机械设计基础-5.7螺纹联接件的材料及许用应力
机械设计基础螺纹连接与螺旋传动（教案）
机械设计基础螺纹连接与螺旋传动（教案）第7章螺纹连接与螺旋传动⼀、教学要求本章内容包括螺纹连接和螺旋传动两个部分，具体教学要求如下：1）了解螺纹的基本知识，了解标准螺纹连接件和螺纹连接的基本类型、特性、标准结构、应⽤场合等。
了解螺纹的预紧和防松。
2）掌握单个螺栓连接的强度计算。
会进⾏螺栓的受⼒分析，正确理解强度计算公式中各参数的含义，合理选择材料和确定许⽤应⼒。
3）掌握螺栓组连接的设计⽅法。
（1）了解螺栓组结构设计的原则。
（2）掌握4种典型螺栓组受⼒分析，学会确定出螺栓组中受⼒最⼤的螺栓受⼒情况。
4）了解提⾼螺栓连接强度的措施。
5）了解螺旋传动的类型、特点及应⽤。
⼆、重点、难点重点：1）单个螺栓连接的强度计算，尤其是承受轴向静载荷的紧螺栓连接的强度计算。
2）螺栓组连接的结构设计，四种典型受⼒情况下螺栓组连接的受⼒分析。
难点：1）承受轴向静载荷的紧螺栓连接中的⼒与变形关系，确定FΣ值。
2）受旋转⼒矩、倾翻⼒矩的底板螺栓组连接的受⼒分析。
三、教学安排四、教学思路设计本章主要内容包括两个部分：第⼀部分为螺栓连接，是本章着重讨论的部分；第⼆部分为螺旋传动，仅作概念性介绍。
从螺纹连接的基本知识（参数、类型、标准代号），开始讨论其连接的预紧与防松。
根据连接的⼯作情况得出松螺栓连接与紧螺栓连接⼆⼤类。
在不同⼯作情况下，可得出不同失效形式和受⼒分析。
⾸先讨论单个螺栓连接的设计计算，然后分析螺栓组连接的设计计算，即求出螺栓组中受⼒最⼤的螺栓及结构设计。
第7章第1讲⼀、讲授时注意⼏点1. 7.1 螺纹连接的基本知识这节内容要注意三点：（1）右、左旋螺纹判别必须绝对正确。
（2）螺距P和导程P h的概念⼀定要搞清，P h=n·P（3）螺栓连接可分为普通螺栓连接和铰制孔⽤螺栓连接两种，需了解这两种连接的特点与应⽤。
2. 7.2 螺纹连接的预紧与防松了解防松装置的防松原理及常⽤类型，重点了解利⽤摩擦防松的⽅法和特点。
《机械设计基础》课程标准
《机械设计基础》课程教学大纲一、课程名称机械设计基础二、课程性质、学分、课时本课程是机械类各专业的一门重要的技术基础课，它的任务是使学生掌握常用机构和通用零件的基本理论和基本知识，初步具有这方面的分析、设计能力，并获得必要的基本技能训练，同时注意培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风。
由于本课程的特点，它不仅为学习后续课程，也为解决生产实际问题建立基础。
其功能让学生学习后续课程，为解决生产实际问题建立基础。
本课程标准，适用于机电一体化预备技师高级技工专业。
本课程120学时。
三、课程设计思路本课程是一门技术基础课，是从基础课到专业课的桥梁，同时，本课程的知识也可直接用于生产实际，在教学中应注意培养学生对本专业的感性认识，尽可能将理论教学与生产实际结合起来，将本课程的内容与其他专业课或技术基础课的内容集合起来。
讲课中尽量将机械原理部分和机械设计部分分开讲。
四、课程教学目标通过本课程的教学，应使学生达到下列基本要求：l熟悉常用机构的工作原理、组成及其特点，掌握通用机构的分析和设计的基本方法；2熟悉通用机械零件的工作原理、结构及其特点，掌握通用机械零件的选用和设计的基本方法；3具有综合运用所学知识和实践的技能，设计简单机械和简单传动装置的能力；4具有通过实验和观察去识别常用机构组成、工作特性和通用机械零件结构特点的能力。
5了解机构组成原理，掌握机械运动简图的绘制、机构自由度计算和运动条件的判定。
6了解机构运动和受力分析方法，并能用于简单机构的分析。
7掌握常用机构的类型、特点和应用，以及相关的基本设计和计算方。
8了解刚性转子的静、动平衡原理，周期性与非周期性速度波动的调节方法，掌握飞轮转动惯量的简易计算方法。
9了解其它常用机构和组合机构的类型、工作原理和传动特点。
10了解机械系统设计的一般过程和创新设计的基本知识。
11建立机械设计的总体概念，掌握静强度、疲劳强度计算的概念和公式，学会用图解法确定零件的极限应力，了解零件接触强度、摩擦与磨损的性质。
机械设计基础第七章螺纹连接
52
一、承受轴向载荷的螺栓组连接
§5-4 螺栓组联接受力分析
螺栓组连接的设计
如图所示为压力容器的螺栓组
连接，所受轴向总载荷FQ通过螺栓
组形心，螺栓组各螺栓所受的工作
载荷 F 相等。
FQ
4
D2 p
轴向外载荷
F FQ z
螺栓数目
受轴向载荷的螺栓组连接
注：如
2019/5/8
FQ不通过螺栓组的形机械心设，计基应础 向形心平移后再计算。
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机械设计基础
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3 、锁紧螺母
镶嵌弹性环或尼龙圈 挤入螺纹中椭圆口螺 母。
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（二）、 机械防松 1 、开口销
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2 、止动垫圈
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机械设计基础 止动垫圈
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3 、串联钢丝
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常用连接方式
1、可拆卸连接： 拆开时不破坏连接件和被连接件。 例如：螺纹连接、键联结、销连接等
2、不可拆卸连接： 拆开时会破坏连接件或被连接件。 例如：焊接、铆接、粘接等。
第七章 螺纹连接
主要内容：
1.螺纹连接的基本知识 2.螺纹连接的预紧和防松 3.单个螺栓连接的强度计算（重点） 4.螺栓组连接的设计计算与实例分析（难点） 5.提高螺栓连接强度的措施
3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9 规则：小数点前数字表示B/100, 小数点后数字表示10S/B 如：5.8级：表示B=500MPa ，S=400MPa
螺纹连接件的材料和许用应力
机械设计基础课程教案授课时间第14 周周第 28 节课次 2授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排2授课题目：螺栓组连接1.螺纹连接件的材料和许用应力2.提高螺栓联接强度的措施3.滑动螺旋传动简介螺纹联接的预紧和防松主要教学方法与手段教学方法：教学手段：多媒体教学，结合工程实际分组讨论本课次教学目的、要求：1.熟悉螺纹连接件的材料和许用应力2.了解提高螺纹联接强度的常用措施和螺旋传动的设计教学重点及难点：重点：提高螺栓联接强度的措施。
难点：提高螺栓联接强度的措施。
教学基本内容及过程一、螺纹连接件的材料和许用应力1、螺纹连接件的材料一般条件下，螺纹连接件的常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215、Q235、15、35和45钢，受冲击、振动和变载荷作用的螺纹连接件可采用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi和15CrVB等；有腐蚀、防磁、导电、耐高温等特殊要求时采用1Cr13、2Cr!3、CrNi2等。
螺纹连接件的常用材料的力学性能见表7－7。
2、螺纹连接的许用应力螺纹连接的许用应力见表7－8。
二、提高螺栓联接强度的措施1、改善螺纹牙间载荷分布不均状况a) 悬置螺母——强度↑40%（母也受拉，与螺栓变形协调，使载荷分布均匀）b) 环槽螺母——强度↑30%（螺母接近支承面处受拉） c) 内斜螺母——强度↑20%（接触圈减少，载荷上移） d) （b ）(c)结合螺母——强度↑40% e) 不同材料匹配——强度↑40% 2、降低螺栓应力幅（a ）3、减小应力集中螺纹牙根、收尾、螺栓头部与螺栓杆的过渡处等均可能产生应力集中。
1）加大过渡处圆角2）改用退刀槽↑20~40%（螺纹收尾处） 3）卸载槽 4）卸载过渡结构。
4、采用合理的制造工艺1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度↑30~40%2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等。
可提高疲劳强度 3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度↑70~100%，此法具有优质、高产、低消耗功能。
《机械设计基础》7 螺纹连接
➢螺栓的变形在弹性范围内。
7.4 螺栓组联接的设计计算与实例分析
➢螺栓组受力可划分为4种典型情况： ➢受横向载荷的螺栓组联接 ➢受旋转力矩的螺栓组联接 ➢受轴向载荷的螺栓组联接 ➢受翻转力矩的螺栓组联接
➢各种复杂受力情况都可看作以上四种情况的不同组合。
7.4 螺栓组联接的设计计算与实例分析
1 、受横向载荷R的螺栓组连接
（1） 普通螺栓连接
fF0mz K f FRS
F0
K f FRS 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
7.4 螺栓组联接的设计计算与实例：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位 进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。
螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选 定螺纹的公称直径（大径）d等。
7.3 单个螺栓联接的强度计算
一、受拉螺栓联接－普通螺栓联接
1.松螺栓联接
强度条件：
F A
F
d12
[ ]
设计公式： 4
➢避免螺 栓承受偏 心载荷
7.4 螺栓组联接的设计计算与实例分析
避免螺栓承受偏心载荷的措施
7.4 螺栓组联接的设计计算与实例分析
二、螺栓组联接的受力分析
➢ 螺栓组受力分析的目的是，根据螺栓组联接的结构和受载况， 求出受载最大的螺栓及其受力。受力分析是在作如下假设条件下 进行的，即：
➢同组中的各螺栓都受相同的预紧力。 ➢螺栓组的对称中心与被联接结合面的形心重合。
机械设计基础螺纹连接与螺旋传动(教案)
第 7 章螺纹连结与螺旋传动一、教课要求本章内容包含螺纹连结和螺旋传动两个部分，详细教课要求以下：1）认识螺纹的基本知识，认识标准螺纹连结件和螺纹连结的基本种类、特征、标准构造、应用处合等。
认识螺纹的预紧和防松。
2）掌握单个螺栓连结的强度计算。
会进行螺栓的受力剖析，正确理解强度计算公式中各参数的含义，合理选择资料和确立许用应力。
3）掌握螺栓组连结的设计方法。
（1）认识螺栓组构造设计的原则。
（2）掌握 4 种典型螺栓组受力剖析，学会确立出螺栓组中受力最大的螺栓受力状况。
4）认识提升螺栓连结强度的举措。
5）认识螺旋传动的种类、特色及应用。
二、要点、难点要点： 1）单个螺栓连结的强度计算，特别是蒙受轴向静载荷的紧螺栓连结的强度计算。
2）螺栓组连结的构造设计，四种典型受力状况下螺栓组连结的受力剖析。
难点： 1）蒙受轴向静载荷的紧螺栓连结中的力与变形关系，确立FΣ值。
2）受旋转力矩、倾翻力矩的底板螺栓组连结的受力剖析。
三、教课安排教课内容学时数1.螺纹连结的基本知识2. 螺纹连结的预紧与防松 23. 单个螺栓连结的强度计算 24. 螺栓组连结的构造设计和受力剖析 25. 螺纹连结件的资料和许用应力6. 提升螺栓连结强度的举措27.滑动螺旋传动简介8.转动螺旋传动简介9. 讲堂议论——螺栓连结的受力剖析 2四、教课思路设计本章主要内容包含两个部分：第一部分为螺栓连结，是本章侧重议论的部分；第二部分为螺旋传动，仅作观点性介绍。
从螺纹连结的基本知识（参数、种类、标准代号），开始议论其连结的预紧与防松。
依据连接的工作状况得出松螺栓连结与紧螺栓连结二大类。
在不一样工作状况下，可得出不一样无效形式和受力剖析。
第一议论单个螺栓连结的设计计算，而后剖析螺栓组连结的设计计算，即求出螺栓组中受力最大的螺栓及构造设计。
第7章第1讲知识点1.1）螺纹的种类2）主要参数3）应用4）螺纹连结的基本种类2.1）螺纹连结的预紧2）螺纹连结的防松一、解说时注意几点1.7.1 螺纹连结的基本知识这节内容要注意三点：（ 1）右、左旋螺纹鉴别一定绝对正确。
机械设计基础-5.7螺纹联接件的材料及许用应力
第七节 螺纹联接件的材料及许用应力一、螺纹联接件的材料常用材料：Q215、Q235、25和45号钢，对于重要的或特殊用途的螺纹联接件，可选用15Cr ，20Cr ，40Cr ，15MnVB ，30CrMrSi 等机械性能较高的合金钢。
螺栓、螺钉、螺柱、螺母的性能等级螺纹联接件（螺栓、螺柱、螺钉、螺母等）都已标准化。
有专门的厂家生产，机械设计中，我们只要按有关标准选用合适的尺寸规格即可。
不用自己设计制造。
螺纹标准间的性能等级国家标准给螺纹标准间规定了两种等级：⎪⎩⎪⎨⎧有不同的等级。
—按力学性能的好坏分—性能等级合。
级则较低，用于一般场级精度等级最高，三级。
、、小）不同分为：—按公差大小（精度大—产品等级C AC B A 性能等级：用两个数字表示：例如：4.6 4.8 8.8 等⎪⎩⎪⎨⎧⨯=b sa b MP 100σσσ：即小数部分表示：屈强比）（整数整数部分表示：例：4.6 ⎪⎩⎪⎨⎧====⨯=)(MP 2406.0 6.0)(MP 400)(MP 1004a b s b sa ab σσσσσ则 国家标准还规定：⎩⎨⎧ 4.84.6C 8.8B A 或——级——级、 ⎩⎨⎧级或级产品的性能等级为：级级产品的性能等级为：、 4.84.6C 8.8B A 厂家生产时，只要达到要求的性能等级即可，而不必考虑用什么材料，和采用什么加工工艺。
螺母的性能等级应与螺栓相同。
螺母的性能等级用一个数字表示b σ的大小。
例如：①当螺母较大时：└表示b σ＝400a MP②当螺母较小时，仿照时钟的数字排列见表P81 （表6-2） 螺栓、螺钉、螺柱性能等级二、螺纹联接件的许用应力螺纹联接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷) 、联接是否拧紧，预紧力是否需要控制以及螺纹联接件的材料、结构尺寸等因素有关。
精确选定许用应力必须考虑上述各因素，设计时可参照表选择。
紧螺栓联接的许用应力及安全系数注：松螺栓联接时，取：[σ]=σs/S ，S=1.2～1.7。
05-07 螺纹连接件的材料及许用应力
紧 螺 栓 连 接
受 的轴 普向 通 及 螺横 栓向 联 载接 荷
考力 虑的 预计 紧算
1.2～1.5
1.2～1.5 (Sa=2.5～4)
铰制孔用 螺栓连接
钢：Sτ=2.5,Sp=1.25 铸铁：Sp=2.0～2.5
钢：Sτ=3.5～5,Sp=1.5 铸铁：Sp=2.5～3.0
（3）双头螺柱、螺钉、紧定螺钉的材料与螺栓基本相同； （4）普通垫圈的材料，推荐采用Q235、15、35号钢； （5）弹簧垫圈用65Mn制造，并经热处理和表面处理。
螺纹连接件的许用应力
螺纹连接件的许用应力与载荷性质（静、变载荷）、
装配情况（松连接或紧连接）以及螺纹连接件的材料、结
构尺寸等因素有关。 [许用应力] = 极限应力/安全系数 不同的材料所选用的极限应力不同： （1）塑性材料取屈服极限σS； （2）脆性材料取强度极限σB。 安全系数的可查螺纹连接的安全系数S。
[ ]
s
S
式中：σs－－螺纹连接件材料的屈服强度极限； S －－安全系数。
螺纹连接的安全系数S
受载类型 松螺栓连接 不的 考简 虑化 预计 紧算 力 M6～ M16 碳钢 合金 钢 5～4 5.7～5 静载荷 M16 ～ M30 4～2.5 5～3.4 1.2～1.7 M30～ M60 2.5～2 3.4～3 碳钢 合金 钢 变载荷 M6～ M16 12.5～ 8.5 10～ 6.8 M16～ M30～ M30 M60 8.5～ 8.5 12.5 6.8～ 6.8 10
螺栓的机械性能等级
国家标准规定螺纹连接件按材料的机械性能分出等级。
（1）螺栓的性能等级…
（2）螺母的性能等级… ★对于重要的或有特殊要求的螺纹连接件，才允许采 用高性能等级的材料，并经表面处理（如：氧化、镀锌钝 化、磷化、镀镉等）。
机械设计基础 螺纹 课件
二、螺纹的主要几何参数 (1)大径d
与外螺纹牙顶(或内螺纹 牙底)相重合的假想圆柱体的直径。
P/2 P/2
P
S
(2) 小径 d1 与外螺纹牙底(或内
螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。
(3)中径d2
(4) 螺距P
也是一个假想圆柱的直 径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度 相等。 相邻两牙在中径线上对 应两点间的轴向距离。
第10章 连 接
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 明确螺纹参数 掌握螺旋副的受力分析、效率和自锁 了解机械制造常用螺纹 明确螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 掌握螺纹联接的预紧和防松 明确螺纹联接的强度计算 了解螺栓的材料和许用应力 提高螺栓联接强度的措施 了荽螺旋传动 了解键联接和花键联接及销联接
ac 0.25 0.25 0.5 0.5 0.5 0.5
公称直径d 第1系列 第2系列
D1 D4
H4
R2
ac
标记示例：Tr48X8
R2
(梯形螺纹，直径48，螺距8)
H1
中 径 D2 d2
内螺纹小径 D1
16、20 24、28 32、36 48 、52 40 、70、80 90、100
18 22、26 30、34 46、50 38、42、65 85、95
非矩形螺旋的自锁条件： ψ≤ρ’ 对于联接螺纹必须满足自锁条件
三、效率 螺旋转动一圈时，有效功为FaS, 输入功为2π T。 定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：
当ρ’一定时，效率 只是螺纹升角的函 数，由此可以绘出 效率曲线.
Fa S Fa S tan ' ' ) d 2 tan( 2 T Fa tan( )
一、螺纹连接件的材料和许用应力
导键和滑键都用于动联接，即轴与轮毂间有相对轴向移动的联接。
如机床变速箱中的滑移齿轮。
滑键用于轴上零件在轴上移动距离较大的场合，以免使用长导键。
滑键联接
、半圆键联接键的两侧面为工作面。
用于静联接，定心性好，装配方便，但键槽较深，对轴的强度削弱较大。
主要用于轻载荷和锥形轴端。
、楔键联接和切向键联接
楔键的上、下两面是工作面。
仅适用于传动精度要求不高，载荷平稳和低速的场合。
切向键是由一对具有斜度1﹕100的楔键组成。
切向键的上下两个相互平行的窄面为工
根据联轴器补偿两轴相对位移能力的不同可将其分为两大类：
按载荷大小，转速高低，而轴对中性和工作特性（振动、冲击等）
适于停车和低速（n<10r/min）时接合
、超越离合器
滚柱式超越离合器——可实现单向超越（或接合）
按外形分：为螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、盘弹簧和板簧。
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第七节 螺纹联接件的材料及许用应力
一、螺纹联接件的材料
常用材料：Q215、Q235、25和45号钢，对于重要的或特殊用途的螺纹联接件，可选用15Cr ，20Cr ，40Cr ，15MnVB ，30CrMrSi 等机械性能较高的合金钢。
螺栓、螺钉、螺柱、螺母的性能等级
螺纹联接件（螺栓、螺柱、螺钉、螺母等）都已标准化。
有专门的厂家生产，机械设计
中，我们只要按有关标准选用合适的尺寸规格即可。
不用自己设计制造。
螺纹标准间的性能等级
国家标准给螺纹标准间规定了两种等级：
⎪⎩
⎪
⎨⎧有不同的等级。
—按力学性能的好坏分—性能等级合。
级则较低，用于一般场级精度等级最高，三级。
、、小）不同分为：—按公差大小（精度大
—产品等级C A
C B A 性能等级：用两个数字表示：例如：4.6 4.8 8.8 等
⎪⎩
⎪
⎨⎧⨯=b s
a b MP 100σσσ：即小数部分表示：屈强比）（整数整数部分表示：
例：4.6 ⎪⎩⎪⎨⎧====⨯=)(MP 2406.0 6.0)
(MP 400)(MP 1004a b s b s
a a
b σσσσσ则 国家标准还规定：⎩⎨
⎧ 4.8
4.6C 8.8
B A 或——级——级、 ⎩⎨
⎧级或级产品的性能等级为：
级级产品的性能等级为：、 4.84.6C 8.8B A 厂家生产时，只要达到要求的性能等级即可，而不必考虑用什么材料，和采用什么加工工
艺。
螺母的性能等级应与螺栓相同。
螺母的性能等级用一个数字表示b σ的大小。
例如：①当螺母较大时：
└表示b σ＝400a MP
②当螺母较小时，仿照时钟的数字排列见表P81 （表6-2） 螺栓、螺钉、螺柱性能等级
二、螺纹联接件的许用应力
螺纹联接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷) 、联接是否拧紧，预紧力是否需要控制以及螺纹联接件的材料、结构尺寸等因素有关。
精确选定许用应力必须考虑上述各因素，设计时可参照表选择。
紧螺栓联接的许用应力及安全系数
注：松螺栓联接时，取：[σ]=σs/S ，S=1.2～1.7。
许用剪切和挤压应力及安全系数
许用应力：
在螺纹联接的设计中，由设计者自己根据具体情况确定性能等级。
之后可按下式计算许用应力；
静应力时：[]S
s
σσ= 式中：S ——许用安全系数。
确定见教材（P84的表）。