螺纹连接强度的计算
螺纹联接的强度计算
工作载荷不稳定时，F1=（0.6～1.0）F
F
Dp
D
12
各力定义:
1、预紧力F0（拧紧螺母后，作用在螺栓上的拉力和被联件 上压力）
2、工作拉力F（对螺栓联接施加的外载荷） 3、 残余预紧力F1 4、螺栓的总拉力F2
螺栓杆与孔壁的挤压强度条件：
p
F d0 Lmin
p
螺栓杆的剪切强度条件：
F
d02
4
Lmin——挤压面的最小高度, Lmin ≥1.25d0
d0 ——光杆直径
3
②当用普通螺栓联接时
因横向载荷是由预紧力在被联
接件间产生的摩擦力来抵抗的，所 以应满足：
F/2
F0
F0 f n F
F
F0
F f n
32
习 题： P101 5-4、5-9 、5-10
33
谢谢！
34
r
30
⑵从设计、装配、制 造上设法避免附加 应力的产生。
球面垫圈
腰环螺栓
切削加工支承面
被联接件变形太大 支承面不平
采用凸台或沉孔结构
31
4 采用合理的制造工艺方法
采用冷墩螺栓头部，滚压螺纹，使应力集中变小，金属流 线合理，冷作硬化硬表面留有残余应力。
滚压螺纹疲劳强度比切削提高30～40％，而且材料利用率 高，生产效率高，制造成本低。
F/2 F0 T1
4
预紧力F0（拉伸应力）+ 螺纹 摩擦力矩T1（扭转切应力）
F0 F/2
强度计算准则（与仅受预
紧力的螺栓联接相同）第四强 度理论：螺栓的计算应力为 ：
螺纹联接的强度计算
§5-5 螺纹联接的强度计算
（一）普通螺栓联接受轴向力Fa的强度计算
★失效形式：
Fa
★计算准则：
松螺栓联接强度计算
★紧螺栓联接强度计算
★Fa=F0的情况
★Fa←F0＋F工作的情况
Fa
§5-5 螺纹联接的强度计算
★紧螺栓联接强度计算 螺栓受轴向拉力Fa和螺纹
摩擦力矩T1的双重作用。
Fa
T1
拉应力：
§5-5 螺纹联接的强度计算
一、概述
大多数机械中，螺栓都是成组使用的。
F
T
F M
分析步骤： ①对螺栓组进行受力分析 ②确定受力最大的螺栓及其所受的力 ③对单个螺栓进行强度计算
§5-5 螺纹联接的强度计算
二、单个螺栓联接的强度计算
☻普通螺栓联接
单个螺栓承受轴向力Fa
Fa
☻铰制孔用螺栓联接
单个螺栓承受横向力F
第5章 螺纹联接和螺旋传动
§5-1 螺 纹 §5-2 螺纹联接的类型和标准联接件 §5-3 螺纹联接的预紧 §5-4 螺纹联接的防松 §5-5 螺纹联接的强度计算 §5-6 螺纹组联接的设计 §5-7 螺纹联接件的材料及许用应力 §5-8 提高螺栓联接强度的措施 §5-9 螺旋传动
联接概述
联接的分类: 动联接： 即各种运动副。
牙型角α，牙侧角β
α ββ
螺距P 线数n 导程S －－ S=nP。
升角ψ
d2
d d2 d1
PS
§5-1 螺 纹
S
ψ
πd2
PS
ψ
第5章 螺纹联接和螺旋传动
§5-1 螺 纹 §5-2 螺纹联接的类型和标准联接件 §5-3 螺纹联接的预紧 §5-4 螺纹联接的防松 §5-5 螺纹联接的强度计算 §5-6 螺纹组联接的设计 §5-7 螺纹联接件的材料及许用应力 §5-8 提高螺栓联接强度的措施 §5-9 螺旋传动
螺纹连接强度的计算
螺纹的连接强度设计规范已知条件：螺纹各圈牙的受力不均匀系数：Kz= 旋合长度： L=23 旋合圈数： Z= 原始三角形高度：H=2P= 实际牙高：H1== 牙根宽：b== 间隙：B==螺纹材料: 45 屈服强度360MPa 抗拉强度 600Mpa n=5(交变载荷) 系统压力P= 活塞杆d=28 缸套D=65 推力F=PA=47270N 请校核螺纹的连接强度：1：螺纹的抗剪强度校验：[]τ故抗剪强度足够。
2：抗弯强度校核：(σw)(σw)：许用弯曲应力为: *360(屈服极限)=144MPa[]()[]Mpa 960.18.0=-=στMPa Z b d Kz F s 4.84)33.1513.1376.1814.356.0/(472701=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=πτMPaZb b d Kz FH 224)33.1513.113.1376.1814.356.0/(472703113w =⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=πσ故其抗弯强度不足：3: 螺纹面抗挤压校验(σp)[]MPa p 1803605.05.0=⨯⨯屈服强度为为σMPa H d Kz Fp 73.113)33.1581.0026.1914.356.0/(47270Z12=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=πσ故其抗挤压强度足够。
4: 螺纹抗拉强度效验 (σ)[][]20Mpa 1=σb/5=σσ钢来说为许用抗拉强度，对于dc 螺纹计算直径:dc=(d+d1-H/6)/2=(20+MPa dcF325.165)08.1908.1914.3/(472704π42=⨯⨯⨯==σ故其抗拉强度不足。
例1-1 钢制液压油缸如图10-21所示，油缸壁厚为10mm ，油压p =，D=160mm ，试计算上盖的螺栓联接和螺栓分布圆直径。
解 (1) 决定螺栓工作载荷暂取螺栓数z =8，则每个螺栓承受的平均轴向工作载荷为(2) 决定螺栓总拉伸载荷对于压力容器取残余预紧力=，由式(10-14)可得(3) 求螺栓直径 选取螺栓材料为45钢=355MPa(表9-1)，装配时不要求严格控制预紧力，按表10-7暂取安全系数S=3，螺栓许用应力为MPa 。
螺纹连接强度计算
对于M10~M68的普通螺纹，取d1、d2和ψ的平均值， 并取： tgρ’ = f ’ =0.15
得： τ ≈ 0.5 σ 当量应力： c 2 3 2 2 3(0.5 ) 2
1.3
1.3Fa 强度条件： 2 [ ] d1 / 4
长沙交通学院专用
二、紧螺栓联接
装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。
Fa
螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T的双重作用。
Fa [ ] 拉应力： 2 d1 / 4
长沙交通学院专用
Fa
T1 Fa tg ( ' ) d1 2 切应力： 3 d1 / 16 d13 / 16 分母为抗剪截面系数 Fa 2d 2 tg ( ' ) 2 d1 d1 / 4
§10－6 螺栓联接的强度计算
螺栓联接 螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度 原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分 都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主 要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称 直径d及螺距P等。
滑扣 因经常拆装 一、松螺栓联接 装配时不须要拧紧 Fa [ ] 力除以面积 强度条件： d12 / 4 式中:d1----螺纹小径， mm
螺纹连接的强度计算
2、.根据载荷的类型合理布置螺栓位置（各螺栓受力合理）
3、布置螺栓应留有合理的间距、边距。 4、分布在同一圆周上的螺栓数量应为偶数，同组螺的 直径、长度、材料应相同。 5、避免螺栓偏心承载（附加的弯曲载荷）。
6、防松措施。
二、螺栓组的受力分析
• 假设：所有螺栓的材料、直径、长度、预紧力均相等； 螺栓组的对称中心与联接接合面的几何形心重合；受 载后联接接合面仍保持为平面。
F2 F1 F
Cb 螺栓的相对刚度： Cb Cm
螺栓拉伸强度条件： ca
1.3F2
[ ]
4
d 12
4 1.3F2 设计公式： d1 [ ]
疲劳强度精确校核
联接所受的工作载荷： 螺栓所受的力： F0 ~ F2 • max
0~F
F2 d12 / 4
min
• 3、承受工作剪力的紧螺栓联接
d 0 Lmin 挤压强度条件： p [ P ] F
Lmin 1.25d 0
4 剪切强度条件： d0 2 F
[ ]
§5-6 螺栓组联接的设计
一、螺栓组联接的结构设计 1、为便于加工制造、对称布置螺栓，同时接合面受力均匀， 被联接件（接合面）形状应简单对称。（轴对称等）
[ ]
d 0 Lmin p max [ P ] F
Fi Fmax
Trmax
2 r i i 1 z
ri rmax
三、受轴向载荷的螺栓组联接
•
F 每个螺栓所受的轴向工 作载荷：F z
螺栓所受的总载荷：
F2 F1 F
F Cb F2 F0 Cb C m
应力合成： ca 2 3 2
螺纹联接的强度计算
螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算螺栓的受⼒形式主要是轴向受拉或横向受剪。
轴向受拉时有松螺栓联接与紧螺栓联接两种情况。
螺栓危险截⾯应是⼩径所在截⾯。
⼀、松螺栓联接的强度1、特点：在承受⼯作载荷前，螺栓不受⼒，在⼯作时则只承受轴向⼯作载荷F 作⽤。
此联接可能发⽣的失效形式为螺栓杆的拉断。
2、强度条件：或式中，d 1为螺纹⼩径（mm ），[σ]为松螺栓联接螺栓的许⽤拉应⼒（MP ），查下表。
3、实例:如起重吊钩。
⼆、紧螺栓联接的强度计算紧螺栓联接装配时已拧紧，未加载荷前已受预紧⼒。
只分析受横向⼯作载荷情况如右图：外载荷Fs 与螺栓轴线垂直。
联接靠被联接件接合⾯间的摩擦⼒传递外载荷，因此螺栓只受预紧⼒Q 0作⽤。
⼯作时防⽌被联接件相对滑动，螺栓预紧⼒Q 0为：式中，S 为安全系数，通常S=1.1～1.3；m 为接合⾯数,f 为接合⾯间的摩擦系数,f ＝0.1～0.16。
这种联接的螺栓在预紧⼒Q 0作⽤下，在其危险截⾯(⼩径)产⽣拉应⼒：在对螺栓施加预紧⼒Q 0时,拧紧时螺栓同进还受扭矩T,螺栓在T 作⽤下,在其危险截⾯(⼩径)处产⽣扭转切应⼒τ:对于M10～M60的普通螺纹，取d 1、d 2、λ的平均值，并取，则。
按第四强度理论，当量应⼒为故该螺栓联接的强度条件为：或螺纹联接按材料的⼒学性能分为⼗个等级。
螺母的性能等级⽤螺栓⼒学性能等级标记的第⼀部分数字标记。
当螺栓与螺母配套成组合件时，两者的⼒学性能应为同级。
螺栓联接的许⽤⼒和安全系数螺纹的结构、预紧与防松⼀、螺纹连接的结构设计1、联接接合⾯的⼏何形状通常设计成轴对称的简单⼏何形状，螺纹连接布置时应使其对称中⼼与联接接合⾯的形⼼重合，以使受⼒均匀。
2、分布在同⼀圆周上的螺纹联接数⽬应尽量取4、6、8、12、16、的偶数，以便于圆周上钻孔时分度和划线。
同⼀螺纹联接中的螺纹联接件的材料、直径和长度均取为相同，同⼀产品上采⽤的螺纹联接件的类型和尺⼨规格应越少越好。
各种螺纹计算公式
各种螺纹计算公式螺纹是一种常见的连接元件，广泛应用于机械系统中。
螺纹的计算公式涉及到螺距、导程、牙型角等参数，下面将介绍几种常见的螺纹计算公式。
1.螺距计算公式：螺距是指同一主轴上两个相邻螺纹牙间的轴向距离。
螺距可以根据公式进行计算：螺距=π×直径其中，直径是指拧入/拧出螺纹的孔/杆直径。
2.导程计算公式：导程是指同一主轴上两个相邻螺纹牙的轴向距离。
导程可以通过螺距除以螺纹的节数得到：导程=螺距/节数其中，节数是指螺纹的总长度除以螺距。
3.牙型角计算公式：牙型角是指螺纹牙的斜面与轴线的夹角。
牙型角可以通过牙型参数计算得到：牙型角 = tan⁻¹(芯径 / 螺距)其中，芯径是指螺纹牙顶的径向距离。
4.螺纹公差计算公式：螺纹公差是指螺纹牙的尺寸偏差。
螺纹公差可以通过上下公差和等级计算得到：上公差=基本公差+等级标准公差下公差=基本公差其中，基本公差是指在特定等级下的公差，等级标准公差是根据国际或国内标准规定的值。
5.螺纹强度计算公式：螺纹强度是指螺纹的承载能力。
螺纹强度可以根据公式进行计算：螺纹强度=承载力/（螺距×螺纹牙有效长度）其中，承载力是指由于螺纹受力而能够承受的最大力，螺纹牙有效长度是指螺纹牙的实际承载长度。
以上是几种常见的螺纹计算公式，这些公式可以在设计、制造和使用螺纹连接时提供支持和指导，以确保螺纹的性能和可靠性。
在实际应用中，还需要根据具体的材料、工艺和应力条件进行综合考虑和分析，以避免螺纹的断裂和松动等问题的发生。
螺纹强度计算
第三章 螺纹联接（含螺旋传动）3-1 基础知识 一、螺纹的主要参数现以圆柱普通螺纹的外螺纹为例说明螺纹的主要几何参数，见图3-1，主要有：1）大径d ——螺纹的最大直径，即与螺纹牙顶重合的假想圆柱面的直径，在标准中定为公称直径。
2）小径1d ——螺纹的最小直径，即与螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径，在强度计算中常作为螺杆危险截面的计算直径。
3）中径2d ——通过螺纹轴向界面内牙型上的沟槽和突起宽度相等处的假想圆柱面的直径，近似等于螺纹的平均直径，2d ≈11()2d d +。
中径是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。
４）线数n ——螺纹的螺旋线数目。
常用的联接螺纹要求自锁性，故多用单线螺纹；传动螺纹要求传动效率高，故多用双线或三线螺纹。
为了便于制造，一般用线数n ≤４。
５）螺距P ——螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。
６）导程S ——螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离。
单线螺纹S ＝P ，多线螺纹S ＝nP 。
７）螺纹升角λ——螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。
在螺纹的不同直径处，螺纹升角各不相同。
通常按螺纹中径2d 处计算，即22arctanarctan S nPd d λππ== （3-1） 图3-18）牙型角α——螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。
螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角称为牙侧角，对称牙型的牙侧角β＝α/2。
9）螺纹接触高度h——内外螺纹旋合后的接触面的径向高度。
二、螺纹联接的类型螺纹联接的主要类型有：1、螺栓联接常见的普通螺栓联接如图3-2a所示。
这种联接的结构特点是被联接件上的通孔和螺栓杆间留有间隙。
图3-2b是铰制孔用螺栓联接。
这种联接能精确固定被联接件的相对位置，并能承受横向载荷，但孔的加工精度要求较高。
图3-22、双头螺柱联接如图3-3a所示，这种联接适用于结构上不能采用螺栓联接的场合，例如被联接件之一太厚不宜制成通孔，且需要经常拆装时，往往采用双头螺柱联接。
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螺纹的连接强度设计规范
已知条件： d1=
旋合长度： L=23 旋合圈数： Z=
原始三角形高度：H=2P= 实际牙高：H1== 牙根宽：b== 间隙：B==
螺纹材料: 45 屈服强度360MPa 抗拉强度 600Mpa n=5(交变载荷) 系统压力P= 活塞杆d=28 缸套D=65 推力F=PA=47270N
请校核螺纹的连接强度：
1：螺纹的抗剪强度校验：[]τ
故抗剪强度足够。
2：抗弯强度校核：(σw)
(σw)：许用弯曲应力为: *360(屈服极限)=144MPa
故其抗弯强度不足：
3: 螺纹面抗挤压校验(σp)
[]MPa p 1803605.05.0=⨯⨯屈服强度为为σ
MPa H d Kz F
p 73.113)33.1581.0026.1914.356.0/(47270Z
12=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=
πσ
故其抗挤压强度足够。
[]()[]Mpa 960.18.0=-=στMPa Z b d Kz F s 4.84)33.1513.1376.1814.356.0/(472701=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=πτMPa Z
b b d Kz FH 224)33.1513.113.1376.1814.356.0/(472703113w =⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=πσ
4: 螺纹抗拉强度效验 (σ)
[][]20Mpa 1=σb/5=σσ钢来说为许用抗拉强度，对于
dc 螺
纹
计
算
直
径: dc=(
d+d1-H/6)/2=(20+
MPa dc F
325.165)08.1908.1914.3/(472704π42
=⨯⨯⨯==
σ故其抗拉强度不足。
例1-1 钢制液压油缸如图10-21所示，油缸壁厚为10mm ，油压p =，D=160mm ，试计算上盖
的螺栓联接和螺栓分布圆直径。
解 (1) 决定螺栓工作载荷
暂取螺栓数z=8，则每个螺栓承受的平均轴向工作载荷
为
(2) 决定螺栓总拉伸载荷
对于压力容器取残余预紧力
=
，由式(10-14)可得
(3) 求螺栓直径
选取螺栓材料为45钢=355MPa(表9-1)，装配时不要求严格控制预紧力，按表10-7暂取安全系数S=3，螺栓许用应力为
MPa。
由式(10-12)得螺纹的小径为
查表10-1，取M16螺栓(小径=。
按照表10-7可知所取安全系数S=3是正确的。
(4) 决定螺栓分布圆直径
螺栓置于凸缘中部。
从图10-9可以决定螺栓分布圆直径
为
=d+2e+2×10=160+2[16+(3～6)]+2×10=218～224 mm取=220mm
螺栓间距l 为
当p≤时，l≤7d=7×16=112 mm，所以选取的
和z合宜。
注
在本例题中，求螺纹直径时要用到许用应力[]，而
[]又与螺纹直径有关，所以常需采用试算法。
这种方法在其他零件设计计算中还要经常用到。