螺母螺纹牙的强度计算
螺纹的主要参数
（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
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
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
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
螺母螺纹牙的强度计算
螺母螺纹牙的强度计算螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。
如图5－47所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D处展开，则可看作宽度为πD的悬臂梁。
假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为Q/u，并作用在以螺纹中径D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2【5－50】螺纹牙危险截面a－a的弯曲强度条件为【5－51】式中：b——螺纹牙根部的厚度， mm，对于矩形螺纹，b＝0.5P对于梯形螺纹，b一0.65P,对于30o锯齿形螺纹，b=0.75P，P为螺纹螺距；l——弯曲力臂；mm参看图 , l=(D-D)/2；2[τ]——螺母材料的许用切应力，MPa，见表；[σ]b——螺母材料的许用弯曲应力，MPa，见表。
当螺杆和螺母的材料相同时，由于螺杆的小径dl小于螺母螺纹的大径D，故应校核杆螺纹牙的强度。
此时，上式中的D应改为d1。
螺母外径与凸缘的强度计算。
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。
如下图所示的螺母结构形式，工作时，在螺母凸缘与底座的接触面上产生挤压应力，凸缘根部受到弯曲及剪切作用。
螺母下段悬置，承受拉力和螺纹牙上的摩擦力矩作用。
设悬置部分承受全部外载荷Q，并将Q增加20～30％来代替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]为螺母材料的许用拉伸应力，[σ]=0.83[σ]b ，[σ]b为螺母材料的许用弯曲应力，见表5－15。
螺母凸缘的强度计算包括：凸缘与底座接触表面的挤压强度计算式中[σ]p 为螺母材料的许用挤压应力，可取[σ]p=（1.5 1.7）[σ]b凸缘根部的弯曲强度计算式中各尺寸符号的意义见下图。
凸缘根部被剪断的情况极少发生，故强度计算从略。
螺杆的稳定性计算：对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力Q大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。
(完整版)机械设计中丝杠螺母副计算校核
1、螺纹副耐磨性计算《机械设计（第四版）》公式（6.20），螺纹中径计算公式：][2P h Fpd φπ≥式中， N F 轴向力，- 2.1=-φφ整体式螺母取 1.3,81][表许用压强MPa P -6m m 螺距，-p mm p h h 365.05.0=⨯==-螺纹工作高度，螺母为整体式并且磨损后间隙不能调整，2.1,5.22.1=-=φφ取；该螺旋机构为人力驱动，因此][P 提高20%，MPa P 6.212.118][=⨯=。
mm P h FP d 3.296.212.1314.3649153][2=⨯⨯⨯⨯=≥φπ612 612注：当ф＜2.5或人力驱动时，[p]值可提高20％；若为剖分螺母时则[p]值应降低15～20％。
图3.？ 螺旋副受力图牙型角α=30°，螺距P 由螺纹标准选择P=6mm牙顶间隙ac ;25.0,55.1=-=ac p ;5.0,126=-=ac p ;1,4414=-=ac p 外螺纹大径(公称直径)，根据各企业自行制定的行业标准（或自行设计加工)取d=44mm中径mm p d d 415.02=-= 小径mm h d d 37231=-=牙高mm ac p h 5.35.03=+= 内螺纹大径mm ac d D 452=+=中径mm d D 1422== 小径mm p d D 381=-= 牙高mm h H 5.334== 牙顶宽mm p f 196.2366.0==牙槽底宽mm ac p w 9145.10563.366.0=-=螺纹升角4470.0tan 2==d npπψ 因此选用644⨯T 的螺杆，其参数为：表3.2 644⨯T 的螺杆公称直径（mm ） d 螺距（mm ） P中径（mm ） 22D d = 大径（mm ） D 小径（mm ）1d 1D446414537382、螺纹牙强度计算螺纹牙的剪切和弯曲破坏多发生在螺母。
螺纹牙底宽 mm p t 8.36634.0634.01=⨯== 螺母旋合长度94.3143.22'=⨯==d H φ 相旋合螺纹圈数 16694.3≈='=P H z 剪切强度条件MPa z Dt F 4.068.3614514.334912.51=⨯⨯⨯=πMPa 4030][-=≤τ 弯曲强度条件MPa MPa z Dt Fh b 6040][9.62618.34514.3334912.533221-=≤=⨯⨯⨯⨯⨯=σπ表3.3滑动螺旋副材料的许用应力螺旋副材料 许用应力(MPa)[σ] [σ]b[τ] 螺杆 钢 σs /(3~5)螺母青铜 40~60 30~40 铸铁 40~55 40 钢(1.0~1.2) [σ]0..6[σ]螺杆强度计算螺杆受有压力（或拉力）F 和扭矩T ，根据第四强度理论，其强度条件为;Ng d l vg G 6.778.94041.046.078504242=⨯⨯⨯⨯===πρρm291.0250.06.7715.0f N r G T =⨯⨯=⋅⋅=公称][)2.0(3)4(231221σπ≤+d T d F][49.32)370.02.010291.0(3)370.014.310349154()2.0(3)4(23622-6231221σπ≤=⨯⨯+⨯⨯⨯=+-MPa d T d F4、螺纹副自锁条件668.21414.361arctan arctan2=⨯⨯==d nP πψ 梯形螺纹的牙型斜角 15=β，其当量摩擦角3.515cos 09.0arctancos arctan===βμρv 式中,ψ为螺纹升角；μ为螺旋副的当量摩擦系数,见下表3.?。
螺纹传动强度计算
螺旋副材料牌号Q235、Q275、45、5040Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl ZCu10P1、ZCu5Pb5Zn5ZcuAl9Fe4Ni4Mn2ZCuZn25Al6Fe3Mn3滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关。
其中最主要的是螺纹工作面上的压力，压力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。
因此，滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力p ，使其小于材料的许用压力[p ]。
4.螺母外径与凸缘的强度计算5.螺杆的稳定性计算螺旋传动设计滑动螺旋传动的设计计算设计计算步骤:1.耐磨性计算2.螺杆的强度计算3.螺母螺纹牙的强度计算螺旋传动常用材料见下表：表： 螺旋传动常用的材料耐磨性计算螺母螺杆如图5－46所示，假设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）引整理后可得对于矩形和梯形螺纹，h＝0.5P，则对于30o 锯齿形螺纹。
h＝0.75P，则螺母高度H=фd 2式中：[P]为材料的许用压力，MPa，见表5－13；ф值一般取1.2～3.5。
对于整体螺母，由于磨损后不能凋整间隙，为使受力分布比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取ф＝1.2～2.5对于剖分螺母和兼作支承的螺母，可取ф=2.5～3.5只有传动精度较高；载荷较大，要求寿命较长时，才允许取ф=4。
根据公式算得螺纹中径d 2后，应按国家标准选取相应的公称直径d及螺距P。
螺纹工作圈数不宜超过10圈。
螺杆—螺母的材料滑动速度低速≤3.06~12>15淬火钢—青铜6~12<2.46~12表：滑动螺旋副材料的许用压力[ P]钢—青铜钢—铸铁注：表中数值适用于ф=2.5～4的情况。
螺杆和螺母设计计算
1螺杆和螺母的设计计算(F=58KN,H=250mm )1.1螺旋副的计算1.1.1螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。
梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。
故选梯形螺纹。
1.1.2选取螺杆材料螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。
选45钢。
1.1.3计算根据国家规定ϕ=1.2~2.5，取ϕ=1.4（梯形螺纹）；螺纹牙的工作高度h=0.5P ；查教材表2-4-9，[p ]取21Mp a故，d 2≥[]p h FP ϕπ = []p P FP πϕ5.0 =6310214.114.35.01058⨯⨯⨯⨯⨯≈35.45mm 查机械制图附表2-3，d 取40m m ，mm 5.362取d ，P=7mm螺母高度mm d H 63.4945.354.12'=⨯==ϕ，'H 取50mm 螺母的螺纹工作圈数14.7750'===P H z ，所以z 取7圈 螺纹牙的工作高度3.5mm 70.5=0.5P =h =⨯根据教材（2-4-36）的校核式[]p hzd F p ≤=2π []p MPa hz d F p ≤=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==--66.207105.3105.3614.310583332π ，满足条件1.1.4自锁验算自锁条件是≤λρv ，式中：λ为螺纹升角；ρϖ为螺旋⎬副当量摩擦角，ρv =arcta n v f ，当螺旋副材料为钢对青铜时取v f =0.09（为保证自锁，螺纹升角至少要比当量摩擦角小1°~1.5°）λ=arcta n (nP / πd 2)=arcta n （1⨯7/3.14⨯36.5）≈3.5°ρv =arcta n 0.09≈5.14°故，λ=3.5°<ρv -1°，所以满足自锁条件1.2螺杆的计算1.2.1螺杆强度螺旋千斤顶工作时，螺杆受轴向压力F 和转矩T 的作用，应根据第四强度理论对其强度进行校核。
螺母螺纹牙的强度计算
螺母螺纹牙的强度计算螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。
如图5－47所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D处展开，则可看作宽度为πD的悬臂梁。
假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为Q/u，并作用在以螺纹中径D2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【5－50】螺纹牙危险截面a－a的弯曲强度条件为【5－51】式中：b——螺纹牙根部的厚度，mm，对于矩形螺纹，b＝0.5P对于梯形螺纹，b一0.65P,对于30o锯齿形螺纹，b=0.75P，P为螺纹螺距；l——弯曲力臂；mm参, l=(D-D2)/2；[τ]——螺母材料的许用切应力，MPa，；[σ]b——螺母材料的许用弯曲应力，MPa，。
当螺杆和螺母的材料相同时，由于螺杆的小径d l小于螺母螺纹的大径D，故应校核杆螺纹牙的强度。
此时，上式中的D应改为d1。
螺母外径与凸缘的强度计算。
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。
如下图所示的螺母结构形式，工作时，在螺母凸缘与底座的接触面上产生挤压应力，凸缘根部受到弯曲及剪切作用。
螺母下段悬置，承受拉力和螺纹牙上的摩擦力矩作用。
设悬置部分承受全部外载荷Q，并将Q增加20～30％来代替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]为螺母材料的许用拉伸应力，[σ]=0.83[σ]b，[σ]b为螺母材料的许用弯曲应力，见表5－15。
螺母凸缘的强度计算包括：凸缘与底座接触表面的挤压强度计算式中[σ]p为螺母材料的许用挤压应力，可取[σ]p=（1.5 1.7）[σ]b凸缘根部的弯曲强度计算式中各尺寸符号的意义见下图。
凸缘根部被剪断的情况极少发生，故强度计算从略。
螺杆的稳定性计算：对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力Q大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。
螺纹的承载力量怎么计算)
螺纹的承载力量怎么计算1.耐磨性校核公式：P=Fmax/(π*d2*h*z)≤[P]式中:最大轴向载荷Fmax=350000N螺杆中径d2=128mm螺纹工作高度h=12mm旋合圈数z=10.00计算工作压强P=7Mpa许用工作压强[P]=25Mpa因为P≤[P]，所以满足耐磨性要求。
2.自锁校核公式：λ=arctg(n*p/(π*d2))≤ψ式中:螺纹头数n=1螺纹螺距p=16mm螺旋升角λ=2.28°当量摩擦角ψ=5.14°因为λ≤[ψ]，所以满足自锁要求。
3.螺杆强度校核公式：σ=4*Fmax*sqrt(1+12*[d2*tg(λ+ψ)/d1]^2)/(π*d1^2)≤[σ]式中:螺杆小径d1=112.231mm计算应力σ=40Mpa许用应力[σ]=40Mpa因为σ≤[σ]，所以满足螺杆强度要求。
4.螺纹牙强度校核公式：τ=Fmax/(π*dt*b*z)≤[τ]σ=3*Fmax*h/(π*dt*b^2*z)≤[σ]式中:螺纹牙底宽度b=11.84mm螺母和螺杆材料不同，取dt=d+2*Y=143.769mm 螺杆大径d=140mm螺纹顶隙Y=1.88432mm计算剪切强度τ=7Mpa许用剪切强度[τ]=35Mpa计算弯曲强度σ=20Mpa许用弯曲强度[σ]=45Mpa因为τ≤[τ]且σ≤[σ]，所以满足螺纹牙强度要求。
5.螺杆稳定性校核公式：Scr=20600*π^3*d1^4/(64*Fmax*(μ*l)^2)〉Sc 式中:螺杆长度系数μ=0.7螺杆工作长度l=300mm稳定性计算安全系数Scr=102.59稳定性安全系数Sc=3.8因为Scr〉Sc，所以满足稳定性要求。
螺纹牙强度校核计算
普通螺纹螺栓拉断截面dc（mm）
H 3p 2
dc
d1
H 6
2 3 2.598076211
1.566987298
安全系数S
S=3~5
3
材料的屈服强度 s （MPa）
许用拉应力 （MPa）
计算拉应力 计算结果
s / S
4
F
d1
H 6
2
若＜ ，则合格，
反之不合格
4 1.333333333 0.518799311
计算值 28.58 28.52 24.22 26.82
弯曲力臂L（mm）
单圈外螺纹截面抗弯模量W(mm） 螺纹牙底宽度b（mm） 轴向力F(N) 螺距p（mm） 螺纹工作高度h（mm） 连接螺纹牙数z 安全系数S
材料的屈服强度 s（MPa）
许用拉应力 （MPa）
对螺杆，计算弯曲应力 b（Mpa）
235260
38
4.23
50
z=l/p
11.82033097
h=0.541p
2.28843
A=π*d2*h*z
3227.606
p F/A p s / n
72.88993762 345
如果p p ，则合格，
合格
反之则不合格
项目 轴向力F(N) 公扣时使用螺纹小径d1（mm） 母扣时使用螺纹大径D（mm） 连接螺纹牙数z
s / S
F d1bz
F Dbz
0.6
1.5 4.23 3.1725 517.5 345 56.28061362
207
计算结果
如果螺杆和螺母 ，则合格，
反之则不合格
项目 螺母大径D（mm） 螺杆大径d（mm） 公扣时使用螺纹小径d1（mm） 外螺纹中径d2（mm）
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螺母螺纹牙的强度计算
螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。
如图5－47所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D处展开，则可看作宽度为πD的悬臂梁。
假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为Q/u，并作用在以螺纹为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面a－a的剪切强度条件为
中径D
2
【5－50】
螺纹牙危险截面a－a的弯曲强度条件为
【5－51】
式中：
b——螺纹牙根部的厚度， mm，对于矩形螺纹，b＝0.5P对于梯形螺纹，b一0.65P,对于30o锯齿形螺纹，b=0.75P，P为螺纹螺距；
)/2；
l——弯曲力臂；mm参看图 , l=(D-D
2
[τ]——螺母材料的许用切应力，MPa，见表；
——螺母材料的许用弯曲应力，MPa，见表。
[σ]
b
当螺杆和螺母的材料相同时，由于螺杆的小径d
l
小于螺母螺纹的大径D，故应校
核杆螺纹牙的强度。
此时，上式中的D应改为d
1。
螺母外径与凸缘的强度计算。
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。
如下图所示的螺母结构形式，工作时，在螺母凸缘与底座的接触面上产生挤压应力，凸缘根部受到弯曲及剪切作用。
螺母下段悬置，承受拉力和螺纹牙上的摩擦力矩作用。
设悬置部分承受全部外载荷Q，并将Q增加20～30％来代替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]为螺母材料的许用拉伸应力，[σ]=0.83[σ]
b ，[σ]
b
为螺母材料的许用
弯曲应力，见表5－15。
螺母凸缘的强度计算包括：
凸缘与底座接触表面的挤压强度计算
式中[σ]
p 为螺母材料的许用挤压应力，可取[σ]
p
=（1.5 1.7）[σ]
b
凸缘根部的弯曲强度计算
式中各尺寸符号的意义见下图。
凸缘根部被剪断的情况极少发生，故强度计算从略。
螺杆的稳定性计算：
对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力Q大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。
因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力Q必须小于临界载荷Q。
则螺杆的稳定性条件为
S sc=Q c/Q≥S s
式中：S
sc
——螺杆稳定性的计算安全系数；
S
s
——螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋（如起重螺杆等），
S
s
=3.5～5.0对于传导
螺旋，S
s ＝2.5～4.0；对于精密螺杆或水平螺杆，S
s
＞4。
Q c ——螺杆的临界载荷，N，根据螺杆的柔度λ
S
值的大小选用不同的
公式计算。
λ
S
=μl/i，此处，μ为螺杆的长度系数，见表；l为螺杆的工作长度，mm，若螺杆两端支承时，取两支点间的距离作为工作长度l；若螺杆一端以螺母支承时，则以螺母中部到另一端支点的距离，作为工作长度 l； i为螺杆危险截面的惯性半径， mm，若螺杆危险截面面积
则
当λS≥100时，临界载荷Q c可按欧拉公式计算，即
式中：E——螺杆材料的拉压弹性模量，E=2.06X105MPa；
I——螺杆危险截面的惯性矩，
当λS＜ 100时，对于强度极限σB≥380MPa的普通碳素钢，如 Q235、Q275等，取
Q c＝（304－ 1.12λS）π/4d12
对于强度极限σ
B
＞480MPa的优质碳素钢，如35～50号钢等，取
Q c＝（461－2.57λS）π/4d12
当λ
S
<40时，可以不必进行稳定性核核。
若上述计算结果不满足稳定性条件
时，应适当增加螺杆的小径d
1。
表:螺杆的长度系数μ：
注：判断螺杆端部交承情况的方法：
l）若采用滑动支承时则以轴承长度l
0与直径d
的比值来确定。
l
/d0＜1.5时，为铰支;
l
／d0＝1.5 3.0时，为不完全固定；l0／d0＞3.0时，为固定支承。
＝H（H为螺母高度）。
2）若以整体螺母作为支承时，仍按上述方法确定。
此时取l
3）若以剖分螺母作为支承时，叫作为不完全固定支承。
4）若采用滚动支承已有径向约束时，可作为铰支；有径向和轴向约束时，可作为固定支承。
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