3螺纹联接与螺旋传动

第三章 螺纹联接与螺旋传动
1．常用螺纹有哪几类？哪些用于联接，哪些用于传动，为什么？哪些是标准螺纹？
常用的有：三角螺纹，矩形螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹。

三角螺纹用于联接，其余用于传动。

因三角螺纹自锁性好，其它螺纹传动效率高。

除矩形螺纹外，其余均为标准螺纹。

3．螺纹联接有哪些基本类型？适用于什么场合？
螺纹联接有4中基本类型。

螺栓联接：用于被联接件不太厚且两边有足够的安装空间的场合。

螺钉联接：用于不能采用螺栓联接（如被联接件之一太厚不宜制成通孔，或没有足够的装配空间），又不需要经常拆卸的场合。

双头螺柱联接：用于不能采用螺栓联接且又需要经常拆卸的场合。

紧定螺钉联接：用于传递力和力矩不大的场合。

4．紧螺栓联接的强度也可以按纯拉伸计算，但须将拉力增大30%，为什么？ 考虑拧紧时的扭剪应力，因其大小约为拉应力的30%。

5．提高螺纹联接强度的措施有哪些？
1）改善螺纹牙间的载荷分配不均；2）减小螺栓的应力幅；3）减小螺栓的应力集中；4）避免螺栓的附加载荷（弯曲应力）；5）采用合理的制造工艺。

7．联接螺纹能满足自锁条件，为什么还要考虑防松？根据防松原理，防松分哪几类？
因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时，螺纹副间和支承面间的摩擦力可能在瞬间减小或消失，不再满足自锁条件。

这种情况多次重复，就会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。

因此，在设计螺纹联接时，必须考虑防松。

根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。

精选例题与解析
例3-1 如图所示，用8个M24（d 1=20.752 mm ）的普通螺栓联接的钢制液压油缸，螺栓材料的许
用应力][σ=80 MPa ，液压油缸的直径D =200 mm ，为保证紧密性要求，剩余预紧力为P
Q '=1.6F ，试求油缸内许用的的最大压强P max 。

解题要点：
1．先根据强度条件求出单个螺栓的许用拉力Q ； 2．在求许用工作载荷F 。

解： 根据：
][ ≤4
3.1=
2
1σπ
σd Q
ca ，
解得： Q ≤][ 3.1×4
2
1σπd =80×3
.1×4752.20 2π=20814 N 依题意：
F F F F Q Q P
6.26.1=+=+'= 由： 2.6F = 20814，解得：F = 8005 N
汽缸许用载荷： F Σ = z F = 8F = 64043 N
根据： 6404342
max ==∑D p F π
解得：
04.220064043
442
2max =⨯⨯=
=
∑
ππD F p MPa
2．铰制孔螺栓联接不用求预紧力，因为F S max 就是铰制孔螺栓解所受的剪力。

3．强度条件不同。

铰制孔螺栓联接的可靠性条件是剪切强度和挤压强度。

讨论2：如果螺栓的布置改为如例3-5图3所示，螺栓中心到螺栓组形心的距离 r 不变。

问那种布置方案更合理？为什么？
原来的布置方案更合理。

因为在例3-5图3的方案中，螺栓1承载的两个分载荷F SR 和F ST 方向相同，合成后的F S max 比原方案大。

载荷大，所需螺栓尺寸就大。

例3-6 图示的夹紧联接中，柄部承受载荷P = 600N ，柄长L =350mm ，轴直径d b =60mm ，螺栓个数z =2，接合面摩擦系数f = 0.15，螺栓机械性能等级为8.8，取安全系数S =1.5，可靠性系数K f = 1.2，试确定螺栓直径。

解题注意要点：
1．螺栓只受预紧力Q P ； 2．滑移面是轴的圆周；
3．夹紧力R 产生摩擦力传递转矩PL 。

4．夹紧力R 由预紧力Q P 产生. 解：
根据不滑移条件： PL K fRd f b = 所需夹紧压力R ： 2800060
15.0350
6002.1=⨯⨯⨯=
=
b
f fd PL K R N
所需预紧力Q p ： 140002
28000===
Z R Q p N 螺栓材料的屈服极限640=S σMPa 。

许用应力为：
4275
.1640][===S S σσ MPa
根据强度条件：214
3.1d Q P
ca πσ=
所需螺栓的小径为：37.7427
14000
3.14][3.141=⨯⨯⨯=⨯⨯≥πσπp Q d mm
查粗牙普通螺纹基本尺寸标准GB196-81，选用M10的螺栓，其小径376.81=d mm 。

例3-7 图示为一圆盘锯，锯片直径D =500 mm ，用螺母将其压紧在压板中间。

如锯片外圆的工作阻力F t = 400N ，压板和锯片间的摩擦系数f = 0.15，压板的平均直径D 1=150mm ，取可靠性系数K f =1.2，轴的材料为45钢，屈服极限S σ=360MPa ，安全系数S =1.5，确定轴端的螺纹直径。

例3-6图
解题注意要点：
1．此题为受横向工作载荷的普通螺栓联接 2．螺栓只受预紧力Q P ；
3．因只有左侧压板和轴之间有轴毂联接，即只有一个滑移面，是锯片和左侧压板之间，m =1；
解：1）外载荷——最大转矩
1000002
5004002=⨯=⋅
=D F T t Nmm 2）作用于压板处的横向工作载荷 13331501000002211=⨯==D T R N
3）根据不滑移条件计算预紧力
10667
1115.013332.1=⨯⨯⨯=≥fmz R K Q f p N
4 计算螺栓直径
2405
.1360
][==
=
S
S
σσ MPa 根据公式(6-11)螺栓的最小直径为
[]
58.8240
14.310667
3.143.141=⨯⨯⨯=
⨯⨯≥
σπp
Q d mm
查粗牙普通螺纹基本标准GB196－81,选用M12的螺栓，其小径106.101=d mm 。

1. 如图所示，用六个16M （小径d 1=13.835 mm ）的普通螺栓联接的钢制液压油缸，螺栓的相对
刚度为)/(m b b C C C +=0.4，螺栓材料的许用应力[]MPa 200=σ，油缸直径D=100mm ，缸
内油压p =4 MPa ，为保证紧密性，要求螺栓的剩余预紧力1F 至少为其轴向载荷F 的
2 倍，求预紧力0F 的取值范围。

总轴向工作载荷：N p D F 9.314151000041004
1
4122==⨯⨯=⋅=
∑πππ 单个螺栓轴向载荷：N z F F 52366/9.31415/===∑ 为保证剩余预紧力：⇒≥+--=F F C C C F F m
b b
2)1(01
N F C C C F F m
b b
6.1361352366.2)1(20=⨯=+-+≥
保证螺栓强度：][3.142
12
σπσ≤⨯=
d F ，又有F C C C F F m b b ++=0
2，得到： N F C C C d F m b b
4.2103352364.03.1420083
5.133.14]
[2210=⨯-⨯⨯⨯=+-⨯≤πσπ
预紧力范围：N F N 4.210336.136130≤≤
2. 图示刚性联轴器，八个连接螺栓均匀分布在圆直径mm D 160=的圆上，其传递的扭矩m N T .1200=，螺栓连接的许用应力[]MPa 70=σ，Mpa 40][=τ，MPa p 100][=σ，联
轴器接合面的摩擦系数25.0=f ，防滑系数2.1=S K 。

（1） 若使用16M 的普通螺栓（其mm d 835.131=），试校核此螺栓连接的强度。

（2） 若使用10M 的铰制孔螺栓（其mm d 110=），螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度取
mm L 20min =，试校核此螺栓连接的强度。

解：
每个螺栓的横向载荷为：N Dz T F 18758
160101200223
=⨯⨯⨯== （1）使用16M 的普通螺栓 每个螺栓所需预紧力为： N fm F K F s 90001
25.01875
2.10=⨯⨯=≥ 螺栓应力：MPa Mpa d F 70][82.77835
.139000
2.52.52
210=>=⨯⨯==
σππσ 所以，此螺栓联接强度不合格。

（2）使用10M 的铰制孔螺栓
M P a M p a L d F p p 100][52.820
111875min 0=<=⨯==
σσ
Mpa Mpa d F 40][73.19111875
442
20=<=⨯⨯==
τππτ 所以，此螺栓联接强度合格。