第四章 螺纹联接及螺旋传动

思 考 题

4－1 螺纹的主要参数有哪些？何处直径为其公称直径？

4－2 常用螺纹牙型有哪几种？哪些主要用于联接？哪些主要用于传动？ 4－3 螺纹联接有哪几种基本类型？它们各自有何特点？各自适用于什么场合？ 4－4 何谓螺纹联接的预紧？预紧的目的是什么？怎样控制预紧力？ 4－5 螺纹联接防松的实质是什么？常用防松方法有哪些？

4－6 受剪螺栓联接的可能失效形式有哪些？设计中需计算何种强度？

4－7 单个受拉螺栓联接有哪几种不同的受力情况？每种受力情况下的强度计算有何相同之处？又有何差异？

4－8 对于承受预紧力和轴向工作拉力的螺栓联接，设计时应如何确定所需的剩余预紧力F??和预紧力F?？如何计算螺栓的总拉力F0？

4－9 国家标准中对螺栓、螺钉和螺柱的性能等级是如何规定的？

4－10 螺栓组联接受力分析和计算的目的是什么？螺栓组联接有哪几种典型的基本受载形式？每种受载形式下，应如何进行受力分析与计算？

4－11 提高螺纹联接强度的措施有哪些？

4－12 按用途不同，螺旋传动分为哪几种？滑动螺旋传动的螺杆和螺母分别常用什么材料？ 4－13 设计滑动螺旋传动时，通常需要计算哪些内容？如何确定螺纹的公称直径和螺距？

习 题

4－1 铣刀盘的夹紧装置如图4－35所示。拧紧轴上的螺母后，铣刀1被夹紧在两个夹紧盘2之间，并随主轴转动。已知：最大切削力F=4kN，夹紧盘与铣刀之间的摩擦因数μs＝0.1，轴的材料为45钢，其

σs＝360MPa。试设计轴端螺纹的直径（装配时不控制预紧力）。

4－2 某螺栓联接中，螺栓的刚度cb＝100N／mm，被联接件的刚度cm＝400N／mm，预紧力F′和

轴向工作拉力F均为500N。1）试问工作中被联接件接合面是否会开缝？2）如果F在100N～500N之间变化，试按比例绘出联接的载荷－变形图，并标出各力以及螺栓总拉力的变化范围。

4－3 一钢制压力容器的螺栓组联接，如图4－6所示。内径D＝500mm，蒸汽压力p=1.2MPa，螺栓分布圆直径D0＝640mm，为保证气密性要求，螺栓间距不得大于150mm，安装时控制预紧力，试设计此

联接。

4－4 图4－36所示为边板1用3个M16×70（其螺纹部分的长度为28mm）的铰制孔用螺栓与机架2相联接。已知边板厚度为20mm，机架的联接厚度为30mm，所受载荷FR＝900N，L=300mm，a=100mm，边板和机架的的材料均为Q235，螺栓的性能等级为4.6级。要求：1）按1：1的比例画出一个螺栓联接的结构图；2）分析螺栓组中各螺栓的受力，找出受力最大的螺栓并校核其强度。

4－5 图4－37所示为齿轮与卷筒之间的螺栓组联接，8个性能等级为6.6级的螺栓，均布于直径D0=500mm的圆周上。若卷筒上钢丝绳的拉力F=50kN，卷筒直径D=400mm，齿轮与卷筒之间的摩擦因数

习μs＝0.12，装配时不控制预紧力。试确定螺栓的直径，并列出螺栓的标准代号。

4－6 图4－38所示为用两个M10的螺钉固定的牵曳环，螺钉的性能等级为4.6级，装配时控制预紧力，结合面的摩擦因数μs＝0.3，取可靠性系数K=1.2。求所允许的牵曳力FR。

4－7 如图4－39所示的方形盖板用4个性能等级为6.6级的M16螺钉与箱体联接。工作中盖板上的吊环承受通过盖板中心O点的工作载荷FQ＝20kN，取剩余预紧力F″＝0.6F（F为单个螺栓的工作拉力），装配时不控制预紧力。要求：1）校核螺钉的强度；2）由于制造误差使吊环偏移，导致FQ由O点移至对角线上的O′点，OO′＝52mm。求此时受力最大的螺钉所受的工作拉力，并校核其强度。

4－8 图4－40所示为一平板零件2用螺栓组联接固定在机架1上。工作中所受载荷FΣ＝1000N，取

习题4－

习题4

可靠性系数K＝1.2，接合面摩擦因数μs＝0.15。图中给出了由6个螺栓构成的螺栓组的两个布置方案。要求：1）分析哪个方案所需螺栓直径较小？2）计算方案Ⅰ中螺栓所需的预紧力。

习

题4－

4－9 图4－41所示为一铸铁支架，用四个性能等级为6.6级的M16普通螺栓，固定在混凝土立柱上。已知载荷FQ＝8kN，接合面之间的摩擦因数μs＝0.3，混凝土的许用挤压应力〔σp〕＝2.5MPa，接合面的承载面积A＝4×104mm2，其抗弯截面模量W=5×106mm3，取可靠性系数K＝1.2，安全系数S=3，取预紧力F′＝9kN，。要求：1）校核是否能保证支架不下滑？2）校核螺栓的强度。3）校核是否能保证联接的接合面既不会开缝也不会被压溃？

4－10 图4－42所示为常用的螺纹联接。a）为普通螺栓联接，b）为螺钉联接，c）为双头螺柱联接，

d）为紧定螺钉联接。指出图中的结构错误，并画出正确结构图。

习题

4－10

4－11 试设计螺旋千斤顶（运动简图见图4－32a）的螺杆和螺母的主要尺寸。最大起重量为35kN，

最大起重高度为180mm，材料自选。

4－12 如图所示的夹紧联接柄承受载荷F=600N，螺栓个数Z=2，联接柄长度l=300mm，轴直径d=60mm，夹紧结合面摩擦系数μ=0.15，可靠性系数k=1,试确定联接螺栓的直径（螺栓材料为Q235钢）。 注：未淬火钢：[σ]=0.6σs， σs=240N/mm2

解：由受力平衡条件 μF′Zd=Fl(可靠性系数k=1)

得 螺栓的预紧力F′为：

F′= Fl /μZd=600×300/（0.15×2×60）=10000N 螺栓直径为d1： 4×1.3 F′/πd12≤[σ]

4?1.3F4?1.3?10000==10.72mm

??0.6?S??0.6?240根据d1≥10.72mm查螺纹标准，可得出该螺栓的公称直径M16

4－13 图示A板用4个性能等级为6.8级的普通螺栓固定在槽钢上，A板受力F＝2400N，安装时，各螺栓的预紧力皆为F?＝3000N，螺栓与被联接件的刚度之比为Cb＝1.5。问：选M12（d1＝10.106mm）的螺栓是否安全？

:Cm?1:5，取螺栓的安全系数S

解：（1）将F向螺栓组形心平移得 轴向力F＝400（N）和翻转力矩M，

M＝F（400＋75）＝2400×475＝1.14×106（N·mm）。 （2）工作拉力

F2400??600（N） z4MrM1.14?106?3800（N） M作用下 F2＝2?4r4?754rF作用下 F1＝

最大工作拉力为 Fmax＝F2－F1＝3800－600＝3200（N）

（3）总拉力