1、锯齿形螺纹锯齿形螺纹三角形螺纹三角形螺纹矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹第六章第六章 螺纹联接螺纹联接第一节第一节 螺螺 纹纹 参参 数数如用一个三角形如用一个三角形K沿螺旋线运沿螺旋线运动并使动并使K平面始终通过圆柱体轴线平面始终通过圆柱体轴线YY-这样就构成了三角形螺纹。同这样就构成了三角形螺纹。同样改变平面图形样改变平面图形K，可得到矩形、，可得到矩形、梯形、锯齿形、管螺纹梯形、锯齿形、管螺纹一、螺纹的形成与分类一、螺纹的形成与分类按牙型按牙型: : 三角形螺纹、管螺纹三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹传动螺纹按位置：按位置： 内螺
2、纹内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹三角形螺纹：三角形螺纹： 粗牙螺纹粗牙螺纹用于紧固件用于紧固件 细牙螺纹细牙螺纹同样的公称直径下，螺距最小，同样的公称直径下，螺距最小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等根据螺旋线绕行方向：根据螺旋线绕行方向： 左旋左旋如图如图 右旋右旋常用常用根据螺旋线头数：根据螺旋线头数： 单头螺纹（单头螺纹（n=1n=1）用于联接用于联接 双头螺纹（双头螺纹（n=2n=2）如图如图 多线螺纹（多线螺纹（n2n2）用于传动用于传动二、螺纹的
3、类型二、螺纹的类型1）外径（大径）外径（大径）d（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，亦称公称直径面直径，亦称公称直径2）内径（小径）内径（小径）d1(D1) 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径面直径3）中径）中径d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱柱 面的直径，面的直径，d20.5(d+d1)三、螺纹的主要参数三、螺纹的主要参数4）螺）螺 距距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离的轴向距离5）导程（）导程（S）同一螺旋线上相
4、邻两牙在中径圆柱面的母同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线线 上的对应两点间的轴向距离上的对应两点间的轴向距离6）线）线 数数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：螺距、导程、线数之间关系：L=nP 7）螺旋升角）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋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线轴线的平面的夹角8）牙型角）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9）牙型斜角）牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角22/dnParctgd
5、arctgL第三节第三节 螺纹联接的类型及螺纹联接件螺纹联接的类型及螺纹联接件 一、螺纹联接主要类型一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接、螺栓联接a) 普通螺栓联接普通螺栓联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。，可多个装拆，应用较广。b) 精密螺栓联接精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔向载荷，也可
6、作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接制配合铰制孔螺栓联接2 2、双头螺栓联接、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。联接件中拧出。3 3、螺钉联接、螺钉联接适于被联接件之一较适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小不需螺母，适于受载较小情况情况特
7、殊联接：地脚螺栓联特殊联接：地脚螺栓联接接 , 吊环螺钉联接吊环螺钉联接4 4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或拧入后，利用杆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扭矩位置。可传递不大的轴向力或扭矩。二、螺纹联接件二、螺纹联接件 2 2）双头螺柱）双头螺柱两端带螺纹两端带螺纹 A A型型有退刀槽有退刀槽 B B型型无退刀槽无退刀槽1 1）螺栓）螺栓 普通螺栓普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角六角头，小六角头，标准六角头，大六角头头，大六角头, , 内六角内六角 铰制孔螺栓铰制孔螺栓
8、螺纹部分直径较小螺母螺纹部分直径较小螺母4 4）紧定螺钉）紧定螺钉 锥锥 端端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 平平 端端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸的平面，适于经常拆卸 圆柱端圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板轻材料和金属薄板3 3）螺钉）螺钉 与螺栓区别与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗要求螺纹部分直径较粗; ;要求全螺纹要求全螺纹6 6）螺母）螺母 六角螺母：标准，扁，厚六角螺母：标准，扁，厚 5 5）自攻螺钉）自
9、攻螺钉由螺钉攻出螺纹由螺钉攻出螺纹圆螺母圆螺母+ +止退垫圈止退垫圈带有缺口，带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧内，螺母即被锁紧7 7）垫圈）垫圈预紧力预紧力Q QP P的控制：的控制：测力矩板手测力矩板手测出预紧力矩，如左图测出预紧力矩，如左图定力矩板手定力矩板手达到固定的拧紧力矩达到固定的拧紧力矩T T时，弹簧时，弹簧受压将自动打滑，如右图受压将自动打滑，如右图测量预紧前后螺栓伸长量测量预紧前后螺栓伸长量精度较高精度较高 二、螺纹防松 弹簧垫圈弹簧垫圈自锁螺母自锁螺母螺母一端做成非圆螺母一端做成非圆形收
10、口或开峰后径面收口，螺母拧形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧旋合螺纹间压紧2 2）机械防松：）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等强度条件验算公式：强度条件验算公式： 设计公式：设计公式： 分析：由上式可知，当分析：由上式可知，当f=0.2,i=1,Kf=0.2,i=1,KS S=1=1则则Q QP P=5R=5R，说明这种，说明这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠联接螺栓直径
11、大，且在冲击振动变载下工作极不可靠 为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力可采用如下减载装置：可采用如下减载装置： a)a)减载销减载销 b)b)减载套筒减载套筒 c)c)减载键减载键 图，拧紧预紧状态 凸缘压m QP 栓杆拉b QP FQQQppbbbb从 图图3 3，加载加载F F后后工作状态工作状态栓杆栓杆继续拉继续拉凸缘凸缘 放松放松 ppmmmmQQ从残余预紧力残余预紧力 总载总载 作图，为了更明确以简化计算（受力变形图）作图，为了更明确以简化计算（受力变形图）设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比设：材料变形在弹性极限内，力与
12、变形成正比 单个紧螺栓联接受力变形图单个紧螺栓联接受力变形图 左图左图拧紧螺母时拧紧螺母时, ,螺螺栓与被联接件的力与变形栓与被联接件的力与变形 右图右图将上两图合并，将上两图合并，并施加工作载荷并施加工作载荷F从图线可看出，螺栓受工作从图线可看出，螺栓受工作载荷载荷F F时，螺栓总载荷：时，螺栓总载荷： PPQFQFQ变形协调条件：变形协调条件： 凸缘凸缘压力减量压力减量 PPQQ变形缩小变形缩小m m 栓杆栓杆拉力增量拉力增量 PQQ变形缩小变形缩小b b 变形协调条件变形协调条件 由图可知，螺栓刚度：由图可知，螺栓刚度： FFCQtgQCbbbPbb被联接件刚度：被联接件刚度： FFFC
13、QtgCmmmPmmmbbmbmbCCCFFCCFFFtantanFKFCCCFcmbbmbbcCCCK称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度 F 部分工作载荷部分工作载荷 FKQQFKQFQQFQQCPPcpp)1 ( p又对残余预紧力对残余预紧力的要求，为保的要求，为保证受载后接合面联接的紧密证受载后接合面联接的紧密性应使性应使0PQQP的取法的取法: : QP =（1.51.81.51.8）F F有密封要求有密封要求 一般联接一般联接 QP =（0.20.6）F 载荷稳定载荷稳定 QP =（0.61.0）F 载荷不稳定载荷不稳定 QPF 地脚螺栓
14、联接地脚螺栓联接 3 3、当验算不满足时、当验算不满足时措施：措施：add1b) b) 最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、制造、制造、C Cm mCCb b，适当提高，适当提高Q QP P等综合措施等综合措施mca)4、避免偏心载荷作用、避免偏心载荷作用 a）被联接件支承面不平突起）被联接件支承面不平突起 b）表面与孔不垂直）表面与孔不垂直 c）钩头螺栓联接）钩头螺栓联接防偏载措施：防偏载措施：a）凸合；）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片）斜垫片 二、螺栓组受力分析二、螺栓组受力分析 目的目的求受力最大载荷的螺栓求
15、受力最大载荷的螺栓前提（假设）：前提（假设）：被联接件为刚性不变形，只有地基变形。被联接件为刚性不变形，只有地基变形。各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同受力后材料变形在弹性范围内受力后材料变形在弹性范围内接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面1、受轴向载荷螺栓组联接、受轴向载荷螺栓组联接 单个螺栓工作载荷为：单个螺栓工作载荷为： F=P/Z P轴向外载轴向外载 Z螺栓个数螺栓个数 2、受横向载荷的螺栓组联接、受横向载荷的螺栓组联接特点：普通螺栓，铰制孔用螺栓皆可用，外载垂直于螺特点：普通螺栓，铰制孔用螺
16、栓皆可用，外载垂直于螺栓轴线、防滑栓轴线、防滑普普 通通 螺螺 栓栓 受拉伸作用受拉伸作用铰制孔螺栓铰制孔螺栓受横向载荷剪切、挤压作用。受横向载荷剪切、挤压作用。单个螺栓所承受的横向载荷相等单个螺栓所承受的横向载荷相等 R=RL/Z3、受横向扭矩螺栓组联接、受横向扭矩螺栓组联接 （1）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷 rZTR（2）矩形接合面）矩形接合面 a)普通螺栓联普通螺栓联接接 由静平衡条件由静平衡条件0TTKTrfQrfQfQrSZPPP21ZiiSZSPrfTKrrrfKTQ121)(则各个螺栓所需的预紧力为则各个螺栓所需的预紧力为联接件不产生相对滑
17、动的条件为联接件不产生相对滑动的条件为：b)铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接组组 由变形协调条件可知，各个由变形协调条件可知，各个螺栓的变形量和受力大小与其中螺栓的变形量和受力大小与其中心到接合面形心的距离成正比心到接合面形心的距离成正比TrRrRrRrRZiiiZZ12211由假设由假设板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪应变与半径成正比。在材料弹性范围内，应力与应变成正比应变与半径成正比。在材料弹性范围内，应力与应变成正比 iiirrRRrRrRmaxmaxmaxmax1由静平衡条件由静平衡条件0TTrRrRrRZZ2211ZiirrTR12maxmax
18、 4、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接 特点：特点：M在铅直平面内，在铅直平面内，绕绕O-O回转，只能用普回转，只能用普通螺栓，通螺栓，取板为受力对取板为受力对象，由静平衡条件象，由静平衡条件 设单个螺栓工作载荷为设单个螺栓工作载荷为Fi MLFLFLFZZ2211)(1maxmaxmax11LLLFconstLFLFii这里tiiLMLFF12max1max)( 即螺栓杆不拉断的条件螺栓杆不拉断的条件 43 . 121maxdQca43 . 1max1Qd设计公式设计公式 验算公式验算公式 右侧不压溃条件（被联接件）右侧不压溃条件（被联接件） QP作用下接合面的挤压
19、应力作用下接合面的挤压应力 AZQPQPM作用下接合面的挤压应力作用下接合面的挤压应力 WMM maxPPMQPPWMAZQ第七节 提高螺栓联接强度的措施影响联接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、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。度又主要取决于螺栓的强度。 一、改善螺纹牙间载荷分布不均状况一、改善螺纹牙间载荷分布不均状况 工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面缩短，伸与缩的螺距
20、变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应力最大，处第一圈为最大，应变最大，应力最大，其余各圈依次递减，旋合螺纹间的载荷分其余各圈依次递减，旋合螺纹间的载荷分布如图所示。所以采用圈数过多的布如图所示。所以采用圈数过多的加厚螺加厚螺母母，并不能提高联接的强度。，并不能提高联接的强度。 办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾 a) 悬置螺母悬置螺母 b) 环槽螺母环槽螺母 c)c)内斜螺母内斜螺母 d d)环槽内斜环槽内斜三、降低螺栓应力幅三、降低螺栓应力幅 1、降低螺栓刚性、降低螺栓刚性 abbFC,则12bb1212,aaFF抗疲劳强度
21、得到提高，可抗疲劳强度得到提高，可用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接 2、增大凸缘刚性、增大凸缘刚性 ammFC,则12mm1212,aaFF提高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度垫片或直接拧在铸铁提高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度垫片或直接拧在铸铁 3、同时使用、同时使用Cb,Cm同时适当增加同时适当增加QP1212,mmbb12FF12aa提高被联接件刚性提高被联接件刚性Cm降低螺栓刚性降低螺栓刚性Cb , 同时同时QP2QP2 理想方法理想方法 三、减小应力集中的影响三、减小应力集中的影响1）加大过渡处圆角）加大过渡处圆角(图图1) 2）改用退刀槽）改用退刀槽3）卸
22、载槽，）卸载槽，(图图2) 4）卸载过渡结构。（图）卸载过渡结构。（图3） 2、滚动螺旋传动、滚动螺旋传动摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环两种内循环、外循环两种 特点：传动效率高（可达特点：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵），起动力矩小，传动灵活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高，
23、正逆活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆运动效率相同，可实现逆传动。运动效率相同，可实现逆传动。 缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺要求高，成本较高。制造工艺要求高，成本较高。 3、静压螺旋、静压螺旋液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开 特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现象，定位特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定
24、，无爬行现象，定位精度高，磨损小，寿命长。但螺母结构复杂（需密精度高，磨损小，寿命长。但螺母结构复杂（需密封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机床中进给和分度机构床中进给和分度机构 二、滑动螺旋的设计计算二、滑动螺旋的设计计算 1、结构与材料、结构与材料 千斤顶典型结构千斤顶典型结构 2、耐磨性计算、耐磨性计算 滑动螺旋中磨损是最主要的一种滑动螺旋中磨损是最主要的一种失效形式，它会引起传动精度下降，失效形式，它会引起传动精度下降，空间大，并使强度下降。空间大，并使强度下降。 磨损的影响因素：工作面的比压磨损的影响因素：工作面的比压，螺纹表面
25、质量，滑动速度和润滑状，螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态态 所以耐磨性计算主要限制螺纹工所以耐磨性计算主要限制螺纹工作面上比压作面上比压P要求小于材料的许用比要求小于材料的许用比压压当速度相同时，比压大，磨损量大当速度相同时，比压大，磨损量大润滑油不被挤出，易形成油膜润滑润滑油不被挤出，易形成油膜润滑4、螺母的螺纹牙强度计算、螺母的螺纹牙强度计算 由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，因此螺由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，因此螺纹牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处纹牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处展开，即可视为一悬壁梁，每圈螺纹承受的平均压力展开，即可视为一悬壁梁，每圈螺纹承受的平均压力Q/u作作用在中径用在中径d2的圆周上。的圆周上。 螺纹牙根部危险剖面的变螺纹牙根部危险剖面的变曲强度条件为：曲强度条件为：bbuDbQlWM62剖面剖面 -的剪切强度条件为：的剪切强度条件为：DbuQ
