螺纹连接受力分析
螺纹连接习题解答(讲解)
螺纹连接习题解答11—1 一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上，如图所示。
已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235、强度级别为4.6级，装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。
解题分析：本题是螺栓组受横向载荷作用的典型例子．它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦力来传递横向外载荷F R。
解题时，要先求出螺栓组所受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷F R。
解题要点：（1）求预紧力F′：由螺栓强度级别4.6级知σS =240MPa，查教材表11—5（a），取S=1.35，则许用拉应力： [σ]= σS/S =240/1.35 MPa=178 MPa ，查（GB196—86）M10螺纹小径d1=8.376mm 由教材式（11—13）： 1.3F′/（πd21/4）≤[σ] MPa 得：/（4×1.3）=178 ×π×8.3762/5.2 N F′=[σ]πd21=7535 N（2）求牵引力F R：=7535×0.15×2×由式（11—25）得F R=F′fzm/Kf1/1.2N=1883.8 N （取K=1.2）f11—2 一刚性凸缘联轴器用6个M10的铰制孔用螺栓（螺栓 GB27—88）连接，结构尺寸如图所示。
两半联轴器材料为HT200，螺栓材料为Q235、性能等级5.6级。
试求：（1）该螺栓组连接允许传递的最大转矩T max。
（2）若传递的最大转矩T max不变，改用普通螺栓连接，试计算螺栓直径，并确定其公称长度，写出螺栓标记。
（设两半联轴器间的摩擦系数f=0.16，可靠性系数K f=1.2）。
解题要点：（1）计算螺栓组连接允许传递的最大转矩T max：该铰制孔用精制螺栓连接所能传递转矩大小受螺栓剪切强度和配合面挤压强度的制约。
因此，可先按螺栓剪切强度来计算T max，然后较核配合面挤压强度。
机械设计——螺纹连接
F 0~1。
静强度条件： sca1d.312F/24s
. 疲劳强度校核
二、 受剪螺栓 Shear bolts
螺纹连接的强度计算4
(承受工作剪力的紧螺栓连接)
这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间
无间隙，接触表面受挤压。在连接结合面处，螺栓杆则受剪切。
螺栓杆与孔壁的 挤压强度条件为：
1、受拉松螺栓 a、受横向工作载荷的受拉紧螺栓连接
2、受拉紧螺栓
(仅承受预紧力的紧螺栓连接)
b、受轴向工作载荷的受拉紧螺栓连接
(承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接)
二、受剪螺栓（铰制孔螺栓）
(承受工作剪力的紧螺栓连接)
.
一、 受拉螺栓 Tensile bolts
1. 受拉松螺栓 Loose bolts
S. haft－hub joints
二、螺纹的类型和主要参数
Types and main parameters of screw
1.螺纹的形成：
2.螺纹的分类：
a)按螺旋线方向分: 左旋、右旋
b)按螺旋线头数分: 单线、多线 c)按螺纹在母体的内外表面分: 外螺纹、内螺纹
d)按螺纹的母体分:圆柱螺纹、圆锥螺纹
轿车 飞机机翼 自行车
机床 发动机气缸
锁紧螺母 .
摩托车 化工管道 汽车轮胎
§5-2 螺纹连接的预紧和防松
Tightening and preventing unscrewing of screw joints
螺纹连接的预紧 Tightening of screw joints
螺纹连接的防松 Preventing unscrewing of screw joints
螺纹连接
连接篇
一、思路
螺纹连接
30
§5 螺栓组连接的受力分析
连接结构形式、外载荷类型 —→螺栓受力 —→找出受载最大螺栓
—→按单个螺栓连接的计算方法计算 二、基本假定 1、各螺栓刚度相同； 2、各螺栓F’相同； 3、变形在弹性范围内； 4、被联件为刚体；
三、四种典型受载情况时 的受力分析 1、受轴向载荷的螺栓组连接
螺纹连接
33
FS FR / z
剪切计算 挤压计算
FR/2 FR Fs Fs FR/2
Fs/2 FR Fs/2
Fs/2 Fs/2
b)用受剪螺栓联接
连接篇
3、受旋转力矩T的螺栓组连接
螺纹连接
34
特点：在转矩T作用下，底板有绕螺栓组形心轴线O-O旋转的趋势。 受拉螺栓
横向力
受剪螺栓 （1）受拉螺栓连接
3、按拆开时是否损坏零件分 可拆连接：如螺纹连接（最广泛的可拆连接）。
不可拆连接：如焊接、铆接等。
连接篇
二、螺纹基本知识 1、螺纹的主要参数 ① 直径
螺纹连接
2
大径d：公称直径。M20→d=20mm 小径d1：螺纹的最小直径。 中径d2：齿厚=齿槽宽处直径，几何计 算用。 一般取：d2=(d+d1)/2
螺纹旋向：左旋螺纹，
右旋螺纹（常用）。 旋向判定： 顺着轴线方向看，可见侧左 边高则为左旋，右边高则为 右旋。 思考：
右旋
左旋
连接篇
螺纹连接
5
螺纹线数：单线（连接）；多线（传动）。
螺纹牙形：三角形、矩形、梯形、锯齿形等 60 30 ° °
三角形 连接：效率低、自锁性好。 单线，用于连接 梯形
30 ° 3°
螺纹连接
螺杆受力分析报告
螺杆受力分析报告简介本文档旨在对螺杆的受力分析进行详细说明。
螺杆是一种常见的机械零件，其主要作用是传递力量或分离物体。
螺杆结构和工作原理螺杆由一个螺旋线形状的凸起称为“螺纹”环绕的圆柱体构成。
通常，螺杆与螺帽配合，螺帽上有与螺纹相配合的凹槽。
当螺杆转动时，螺纹将螺杆和螺帽拉近或推离，实现力量的传递或物体的分离。
螺杆的主要工作原理是借助螺旋线的斜面，在旋转时产生一个轴向的力，即“螺杆力”。
螺杆力的大小取决于螺杆的直径、螺距和旋转力矩。
螺杆的受力分析螺杆受力分析的目的是确定螺杆受到的各种力和扭矩，以确保螺杆的强度和稳定性。
螺杆受力分析包括以下几个方面：1. 螺杆力螺杆力是螺杆传递力量的关键因素。
它可以由以下公式计算得到：F = P / (π * d * p)其中，F为螺杆力，P为施加在螺杆上的力，d为螺杆直径，p为螺纹的螺距。
2. 温度影响温度变化会导致螺杆的长度发生变化，进而对螺杆产生额外的应力。
这种应力可以通过线膨胀系数来估计，并添加到螺杆受力分析中。
3. 材料强度螺杆的材料强度是螺杆设计的重要考虑因素之一。
常见的材料强度参数包括拉伸强度和屈服强度。
在螺杆受力分析中，需要确保螺杆在受到最大载荷时不会超过其材料强度的限制。
4. 扭矩螺杆受力分析还需要考虑扭矩对螺杆的影响。
扭矩是指施加在螺杆上的旋转力矩，可以导致螺杆产生扭转变形和应力。
结论螺杆受力分析是确保螺杆的强度和稳定性的重要过程。
通过计算螺杆力、考虑温度影响、材料强度和扭矩等因素，可以得到准确的螺杆受力分析结果，并为螺杆的设计和使用提供依据。
参考文献•Smith, G. (1995). Screw Extruders: Feeders, Melters, and Screws.Hanser Gardner Publications.请注意：本文档仅用于学术交流和参考，不针对具体的螺杆设计和使用情况。
如需具体应用，请咨询专业工程师。
机械设计习题集答案第十五章--螺纹连接(解答)
15—4 一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上，如图所示.已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235、强度级别为4.6级，装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。
解题分析:本题是螺栓组受横向载荷作用的典型例子．它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦力来传递横向外载荷F R 。
解题时，要先求出螺栓组所受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷F R 。
题15—4图解题要点：(1)求预紧力F ′：由螺栓强度级别4.6级知σS =240MPa,查教材表11-5（a ），取S=1.35，则许用拉应力： ［σ]= σS /S =240/1。
35 MPa=178 MPa ， 查（GB196—86）M10螺纹小径d 1=8.376mm由教材式(11—13）： 1.3F ′/（πd 21/4）≤[σ] MPa 得:F ′=[σ]πd 21/（4×1.3）=178 ×π×8。
3762/5.2 N =7535 N （2） 求牵引力F R :由式（11—25）得F R =F ′fzm/K f =7535×0。
15×2×1/1.2N=1883。
8 N (取K f =1。
2)分析与思考：（1）常用螺纹按牙型分为哪几种?各有何特点?各适用于什么场合?连接螺纹用什么牙型？传动螺纹主要用哪些牙型？为什么？答：根据牙型，螺纹可以分为三角形、矩形、梯形、锯齿形等。
选用时要根据螺纹连接的工作要求，主要从螺纹连接的效率和自锁条件两个方面考虑，结合各种螺纹的牙形特点。
例如三角形螺纹，由于它的牙形角α较大，当量摩擦角υρ也较大（βρυυcos arctan arctan ff ==），分析螺纹的效率()υρη+ψψ=tan tan 和自锁条件 Ψυρ≤,可知三角形螺纹效率较低,但自锁条件较好，因此用于连接。
螺栓组连接的受力分析及禁忌
ｌ３ －
４
式中 Ｆ 为预 紧力 （ ） Ｎ ， 为螺栓的直径 （一 ） 为螺栓 的许用应力 ｄ ｒ ， ｒ
（ ／ ｍ 。 Ｎｒ ） ａ
此公式可理解 为 ：螺栓被拧 紧时既受 托又受 扭 ，采用第 四强度理 论 ，拉扭合 成 的结果相 当于纯拉伸 的 １ 倍 。应深 刻理解 １ 的物理 意 ． ３ ． ３ 义 ， 安全系数 和可 靠系数等 。 绝非 ２ ． ２既受预 紧力又受 工作载荷 的受拉 螺栓 外载荷为轴 向载荷 Ｆ 或 翻倒 力矩 Ｍ作用 ， 而采用受 拉螺栓 的情况 属于此种情况 ， 度条 件为 ： １ ， 强 ． ３
的相对 刚度系数 ；工作 载荷 Ｆ 由轴 向力 Ｆ 或 翻倒 力矩 Ｍ引起 的 ， 是 。 其 值可 由螺栓组受力分 析相关公式求得 。 如螺 栓受变载荷作 用 ，除按上 述公式进 行设计 或校核 满足静 强度 外 ， 验算螺栓的应力 幅 ， 盯≤【 详 细内容请参 考机械 设计教材 。 尚需 即 叮， ２ ． ３受剪螺栓连接 的强 度设 计 计算 ２． ．１受剪螺栓连 接的强度设计计算 概述 ３ 受剪螺栓 （ 铰制孑 光制螺栓 ） Ｌ 螺栓杆 和螺栓孑采 用基孑 制过渡 配合 Ｌ Ｌ （ ７ ６Ｈ ／６， Ｈ ／ ， ７ ）能精确 固定被 连接件 相对位 置 ， 承受横 向载 荷 ， ｍ ｎ 并能 但 是孔 的加工 精度要求 高 。用于 结构要求 紧凑或连 接空 间受 到 限制 的情 况。受剪螺栓连接 的失效形式 为螺栓 的栓杆部分被 压溃或栓 杆被剪 断。 Ｉ 剪强度计算 ： ） 抗 ２抗压 强度计算 ： ）
横 向力被接缝 面间 的摩 擦力平衡 ，螺栓组受 的转矩 被接缝 面问 的压 力 产 生的摩擦力矩平衡 。拧紧螺栓 时每个螺栓受到 的轴 向拉力 ， 连接件 被 受 到夹紧力 而产生预 紧力 Ｆ。因此螺 栓没有受 到剪切 ，只受到 预紧力 Ｆ， 即只受拉 而不受剪 。 ２螺栓 连接的强度设 汁汁算 及禁忌 螺栓组受力 的分析 目的是 求 出一组 螺栓 中受 力最大 的螺栓 所受 的 力， 进行强度计算 。 作用 于—组螺栓 的外 力有轴 向力 、 横向力 Ｆ 、 转矩 Ｔ及 翻倒 力矩 Ｍ 四种情 况 ， 对于单个 螺栓 的受 力只有 两种情 况 ： 受拉或 受剪 。工程应 用中多数应用 为受拉螺栓 。 ２ ． １只受预 紧力 的受拉螺栓连 接 只受 预 紧力 Ｆ 的受拉 螺栓连 接 ，是指 工作后 不 再受 轴 向载荷作 用 。例如外 载荷为横 向力 Ｆ Ｒ或转矩 Ｔ 用 ， 作 受拉螺 栓连接属 于这种情 况， 只受预 紧力 作用 ， 其强度条件 为 ： １Ｆ， ． ３
螺栓强度计算
――受力不均匀因数，受压螺母 =1，受拉螺母 =1.5~1.6；
――缺口应力集中因数，按表3查得；
――抗压疲劳极限，按表4查得；
――安全因数，控制预紧力 =1.5~2.5，不控制预紧力 =2.5~5。
表1螺栓连接
一、螺栓受力分析：
螺栓为受轴向载荷紧螺栓连接（动载荷），受轴向载荷紧螺栓连接（动载荷）的基本形式如下图所示：
二、受轴向载荷紧螺栓连接（动载荷）的基本公式：
（1）许用应力计算公式：
（2）强度校核计算公式：
式中：
――轴向载荷，N；
――螺栓小径，mm，查表获得；
――相对刚度，按表1选取；
――尺寸因数，按表2查得；
表3缺口应力集中因数
表4抗压疲劳极限
三、计算内容：
相关参数如下表：
（1）许用应力计算：
（2）强度校核计算：
四、结论：
由上述计算可知，螺栓强度满足要求。
螺栓组受力分析与计算（可编辑）
螺栓组受力分析与计算一．螺栓组联接的设计设计步骤：1．螺栓组结构设计2．螺栓受力分析3．确定螺栓直径4．校核螺栓组联接接合面的工作能力5．校核螺栓所需的预紧力是否合适确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。
1. 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。
为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题：1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。
这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。
2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。
对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。
当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。
如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。
接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置3）螺栓排列应有合理的间距，边距。
布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。
扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标准。
对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距t0不得大于下表所推荐的数值。
扳手空间尺寸螺栓间距t0注：表中d为螺纹公称直径。
4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4，6，8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。
同一螺栓组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。
5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。
除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件，螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在Fa的作用下，法向反力比矩形螺纹大为：
Fn
Fa
cos
这时螺纹的摩擦阻力为：
Ff
f Fn Fa
cos
f
f
cos
Fa
f 'Fa
这时把法向力的增加看成摩擦系数的增加。
f ' f tg ' cos
f '称为当量摩擦系数
ρ'称为当量摩擦角
为牙型斜角
用f '取代f，用ρ'取代ρ，就可像矩形螺纹那样对
在同样的载荷Fa，同样的牵引速度V，走过同样 的距离S情况下：
没有摩擦时，需要的输入功 =FS= Fa S tg (ψ) 理论上 考虑摩擦时，需要的输入功
ddd dd2d2 2 dd1d1 1
PPP LL=L=n=nPn(PP(n(n=n=2=)2)2) LLL
ddddd2d22dd1d1 1
hhh
4）螺 距 P — 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应 两点间的轴向距离。 5）导程（S）— 同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面 的母线上的对应两点间的轴向距离。 6）线数n —螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4。
螺距、导程、线数之间关系：S=nP
PPP LL=L=n=nPn(P(Pn(n=n=2=)2)2) LLL
dddd2dd2 2 dd1d1 1
ddddd2d22dd1d1 1
hhh
7）螺旋升角ψ—中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于
螺旋线轴线的平面的夹角。 tgψ =nP/πd2 8）牙型角α—轴向截平面内螺纹牙型相邻两侧边的夹
第二部分 联 接
概述 1 螺纹参数 2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 3 机械制造常用螺纹 4 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 5 螺纹联接的预紧和防松
6 螺纹联接的强度计算（简介） 7 螺纹的材料和许用应力（简介） 8 提高螺纹联接强度的措施（简介） 9 螺旋传动（大作业） 10 滚动螺旋简介（不讲） 11 键联接和花键联接 12 销联接（简介）
角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间夹角称为牙侧角（牙
型斜角）β。
对称牙侧角β＝ α/2
PPP LL=L=n=nPn(P(Pn(n=n=2=)2)2) LLL
dddd2dd2 2 dd1d1 1
hhh
ddddd2d22dd1d1 1
2 螺旋副的受力分析、 效率和自锁
一、矩形螺纹 二、非矩形螺纹 三、螺旋副效率
概述
联接是指被联接件与联接件的组合。常
见的机械联接有两类：
一是机械动联接，如运动副；
二是机械静联接，本章所学习内容是机械静 联接问题。
联接
可拆联接 —装拆方便，多次装拆无损于 使用性能。如螺纹联接、键联 接、销联接
不可拆联接 —在拆开联接时会损坏联接
（永久性联接）
中的零件或使用性能。如焊 接、铆接、粘接
直放置，螺旋线自
左向右逐渐升高的
是右旋螺纹。反之
也成立。
左 旋
2、从端部沿轴线
右 旋
看去，当螺纹顺时
针方向旋转为旋进
时，此螺纹为右旋
螺纹。
单线螺纹
双线螺纹
三、螺纹的主要几何参数：
1）大径（外径）d（D）— 与外（内）螺纹牙顶 （底）相重合的假想圆柱体直径，亦称公称直径。 2）小径（内径）d1 (D1) — 与外螺纹牙底相重合的 假想圆柱体直径。 3）中径d2 —假想圆柱面的直径，该圆柱的母线上 牙形沟槽和凸起宽度相。
3、螺纹副： 内外螺纹旋合组成
螺旋副或称螺纹副。
二、螺纹分类
1、螺纹的牙型： 三角形、梯形、锯齿形；
2、螺纹的旋向： 左旋、右旋；
3、螺纹的线数（头数）：单线、等距排列多线；
4、母体形状： 5、按作用： 6、按位置：
圆柱螺纹、圆锥螺纹； 联接螺纹、传动螺纹； 内螺纹、外螺纹；
旋向判断方法：
1、将螺纹轴线竖
非矩形螺纹进行受力分析
上升： F= Fa tg (ψ+')
下滑： F= Fa tg (ψ- ')
2、螺纹自锁条件为：
ψ <
三、螺旋副效率为：
Fr
螺旋副的效率问题是由于摩擦引起的：
ψ
上升：
Fa F
若不考虑摩擦时：F= Fa tg (ψ) 若考虑摩擦时： F= Fa tg (ψ+')
Fr ψ +ρ
Fa F
一、矩形螺纹（=0)
1、螺纹受力分析
R Fa
Ff F
摩擦角ρ：
Fn
Fr ρ
滑块在水平面上，受到外力R（F+Fa）作用， 同时还受到法向反力Fn与摩擦力Ff的作用，令法 向反力与摩擦力的总反力为Fr，则FR与Fn方向之 间所夹的锐角ρ被称为摩擦角。
tgρ= Ff /Fn； Ff = Fntgρ= Fnf f = tgρ称为摩擦系数。
（1）把螺旋副在力矩和轴向载荷作用下的运动， 看 成作用在中径的水平力推动滑块沿螺纹运动。 （2）将矩形螺纹沿中径d2展开得一斜面。
图中ψ为螺旋升角， Fa为轴向载荷， F为水平推力，Fn为法向反力， Ff为
摩擦与摩擦力Ff的总反力为Fr 。
Fr Fnλ ρ
F f Fn
ψ
Fa
（3）其受力状况可以理解为：
拧紧时：作用在滑块上F为一驱动力，轴向载荷 Fa为 一阻力，总反力为Fr 。
若使滑块等速沿斜面上
Fr Fnψ
v
ρ
升，滑块所受三力平衡：
F +Fa +Fr=0 可得： F= Fa tg (ψ+)
F f Fn
ψ
Fa
Fr
ψ +ρ
Fa F
松开时：
ψ
相当于使滑块等速沿斜
Fn
面下滑，轴向载荷 Fa
ρ
变为驱动力， F变为维
持滑块等速运动所需的
平衡力。
ψ
可得： F= Fa tg (ψ -) <
分析：（1）ψ ->0， ψ> ， F >0
Fr
v
f Fn F
Fa Fr ψ -ρ
Fa F
2、螺纹自锁：
F= Fa tg (ψ -) 分析：
（1）ψ ->0， ψ> ， F >0
1 螺纹参数
一、螺纹线、螺纹、螺纹副 二、螺纹分类 三、螺纹的主要几何参数
一、螺纹线、螺纹、螺纹副
1、螺纹线：将一倾斜角为Ψ的直线绕在圆柱 体上便形成一条螺旋线。
2、螺纹：取一个平面图形沿螺旋线运动并使 平面始终通过圆柱体轴线就 得到螺纹。若改变平面图形 的形状，可得到三角形、梯 形、锯齿形、矩形螺纹。
说明滑块在重力作用下下滑，必须给以止动力， 防止加速下滑。
（2）ψ - <0， ψ <， F <0
说明滑块不能在重力作用下下滑。这一现象称 为自锁现象。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。
二、非矩形螺纹（=0)
三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹 1、螺纹受力分析： 唯一差别是： 法向力比矩形螺纹大。