10.3考点及常见题型精解 10.3.1本章考点 螺纹零件是典型的联接零件，螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联接。本章以应用最为广泛的螺栓联 接来讨论螺纹联接零件的设计。本章重点是单个螺栓联接的强度计算以及提高螺栓联接强度的措施。另外 本章还简要地介绍了键和销的联接 本章考点主要分布在螺纹联接部分，以各种题形出现：选择、填充、判断、简答、计算、结构分析等. 具体的知识点有： 1、螺纹主要几何参数的计算 2、螺纹联接类型的选用。 3、螺纹联接的预紧目的和方法。 4、螺纹联接的防松目的、原理及装置。 5、提高螺栓联接强度的方法及其机理。 6、键联接的分类、结构特点、工作面及使用场合。 7、螺旋副的受力分析、效率的计算。 8、螺旋副自锁性判别。 9、简单螺栓组的受力分析。 10、单个螺栓组的强度校核。 11、螺栓直径的设计计算。 12、螺栓联接的结构设计（结构图、改错等）。 10.3.2常见题型精解 例10.1在常用的螺纹联接中，自锁性最好的螺纹是(A)。 A、普通螺纹B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 例10.2在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是(D)。 A、普通螺纹B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹D、矩形螺纹 【评注】螺纹有联接和传动两大功能。但不同的螺纹有不同的用途。用于联接的螺纹必须具有自锁性，用于传动的螺纹一般要 求其具有较高的传动效率。在相同条件（如螺纹升角相同、材料相同）下，普通螺纹三角螺纹，牙型角：=60°)的当量摩擦角 P较大，根据自锁性条件p≤小可知，更易实现白锁.矩形爆纹仔型角位=0°)的当量摩擦角小=p=Qcg最小，根据 坦妙 片= 效率公式 试矿十d)）可知其效率最大，故矩形螺纹主要用于传动。从以上分析也可看出，牙型角越小，其传动效率越高，可用 于传动；牙型角越大，其自锁性越好，越有可能用于联接。但两者之间没有绝对的界限，普通螺纹也有用于传动的。同一公称直径的 普通螺纹，其细牙螺纹与粗牙螺纹相比，相升角更小，自锁性更好。 同样的，单线螺纹与多线螺纹相比，在相同条件（材料相同，螺距相同）下，单线螺纹的升角小，易实现自锁，多用于联 接；多线螺纹的升角大，传动效率高，多用于传动，并目线数愈多，升角愈大，传动效率愈高。事实上，单线普通螺纹的升角约在 159~35”之间，而摩擦系数了=0.1的普通螺纹其当量摩擦角=6.6°，在静载下都能保证自锁性 螺纹升角愈大，则传动效率愈高，但由于过大的螺纹升角制造困难，且效率增高也不显著，所以一般开角不大于25° 例10.3为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10圈？通常采用哪些结构形式可使螺纹牙间的载荷趋于均匀？
10.3 考点及常见题型精解 10.3.1 本章考点 螺纹零件是典型的联接零件 ,螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联接。本章以应用最为广泛的螺栓联 接来讨论螺纹联接零件的设计。本章重点是单个螺栓联接的强度计算以及提高螺栓联接强度的措施。另外 本章还简要地介绍了键和销的联接。 本章考点主要分布在螺纹联接部分，以各种题形出现：选择、填充、判断、简答、计算、结构分析等. 具体的知识点有： 1、螺纹主要几何参数的计算。 2、螺纹联接类型的选用。 3、螺纹联接的预紧目的和方法。 4、螺纹联接的防松目的、原理及装置。 5、提高螺栓联接强度的方法及其机理。 6、键联接的分类、结构特点、工作面及使用场合。 7、螺旋副的受力分析、效率的计算。 8、螺旋副自锁性判别。 9、简单螺栓组的受力分析。 10、单个螺栓组的强度校核。 11、螺栓直径的设计计算。 12、螺栓联接的结构设计（结构图、改错等）。 10.3.2 常见题型精解 例 10.1 在常用的螺纹联接中，自锁性最好的螺纹是 （A） 。 A、普通螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 例 10.2 在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 （D） 。 A、普通螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 【 评注 】螺纹有联接和传动两大功能。但不同的螺纹有不同的用途。用于联接的螺纹必须具有自锁性，用于传动的螺纹一般要 求其具有较高的传动效率。在相同条件（如螺纹升角相同、材料相同）下，普通螺纹（三角螺纹，牙型角 ）的当量摩擦角 较大，根据自锁性条件 可知，更易实现自锁。矩形螺纹（牙型角 ）的当量摩擦角 最小，根据 效率公式 可知其效率最大，故矩形螺纹主要用于传动。从以上分析也可看出，牙型角越小，其传动效率越高，可用 于传动；牙型角越大，其自锁性越好，越有可能用于联接。但两者之间没有绝对的界限，普通螺纹也有用于传动的。同一公称直径的 普通螺纹，其细牙螺纹与粗牙螺纹相比，相升角更小，自锁性更好。 同样的，单线螺纹与多线螺纹相比，在相同条件（材料相同，螺距相同）下，单线螺纹的升角小，易实现自锁，多用于联 接；多线螺纹的升角大，传动效率高，多用于传动，并且线数愈多，升角愈大，传动效率愈高。事实上，单线普通螺纹的升角约在 之间，而摩擦系数 的普通螺纹其当量摩擦角 ，在静载下都能保证自锁性。 螺纹升角愈大，则传动效率愈高，但由于过大的螺纹升角制造困难，且效率增高也不显著，所以一般升角不大于 。 例 10.3 为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10圈？通常采用哪些结构形式可使螺纹牙间的载荷趋于均匀？
答螺栓联接中采用普通螺母时，轴向载荷在旋合螺纹各圈之间的分布是不均匀的，靠近支承面的第一圈受 载最大，以后各圈递减，到第10圈以后，螺纹几乎不承受载荷，所以螺母的螺纹圈数不宜大于10圈。采用 悬置螺母或环槽螺母，有助于减少螺母与螺栓杆的螺距变化差异，从而使螺纹牙间的载荷分而比较均匀。 例10.4螺纹联接预紧的目的在于（增加螺纹联接的可靠性、紧密性），以防止（螺纹联接的松动）。 例10.5螺纹联接为什么要防松？防松措施有哪些？ 答用于联接的普通螺纹一般都具有自锁性，在静载荷作用下不会自动松脱。但在(1)冲击、振动或变载 荷下，螺纹副和支承面间的磨擦力会下降；(2)在温度变化中，联接件与被联接件之间的温度变形有差 异，或发生蠕变，使预紧力或摩擦力减小，甚至松脱。因此在设计时就应注意螺纺联接的防松问题。 防松的根本问题是阻止螺纹副的相对转动。具体防松措施有三种：(1)摩擦防松（弹簧垫圈、双螺 母、尼龙圈锁紧螺母等)；(2)机械防松（开口销与槽形螺母、止动热圈等）；(3)破坏性防松（冲击， 粘合等)。 例10.6在螺栓强度计算中，常用作危险剖面的计算直径是(C)。 A螺纹的大径d 8、螺纹的中径风， C、螺纹的小径 d 1.3F 例10.7在受到轴向工作载荷的紧螺栓联接中，强度验算公式为 74 ,其中的只为 (D)。 A、工作载荷 B、螺栓预紧力 C、工作载荷和预紧力之和 D、工作载荷和残余预紧力之和 例10.8被联接件受横向工作载荷时，如果采用普通螺栓联接，则螺栓可能出现的失效为(D)。 A、剪切破坏 B、挤压破坏 C、扭断D、拉扭断裂 【评注】螺栓联接的强度计算时，要明确螺栓联接的类型和工作载荷的方向。螺栓联接的类型生要是指有无预紧力。松螺栓联 接中，螺栓只受轴向拉伸载荷。受横向载荷的较制好孔螺栓联接，由于预紧力很小不予考虑，其受力主要是剪切和挤压。其它各种情况 都受到预紧力的作用，螺栓除受工作载载荷外，还受到拧紧力矩的作用，故螺栓的变形是拉扭组合变形。强度计算时，按第四强度理 论处理，当量应力是纯拉伸应力的1.3倍。 例10.9如图10.2所示，刚性凸缘联轴器用六个普通螺栓联接。螺栓均分布在D=100mm的圆周上，接 合面摩擦系数了=0.15，可靠性系数取C=1.2.若联轴器的转速1=960pm,、传递的功率P-15K刚，载荷平 稳；螺栓材料为45钢，C,=480MPα，不控制预紧力，安全系数取S=4,试计算螺栓的最小直径 图10.2 解由图10.2可知，此联接为普通螺栓联接，靠接合面间的摩擦传递扭矩
答 螺栓联接中采用普通螺母时，轴向载荷在旋合螺纹各圈之间的分布是不均匀的，靠近支承面的第一圈受 载最大，以后各圈递减，到第10圈以后，螺纹几乎不承受载荷，所以螺母的螺纹圈数不宜大于10圈。采用 悬置螺母或环槽螺母，有助于减少螺母与螺栓杆的螺距变化差异，从而使螺纹牙间的载荷分而比较均匀。 例 10.4 螺纹联接预紧的目的在于 （增加螺纹联接的可靠性、紧密性） ，以防止 （螺纹联接的松动） 。 例 10.5 螺纹联接为什么要防松？防松措施有哪些？ 答 用于联接的普通螺纹一般都具有自锁性，在静载荷作用下不会自动松脱。但在（ 1）冲击、振动或变载 荷下，螺纹副和支承面间的磨擦力会下降；（2）在温度变化中，联接件与被联接件之间的温度变形有差 异，或发生蠕变，使预紧力或摩擦力减小，甚至松脱。因此在设计时就应注意螺纺联接的防松问题。 防松的根本问题是阻止螺纹副的相对转动。具体防松措施有三种：（ 1）摩擦防松（弹簧垫圈、双螺 母、尼龙圈锁紧螺母等）；（2）机械防松（开口销与槽形螺母、止动热圈等）；（3）破坏性防松（冲击, 粘合等）。 例 10.6 在螺栓强度计算中，常用作危险剖面的计算直径是 （C） 。 A、螺纹的大径 B、螺纹的中径 C、螺纹的小径 例 10.7 在受到轴向工作载荷的紧螺栓联接中，强度验算公式为 ，其中的 为 （D） 。 A、工作载荷 B、螺栓预紧力 C、工作载荷和预紧力之和 D、工作载荷和残余预紧力之和 例 10.8 被联接件受横向工作载荷时，如果采用普通螺栓联接，则螺栓可能出现的失效为 （D）。 A、剪切破坏 B、挤压破坏 C、扭断 D、拉扭断裂 【 评注 】螺栓联接的强度计算时，要明确螺栓联接的类型和工作载荷的方向。螺栓联接的类型主要是指有无预紧力。松螺栓联 接中，螺栓只受轴向拉伸载荷。受横向载荷的铰制孔螺栓联接，由于预紧力很小不予考虑，其受力主要是剪切和挤压。其它各种情况 都受到预紧力的作用，螺栓除受工作载载荷外，还受到拧紧力矩的作用，故螺栓的变形是拉扭组合变形。强度计算时，按第四强度理 论处理，当量应力是纯拉伸应力的 1.3倍。 例 10.9 如图10.2所示，刚性凸缘联轴器用六个普通螺栓联接。螺栓均分布在 的圆周上，接 合面摩擦系数 ，可靠性系数取 。若联轴器的转速 、传递的功率 ，载荷平 稳；螺栓材料为45钢， ，不控制预紧力，安全系数取 ，试计算螺栓的最小直径。 图 10.2 解 由图 10.2可知，此联接为普通螺栓联接，靠接合面间的摩擦传递扭矩
（1)联轴器传递的转矩 T=955x0s2=955x0sx5=15x04Wmm 90 (2)螺栓所需预紧力 D 因 现fcT 日2 CT1.2x15x10 =4000N 故 D/2 6x0.15x1002 (3)许用应力 oj小-g= 480 ,=120MPa (4)所需螺栓最小直径 4×13F 4×13×4000 = =7.43mm 可 月×120 例10.10一机架由四个较制乳螺栓组成联接，几何尺寸如图10.3所示，已知R=4000N R2=1000W 螺栓材料的许用剪应力 可=100MPa 试按剪切强度确定所需螺栓的最小直径。 150 150 图10.3 解(1)受力分析 螺栓联接承受的转矩 T=(R-R)x150=(4000-1000)×150=450000N-mw 螺栓联接承受的横向载荷 F2=R+R=4000+1000=5000N （2)单个螺栓的受力 由于转矩的作用，每个螺栓受到的切向载向力 450000 =2250W zD/24x100/2 由于横向力的作用，每个螺栓受到的横向力
（ 1）联轴器传递的转矩 （ 2）螺栓所需预紧力 因 故 （ ３）许用应力 （ ４）所需螺栓最小直径 例 10.10 一机架由四个铰制孔螺栓组成联接，几何尺寸如图10.3所示。已知 ， ，螺栓材料的许用剪应力 ，试按剪切强度确定所需螺栓的最小直径。 图 10.3 解 （ 1）受力分析 螺栓联接承受的转矩 螺栓联接承受的横向载荷 （ 2）单个螺栓的受力 由于转矩的作用，每个螺栓受到的切向载向力 由于横向力的作用，每个螺栓受到的横向力
足.500 =1250N 44 (3)受力最大的螺栓为2、3，其最大横向力为 -+78-2,n01B°.V220+1250-2x20x1250xos13S.350W (4)螺栓杆的最小直径 4F, 4x3500 =6.67mm m可 1×g×100 【评注】载荷作用位置不在螺栓联接的几何中心处，其作用效果有两个：一是产生扭矩，每个螺栓所受的工作剪力和该螺栓轴 线到螺栓组形心的连线相垂直；二是产生横向载荷，每个螺栓所受的工作剪力与横向载荷方向相同。这样每个螺栓都受到两个剪力， 且方向不同，所以应找出其中受力最大的螺栓，根据强度条件，计算出此螺栓所需的直径，并作为整个螺栓组的所有螺栓的直径。 例10.11平键联接的可能失效形式为(D)。 A、疲劳点蚀 B、弯曲疲劳破坏 C、胶合 D、压溃、剪切破坏 例10.12平键的尺寸是如何确定的？ 答根据轴轻从标准中选取键宽乃和键高h:按轮毅长度选出相应的键长乙，用于静联接的平键， 其键长不应大于轮毂长。 例10.13如图10.4所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与减速器的低速轴相联接。已知轴的材 料的45钢，传递的扭矩T=1000N:m,齿轮用锻钢制成，半联轴器用灰铸铁制成，工作时有轻微冲击。 试设计两处所用的键。 130 90 图10.4 解(1)选择类型联轴器和齿轮与轴的周向固定用键联接，并为静联接，从图中看，选用普通A型键。 (2)按轴径确定键的型号 联轴器处：轴径70，直教材表10-9，选用键X内=20X12 轮毂宽130mm,查教材表10-9，选择长度系列Z=125mm 则选用的键为： 键20×125GB1096-79 齿轮处：轴径90，查教材表10-9，选用键xh=25x14 轮毂宽90mm,直教材表10-9，选择长度系列L=80mm 则选用的键为：键25×80GB1096-79
（ 3）受力最大的螺栓为2、3，其最大横向力为 （4）螺栓杆的最小直径 【 评注 】载荷作用位置不在螺栓联接的几何中心处，其作用效果有两个：一是产生扭矩，每个螺栓所受的工作剪力和该螺栓轴 线到螺栓组形心的连线相垂直；二是产生横向载荷，每个螺栓所受的工作剪力与横向载荷方向相同。这样每个螺栓都受到两个剪力， 且方向不同，所以应找出其中受力最大的螺栓，根据强度条件，计算出此螺栓所需的直径，并作为整个螺栓组的所有螺栓的直径。 例 10.11 平键联接的可能失效形式为 （D） 。 A、疲劳点蚀 B、弯曲疲劳破坏 C、胶合 D、压溃、剪切破坏 例 10.12 平键的尺寸是如何确定的？ 答 根据轴径 从标准中选取键宽 和键高 ；按轮毂长度选出相应的键长 ，用于静联接的平键， 其键长不应大于轮毂长。 例 10.13 如图10.4所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与减速器的低速轴相联接。已知轴的材 料的45钢，传递的扭矩 ，齿轮用锻钢制成，半联轴器用灰铸铁制成，工作时有轻微冲击。 试设计两处所用的键。 图 10.4 解 （1）选择类型 联轴器和齿轮与轴的周向固定用键联接，并为静联接，从图中看，选用普通A型键。 （ 2）按轴径确定键的型号 联轴器处：轴径 ，查教材表10-9，选用键 ， 轮毂宽 ，查教材表10-9，选择长度系列 则选用的键为： 键 GB1096-79 齿轮处：轴径 ，查教材表10-9，选用键 ， 轮毂宽 ，查教材表10-9，选择长度系列 则选用的键为： 键 GB1096-79
（3)校核其强度 平键静联接的主要失效为压溃。按挤压强度校核。 联轴器用铸铁，载荷轻微冲击，查教材表10-10，许用应力[~，]=50MPa 键的工作长度1=L-b=125-20=105mm 61 4T4x×1000×103 =43.4MPas[c,] l70x12x105 齿轮有锻钢，载荷轻微冲击，查教材表10-10，许用应力[c,]=100MPa 键的工作长度1=L-6=80-25=55mm 474×1000x10 , =57.7MPas[c,] dhi 90x14x55 均合适
（ 3）校核其强度 平键静联接的主要失效为压溃。按挤压强度校核。 联轴器用铸铁，载荷轻微冲击，查教材表 10-10，许用应力 键的工作长度 齿轮有锻钢，载荷轻微冲击，查教材表 10-10，许用应力 键的工作长度 均合适