贵州大学机械设计课程教案 第5章螺纹联接

5.6螺纹连接的强度计算课堂类别：理论教学目标：通过本次课的学习，使学生掌握螺栓受轴向载荷的受力分析。

教学重难点：重点：紧螺栓强度连接。

难点：紧螺栓强度连接。

教学方法与手段：1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发2.教学手段：课件演示、视频课件主要教学内容及过程单个螺栓联接的强度计算1、失效形式和原因a ）形式：多数为抗拉疲劳失效，静态失效较少，但严重过载拉断，螺牙剪断，螺纹压溃等可出现。

b ）失效原因：应力集中应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程2、设计计算准则与思路受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度一、松螺栓联接如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无QP ，只有工作载荷F 起拉伸作用，防断。

强度条件为：][421σπσ≤=d F MPa ——验算用或][41σπF d ≥ （mm ） （设计用）→定公称直径d 式中：d1——螺杆危险截面直径（mm ）[σ]——许用拉应力 N/mm2 (MPa)二、紧螺栓联接——工作前有预紧力QP工作前拧紧，在拧紧力矩T 作用下：预紧力QP →产生拉伸应力σ 复合应力状态ca σ螺纹摩擦力矩T1→产生剪应力τa) 2141d Q p πσ= b) )5.0(48.0448.06~1042)(161)(221212312σσππϕψπϕψ∏τ或当=≈⋅+=+==d Q M M d Q d d tg d tg d Q W P PP v v pT 接第四强度理论：στσσ3.1322≈+=ca ∴强度条件为：][43.121σπσ≤=d Q Pca 式中：Q P ——预紧力（N ） T1——螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.mm1.3——系数将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续。

1、横向载荷的紧螺栓联接计算——主要防止被联接件错动普通螺栓联接——防滑特点：杆孔间有间隙，靠拧紧后正压力由（QP ）产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠（不产生相对滑移）的条件为：设所须的预紧力为QPR K ifQ S P ≥fiR K Q S P =——工作前后不变，式中：f ——接缝面间的摩擦系数， i ——拉缝界面数目 K S ——防滑系数（可靠性系数） K S =1.1~1.3 强度条件验算公式：为式：][4/13.121σπσ≤=d Q P ca 设计公式为：][43.11σπP Q d ⨯≥ 铰制孔螺栓联接——防滑动特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷R 进行工作螺栓的剪切强度条件为：][420τπτ≤=d RMPa 螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：P P l d R ][min0σσ≤= R ——横向载荷（N ）；d0——螺杆或孔的直径（mm ）lmin ——被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm ），[τ]——螺栓许用剪应力，MPa ，（钢τστn S /][=，τn —安全系数，][P σ——螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，MPa2、轴向载荷紧螺栓联接强度计算特点：加载前有预紧力QP 、轴向工作载荷F只适于普通螺栓——防断，受QP 与F 联合作用，如汽缸盖螺栓 工作特点：工作前拧紧，有QP ；工作后加上工作载荷F工作前、工作中载荷变化，求工作时总载荷Q=？F C C C Q F K Q F Q Q bm b P C P P ++=+=∆+= PQ '----残余预紧力 强度条件：验算公式：][43.121σπσ≤=d Qca （MPa ） 设计公式： ][43.11σπ⨯≥d （mm ）→(公称直径)5.作业 5-8、5-9。

第五章螺纹联接及螺旋传动课堂类别：理论教学目标：通过本次教学，让学生掌握螺纹联接类型及防松方法教学重难点：重点：螺纹联接类型及防松原理难点：无教学方法与手段：1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发2.教学手段：课件演示、视频课件主要教学内容及过程一、螺纹的形成二、螺纹的类型三角形（普通螺纹）、管螺纹——联接螺纹（精密传动）按牙型 矩形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹——传动螺纹三、螺纹的主要参数（图4-3）1）外径d （大径）（D ） 2）内径（小径）d1(D1)3）中径d2 4）螺距P 5）导程（S ） 6）线数n7）螺旋升角ψ 22/d nP arctgd arctgL ππψ== 8）牙型角α 9）牙型斜角β 螺旋副的自锁条件为：r v arctgf f tg ==≤-βϕψcos 1 螺旋副的传动效率为：)(v tg tg ϕϕϕη+= 四、常用螺纹的种类、特点与应用比较螺纹联接的类型及螺纹联接件一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接2、双头螺栓联接3、螺钉联接4、紧定螺钉联接螺纹联接件螺纹联接的预紧与防松一、预紧螺纹联接 松联接——在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用 紧联接——在装配时需拧紧，即已预先受力，预紧力QP 预紧目的：保持正常工作。

如汽缸螺栓联接，有紧密性要求。

∴ d KQ T P ⋅=） 一般K=0.1~0.3二、防松：1、防松目的实际工作中，外载荷有振动、有变化、材料高温需变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，因此，必须进行防松。

2、防松原理——消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。

3、防松办法及措施1）摩擦防松——双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等2）机械防松：开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等。

3）永久防松：端铆、冲点（破坏螺纹）、点焊4）化学防松——粘合讨论：双头螺栓联接，旋入端如何防松？①利用螺尾旋紧产生横向扩张；②利用过盈配合达到横向扩张；③利用杆端预紧，产生轴向预紧作用5.课后作业5-1、5-2。

第六章螺纹联接及螺旋传动一、选择题6－1、当两个被联接件不太厚时，宜采用__________。

（1）双头螺柱联接（2）螺栓联接（3）螺钉联接（4）紧定螺钉联接6－2、当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常拆装时，往往采用__________。

（1）螺栓联接（2）螺钉联接（3）双头螺柱联接（4）紧定螺钉联接6－3、普通螺纹的牙型角α为60o，当摩擦系数μ＝0.10时，则该螺纹副的当量摩擦系数μv ＝__________。

（1）0.105 （2）0.115 （3）0.1115 （4）0.1046－4、在拧紧螺栓联接时，控制拧紧力矩有很大方法，例如__________。

（1）增加拧紧力（2）增加扳手力臂（3）使用测力矩扳手或定力矩扳手6－5、螺纹联接防松的根本问题在于__________。

（1）增加螺纹联接的轴向力（2）增加螺纹联接的横向力（3）防止螺纹副的相对转动（4）增加螺纹联接的刚度6－6、螺纹联接预紧的目的之一是__________。

（1）增强联接的可靠性和紧密性（2）增加被联接件的刚性（3）减小螺栓的刚性6－7、承受预紧力和轴向变载荷的紧螺栓联接，当其螺栓的总拉力F0的最大值和被联接件的刚度C m不变时，螺栓的刚度C b愈小，则__________。

（1）螺栓中总拉力的变化幅度愈大（2）螺栓中总拉力的变化幅度愈小（3）螺栓中总拉力的变化幅度不变（4）螺栓中的疲劳强度降低6－8承受预紧力和轴向变载荷的紧螺栓联接，当其螺栓的总拉力F0的最大值和螺栓的刚度C b不变时，被联接件的刚度C m愈小，则__________。

（1）螺栓中总拉力的变化幅度愈大（2）螺栓中总拉力的变化幅度愈小（3）螺栓中总拉力的变化幅度不变（4）螺栓疲劳强度愈高6－9、承受横向载荷或旋转力矩的紧螺栓联接，该联接中的螺_________。

（1）受剪切作用（2）受拉伸作用（3）受剪切和拉伸作用（4）既可能受剪切作用又可能受拉伸作用6－10、对受轴向变载荷的紧螺栓联接，在限定螺栓总拉力的情况下，提高螺栓疲劳强度的有效措施是__________。

《螺纹连接》教学设计
所属专业加工制造类(机电)
所属课程机械基础
参赛内容螺纹连接
授课课时 2课时
设计教师
学校
1.
及教学目标，
学习任务单，
传至学习平台。

2.
分为
一名综合素质较高的同学为组长。

在上学期钳工实训过程中，对台虎钳进行了装拆，请同学们想一想台虎钳活动钳口相对于固定钳口是通过什么机构实现相对移动的？布
务，指导分析，引导总结。

一、螺纹的形成
一平面图形（如三角形、矩形、梯形等）绕一圆柱做螺旋运动得到一圆柱螺旋体——螺纹。

通
解，
使
螺纹的形成。

《螺纹连接》教学设计流程图
课前
学生活动 教师活动
布置学习任务
学习平台 梳理问题调整策略
学习平台
自主学习
学习平台
明确学习任务
学习平台
课后
完成考核,预习下节课内容学习平台
完成项目任务书。

章节名称螺纹连接及螺旋传动授课形式讲授课时3班级电气、机电教学目的了解螺纹的应用和分类、代号教学重点1、了解螺纹及主要参数；2、机械制造常用螺纹及螺纹联接的基本类型3、提高螺栓联接强度的措施4、螺旋传动的类型、特点及应用教学难点1、螺纹联接的预紧和防松手段2、螺栓联接的强度计算与校核辅助手段模型或多媒体辅助教学过程及说明;★教具演示并导入新课：（讲解相关理论知识）螺纹联接:利用螺纹零件将两个或两个以上的零件相对固定起来的联接。

螺旋传动:利用螺纹零件将回转运动变为直线运动，从而传递运动或动力的装置.一、螺纹的形成二、螺纹的类型1、按线数分在圆柱体上沿一条螺旋线切制的螺纹，称为单线螺纹。

也可沿二条、三条螺旋线分别切制出双线螺纹和三线螺纹。

单线螺纹主要用于联接，多线螺纹主要用于传动。

2、按螺旋线绕行方向按螺旋线绕行方向的不同，又有右旋螺纹和左旋螺纹之分。

通常采用右旋螺纹，左旋螺纹仅用于有特殊要求的场合。

3、位置分螺纹有外螺纹和内螺纹之分。

在圆柱体外表面上形成的螺纹，称为外螺纹，在圆孔的表面上形成的螺纹，称为内螺纹。

普通螺纹又有粗牙和细牙两种。

公称直径相同时，细牙螺纹的螺距小，升角小，自锁性好，螺杆强度较高，适用于受冲击、振动和变载荷的联接以及薄壁零件的联接。

细牙螺纹比粗牙螺纹的耐磨性差，不宜经常拆卸，故生产实践中广泛使用粗牙螺纹。

三、螺纹的主要参数螺纹的主要参数：(1)大径(d、D)——螺纹的最大直径。

对外螺纹是牙顶圆柱直径(d)，对内螺纹是牙底圆柱直径(D)。

标准规定大径为螺纹的公称直径。

(2)小径(d1、D1)——螺纹的最小直径。

对外螺纹是牙底圆柱直径(d1)，对内螺纹是牙顶圆柱直径(D1)。

(3)中径(d2、D2)——处于大径和小径之间的一个假想圆柱直径，该圆柱的母线位于牙型上凸起(牙)和沟槽(牙间)宽度相等处。

此假想圆柱称为中径圆柱。

(4)螺距(P)——在中径线上，相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

§7.1 螺纹[教学内容]螺纹的画法[教学目的]1.学习外螺纹、内螺纹画法。

2.掌握螺纹连接的规定画法。

[教学内容特点分析]标准件与常用件教学内容的一个主要特点是图示的规范性，它包含了一些在各视图之间有投影关系的示意画法和一些有规定格式。

螺纹、螺纹紧固件及其连接由于其使用较为广泛，属于必须掌握的内容，但又由于其作图较为规范，往往又是学生难于掌握的内容。

此外，这部分内容的机械性记忆的东西较多[学情分析]1、专业水平机械制图是一门综合性较强的专业基础课，也是专业基础课中较难掌握的一门课。

《螺纹》这节内容是本课程的一个重点它实用性很强，而职校学生基础差，学习积极性不高，行为习惯不好，观察能力和专业水平能力都比较差。

2、采取措施[教学目标]知识目标：学习内、外螺纹画法，掌握螺纹的规定画法。

能力目标：结合动画绘图，让学生学会画内、外螺纹。

情感目标：培养学生的观察力和对知识的求知欲，养成积极主动地学习习惯，学会理论联系实际，积极参与到学习中去。

教学重点：螺纹规定画法教学难点：螺纹规定画法[授课提纲]复习：螺纹五个基本要素新课一、外螺纹的画法：在平行螺纹轴线的视图中，螺纹的大径及螺纹终止线画粗实线，螺纹的小径画细实线，且细实线要画到倒角区域内。

在垂直于螺纹的视图中，大径圆画粗实线圆，小径圆画3/4圈细实线圆，倒角圆省略不画。

当采用剖视时，剖面线应画到粗实线处，螺纹终止线只画到大小径线之间，具体画法如图所示。

二、内螺纹的画法（与外螺纹恰好相反）在平行螺纹轴线的视图中，螺纹的大径及螺纹终止线画粗实线，螺纹的小径画细实线，且细实线要画到倒角区域内。

在垂直于螺纹的视图中，大径圆画粗实线圆，小径圆画3/4圈细实线圆，倒角圆省略不画。

当采用剖视时，剖面线应画到粗实线处，螺纹终止线只画到大小径线之间。

基本规定类似外螺纹的画法，具体画法如图所示。

三、练习巩固1、检查螺纹画法中的错误，按正确画法画在下面。

对2、检查螺纹画法的错误，按正确画法画在下面。

5.5螺纹组连接的设计课堂类别：理论教学目标：通过本次课的学习，使学生掌握螺栓组连接的设计及强度计算教学重难点：重点：螺栓受横向载荷、转矩、倾覆力矩时的受力（普通螺栓和绞制孔螺栓两种）难点：无教学方法与手段：1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发2.教学手段：课件演示、视频课件主要教学内容及过程1 螺栓组连接的结构设计1)要设计成轴对称的几何形状。

2)螺栓的布置应使螺栓的受力合理3)螺栓的布置应有合理的间距、边距4)同一组螺栓连接中各螺栓的直径和材料均应相同5)避免螺栓承受偏心载荷2、螺栓组连接的受力分析螺栓组受力分析的目的：根据螺栓组连接的结构和受载情况，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：a.同组中的各螺栓都受相同的预紧力b.螺栓组的对称中心与被连接结合面的形心重合c.被连接件为刚体,连接结合面为刚性平面。

d.螺栓的变形在弹性范围内。

1）受轴向载荷螺栓组连接单个螺栓工作载荷为F=P/ZP ——轴向外载Z ——螺栓个数2）受横向载荷的螺栓组连接特点：普通螺栓，铰制孔用螺栓皆可用，外载垂直于螺栓轴线、防滑 普 通 螺 栓 ——受拉伸作用铰制孔螺栓——受横向载荷剪切、挤压作用。

单个螺栓所承受的横向载荷相等 FR=R Σ/Z3）受横向扭矩螺栓组连接（1）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷（2）矩形接合面a)普通螺栓连接由静平衡条件∴连接件不产生相对滑动的条件为：则各个螺栓所需的预紧力为r Z T F R =0=∑T T K T r fF r fF fF r S Z =≥+++'2''1Λ∑1=21=)+++(='Z i iS Z S r f T K r r r f TK F Λb)铰制孔螺栓连接组由变形协调条件可知，各个螺栓的变形量和受力大小与其中心到接合面形心的距离成正比由假设——板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪应变与半径成正比。

螺纹连接与螺旋传动教案一、教学目标1. 知识与技能：（1）了解螺纹的种类、特点及应用；（2）掌握螺纹连接的基本原理和方法；（3）掌握螺旋传动的工作原理及特点；（4）学会计算螺纹连接的预紧力。

2. 过程与方法：（1）通过观察实物和图片，认识不同种类的螺纹；（2）通过实验和演示，了解螺纹连接的原理；（3）通过计算和实际操作，掌握螺旋传动的设计方法。

3. 情感态度与价值观：（1）培养学生的观察能力和实践能力；（2）培养学生对机械设计和制造的兴趣；（3）培养学生严谨的科学态度和团队协作精神。

二、教学内容1. 螺纹的种类及特点（1）公制螺纹、英制螺纹和metric 螺纹（2）三角形螺纹、矩形螺纹和圆弧形螺纹（3）外螺纹和内螺纹2. 螺纹连接的基本原理（1）螺纹的互换性（2）螺纹连接的预紧力（3）螺纹连接的防松措施3. 螺旋传动的工作原理及特点（1）螺旋传动的工作原理（2）螺旋传动的特点（3）螺旋传动的应用范围三、教学重点与难点1. 教学重点：（1）螺纹的种类及特点；（2）螺纹连接的基本原理和方法；（3）螺旋传动的工作原理及特点。

2. 教学难点：（1）螺纹连接的预紧力计算；（2）螺旋传动的设计方法。

四、教学方法1. 实物观察：让学生通过观察实物和图片，了解不同种类的螺纹；2. 实验演示：通过实验和演示，让学生了解螺纹连接的原理；3. 计算练习：让学生通过计算和实际操作，掌握螺旋传动的设计方法；4. 小组讨论：让学生分组讨论，培养团队协作精神。

五、教学安排1. 课时：45分钟2. 教学准备：实物、图片、实验设备、计算工具（1）导入：介绍螺纹连接与螺旋传动在工程中的应用；（2）新课：讲解螺纹的种类及特点，螺纹连接的基本原理和方法，螺旋传动的工作原理及特点；（3）实践操作：进行螺纹连接实验，观察螺旋传动现象；（4）课堂练习：让学生计算螺纹连接的预紧力，设计螺旋传动；（5）总结：回顾本节课所学内容，强调重点和难点；（6）作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。