螺纹联接和螺旋传动习题与解答
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第三章 螺纹联接与螺旋传动
重要基本概念
1．常用螺纹有哪几类？哪些用于联接，哪些用于传动，为什么？哪些是标准螺纹？
常用的有：三角螺纹，矩形螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹。三角螺纹用于联接，其余用于传动。因三角螺纹自锁性好，其它螺纹传动效率高。除矩形螺纹外，其余均为标准螺纹。
2．何谓螺纹联接的预紧，预紧的目的是什么？预紧力的最大值如何控制？
螺纹联接的预紧是指在装配时拧紧，是联接在承受工作载荷之前预先受到预紧力的作用。预紧的目的是增加螺纹联接的刚度、保证联接的紧密性和可靠性（防松能力）。拧紧后，预紧应力的大小不得超过材料屈服极限σS的80%。
3．螺纹联接有哪些基本类型？适用于什么场合？
螺纹联接有4中基本类型。螺栓联接：用于被联接件不太厚且两边有足够的安装空间的场合。螺钉联接：用于不能采用螺栓联接（如被联接件之一太厚不宜制成通孔，或没有足够的装配空间），又不需要经常拆卸的场合。双头螺柱联接：用于不能采用螺栓联接且又需要经常拆卸的场合。紧定螺钉联接：用于传递力和力矩不大的场合。
4．紧螺栓联接的强度也可以按纯拉伸计算，但须将拉力增大30%，为什么？
考虑拧紧时的扭剪应力，因其大小约为拉应力的30%。
5．提高螺纹联接强度的措施有哪些？
1）改善螺纹牙间的载荷分配不均；2）减小螺栓的应力幅；3）减小螺栓的应力集中；4）避免螺栓的附加载荷（弯曲应力）；5）采用合理的制造工艺。
6．为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10圈（使用过厚的螺母不能提高螺纹联接强度）？
因为螺栓和螺母的受力变形使螺母的各圈螺纹所承担的载荷不等，第一圈螺纹受载最大，约为总载荷的1/3，逐圈递减，第八圈螺纹几乎不受载，第十圈没用。所以使用过厚的螺母并不能提高螺纹联接强度。
7．联接螺纹能满足自锁条件，为什么还要考虑防松？根据防松原理，防松分哪几类？
因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时，螺纹副间和支承面间的摩擦力可能在瞬间减小或消失，不再满足自锁条件。这种情况多次重复，就会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。因此，在设计螺纹联接时，必须考虑防松。根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。
精选例题与解析
例3-1 如图所示，用8个M24（d1=20.752 mm）的普通螺栓联接的钢制液压油缸，螺栓材料的许用应力
=80 MPa，液压油缸的直径D =200 mm，为保证紧密性要求，剩余预紧力为
=1.6F，试求油缸内许用的的最大压强Pmax。
例3-1图
解题要点：
1．先根据强度条件求出单个螺栓的许用拉力Q；
2．在求许用工作载荷F。
解：
根据：
，
解得： Q ≤
=
=20814 N
依题意：
由： 2.6F = 20814，解得：F = 8005 N
汽缸许用载荷： FΣ = z F = 8F = 64043 N
根据：
解得：
MPa
例3-5 如例3-5图1所示螺栓联接，4个普通螺栓成矩形分布，已知螺栓所受载荷R = 4000 N，L=300mm，r=100mm，接合面数m =1，接合面间的摩擦系数为f = 0.15，可靠性系数Kf = 1.2，螺栓的许用应力为
=240MPa，试求：所需螺栓的直径（d1）。
例3-5图1
解：
(1) 将R简化到螺栓组形心，成为一个横向载荷R和一个转矩T，如例3-5图2所示，其中：
Nmm
(2) 求每个螺栓联接承受的分力
R的分力：FSR = R/z = 4000/4 =1000 N
例3-5图2
T的分力：
N
(3求FSmax
=
= 3774 N
(4) 据不滑移条件：QP f m ≥Kf FSmax
所需预紧力QP ：
=
= 30192 N
(5) 根据强度条件：
≤
例3-5图3
求得螺栓小径d1：
=14.430mm
讨论1：如果本题改为用铰制孔螺栓联接，在解法上有什么相同和不同之处？
1．求FSR、FST和FSmax的方法相同，但求FST的公式应为：
2．铰制孔螺栓联接不用求预紧力，因为FSmax就是铰制孔螺栓解所受的剪力。
3．强度条件不同。铰制孔螺栓联接的可靠性条件是剪切强度和挤压强度。
讨论2：如果螺栓的布置改为如例3-5图3所示，螺栓中心到螺栓组形心的距离 r 不变。问那种布置方案更合理？为什么？
原来的布置方案更合理。因为在例3-5图3的方案中，螺栓1承载的两个分载荷FSR 和FST方向相同，合成后的FSmax比原方案大。载荷大，所需螺栓尺寸就大。
例3-6 图示的夹紧联接中，柄部承受载荷P = 600N，柄长L=350mm，轴直径db =60mm，螺栓个数z =2，接合面摩擦系数f = 0.15，螺栓机械性能等级为8.8，取安全系数S=1.5，可靠性系数Kf = 1.2，试确定螺栓直径。
例3-6图
解题注意要点：
1．螺栓只受预紧力QP；
2．滑移面是轴的圆周；
3．夹紧力R产生摩擦力传递转矩PL。
4．夹紧力R由预紧力QP产生.
解：
根据不滑移条件：
所需夹紧压力R：
N
所需预紧力
：
N
螺栓材料的屈服极限
MPa。许用应力为：
MPa
根据强度条件：
所需螺栓的小径为：
mm
查粗牙普通螺纹基本尺寸标准GB196-81，选用M10的螺栓，其小径
mm。
例3-7 图示为一圆盘锯，锯片直径D =500 mm，用螺母将其压紧在压板中间。如锯片外圆的工作阻力F t= 400N，压板和锯片间的摩擦系数f = 0.15，压板的平均直径D1=150mm，取可靠性系数Kf =1.2，轴的材料为45钢，屈服极限
=360MPa，安全系数S=1.5，确定轴端的螺纹直径。
例3-7图
解题注意要点：
1．此题为受横向工作载荷的普通螺栓联接
2．螺栓只受预紧力QP；
3．因只有左侧压板和轴之间有轴毂联接，即只有一个滑移面，是锯片和左侧压板之间，m =1；
解：1）外载荷——最大转矩
Nmm
2）作用于压板处的横向工作载荷
N
3）根据不滑移条件计算预紧力
N
4 计算螺栓直径
MPa
根据公式(6-11)螺栓的最小直径为
mm
查粗牙普通螺纹基本标准GB196－81,选用M12的螺栓，其小径
mm。
自测题与答案
一、选择题
3-1．在常用螺纹类型中，主要用于传动的是________。
A．矩形螺纹、梯形螺纹、普通螺纹 B．矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹
C．梯形螺纹、普通螺纹、管螺纹 D．梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿螺纹
3-2．当螺纹公称直径、牙型角线数相同时，细牙螺纹的效率________粗牙螺纹的效率。
A．大于 B．等于
C．小于 D．大于或等于
3-3．螺纹联接中最常用的螺纹牙型是________。
A．三角螺纹 B．矩形螺纹
C．梯形螺纹 D．锯齿形螺纹
3-4．用于薄壁形零件联接时，应采用________。
A．多线三角粗牙螺纹 B．三角细牙螺纹
C．梯形螺纹 D．锯齿形螺纹
3-5．当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，粗牙螺纹的自锁性能比细牙螺纹的自锁性能________。
A．好 B．差
C．相同 D．不一定
3-6．在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是________。
A. 单线矩形螺旋副 B. 单线梯形螺旋副
C. 双线矩形螺旋副 D. 双线梯形螺旋副
