螺纹校核计算

螺纹校核计算

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。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。

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。 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

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

螺纹联接计算表格余表格计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，旋合螺纹圈数为z，则验算计算式为：

p式中

  

FP Ad2hz ，取[p][] Ap：挤压应力，单位MPa；

[p]：许用挤压应力，单位MPa；

  

SMPa，S为安全系数，一般取3～5。 F：轴向力，单位N；

d2：外螺纹中径，单位mm；

[]：材料许用拉应力，[]S，单位MPa，其中S为屈服应力，单位

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：h=0.5p 矩形螺纹：h=0.5p 锯齿螺纹：h=0.75p 普通螺纹：h=53p=0.541p 16

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）；

1

2、抗剪切强度计算

对螺杆，应满足对螺母，应满足F； d1bzF。 Dbz式中

 F：轴向力，单位N；

 d1: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：b=0.634p 矩形螺纹：b=0.5p 锯齿螺纹：b=0.736p 普通螺纹：b=0.75p 

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）；

[]：许用剪应力，单位MPa,



对于材质为钢，一般可以取[]0.6[]，

[]为材料的许用拉应力，[]SS，单位MPa，

其中S为屈服应力，单位MPa，

S为安全系数，一般取3～5。

3、抗弯曲强度校核

对螺杆，应满足对螺母，应满足

3Fh[σb]； πd1b2z3Fh[σb]。 2πDbz其推导过程如下：

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2、图3所示。

2

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：

Fdd2Mz23Fh[σ]σ对螺杆，bb；

πd1b2Wπd1b2z6

3

对螺母，σb3Fh[σb]。 2πDbz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，Ldd2FFdd2F，∴ML (dd2)；2zz22z

πd1b2W：单圈外螺纹展开后的A-A截面的抗弯模量，单位mm3；

6σb：弯曲应力，单位MPa；

 

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：b=0.634p 矩形螺纹：b=0.5p 锯齿螺纹：b=0.736p 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：h=0.5p 矩形螺纹：h=0.5p 锯齿螺纹：h=0.75p 普通螺纹：h=53p=0.541p 16

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]：螺纹牙的许用弯曲应力，对钢材，[b](11.2)[]。



4

4、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

=atan面的夹角，单位度，

f cosS npf=atanv=atan=atan(fv)，，d2d2cosfv=      

ψv：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n≤4； 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：30o 矩形螺纹： 0o 锯齿螺纹： 33o 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

α，梯形螺纹、矩形螺纹、普通螺纹都属于对称牙型，锯齿螺2纹不是对称牙型；

型β 

螺旋副的滑动摩擦系数，无量纲，定期润滑条件下，可取0.13～0.17； f：

fv：螺旋副的当量摩擦系数，无量纲。

5

5、螺杆强度校核

还需要校核螺杆的强度，若为实心螺杆，则有：

FF=[]

Ad124但对普通螺纹，其计算公式为：

=FFF[]（参见《机械设计》课本P105） 2Ad2Hcd-1446若不是实心螺杆，则按实际情况校核。

式中：

 F：轴向力，单位N；



dc：普通螺纹螺栓拉断截面，是一个经验值，其经验计算公式为

Hdcd1-，H为原始三角形高度，单位mm，对于普通螺纹

46H= 

23p； 2d1：计算公扣时使用螺纹小径，单位mm；

[]为材料的许用拉应力，[]SS，单位MPa，

其中S为屈服应力，单位MPa， S为安全系数，一般取3～5。

6