高职《机械设计基础》螺纹连接与螺旋传动教案

**** 职业技术学院教课设计

第 10

次课

教课课型：理论课√

实验课□

习题课□

实践课□

技术课□

其余□ 主要教课内容

螺纹连结的基本知识

螺纹连结的预紧与防松

要点、难点

1. 螺纹及螺纹联接及其部件的构造和种类 2. 螺纹连结的预紧和防松 教课目标要求：

1. 认识螺纹联接的基本种类以及此间的差异； 2. 掌握螺纹联接、预紧和防松举措 教课方法和教课手段：

多媒体解说

议论、思虑题、作业：

1. 常用螺纹的种类有哪些？各用于什么场合？

2. 螺纹的导程和螺距有何差异？ 3. 螺纹连结的基本形式有哪几种？

参照资料：

多媒体资料，网络资料

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讲

稿 内 容

备注

7.1 螺纹联接 1. 螺纹的分类

螺纹主要尺寸的不一样，其性能、用途也不一样。常用的螺纹牙型有一般螺纹、管螺纹、矩

形螺纹、梯形螺纹和矩形螺纹（此中除矩形螺纹外都已经标准化）

。

2. 螺纹的主要几何尺寸

在机械制图中， 我们已经接触过螺纹和螺纹联接件。

要几何参数，该图是

GB192-81 标准化的螺纹牙型图。

此刻我们就以图 7-1 来说明螺纹的主

图 7-1

（ 1 ）大径 d （ D ）：螺纹的最大直

（ 2 ）中径 d 2（ D 2 ）：经过螺纹轴向剖面内牙型上的沟槽和突出宽度相等处的假

想圆柱面的直径，近似等于螺纹的均匀直

径，在标准中也作公称直径。

径，是确立螺纹几何参数的直径。

（ 3 ）小径 d1 （ D1 ）：即螺纹的最小直径， 在强度计算中常作为危险剖面的计算直径 。 （ 4 ）螺距 p ：螺纹相邻两牙在中径上对应两点的轴向距离。 （ 5 ）线数 n ：螺纹的螺旋线数目，也称螺纹头数。

（6 ）导程 s：同一螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。关于单线螺

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纹 s=p ；关于多线螺纹 s=np 。

（7 ）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。

（ 8 ）牙型角 ：螺纹牙型双侧边的夹角。

（ 9 ）螺纹的工作高度 h ：表示内外螺纹沿径向的接触高度。

关于这些几何参数值的规定，国际上和国内都已经标准化。规定的值不一样，就会形成不

同的螺纹，需要时能够查阅有关的手册和国家标准。

3. 常用螺纹的特色和应用

1 ）三角形螺纹（一般螺纹）

牙型角为 60 o ，能够分为粗牙和细牙，粗牙 用于一般联接；与粗牙螺纹对比，细牙因为在相

同公称直径时，螺距小，螺纹深度浅，导程和升

角也小，自锁性能好，宜用于薄壁部件和微调装

置。

2 ）管螺纹 多用于有密切性要求的管件联

接，牙型角为 55 o，公称直径近似于管子内径，属 于细牙三角螺纹。

3）梯形螺纹 牙型角为 30o，是应用最为宽泛的传动螺纹。

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图 7-2

4）锯齿型螺纹 双侧牙型角分别为 3o 和 30o，3o 的一侧用来蒙受载荷， 可获取较高效率；

30o 一侧用来增添牙根强度。合用于单向受载的传动螺纹。

5）矩形螺纹

牙型角为 0o，适于作传动螺纹。

7-2 所示。 以上 5 种常有螺纹牙型如图

此外，螺纹能够依据需要制成左旋或右旋（往常螺纹为

右旋）。

图 7-3 沿螺纹轴线方向看， 螺旋线自下而上向右倾斜为右旋（如图 a ），向左倾斜为左旋（如图 b ）。左旋螺纹的标准紧固件往常制有左旋标志。

按制定的螺纹标准不一样，此刻常有的有米制和英制两大类。我国除管螺纹外，一般采纳米制。

要注意：在实质工作中，特别是从事维修行业时要注意

一些入口机器中螺纹的单位制。

凡是牙型、大径和螺距切合国家标准的螺纹都称为

中常用的标准螺纹外，还有合用于某些特别行业的专用螺纹标

标准螺

图 7-3

纹。除机械制造 准，在需要的时

候能够查阅有关的设计手册。

虽然螺纹其实不陌生，但为了从理论的高度来理解和研究螺纹联接，接下来我们就需要对

螺纹联接的基本种类和螺纹常用紧固件进行认识。

4. 螺纹联接的基本种类和螺纹紧固件

螺纹紧固件

以下图为典型的螺纹联接方式之一。

从图中能够看出，联接一定存在起码两个被联接件。同时拥有螺栓、垫片、螺母等部件

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构成了一个联接。

那么，螺纹紧固件的种类究竟有那些呢？

联接其实是和人类的发展密切相连的。跟着工业化进度的发展，跟着专业化分工的出

现，为了提升部件的交换性，标准化势在必行。作为各个行业都不行或缺的重要部分：联接，

特别是螺纹联接、螺纹紧固件的种类、规格标准化显得更具重要性。

就当前来讲，螺纹紧固件的品种好多，可是从构造等方面来说，常用的有以下几种。

（ 1）螺栓

螺栓是工程上、 平时生活中

应用最为广泛、 宽泛的紧固件之

一，其形状如图 7-4 所示。

螺栓的头部有各样不一样形

状，可是我们最常有的是六角

图 8-12

头，为了知足工程上的不一样需

要，六角头又有标准六角头和小六角头。

一般状况下我们使用标准六角头， 在空间尺寸遇到限

制的地方使用小六角头螺栓。 可是， 小六角头螺栓的支承面积较小，

假如用于常常拆卸的场合

时，螺栓头的棱角也易于磨圆。

（ 2）双头螺栓

以下图。双头螺

图 7-4

栓的两头都制有螺纹， 两头的螺纹能够相同，

也能够不一样。其安装方式

是一端旋入被联接件的螺纹孔中，另一端用来安装螺母。

（ 3）螺钉

螺钉的头部有各样形状，如图

7-5 所示。为了明确表示螺钉的特色，所以往常以其头部

的形状来命名，如：半圆头螺钉、圆柱头螺钉、沉头螺钉和内六角圆柱螺钉等等。螺钉的承载

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力一般较小。可是注意：在很多状况下，螺栓也能够用作螺钉。

图 7-5

（ 4）紧定螺钉

常用紧定螺钉如图

7-6 所示。紧定螺钉主要用于小载荷的

状况下。比如，以传达圆周力为主的状况下，防备传动部件的

轴向串动等。能够看出：紧定螺钉的工作面是在尾端，所以对

于重要的紧定螺钉需要淬火硬化后才能知足要求。

（ 5）螺母

图 7-6

螺母是和螺栓相当套的标准部件，其外形有：六角形、圆

形、方形及其余特

殊的形状。如图

7-7 所示。

其厚度有厚

图 7-7

的、标准的和扁

的，此中以标准的应用最广。

（ 6）垫圈

垫圈也是标准件，品种也最多，如图 7-8 所示。 高职《机械设计基础》螺纹连接与螺旋传动教案

可是，应用最多、

最常有的有平垫和弹簧

垫两种。 平垫的目的 主

要 是 为 了 增 加 支 承 面

图 7-8

积，同时对支承面起保

护作用。 弹簧垫主假如 用于防备螺母和其余紧固件的自动松脱。

所以凡是有振动的地方又未采

取其余防松举措时，原则上都应当加装弹簧垫。

除了以上两类垫圈外，还有一些特别的垫圈，如方斜垫圈、止动垫圈等等。在需要的时

候可查阅设计手册。

在采纳标准件紧固件时，我们应当视详细状况，对连结构造进行剖析比较后合理选择。

此外， 我们需要注意 ：螺纹紧固件一般分精制和粗制两种，在机械工业中主要选择使用

精制螺纹。

5．螺纹联接的基本种类

依据所用紧固件和联接方式的不一样，螺纹联接能够分为四种基本种类。

1）螺栓联接

如图 7-9 所示的螺栓连结。其主要特色是被联接件上制有通孔，孔与螺栓杆之间能够留

有空隙（一般螺栓连结） ，也能够将螺栓杆上的没有螺纹部分作成与孔的过渡配合联接形式。

一般螺栓联

接：因为孔和杆之

间留有空隙， 能够

赔偿各孔之间的

7-9

地点偏差， 且加工

简单，装拆方便，所以获取宽泛的应用。通孔的大小不可以任意，应当依据装置精度查机械设计

手册确立。

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铰制孔螺栓联接：多采纳基孔制过渡配合，如

H7/m6 ，H7/n6 等，螺杆与通孔加工精度

高。因为孔与杆之间是过渡配合，拥有定位作用，能够蒙受横向载荷，可是加工成本高。

在选择螺栓时，需要考虑联接的构造尺寸进行。

2）双头螺栓联接

如图 7-10 所示。从

图上能够看出，其 主要特

点为一个被联接件上制有

螺纹孔，其余被联接件上

图 7-10

则有通孔。这类联接主要

用于被联接件较厚或遇到空间地点尺寸限制，而又需要经

常拆卸的状况下使用。

这类联接拆卸时，只要要把螺母拧下即可，而螺柱留

在原位，免得因多次拆卸使内螺纹破坏（磨损无效）

。

其螺柱的拧入深度的取值与被联接件的资料、螺柱的直径有关。

3）螺钉联接

如图 7-11 所示，为以典型的工程螺钉联接形式，

其特色是 ：在一个被联接件上加工有螺

纹孔，装置时螺钉直接拧入螺纹孔中，不需要螺母。

这类联接主要用在

空间地点遇到限制，而

且联接不需要常常拆卸

的地方。

图 7-11

比较上边三种联接

方式能够看出，一般状况 使用螺栓联接，在空间

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地点尺寸遇到限制时， 能够使用双头螺栓联接， 也能够使用螺钉联接， 其选择取决于拆卸的频

繁程度。

4）紧定螺钉联接

如图 7-12 所示，这类联接主要用来固定被联接件的相对地点

的。如图中，主要传达扭矩，为了防备轴向串动加设紧定螺钉。当

然，也能够传达较小的力或扭矩。

螺纹联接的预紧与防松 螺纹联接的预紧

在平时生活中，我们大部分同学都应当拧过螺栓。依据个人的

图 7-12

经验知道：当利用螺栓联接时，需要将螺母拧紧，为何呢？下边 我们就从科学的理论与方法来商讨研究这方面的问题。

我们依据平时的生活经验和前面学过的资料力学有关知识知道，任何资料在遇到外力作

用时，都会产生或多或少的形变，螺栓也不例外。当联接螺栓蒙受外在拉力时，将会伸长。如 果我们在初始时仅将螺母拧上使各个接合面贴合，

那么在遇到外力作用时， 接合面之间将会产

生空隙。所认为了防备这类状况的出现，我们都知道在部件未受工作载荷前需要将螺母拧紧， 使构成联接的所有部件都产生必定的弹性变形（螺栓伸长、被联接件压缩）

，进而能够有效地

预紧 ， 保证联接的靠谱。这样，各部件在蒙受工作载荷前就遇到了力的作用，这类方式就称为 这个预加的作使劲就称为 预紧力 。

明显， 预紧的目的 就是：加强联接的密切性、靠谱性，防备受载后被联接件之间出现间

隙或发生相对滑移。

经考证明：采纳适合较大的的预紧力，对螺栓联接的靠谱性及螺栓的疲惫强度都是有益

的。但过大的预紧力会使紧固件在装置或有时过载时断裂。所以，关于重要的螺栓联接，在装

配时需要控制预紧力。

关于一般联接用的钢制螺栓，其联接预紧力

Q p 不超出其资料折服极限

s 的 80% 。能够

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按下边的介绍的关系式确立：

碳素钢螺栓： Q p 合金钢螺栓： Q p

(0.6 ~ 0.7) s (0.5 ~ 0.6) s A1 A1 式中： A1 ——为螺栓的危险剖 面面积。

预紧力的详细数值应当依据载

荷性质、联接刚度（后边要讲）等

详细的工作条件来确立。关于重要

图 7-13

的螺栓联接，应在图纸上作为技术条件注明预紧力矩，以便在装置时保证。 1．预紧力控制方法

在装置时，预紧力是借助于测力矩扳手或定力矩扳手控制

的，如图 7-13 、 7-14 所示，经过控制拧紧力矩来间接保证预紧

力的。

图 7-14

预紧力矩有两部分构成

： 1）螺纹副的摩擦力矩

T 2。

T 1 ；2 ）螺

母和钉头与支承面间的摩擦力矩

预紧力矩的计算公式为：

1 T

2 d2 Qp tan(

v

)

1

D03 d03 3 f cQ p D02 d02

此中： Q p —— 预紧力

—— 螺纹升角

v —— 螺旋副的当量摩擦角

D 0 , d0 —— 支承面环形带的外径、内径

d2 —— 螺纹中径

f c —— 支承面间的摩擦系数

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关于 d 为 10 ～ 64mm

的常用粗牙一般钢制螺栓，上式可近似简化为：

T 0.2Q p d

,比如压力容器、输气、输油管道等联接

关于只靠经验而不加严格控制预紧力的重要螺栓

螺栓，不宜采纳小于

M12 ～ M16 的紧固件。

2．预紧应力

预紧应力的计算应综合考虑 Q p 产生的拉应力和摩擦力矩产生的剪应力

ca 。

T ，故对采纳塑 性钢材制造的一般紧固件，应当采纳第四强度理论来计算其

ca 2

3 T2 Q p

（T 0.5 ） 1.3Q p

ca

因为

Q p

， 所以：

A

d12 4 d12

4

也即： 能够将预紧力增添 30% ，以考虑扭转剪应力的影响。

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第 11 次课 主要教课内容

教课课型：理论课√

实验课□

习题课□

实践课□

技术课□

其余□ 螺纹联接的预紧和防松 螺栓组联接设计 螺栓联接的强度计算 提升螺栓强度的举措

要点、难点

1．防松的必需性、基来源理和详细举措

2. 提升螺栓联接强度的举措 教课目标要求：

1．认识螺纹联接拧紧的目的

2．认识螺纹联接防松的必需性以及防松的基来源理

3. 掌握提升螺栓联接强度的举措

教课方法和教课手段：

多媒体解说

议论、思虑题、作业：

1. 为何螺纹连结往常要采纳防松举措？常用的放松方法和装置有哪些？

2. 常有螺纹无效有哪几种形式？无效发生的部位往常在哪处？

参照资料：

多媒体资料，网络资料

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讲

稿 内 容

备注

7.2 螺纹连结的预紧与防松

7.2.2 螺纹联接的防松

机械中联接的无效（松脱） ，轻者会造成工作不正常，重者要惹起严重事故。所以，螺纹

联接的防松是工程工作中一定考虑的问题之一。

一般来说，联接螺纹拥有必定的自锁性，在静载荷条件下其实不会自动松脱。可是，因为

联接的工作条件是变化多端、各不相同的详细实质场合，都不行防止地存在冲击、振动、变载

荷作用。 在这些工况条件下， 螺纹副之间的摩擦力会出现刹时消逝或减小的现象；

同时在高温

或温度变化比较大的场合， 资料会发生蠕变和应力废弛， 也会使摩擦力减小。 在多次的作用下，

就会造成联接的渐渐松脱。

防松的实质： 就是防备螺纹副的相对转动，

也就是螺栓与螺母间的相对转动

(内螺纹与外螺纹

之间 )。

常用的防松方法 有三种：摩擦防松、机械防松和永远防松。

机械防松和摩擦防松称为可拆卸防松，而永远防松称为不行拆卸防松。

常用的永远防松有：点焊、铆接、粘合等。这类方法在拆卸时大多要破坏螺纹紧固件，

没法重复使用。

常有摩擦防松有：利用垫片、自锁螺母及双螺母等。

常有的机械防松方法：利用张口销、止动垫片及串钢丝绳等。

机械防松的方法比较靠谱，关于重要的联接要使用机械防松的方法。

下边我们分述以下：

1 、摩擦防松

1 ）弹簧垫片防松

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弹簧垫圈资料为弹簧钢， 装置后垫圈被压平， 其反弹

力能使螺纹间保持压紧力和摩擦力，进而实现防松。

2 ）对顶螺母防松

利用螺母对顶作用使螺栓式中遇到附带的拉力和附 加的摩擦力。因为多用一个螺母，而且工作不十分靠谱，

当前已经和少使用了。

3 ）弹性圈螺母防松

螺纹旋入处嵌入纤维或尼龙来增添摩擦力。该弹性圈还起防备液体

泄露的作用。

4 ）自锁螺母防松

螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧 后，收口胀开， 利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧。

这类防松结

构简单、防松靠谱，可多次拆装而不降低防松性能。

2 、机械防松

1 ）槽形螺母和张口销防松

槽形螺母拧紧后，用张口销穿过螺栓尾

部小孔和螺母的槽， 也能够用一般螺母拧紧后

进行配钻销孔。

2 ）圆螺母和止动动垫片

使垫圈内舌嵌入螺栓（轴）的槽内，拧

紧螺母后将垫圈外舌之一褶嵌于螺母的一个槽内。

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3 ）止动垫片

螺母拧紧后， 将单耳或双耳止 动垫圈分别向螺母和被联接件的

侧面折弯贴紧， 实现防松。假如两

个螺栓需要双联锁紧时， 可采纳双

联止动垫片。

4 ）串连钢丝防松用低碳钢钢丝穿

入 各 螺 钉 头 部 的 孔内，将各螺钉串连起来，使其互相制动。

这类构造需要注意钢丝穿入的方向，以下图。

3 、冲边法防松以

下图。

4 、粘合防松

往常采纳厌氧胶粘结剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后粘结 剂能够自行固化，防松成效优秀。

螺栓组的构造设计

在工程上，我们能够看到，独自利用一个螺栓来实现联接的状况其实不常见，基本上都是

由几个螺栓按适合的规律摆列起来， 共同达成和实现一个联接任务的， 这些状况我们称为螺栓组。下边我们就来看一下螺栓组的构造设计的原则和应当注意那些问题。 要注意 ：虽然我们讲的是螺栓组，但这些方法和原则对其余的螺纹联接相同合用。

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在长久的工作实践中，人们认识到，怎样尽可能地使各个螺栓靠近均匀地肩负外载，是

设计、 安装螺栓组的主要问题。 合理部署同一组内的螺栓的地点起着要点的作用。

经过实践发

现，在进行螺栓组构造设计时应当考虑以下七个方面的问题。

1 ）螺栓（钉）孔的部署

联接接合面的几何形状往常都设计成轴对称的简单几何形状，同一螺栓组的螺栓部署应

力争对称、散布均匀，从设计上第一保证被联接件接合面上受力均匀。如图

7-15 所示。

在部署螺栓时， 应当注意：不要在平行于外力的方向成排地部署

8 个以上的螺栓，免得

载荷散布过分不均（自然也不是绝对的）

。 2 ）螺栓摆列应有合理的钉距、边距

在部署螺栓时，螺栓中心线与机体壁、螺栓之间的距离，要依照扳手所需的活动空间大

小和联接的额密封性要求来决定。最小扳手空间尺寸可查阅有关手册，也能够依据经验确立。

一般来讲，螺栓中心线到机体外壁的距离为：

B

D 2

(1 ~ 3) mm（此中 D 为螺栓六角头大径）

螺栓之间的距离一般依照经验公式选择：

t (5 ~ 8)d （用于一般联接及压力

的压力容器）

p

t (2.5 ~ 4.5)d （ 用 于 密 封 性 要 求 高 及 压 力

p (1.0 ~ 10)MPa 场合）

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t 10d

（用于无

密封要求的场合）

3 ）螺栓数目的选择散布在同一圆周上的

额螺栓数应取为 3 、4、6 、

8 、12 等易于分度的数目，

图 7-15

以利于划线钻孔和加工。

自然，假如自动化程度较高，也能够采纳其余的分度方法。

4 ）螺栓直径的选择

一般是先依据经验、 或类比的方法、 或依照有关的规范进行选用，

而后在进行强度的计算。

关于一般联接，初选螺栓直径

d 时，约可取为被联接件的厚度 。

5 ）螺栓规格的选择

在通用机械中，为简化设计、制造，对同一螺栓组内的螺栓及配套件而言，不论受力的大 小差异，应当选择相同资料、规格的同一标准的螺栓，便于采买、管理和装置。

6 ）春联接支承面的要求

被联接件上与螺母或螺栓头接触的支承面应当平坦，而且要求与螺栓轴线垂直，免得惹起 偏爱载荷而削弱螺栓强度。为便于加工，常常将支承面作成凸台或沉头（鱼眼坑）

。

7 ）其余应注意的问题

1 ．一般状况下，螺栓与钉孔之间应留有空隙，因为螺栓是标准件，在螺栓选定以后螺栓

的 直 径 就 已 经确 定 。 所以 ， 必 须 依 照螺 栓 直 径选 择 其 钉 孔 直径 （ 可 以查 阅 国 家 标 准

GB5277-85

）。

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2 ．拧入螺纹深度、螺纹伸出长度、螺孔加工深度、光孔深度等尺寸相同也能够查阅有关

的标准或手册，不可以凭幻想象。

3 ．螺栓联接的预紧及防松问题的考虑（前面已有详尽的叙述）。

螺纹紧固件的资料与许用应力

一．资料

螺纹紧固件的资料是多种多样的，以知足不一样行业不一样用途的需要。常用的有：

Q215 、

Q235 、 10 、 35 和 45 钢，关于蒙受冲击、振动的，能够采纳高强度资料，如 30 CrMnSi 等，用作其余特别用途的能够采纳特别资料，比如不锈钢等。

15Cr 、 40 Cr 、

国家标准中对资料的使用无硬性的规定，只有介绍资料。可是，规定了一定达到的性能等

级，见表 （教材）。

其性能等级有两部分的数字所构成，利用小数点分开。前面的数字表示公称抗拉强度的

1 ；后边的数字表示折服强度 100

s 或 0.2 与公称抗拉强度

B 的比值的 10 倍。

在机械设计中， 一般要给出所选择螺栓的性能等级国标号， 螺母的性能等级见表 （教材）

列于明细表中， 便于统计采买。

二．许用应力

1 ．铰制孔螺栓联接

铰制孔螺栓蒙受横向载荷时，许用应力可按以下方法选择。

许用剪应力：

[ ]

s

（静载荷）

s

或

[ ]

~ 5

s （变载荷）

许用挤压应力： [ ] p

（静载荷，被联接件为钢）

或 [ ] p

B

（静载荷，被联接件为铸铁） 高职《机械设计基础》螺纹连接与螺旋传动教案

变载荷时， [ ] p 要在以上结果的基础上乘以 2 ．一般螺栓联接

0.7 ～ 0.8 。

关于一般螺栓联接，受横向载荷和轴向载荷时的许用应力，当控制预紧力时可取为

[ ]

s

；不控制预紧力时，螺栓的许用应力能够用下式求得：

[ ]

s

S

（教材） 中选择。 S 为安全系数，能够依据其公称直径在

螺纹联接的强度计算

螺栓组的构造设计达成以后，关于重要的螺栓连结都应当进行强度计算。 螺纹连结的主

要无效形式有三类 ： 1 ）拉断； 2 ）剪断； 3 ）关于铰制孔联接出现孔或螺栓挤压变形。一般来

说这三类无效形式是不会同时发生的。

进行螺栓联接强度计算的第一步就是进行载荷剖析，确立此中受载最大的螺栓及载荷大

小，而后依据无效可能的发生形式选择不一样的方法进行计算。

在轴向载荷的作用下，螺栓的无效形式为螺栓拉断。依据统计剖析，在静载荷条件下，

除少量因为严重过载无效外， 螺栓联接极少发生破坏，

但在变载荷条件下， 螺栓则易发生疲惫断裂。 如图 7-16

所示显示了疲惫断裂常发生的部位及所占的比率。因

图 7-16

此，螺栓联接强度计算的目的，主假如依照载荷的性

质、联接的种类来确立螺栓所受的力，

而后按

相应的强度条件计算螺纹小径或校核其强度。

一．松螺栓联接的强度计算

松螺栓联接， 螺母、螺栓和被联接件不需

要拧紧， 在蒙受工作载荷前， 联接螺栓是不受

力的，典型的构造如图 7-17 所示的起重机吊

图 7-17

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钩。

该螺栓联接在外载荷

F 作用下其强度条件式为：

F 1

[

2

] 或 d1

4F

[ ]

4 d1

式中： d1—— 螺纹的小径 （ mm）

[

] —— 许用拉应力 （ MPa），且 [ ]=

s S

—— 资料的折服极限；

S—— 安全系数

安全系数需要依据详细状况，参照有关标准和设计规范进行。

二．紧螺栓联接的强度计算

这类装置，螺栓将蒙受预紧力和工作载荷的两重作用。而工作载荷的作用方式有：横向

载荷和轴向载荷两种。

1 ）蒙受横向载荷作用时的强度计算

相同的蒙受横向载荷，螺栓联接的方式又有两类：一般螺栓联接和铰制螺栓联接。关于这两类联接方式，

其对应的无效方式是不一样

的。关于一般螺栓联接来

说，假如两联接接合面间发

生相对滑移即被视为无效；

而铰制孔联接是依赖螺栓

图 7-18

受挤压的强度决定的。

关于一般螺纹联接， 如图 7-18 所示，强度的计算准则为

：预紧力在接合面所产生的摩擦

力一定足以阻挡被联接件间的相对滑移。

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设螺栓组中各螺栓所肩负的载荷是均等的，则强度关系式能够表示为：

f Q p Z i K s

ca

F

或 Q p

K s F fZi

1.3Q p

螺栓杆的计算应力为

[ ]

4 1

d2

式中： Q p —— 每个螺栓所受的预紧力；

z ， i —— 螺栓组中的螺栓数目及接合面数； f —— 接合面间的摩擦系数（依据材质的不一样而变

化）

；

K s —— 靠谱性系数，一般可取

F —— 外载总和。

我们知道， f 一般较小，远小于

K s =1.1~1.3;

1 ，这时的 Q p 需

要很大才能知足要求，必然要增添螺栓直径。为防止这 种缺点，能够采纳如图

7-18 所示的减载装置构造，利

图 7-18

用键、套筒或销来蒙受横向工作的载荷，使得螺栓只用

来保证联接，而不再蒙受工作载荷，所以预紧力不需要很大。

这类装置的联接强度是

按减载部件（键、套筒或销）

的剪切、 挤压强度条件进行计

算。

其他为简化构造， 还能够

图

7-19

采纳铰制孔用螺栓联接， 如图

7-19 所示。因为螺栓杆与孔壁之间没有空隙，当蒙受横向载荷时，接触表面受挤压，在联接 接合面处， 螺栓杆则蒙受剪切。 所以应当对螺栓杆与孔壁配合面的挤压强度和钉杆横剖面的抗 剪切强度进行验算。强度验算式为：

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p

F dL 0 [ ] p

min F

4

d02

[ ]

式中： d0

—— 钉杆与孔壁配合部分的直径；

Lmin —— 为钉杆与被联接件孔壁受挤压面的最小高度，按详细要求选用，一般

Lmin

0 。

2 ）蒙受轴向载荷时的强度计算

受轴向载荷的额紧螺栓联接是工程上使用最多的一种联接方式。这时，一定同时考虑预 紧力和外载力春联接的综和影响。

如图 7-20 所示为螺栓联接的预紧和工作的全过程中螺栓与

。

被联接件受力变形过程的构造表示图（注意：为了说明问题，图中的尺寸有些夸张）

当螺栓未拧紧时，螺栓和被联接件都处于自然状态。当施加预紧力

Q p 后，螺母拧紧，螺

m 。当联接上作用有外

栓杆对应于 Q p 伸长 b ，被联接件在 Q p 的作用下产生压缩变形量为

载 F 时，螺栓杆将持续伸长，其增量为

，被联接件因压力减小而产生部分弹性恢复，其

剩余预紧力 ，用 Qp' 表示。

压缩变形的恢复量也应当等于

，此时被联接件上的剩余压力称为

由图能够看出，螺栓杆上所受的总拉力

Q 可用下边的关系式表示：

Q= Q p + 或

F

Q= Q 'p +F

Q 其实不等于

能够看出，螺栓杆和被联接件的变形是相互有关的，作用在螺栓上的总拉力

预紧力和外载力之和，这一点计算中要特别注意。

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外载荷我们能够经过对螺栓组的

受力剖析求得。关于剩余预紧力

Q 'p ，

一般按螺栓联接要求或重要程度由经 验选用， 都一定使 Q'p >0 。在没有资料 时，可按下边介绍值采纳：

Qp' =（）F

一般联接，

图 7-20

工作载荷稳固； Qp' =（）F Qp' =（）F

Qp' ≥ F地脚螺栓联接 一般载荷，工作载荷不稳固； 要求由密封性的联接；

由图 10-21 的几何关系获取关系式：

Q p

b

Q p

tan b Cb ；

m

tan m

Cm

我们把 C b 、 C m 分别称为螺栓和被联接件的刚度，即产生单位变形所需力的大小。一旦

资料和构造确立后，

Cb 、 C m 可视为常数。

相同，由几何关系可导出下边的关系式：

F

所以获取：

tan F F

F

b

C b

Cb C m Q Q p

FF 故：

tan m F

C m ，

F

Cb

Cb C m

Cb F

进而能够获取：

Cb C m

为保证有足够的剩余预紧力

Qp' ,就要保证：

F ) Q p'

Q p Q p' ( F

C m F C b C m

此中：

Cb Cb C m

称作螺栓的相对刚度；

C m

称作被联接件的相对刚度。 C b

C m

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常数

Cb Cb C m

的值是经过试验获取的，能够

参阅（教材） 。

由式 F

Cb

F 能够看出， 当 Cb << C m 时，外载施加在螺栓上的载荷 F 将很小。 Cb Cm

在其余条件不变的状况下，

Q、 Q 'p 将减小。所以，在一般联接件中采纳较硬的金属垫片以减

小螺栓直径。而密封性要求较高时，采纳软金属作垫片。

我们知道，理论计算和工程实质是有差其他，为了保证靠谱预紧，在求得 到其余要素（如扭转剪切应力等）的影响，应将

Q 此后，考虑

Q 增添 30% 。

所以：

ca

d12 4

[ ]

提升螺栓联接强度的举措

螺栓联接的强度主要取决于螺栓强度， 而影响螺栓强度

的要素有很多。那么怎样提升螺栓联接强度呢？

一．降低影响螺栓疲惫强度的应力幅

图 7-20

1) 跟着外载在 0 ～ F 之间的变化， 螺栓总拉力将在 Q 和

Q p 之 间 变 化 ， 其 变 动 幅 度 为

C b

F

F ， 而

F ，明显跟着 p 的增添， 在

Q

F 不变

C b

的条件下，

C m

F Q p

会降落，就能够使螺栓蒙受的变应力

相对减小，载荷趋于安稳。所以，适合增大预紧力可

图 7-21

以减小变应力对强度的影响。

2 ）由 F

C b C b C m

F 可知， F 与螺栓和被联接件的刚度有关，增大

C m 或减小 Cb 都 能够使

F 减小，也能够减小变应力对强度的影响。为达此目的，能够：

（ 1 ）改变螺栓的长度

或形状，如图 8-31 所示，以降低螺栓的刚度； （ 2）利用必定的方法提升

C m ，比如图 7-21

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所示，采纳刚度较大的金属垫片或

采纳密封圈进行密封。

二．改良螺纹牙间的载荷散布不均

现象

在 联 接 承 受 轴 向 载 荷 作 用

图 7-22

时，在整个螺纹长度上，其蒙受的载荷

是不一样的， 而是逐圈递减的。 试考证明 ：

约有三分之一的载荷集中在第一圈螺纹

上，此后各圈递减，在第八圈此后螺纹

图 7-23

几乎不蒙受载荷，如图 7-22 和图 7-23

所示。所以希望利用增添螺母厚度来提升联接强度，其成效不大。

改良载荷不均匀的举措， 原则上是减小螺栓与螺母两者蒙受载荷时螺距的变化差，

尽可能

使螺纹各圈蒙受载荷靠近均等。

常用的方法有： 1 ）将螺母设计成受拉伸的； 7-24 ； 3 ）采纳

2）在螺母的旋

入端最先螺纹上制出倒角，如图

均载钢丝套，利用钢丝螺套的膨胀作用起到均载 的作用。

三．防止或减小附带应力

图 7-24

附带应力是指因为制造、装置或不正确设计 而在螺栓中产生的额附 加曲折应力。为此，联 接的支承面一定进行加 工，设计常常将支承面 设 计 成 单 个 凸 台 锪

图 7-25

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（ huo ）平或采纳沉头座（又称鱼眼坑） ，保证设计、制造、安装时螺栓轴线与被联接件的接合面垂直，如图 7-25 。

四．减小应力集中的影响

我们已经知道应力集中是十分有害的。以前看到一根直径大概

600mm

的轴因为应力集

中而产生断裂的状况。 螺栓的断裂也最简单在应力集中处产生。 如图 10-48 所示的卸载构造。

五．采纳合理的制造工艺

为了减少应力集中， 能够采纳

采纳合理的制造工艺方法，

也能够提升螺

栓的疲惫强度， 比如采纳冷墩、 滚压或利用氮

化和氰化的热办理工艺， 能够极大地提升螺栓

的疲惫强度（滚压大概能够提升

30 ～ 40% ，

假如经过热办理再滚压甚至能够提升大概

70 ～ 100% ）。

至此，螺栓联接的内容我们就解说完成，

下边我们就来看书上给我们供给的例题。

那么我们在实质工作中应怎样利用这些知识呢？

例： (略 )

在联接中， 除了螺纹联接外， 还有一些没法利用螺栓来实现联接的场合，

比如安装在轴上

的部件（齿轮、链轮、带轮等） ，这类联接（轮毂与轴）统称为轴毂联接，其主要方式有键联

接、花键联接、无键联接等等。接下来我们就开始逐渐进行介绍。

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**** 职业技术学院教课设计

第 12 次课 主要教课内容

教课课型：理论课√

实验课□

习题课□

实践课□

技术课□

其余□ 螺旋传动

要点、难点

1．掌握一般螺旋传动的分类及旋进方向的判断。

教课目标要求：

1、认识螺旋传动的分类；

2、掌握一般螺旋传动的分类及旋进方向的判断；

3、理解一般螺旋传动挪动距离的计算；

4、认识螺旋传动的优、弊端；

教课方法和教课手段：

多媒体解说

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议论、思虑题、作业：

参照资料：

多媒体资料，网络资料

讲

稿 内 容

备

注

螺旋传动的特色及分类

一 螺旋传动的特色

1 ． 作用

利用螺旋副来传达运动和动力，将主动件的展转运动转变成从动件的直线运动。

2 ． 特色

构造简单、安稳、承载能力大、传动精度高，摩擦大、传动效率低。

3 ． 种类

一般螺旋传动 差动螺旋传动

滚珠螺旋传动

二 分类

（一）按使用要求不一样可分为

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1. 传力螺旋 2. 传导螺旋 3. 调整螺旋

图 7-26

（二）按螺杆与螺母相对运动方式分类

1. 螺母固定不动，螺杆展转并作直线运动（千斤顶）

2. 螺杆固定不动，螺母展转并作直线运动（机床丝杠）

3. 螺杆展转，螺母作直线运动（极少应用） 4. 螺母展转，螺杆作直线运动（极少应用） （三）按摩擦性质分类

滑动螺旋、转动螺旋、静压螺旋

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图 7-27

螺旋传动的设计

耐磨性计算

滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗拙度以及润滑状态等要素有

关。此中最主要的是螺纹工作面上的压力，压力越大螺旋副间越简单形成过分磨损。所以，滑动螺旋

的耐磨性计算，主假如限制螺纹工作面上的压力

p ，使其小于资料的许用压力 [p] 。 如图 5 － 46 所示，假定作用于螺杆的轴向力为

Q（ N ），螺纹的承压面积（指螺纹工作表面投影到垂

直于轴向力的平面上的面积）为

A （ mm 2 ），螺纹中径为小（ mm ），螺纹工作高度为

H （ mm ），

螺纹螺距为 P（ mm ），螺母高度为

D（ mm ），螺纹工件圈数为

u ＝ H/P 。则螺纹工作面上的耐

磨性条件为

（7-1 ）

上式可作为校核计算用。 为了导出设计计算式， 令 ф=H/d 2 ， 则 H= фd 2 ，，代入式（5 －43 ）

引整理后可得

（ 7-2 ）

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关于矩形和梯形螺纹，

h ＝0.5P ，则

（ 7-3 ）

关于 30 o 锯齿形螺纹。 h ＝ 0.75P ，则

（ 7-4 ）

螺母高度

H= фd 2 式中： [P] 为资料的许用压力， MPa ，见表 5 － 13 ；ф值一般取 1.2 ～ 3.5 。关于整

ф＝ ～

体螺母， 因为磨损后不可以凋整空隙，为使受力散布比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取

2.5 关于剖分螺母和兼作支承的螺母，可取 长时，才同意取 ф=4 。

ф ～ 只有传动精度较高；载荷较大，要求寿命较

依据公式算得螺纹中径

d 2 后，应按国家标准选用相应的公称直径 d 及螺距 P。螺纹工作圈数不

宜超出 10 圈。

表：滑动螺旋副资料的许用压力 [ P]

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螺杆—螺母的资料

滑动速度 许用压力

低速

1825 11

18

≤

钢—青铜

6 12 >15 612

13

12

4 7 1

10 2

淬火钢—青铜

1013 18

钢—铸铁

6

7

注：表中数值合用于 ф 应降低 15 ～ 20 ％。

～ 4 的状况。当 ф＜ 时， [p] 值可提升 20 ％；若为剖分螺母时则 [p] 值

螺纹几何参数确立后、关于有自锁性要求的螺旋副，还应校校螺旋副能否知足自锁条件，即

式中；

为螺纹升角； f V 为螺旋副的当量摩擦系数； f 为摩擦系数．见下表。 表：

滑动螺旋副的摩擦系数 f

螺杆—螺母的资料

钢—青铜 摩擦系数 f

淬火钢—青铜

钢—钢

钢—铸铁

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注：起动时取大值．运行中取小值。

螺杆的强度计算

受力较大的螺杆需进行强度计算。螺杆工作时蒙受轴向压力（或拉力）

Q 和扭矩 T 的作用。

螺杆危险截面上既有压缩（或拉伸）应力；又有切应力。所以；核核螺杆强度时，应依据第四强度理

论求出危险截面的计算应力

σca ，其强度条件为

或

（ 7-5 ）

式中：

A — 螺杆螺纹段的危险截面面积。

W T—螺杆螺纹段的抗扭截面系数，

d l— 螺杆螺纹小径， mm ； T—螺杆所受的扭矩，

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［ σ］—螺杆资料的许用应力， MPa ，见下表

滑动螺旋副资料的许用应力

许用应力 (MPa)

螺旋副资料

[ σ]

螺杆

钢

σs/(3~5)

[σ]b

[ τ]

青铜 铸铁

40~60 40~55

30~40

40

螺母

钢

(1.0~1.2) [ σ] 0..6[ σ] 注： 1） σs 为资料折服极限。

2 ）载荷稳准时，许用应力取大值。

螺母螺纹牙的强度计算

螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的资料强度低于螺杆，故只要校核螺母螺纹牙的强

度。

如图 5 － 47 所示，假如将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径 D 处睁开，则可看作宽度为 πD 的悬臂梁。假定螺母每圈螺纹所蒙受的均匀压力为 Q/u ，并作用在以螺纹中径 D 2 为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面 a－ a 的剪切强度条件为

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（ 7-6 ）

图 7-28

螺纹牙危险截面 a －a 的曲折强度条件为

式中：

（7-6 ）

b ——螺纹牙根部的厚度，

mm ，关于矩形螺纹， b ＝ 0.5P 关于梯形螺纹， b 一 0.65P, 关于 30 o 锯齿

形螺纹， b=0.75P ， P 为螺纹螺距；

l ——曲折力臂； mm 参看图 , l=(D-D 2 )/2 ； [ τ]——螺母资料的许用切应力， MPa ，见表； [ σ]b ——螺母资料的许用曲折应力， MPa ，见表。

当螺杆和螺母的资料相同时，因为螺杆的小径 此时，上式中的 D 应改为 d 1 。

d l 小于螺母螺纹的大径 D ，故应校核杆螺纹牙的强度。

螺母外径与凸缘的强度计算。

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在螺旋起重器螺母的设计计算中，除了进行耐磨性计算与螺纹牙的强度计算外，还要进行螺

母下段与螺母凸缘的强度计算。以下列图所示的螺母构造形式，工作时，在螺母凸缘与底座的接触面上

产生挤压应力， 凸缘根部遇到曲折及剪切作用。 螺母下段悬置， 蒙受拉力和螺纹牙上的摩擦力矩作用。

设悬置部分蒙受所有外载荷

Q ，并将 Q 增添 20 ～ 30 ％来取代螺纹牙上摩擦力矩的作用。则

螺母悬置部分危险截面

b － b 内的最大拉伸应力为

式中 [σ] 为螺母资料的许用拉伸应力， [ σ]=0.83[ σ]b ， [σ] b 为螺母资料的许用曲折应力，见表 5－ 15 。

螺母凸缘的强度计算包含：

凸缘与底座接触表面的挤压强度计算

式中 [σ] p 为螺母资料的许用挤压应力，可取

[ σ] p= （

1.7 ） [ σ]b

凸缘根部的曲折强度计算

式中各尺寸符号的意义见下列图。

螺旋传动常用资料

螺旋传动常用资料见下表：

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表：

螺旋传动常用的资料

螺旋副

资料牌号

Q235 、Q275 、 45 、 50 40Cr 、 65Mn 、T12 、 40WMn 、18CrMnTi 9Mn2V 、 CrWMn 、

应用范围

资料不经热办理，合用于常常运动，受力不大，转速较低的传动

资料需经热办理，以提升其耐磨性，合用于重载、转速较高的重 要传动

资料需经热办理，以提升其尺寸的稳固性，合用于精细传导螺旋 传动

螺杆

38CrMoAl

ZCu10P1 、ZCu5Pb5Zn5 资料耐磨性好，合用于一般传动

资料耐磨性好，强度高，合用于重载、低速的传动。关于尺寸较

螺母

ZcuAl9Fe4Ni4Mn2

大或高速传动，螺母可采纳钢或铸铁制造，内孔浇注青铜或巴氏

ZCuZn25Al6Fe3Mn3

合金

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