1）7.2.2 孔位的技术要求确定螺栓孔位螺栓孔边距、间距和排距的极限偏差螺栓孔的最小边距7.3.1 孔的技术要求常见螺栓孔的技术要求见表7-2高锁螺栓孔的技术要求与普通螺栓孔的技术要求相同锥形螺栓孔的技术要求孔应垂直于工件表面孔锥度极限偏差孔表面粗糙度孔与锥形螺栓光杆接触的面积孔表面允许的轻微划伤、孔的外观质量7.3.2 孔加工方法的选择孔的公差等级选择孔加工方法时主要考虑孔直径孔的深度被加工的材料结构的开敞性各种孔加工方法见表7-3 钻孔用扩孔钻扩孔手铰风钻铰孔拉孔自动进给钻制孔自动铆机制孔7.4.1 制孔前的准备工作明确加工孔的孔径和公差检查工件间隙、孔边矩检查要用的钻机、刀具和量具等是否合格及适用在试件上进行试加工7.4.2 钻孔和扩孔的技术要点注意孔的垂直度（见图7-6）手工钻制初孔的直径确定钻孔工具的工作转速选用带前导杆的扩孔钻用自动进给钻钻孔时的过程自动进给钻的轴转速恒定不变的情况下，钻头反复进入孔和完全撤离孔固定在钻模上(如图7-7所示)建议使用润滑剂7.4.2 钻孔和扩孔的技术要点图7-6 保证钻孔垂直度的方法(a)按垂直钻套钻孔(b)按直角尺钻孔(c)按钻模钻孔图7－7 自动进给钻钻孔示意图用带前、后引导的扩孔钻扩孔(如图7-8所示)由相同材料组成时，从较厚面进刀由不同材料组成时,从较硬面进刀图7－8 空心零件的扩孔7.4.3 手工铰孔方法及操作要点手工铰孔操作过程将铰刀沾上润滑液后插入初孔用角度尺检查铰刀是否垂直于工件表面(如图7-9所示)用大拇指轻推铰刀尾部，旋转铰杠或棘轮扳手铰深孔时，要常退刀排屑检查孔的精度、粗糙度和孔的垂直度手工铰孔操作要点工件装配夹紧要正确手铰过程中，两手用力要平衡注意变换铰刀每次停歇的位置旋转铰杠进刀时，不要猛力压铰杠图7-9 用90°角尺检查铰刀垂直度7.4.3 手工铰孔方法及操作要点手工铰孔操作要点若铰刀被卡住，应将铰刀取出，清除切屑铰刀绝不可倒转当使用风钻铰孔时，一定要掌握好进刀方向根据所加工材料，合理选择转速和进给量7.4.4锥形孔的加工(a)扩孔钻(b)铰刀图7-10 沉头锥形螺栓孔用的加工刀具以螺纹直径为锥形螺栓的基本直径选择专用锥形铰刀（见图7-10）光整孔壁取出铰刀清除切屑扩孔钻初孔7.4.5 可调铰刀的使用在刀体上开有六条斜底直槽，具有同样斜度的刀条嵌在槽里利用前后两只螺母压紧刀条的两端，调节两端的螺母可使刀条沿斜槽移动，即能改变铰刀的直径7.4.6 切削用量的选择扩孔切削用量（见表7-4）手铰和风钻铰孔在铰孔过程中的切屑用量（见表7-5）7.4.7 扩、铰孔过程中切削液的选择（见表7-6）7.4.8 铰孔中常见的缺陷和解决措施（见表7-7）7.5.1 锪窝锪窝包括锪沉头螺栓的沉头窝和端面窝(见图7-12)正锪和反锪(如图7-13或图7-14所示)锪窝操作要点图7-12 沉头窝和端面窝(a)沉头螺栓的沉头窝(b)六角头或圆柱头螺栓的沉头窝(c)螺栓端面窝(a)正锪(b)反锪图7-14 锪端面窝锪窝速度锪钻装夹牢固加机油润滑留余量带球面导杆锪窝钻（见图7-15）锪钻应先接触被锪面并拉紧风钻，再开动扳机锪窝限定器（见图7-17）图7-15带球面形导杆的窝锪钻带阶梯的导杆锪窝钻(如图7-16所示)图7-16 带台阶导杆的窝锪钻图7-17 用锪窝深度限制衬套锪窝涂防腐保护层7.5.2 倒角与倒圆技术要求倒角与倒圆的工艺方法孔与沉头窝交接处的倒角形状（见图7-19）安装凸头锥形螺栓的孔，在靠锥形螺栓头的一侧应倒角安装沉头锥形螺栓用的孔在与沉头窝的交接处(简称沉头窝底)制倒角倒角与倒圆形状（见图7-18），尺寸（见表7-8）图7-18 倒角与倒圆(a)倒角(b)倒圆图7-19 孔与沉头窝交接处的倒角倒圆一般采用倒圆锪钻倒圆。
或用整体式锪钻，锪窝与倒圆同时来完成倒角一般采用倒角锪钻或使用直径大于孔直径顶角为二倍的麻花钻头锪制7.6.1 技术要求螺栓安装技术要求螺栓安装方向受剪螺栓螺纹露出夹层的位置（见图7-20）螺栓螺纹露出螺母位置（见图7-21）螺栓头、螺母与被连接件表面之间产生单向间隙高锁螺栓安装技术要求光杆长度应不小于结构夹层厚度高锁螺栓杆相对结构夹层的凸出量，如图7-22所示，数值见表7-9装配完毕，一般不再需要用定力扳手进行定力拧紧高锁螺栓头、螺母的支承面与被连接件之间单向间隙图7-20 受剪螺栓螺纹露出夹层的位置图7-21 螺栓螺纹露出螺母位置图7-22 高锁螺栓露出夹层的位置7.6.1 技术要求锥形螺栓安装技术要求螺栓头部的凸出量（见表7-10）螺纹部分不允许位于夹层中锥形螺栓头与被连接件表面的单向间隙7.6.2 安装前的准备工作按产品图样核对紧固件的牌号、规格和标记清除紧固件上和孔内的油污对于重要螺栓，应检查螺栓上或合格证上是否标有批号安装前，检查高锁螺栓长度是否满足要求安装锥型螺栓前，选择螺栓组别和垫圈厚度镁合金零件上的孔，内涂H06-2环氧锌黄底漆光杆部分涂ZL7-2润滑脂在无表面保护的铝合金结构上钛合金螺栓，用十六醇润滑在钛合金结构上安装钛合金螺栓采用干膜润滑剂7.6.3 安装锥形螺栓安装技术要求温差安装法加置垫圈补偿螺栓应沿孔的轴线推入安装成组排列的螺栓时，按一定间隔顺序反复拧紧(如图7-23所示)。
定力扳手拧紧过盈配合的螺栓不允许用扳手拧螺栓头图7-23 成组螺栓拧紧的顺序示例(a)单排排列(b)双排排列在拧紧排列成封闭形状的多个螺栓时，按对角线次序反复拧紧(如图7-24)图7-24 封闭形排列螺栓的拧紧顺序示例垫圈和螺栓头与夹层以及夹层各部分之间应紧密贴合螺母不应拧紧到螺纹螺尾处7.6.3 安装高锁螺栓安装方法将高锁螺母拧在已放入螺栓孔的高锁螺栓上使用垫片情况将高锁螺栓沿孔的轴线压入或推入孔内手动锁紧高锁螺母不允许用旋转螺栓的方法将螺栓拧入孔中机动锁紧高锁螺母成组高锁螺栓的拧紧顺序与成组螺栓的方法相同用棘轮扳手手动锁紧高锁螺母(如图7-25所示)用专用风扳机机动锁紧高锁螺母(如图7-26所示)图7-25 手动锁紧高锁螺母图7-26 机动锁紧高锁螺母7.6.3 安装锥形螺栓安装方法（如图7-27所示）放螺栓，拧紧螺栓下部支承面应与工件表面或沉头窝贴合定力扳手使用要点选扳手握扳手（如图7-28所示）定力扳手只能顺时针转动尽可能不使用转接器图7-27 锥形螺栓安装的典型程序(a)用手指将锥形螺栓压入孔内(b)锥形螺栓的拧紧(c)拧紧后的锥形螺栓图7－28 握定力扳手示意图7.6.3 安装定力扳手使用要点尽可能不使用转接器转接器有各种不同形状(如图7-29所示)转接器的长度应小于定力扳手的长度转接器在扳手上的定位（如图7-30所示）不允许将定力扳手当作普通扳手使用扭矩定力扳手不能左旋不能用镀镉的定力扳手和转接扳手接触钛及其合金制的螺栓或产品结构施加的扭矩不允许超过定力扳手的额定扭矩值图7－30 转接器在扳手上的定位图7－29 转接器的形状7.7 螺栓连接的防松7.7.1 防松保险方法(见表7-11）7.7.2 防松工艺操作要点开口销孔与槽口应相对用冲子制冲点止动垫圈爪片的折弯形式（见图7-31）保险丝端头的扭接形式（见图7-34）保险丝松紧要适中保险丝不能重复使用保险丝可以连接紧固件的数量用厌氧胶或环氧树脂胶防松应按说明书进行施工图7-32 爪片折弯的倾斜角度爪片折弯的倾斜角度（见图7-32）爪片折弯不允许的倾斜角度（见图7-33）图7-31 止动垫圈爪片的折弯形式图7-33 爪片折弯不允许的倾斜角度图7-34 保险丝端头的扭接形式7.8 防腐蚀和标记7.9 螺栓安装常见缺陷及排除方法（见表7-12）7.10 分解与加大处理(见表7-13）第7章螺栓连接7.11 孔的冷挤压强化及口、角倒圆压印技术孔的冷挤压强化孔挤压形式（见图7-35）(a)不带衬套的心棒挤压法(b)带衬套的心棒挤压法冷挤压方法（见表7-14）冷挤压典型工艺过程（见图7-36）挤压棒在铆枪上的定位（见图7-37）开动铆枪钻初孔铰初孔检查初孔直径检查挤压棒直径检查挤压棒直径冷挤压检查挤压后的孔径精铰孔图7-36 冷挤压典型工艺过程图7-37 挤压棒在铆枪上的定位擦去挤压棒上的润滑油和脏物检查是否有金属瘤若挤压棒损坏，更换7.11.2 孔口、角倒圆及压印孔口、角倒圆压印是利用压印模(如图7-38和图7-39所示)对孔边缘进行冷加工图7-38 孔径小于12.7mm(1／2in)的倒圆压印模(a) (b)（a ）标准型倒圆压印模(b)旋转型倒圆压印模图7-39 孔径等于或大于12.7mm(1／2in)的倒圆压印模(a)A 型倒圆压印模(b)B 型倒圆印压模压印前先做试片涂润滑剂保证压印模呈对准状态，缓慢地接触工件修去凸边，凸边孔（见图7-40）图7－40 凸边孔沉头窝底倒圆压印是用沉头窝底压印工具(如图7-41所示)降孔与沉头窝相交处进行冷加工压印如图7-42所示)图7-41 沉头窝底压印工具图7-42 沉头窝底倒圆压印恒定地进行压印涂润滑剂压印前，保留棱边7.11.2 孔口、角倒圆及压印平底倒圆压印(如图7-43所示)图7-43 平底倒圆压印示意图圆的平底压痕(如图7-44所示)图7-44 平底倒圆压印孔边凸唇(如图7-45所示)图7-45 唇口孔。
