螺纹联接的螺纹牙强度校核.docx

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螺纹联接的螺纹牙强度校核

关于螺纹联接的螺纹牙强度校核之依照

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0001—17094，定价元，该书是上学时的教材。

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12-3～12-9。

二、适用范围

螺纹联接能够利用一般螺纹、梯形、矩形、锯齿形等四种，且多用一般螺纹。

以下图1给出了螺旋副的可能螺纹种类、特点和应用。

图1螺旋副的螺纹种类、特点和应用

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。

依如实践，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，螺杆第一破坏，现在应校核螺杆。

该文件中的各物理量及其含义和公式都可查阅文件（双击打开）

；

该五项校核已编成excel计算表格以提高效率，利历时仅仅需要填写绿色表格，其余表格运算机自行计算得出结果，见文件（双击打开）

。

1.螺纹副抗挤压计算

把螺纹牙展直后相当于一根悬臂梁，见以下图二、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，不然便会产生挤压破坏。

设轴向力为F，相旋合螺纹圈数为z，那么验算计算式为：

且

假设取

，那么有

式中

●

：

挤压应力，单位MPa；

●

：

许用挤压应力，单位MPa；

●F：

轴向力，单位N；

●

：

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：

矩形螺纹：

锯齿螺纹：

普通螺纹：

●z：

结合圈数，无量纲，一样不要超过10（因为旋合的各圈螺纹牙受力不均，因此z不宜大于10）；

2.抗剪切强度校核

对螺杆，应知足

；

对螺母，应知足

式中

●F：

轴向力，单位N；

●

：

计算公扣时利用螺纹小径，单位mm；

●D：

计算母扣时利用螺纹大径，单位mm；

●b：

螺纹牙底宽度，单位mm，b与p的关系为：

梯形螺纹：

矩形螺纹：

锯齿螺纹：

普通螺纹：

●z：

结合圈数，无量纲，一样不要超过10（因为旋合的各圈螺纹牙受力不均，因此z不宜大于10）；

●

：

许用剪应力，单位MPa，关于材质为钢，一样能够取

，

为材料的许用拉应力，

，单位MPa，其中

为屈服应力，单位MPa，S为平安系数，一样取3～5。

3.抗弯曲强度校核

对螺杆，应知足

；

对螺母，应知足

。

其推导进程如下：

一样来讲，螺母材料强度低于螺杆，因此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，那么螺杆的强度要低于螺母，因此现在应校核螺杆强度，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，如下图二、图3所示。

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。

图3螺杆的一圈螺纹展开

以校核螺杆为例，每圈螺纹经受的平均作用力F/z作用在中径d2的圆周上，那么螺纹牙根部危险剖面A-A的变曲强度条件为：

对螺杆，

；

对螺母，

。

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，

，∴

；

●

：

单圈外螺纹展开后的A-A截面的抗弯模量，单位mm3；

●

：

弯曲应力，单位MPa；

●b：

螺纹牙底宽度，单位mm；p为螺距，单位mm，那么b与p的关系为：

梯形螺纹：

矩形螺纹：

锯齿螺纹：

普通螺纹：

●F：

轴向力，单位N；

●h：

螺纹工作高度，单位mm；p为螺距，单位mm，那么h与p的关系为：

梯形螺纹：

矩形螺纹：

锯齿螺纹：

普通螺纹：

●z：

结合圈数，无量纲，一样不要超过10（因为旋合的各圈螺纹牙受力不均，因此z不宜大于10）；

●

：

螺纹牙的许用弯曲应力，对钢材，

。

4.自锁性能校核

自锁条件为：

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，

，

，

●

：

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；螺纹螺旋线数量，一样为便于制造n≤4；

●螺距、导程、线数之间关系：

；

●d2：

外螺纹中径，单位mm；

●

：

牙型角，螺纹轴向平面内螺纹牙型双侧边的夹角，

梯形螺纹：

矩形螺纹：

锯齿螺纹：

普通螺纹：

●

：

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

，梯形螺纹、矩形螺纹、一般螺纹都属于对称牙型，锯齿螺纹不是对称牙型；

●

：

螺旋副的滑动摩擦系数，无量纲，按期润滑条件下，可取～；

●

：

螺旋副的当量摩擦系数，无量纲。

5.螺杆强度校核

还需要校核螺杆的强度，假设为实心螺杆，那么有：

但对一般螺纹，其计算公式为：

（参见《机械设计》讲义P105）

假设不是实心螺杆，那么按实际情形校核。

式中：

●F：

轴向力，单位N；

●

：

一般螺纹螺栓拉断截面，是一个体会值，其体会计算公式为

，H为原始三角形高度，单位mm，关于一般螺纹

；

●

：

计算公扣时利用螺纹小径，单位mm；

●

为材料的许用拉应力，

，单位MPa，其中

为屈服应力，单位MPa，S为平安系数，一样取3～5。

2020-7-8