1、 关于螺纹联接的螺纹牙强度校核之根据关于螺纹联接的螺纹牙强度校核之根据 一、引用教材.1 二、适用范围.1 三、校核.2 1.螺纹副抗挤压计算.3 2.抗剪切强度校核.4 3.抗弯曲强度校核.4 4.自锁性能校核.7 5.螺杆强度校核.7 1 一、引用教材一、引用教材 1.机械设计第四版，高等教育出版社，邱宣怀主编，1997 年 7 月第 4 版，1997 年 7月第 1 次印刷，印数 000117094，定价 23.60 元，该书是戊子庚上学时的教材。摘自 P120。2.机械设计手册第四版，第 3 卷，成大先主编，化学工业出版社，2005 年 1 月北京第 25 次印刷。摘自 12-312-
2、9。二、适用范围二、适用范围 螺纹联接可以使用普通螺纹、梯形、矩形、锯齿形等四种，且多用普通螺纹。下图 1 给出了螺旋副的可能螺纹种类、特点和应用。2 图 1 螺旋副的螺纹种类、特点和应用 三、校核三、校核 该文件仅讨论五个方面的校核：抗挤压、抗剪切、抗弯曲、自锁性、螺杆强度。根据实践，由于螺母的材质软，螺纹副的破坏多发生在螺母；但当螺母和螺杆材料相同时，螺杆首先破坏，此时应校核螺杆。该文件中的各物理量及其含义和公式均可查 3阅文件（双击打开）螺纹联接的参数解释；该五项校核已编成 excel 计算表格以提高效率，使用时仅仅需要填写绿色表格，其余表格计算机自行计算得出结果，见文件（双击打开）螺纹
3、联接计算表格。1.螺纹副抗挤压计算螺纹副抗挤压计算 把螺纹牙展直后相当于一根悬臂梁，见下图 2、图 3，抗挤压是指公、母螺纹牙之间的挤压应力不应超过许用挤压应力，否则便会产生挤压破坏。设轴向力为 F，相旋合螺纹圈数为 z，则验算计算式为：ppF=A 且2FFAd hz 若取若取p，则有，则有2 Fd hz 式中 p：挤压应力，单位 MPa；p：许用挤压应力，单位 MPa；F：轴向力，单位 N；2d：外螺纹中径，单位 mm；h：螺纹工作高度，单位 mm，p 为螺距，单位 mm，h 与 p 的关系为：梯形螺纹：梯形螺纹：h=0.5p矩形螺纹：矩形螺纹：h=0.5p锯齿螺纹：锯齿螺纹：h=0.75p
4、普通螺纹：普通螺纹：5 3h=p=0.541p16 4 z：结合圈数，无量纲，一般不要超过 10（因为旋合的各圈螺纹牙受力不均，因而z 不宜大于 10）；2.抗剪切强度校核抗剪切强度校核 对螺杆，应满足 1 Fd bz；对螺母，应满足 FDbz 式中 F：轴向力，单位 N；1d：计算公扣时使用螺纹小径，单位 mm；D：计算母扣时使用螺纹大径，单位 mm；b：螺纹牙底宽度，单位 mm，b 与 p 的关系为：梯形螺纹：梯形螺纹：b=0.634p 矩形螺纹：矩形螺纹：b=0.5p 锯齿螺纹：锯齿螺纹：b=0.736p 普通螺纹：普通螺纹：b=0.75p z：结合圈数，无量纲，一般不要超过 10（因为
5、旋合的各圈螺纹牙受力不均，因而z 不宜大于 10）；：许用剪应力，单位 MPa，对于材质为钢，一般可以取 6.0，为材料的许用拉应力，S S，单位 MPa，其中S为屈服应力，单位 MPa，S 为安全系数，一般取 35。3.抗弯曲强度校核抗弯曲强度校核 对螺杆，应满足213bFhd b z；对螺母，应满足23bFhDb z。其推导过程如下：5一般来讲，螺母材料强度低于螺杆，所以螺纹牙抗弯和抗剪强度校核以螺母为对象，即校核母扣；但当螺母和螺杆材料相同时，则螺杆的强度要低于螺母，所以此时应校核螺杆强度，即校核公扣。若将螺母、螺杆的一圈螺纹沿螺纹大径处展开，即可视为一悬壁梁，危险截面为A-A，如下图
6、2、图 3 所示。b 图 2 螺母的一圈螺纹展开 若将螺杆的一圈螺纹沿螺纹小径处展开，即可视为一悬壁梁，如图 3 所示。b 图 3 螺杆的一圈螺纹展开 以校核螺杆为例，每圈螺纹承受的平均作用力 F/z 作用在中径 d2的圆周上，则螺纹牙根部危险剖面 A-A 的变曲强度条件为：6对螺杆，22211326bbddFMFhzd bWd b z；对螺母，23bbFhDb z。式中：D：螺母大径，单位 mm；d：螺杆大径，单位 mm；L：弯曲力臂，单位 mm，22ddL，)d(dzFddzFLzFM2222；216d bW：单圈外螺纹展开后的 A-A 截面的抗弯模量，单位 mm3；b：弯曲应力，单位 M
7、Pa；b：螺纹牙底宽度，单位 mm；p 为螺距，单位 mm，则 b 与 p 的关系为：梯形螺纹：梯形螺纹：b=0.634p 矩形螺纹：矩形螺纹：b=0.5p 锯齿螺纹：锯齿螺纹：b=0.736p 普通螺纹：普通螺纹：b=0.75p F：轴向力，单位 N；h：螺纹工作高度，单位 mm；p 为螺距，单位 mm，则 h 与 p 的关系为：梯形螺纹：梯形螺纹：h=0.5p 矩形螺纹：矩形螺纹：h=0.5p 锯齿螺纹：锯齿螺纹：h=0.75p 普通螺纹：普通螺纹：5 3h=p=0.541p16 z：结合圈数，无量纲，一般不要超过 10（因为旋合的各圈螺纹牙受力不均，因而z 不宜大于 10）；b：螺纹牙的
8、许用弯曲应力，对钢材，(11.2)b?。7 4.自锁性能校核自锁性能校核 自锁条件为：v 式中：螺旋升角，在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，单位度，22S np=atan=atandd，vvf=atan=atan(f)cos，vff=cos v：当量摩擦角，单位度；p：螺距，单位 mm；S：导程，单位 mm；n：线数，或称头数，无量纲；螺纹螺旋线数目，一般为便于制造 n4；螺距、导程、线数之间关系：S=np；d2：外螺纹中径，单位 mm；：牙型角，螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角，梯形螺纹：梯形螺纹：30o 矩形螺纹：矩形螺纹：0o 锯齿螺纹：锯齿螺纹：33o 普通螺
9、纹：普通螺纹：60o ：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型2，梯形螺纹、矩形螺纹、普通螺纹都属于对称牙型，锯齿螺纹不是对称牙型；f：螺旋副的滑动摩擦系数，无量纲，定期润滑条件下，可取 0.130.17；vf：螺旋副的当量摩擦系数，无量纲。5.螺杆强度校核螺杆强度校核 还需要校核螺杆的强度，若为实心螺杆，则有：8 21FF=Ad4 但对普通螺纹，其计算公式为：22c1FFF=AHdd-446（参见机械设计课本 P105）若不是实心螺杆，则按实际情况校核。式中：F：轴向力，单位 N；cd：普 通 螺 纹 螺 栓 拉 断 截 面，是 一 个 经 验 值，其 经 验 计 算 公 式 为2c1Hdd-46，H 为原始三角形高度，单位 mm，对于普通螺纹3H=p2；1d：计算公扣时使用螺纹小径，单位 mm；为材料的许用拉应力，S S，单位 MPa，其中S为屈服应力，单位 MPa，S 为安全系数，一般取 35。戊子庚 2008-7-8