螺纹的主要参数

螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性 好，适用于高温、高压的联接
5-2 螺纹联接的基本类型与标准件联接 一 、螺纹联接的基本类型 1、 螺栓联接
普通螺栓联接
绞制孔螺栓联接
普通螺栓联接
螺栓和孔壁有间隙 孔的加工精度低
绞制孔螺栓联接
螺杆与孔用过渡配 合，承受轴向载荷 孔需精制
可起定位作用
普通螺栓联接
fF
D13 D12
d03 d02
T1 2[d d2tan ()2 3d fD D 1 12 3 d d0 03 2]FdktFd
kt 1 2[dd2tan()2 3df D D 1 12 d d0 02] 33
T 0 . 2 F d F' T
0 .2 d
装配时控制预紧力的方法
5-4 螺纹联接的防松 一 摩擦防松
三、 螺栓联接的许用应力
载荷情况 静载
许用应 力
[σ]= σs/S
变载
Sa
校核应 力幅
不控制预紧力时 S
M6~16 M16~30
碳钢
5~4
4~2.5
控制预紧力时 S 不分直径 1.2~1.5
合金钢 6.5~5
5~3.3
碳钢
12~8.5
8.5
合金钢 10~6.5
6.5
2.5~4
1.5~2.5
dmin ≤ 16 20 24 30 36 42 48 56 64 12
FQ Z
2 、受横向载荷R的螺栓组联接、 （1） 普通螺栓联接
fFmzKf R F KfR
fmz
式中：f—接合面间摩擦系数 m—接合面数 Kf—考虑摩擦系数不稳定及靠摩
擦传力有时不可靠而引入的可靠性系数
一般Kf=1.1~1.3 (2) 用绞制孔螺栓联接
zF s R
Fs
R z
3、受旋转力矩T的螺栓组联接
螺栓的许用剪 应力
螺栓或被联接 件的许用挤压
应力[σp]
混凝土[σp] 木材[σp]
静载 变载 静载
变载
σs/2.5 σs/3.5~5 钢σs/1.25
铸铁 σB/2~2.5 较静载荷时减少(20~30)%
1~2
2~4
5-6 螺栓组联接设计 一、螺栓组联接的结构设计
1 、联接结合面的几何形状常设计成轴 对称的简单几何形状
（摘自GB3098.2—1982）（1988年确认）
螺母
4
性能
等级
5
68
9
10 12
相配 螺栓 性能 等级 直径 范围
3.6,4.6,4.8 3.6,4.6, 5.6, 6.8 8.8 8.8 9.8 10.9 12.9 4.8 5.8
>16
≤16 所有直径 >16 ≤ 所有 ≤
16 直径 39
5-3 螺纹联接的预紧
(1) 采用普通螺栓联接时，靠预紧后在 接合面上各螺栓处摩擦力对形心的力 矩之和平衡外加力矩T
fFr1 fFr2 .... fFrz Kf T
F
Kf T
KfT
f (r1 r2 ...rz)
z
f ri
i1
式中: r1 、r2、... rz—— 各螺栓中心至螺栓 组形
心O的距离 Kf—可靠性系数 f—接合面间摩擦系数
（3）疲劳强度计算
对于受变载 荷的螺栓联 接，按静强 度设计尺寸 后，还需进 行疲劳强度 校核
疲劳强度条件为
a
Cb 2F
Cb Cmd12
[a]
MPa
[a
]
km1
K Sa
MPa
式中 1 —螺栓材料的对称拉压疲劳极限 K —有效应力集中系数
k m —螺纹制造工艺系数
—尺寸系数 S a —安全系数
低碳合金钢 中碳钢，低 或中碳钢淬 中碳合金钢 合 金 火并回火 淬火并回火 钢
注：1.性能等级的标记代号含义：“.”前的数字为公称抗拉强度极限σb 的 1/100，“.”后的
数字为屈强比的 10 倍，即（σa/σb）﹡10。
2.规定性能等级的螺栓、螺母在图纸上只注性能等级，不应标出材料牌号。
3、 螺母性能等级
5-7 提高螺栓联接强度的措施 一 、改善螺纹牙上载荷的分配
均载螺母1
均载螺母2
均载螺母3
钢丝螺套
二、提高疲劳强度 1 减小应力幅
减小螺栓刚度 螺母下加弹性元件、中空螺杆、减小螺杆直径
增大被联接件刚度 去掉弹性密封垫、加密封环
2 减小应力集中
5-8 螺旋传动 一 、螺旋传动的类型和应用 螺旋传动按其类型可分为：
调整螺旋：如机床进给的微调螺旋 起重螺旋：如千斤顶 传动螺旋：如机床丝杠
螺旋传动按其螺纹间摩擦性质的不同,可分为: 滑动螺旋：滑动摩擦，结构简单，加工方
便，应用最广。 滚动螺旋：滚动摩擦 静压螺旋：液体摩擦
滑动螺旋牙形： 多用梯形螺纹,重载起重螺旋也有用锯齿形螺 纹, 对效率要求高时可用矩形螺纹
焊接
冲点
涂胶
5-5 单个螺栓联接的强度计算 一 、松螺栓联接
强度条件
4F [] d12
MPa
或
d1
4F
[ ]
mm
许用应力 [] s
MPa
1.2 ~1.7
二 、紧螺栓联接 1 、受横向载荷的紧螺栓联接 （1） 普通螺栓联接
4F
d12
W Tt Ftand 1(3)d22 4dF 12tan()2dd12
绞制孔螺栓联接
2、 螺钉联接
特点：被联接件不宜做成通 孔。 不宜经常拆卸。
拧入深度： 铜或青铜：H=d 铸 铁：H=1.25~1.5d 铝 合 金： H=1. 5~2.5d
3、双头螺柱联接
特点：被联接件Βιβλιοθήκη Baidu 宜做成通孔又需要 经常拆卸或用螺钉 无法安装。
拧入深度：
铜或青铜：H=d 铸 铁：H=1.25~1.5d 铝 合 金： H=1. 5~2.5d
合金钢，如: 40 Cr、15MnVB、30CrMnSi
螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低 20~40HBS
2、螺栓、螺钉、螺柱性能等级
（摘自GB3098—1982）（1988年确认）
性能等级
3．6 4．6 4．8 5．6 5．8 6．8 8．8
抗拉强度极限
σbmin 330 400 420 500 520 600 800
自锁条件
式中:′ --当量摩擦角 arctafn
f --当量摩擦系数 F--轴向力, N f--摩擦系数
cos
f f
三 、常用螺纹的特点和应用
螺纹的分类： 按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、 锯齿形螺纹、管螺纹 按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹
对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性 联接螺纹：自锁 管 螺 纹：紧密性、气密性 传动螺纹：效率高 调整螺纹：精度高 起重螺纹：效率高、自锁性好
2 、受轴向工作载荷的紧螺栓联接
汽缸盖的联接
（1） 受力分析(见动画)
螺栓受力 被联接件受力
F0
F
'
Cb Cb Cm
F
F '' F ' C m F Cb Cm
螺栓的相对刚度
（2）静强度计算
41.3F0 [] d12
MPa
或
d1
4 1.3F0
[ ]
mm
式中 [ ] —紧螺栓联接的许用拉应力
εσ 1.0 0.87 0.80 0.74 0.67 0.63 0.60 0.57 0.54 0.53
有效应力集中系数 Kσ σBMPa 400 600 800 1000
Kσ
3.0 3.9 4.8 5.2
螺纹制造工艺系数 Km:碾压 Km=1.25 车制 Km=1.0
表5-5 螺栓许用剪应力及许用挤压应力
度足够外，还应保证接合面既不出缝隙也不 被压馈
接合面右端应满足：
pmaxp pmax[]p MPa
pm
ax
zF A
W M[]p
Mpa （5-39）
左端应满足：
pminp pmax0 MPa
pmin
zF A
M W
0
MPa
（5-41）
由式5-39，5-41求得预紧力F′，并取两 者较大值,和工作拉力Fmax求得作用在螺栓 上的总拉力F0后，再求出所需螺栓直径
（MPa）
屈服极限
σsmin 190 240 340 300 420 480 640
（MPa）
硬度
（HBS）min 90 114 124 147 152 181 240
9．8 10．9 900 1040 720 940 276 304
12．9 1220 1100 366
推荐材料
低 碳 低碳钢或中碳钢 钢
4 、紧定螺钉联接
旋入被联接件的螺 纹孔中，顶住另一 被联接件的表面或 凹坑。
固定两个零件或传 递不大的力矩。
二 、标准螺纹联接件
各种螺栓
螺钉
紧定螺钉的头部和末端
三 、螺纹联接零件常用材料和机械性能等级 1、常用材料： 普通联接：
低碳钢，中碳钢，如:Q215、Q235和10、15、 35、45号钢 变载荷或有冲击、振动的重要联接：
1 、双螺母 在螺母和螺栓之间形 成内力，保证摩擦力。 结构简单、使用方便
可靠性不高
用于平稳、低速、重 载
2 、弹簧垫圈 弹力保持一定压力 切口尖端逆向
3 、锁紧螺母
镶嵌弹性环或尼 龙圈挤入螺纹中
椭圆口螺母
二、 机械防松 1 、开口销与六角开槽螺母
2 、止动垫圈
止动垫圈
3 、串联钢丝
三、 永久防松
1 、普通螺纹(代号：M GB 192-81)
特点：螺纹的牙型角=2=60。因牙型 角大，所以当量摩擦系数大，自锁性能
好，主要用于联接
细牙螺纹与粗 牙螺纹的比较
粗牙：常用
细牙：自锁性能更好。常用于承受冲击、振 动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装 置中 细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易 脱扣
4Fs
ds2m
[]
MPa
螺栓与孔壁的挤压强度条 件为：
p
Fs dshmin
[]p
MPa
式中 d s —螺栓抗剪面直径，mm
m —螺栓抗剪面数目
hmin —螺栓杆与孔壁挤压面的最小高
度 mm，设计时应使 hmin1.25ds
[ ] —螺栓的许用剪切应力，MPa
[ ] p —螺栓或孔壁材料的许用挤压应 力，MPa
r12
Tr1 r22 ... rz2
Trmax
z
ri 2
i1
4、 受倾覆力矩M的螺栓组联接
F 1 L 1 F 2 L 2 ... F z L z M
F 1 F 2 ... F z
L1 L2
Lz
F1
F 10
ML 1
L
1
2
L
2 2
...
L
2 z
F max
ML
z
max
Li2
i1
受倾覆力矩的螺栓组联接除要求螺栓强
2 、矩形螺纹
特点：
牙形为正方形， =0，所以效率高，用于传动,
牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替
3 、梯形螺纹(代号：Tr GB 192-81)
特点： =2=30。比矩形螺纹效率略低。
牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母 可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。
4、 锯齿形螺纹(代号：S JB 923-66)
（2）采用绞制孔用螺栓联接时，忽略接 合面上的摩擦力，外加力矩T靠螺栓所受 剪力对底板旋转中心的力矩之和来平衡
Fs1r1 Fs2r2 ... Fszrz T
Fs1 Fs2 ... Fsz
r1 r2
rz
Fs1 r1
(r12
r22
...
rz 2 )
T
Fs max
Fs1
Fs4
Fs5
Fs8
2、 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理
3 、螺栓的排列应有合理的间距、边距
扳手空间
4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应 取4， 6, 8等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画 线
5 、避免螺栓承受偏心载荷 产生偏心载荷的原因
凸面和沉头座的应用
斜垫圈的应用
二、 螺栓组联接的受力分析 1 、受轴向载荷Q的螺栓组联接
特点：工作边=3，非工作边=30，便于加工。
它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的 优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动
5 、圆柱管螺纹
特点：用于管件联接的三角螺纹，=55
螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在 1.6MPa以下的联接
6、 圆锥螺纹
特点：螺纹均布在锥度为1:16的管上,=55或60
预紧的作用： 预紧可使联接在承受工作载荷之前就受到预紧 力F`的作用，以防止联接受载后被联接件之间 出现间隙或横向滑移。预紧也可以防松
控制预紧力的目的： 预紧力过大，会使联接超载 预紧力不足，可能导致联接失效 重要的螺栓应控制预紧力
拧紧螺母时的力矩和预紧力
TT1T2
T1
Ftan()d2
2
T2
1 3
螺纹的主要参数
d--螺纹大径 d1-螺纹小径 d2--螺纹中径 p--螺距 n--线数
S--导程 --螺纹升角 ，牙型角 --牙型斜角
旋向
二、螺纹副的受力关系、效率和自锁
圆周力：拧紧时 Ft Ftan()
松开时 F t Ftan ()
效率：拧紧时
tan tan( )
松开时
tan() tan
16
对于常用的M10~M68的普通螺栓
0.5
螺栓的当量应力（第四强度理论）
e2 3 22 3 (0 .5 )2 1 .3
螺栓的强度条件为：
e
41d.132F
[]
MPa
41.3F
d1 []
当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，采 用套筒、键、销来承受横向载荷
（2）铰制孔螺栓联接
螺栓杆的剪切强度条件为: