算公式来设计这个受力最大的螺栓的尺寸，其余的螺栓则按同样尺寸选用。 4）在设计螺栓组联接时，应正确解决以下几个问题
①螺栓组的布臵 螺栓组中螺栓的个数及其在结合面上的布臵方案，一般可参考现有设备按经验确定。不同的布臵方案将影响总的载荷在各个螺栓上的分配。在计算总载荷在各螺栓中的分配时，可以采用这样的步骤：先讲总载荷分解，分解后所得到的载荷不外乎轴向力、横向力、扭矩和弯矩的等四种基本情况；接着就按这四种情况分别进行载荷分配计算；然后再迭加起来，便得到了总载荷在各螺栓中的分配情况。在这四种基本情况中，承受倾覆力矩的地板螺栓组联接的载荷分配计算是一个难点，学习时要注意所采用的简化假定及受载前后各部分的载荷和应力变化的关系。
②确定螺栓的拧紧力矩 紧螺栓联接所需要的扳手力矩和由此而产生的预紧力的大小，可以利用机械原理中关于螺旋副摩擦阻力的公式进行计算。拧紧力矩过大，将对强度产生不利的影响，而过小又不能保证联接的可靠性。因此，对于重要的螺栓联接，拧紧力矩或预紧力必需加以控制。所以，进行计算是必要的，而且应将计算的结果标注到相应的装配图纸上。于这一问题相联系的扳手拧紧力矩或预紧力的测定方法，以及拧紧后的防松措施，也必需考虑好。
③确定螺栓直径 螺栓的直径计算是整个螺栓联接设计的核心部分。因为只要直径确定了，就可以根据标准确定螺栓其它部分的尺寸（螺栓的长度可根据杯联接零件的厚度和螺母、垫圈等的厚度来确定）。教材中介绍了螺栓直径的简化计算方法，以及螺母按疲劳强度的精确校核方法。在螺栓疲劳强度的精确校核中，螺栓联接的受力变形线图应该给予特别的注意。弄清楚为什么当紧螺栓受到轴向拉伸载荷时，它的预紧力会变小，而螺栓的总载荷并不是预紧力与外载荷的和。在这个基础上，了解为什么降低螺栓刚度、增大被联接件刚度以及增大预紧力可以提高螺栓的抗疲劳能力。
④提高螺栓联接强度的措施 在初步确定以上三个问题的解决方案的基础上，还应进一步考虑如何提高螺栓联接的强度。在各类机器中所见到的各种螺纹联接件，大多数是标准化了的。但是也有许多重要的螺栓联接，所用的螺栓、螺母或垫圈具有各种非标准的形状。其原因可以从提高螺栓联接强度的措施这一节中找到答案。应该注意的是，提高螺栓联接强度并不是只有加粗直径这一途径。有时
候，其它的措施可能更为合理，更为有效。特别是对于受变载荷的螺栓联接。
三、本章内容的分析与补充
1．螺纹（§5-1）
由于各类螺纹大多已标准化，少量未标准化的也有了推荐尺寸。因而，在讲授表5-1时，要从工艺性、工作时的自锁性、强度、适宜于承受载荷的类型、密封性、传动效率等方面进行互相比较，掌握它们的特点及应用范围。这里应该指出：一般的三角形螺纹联接是不能起密封作用的；所有的螺纹联接都不能保证螺杆与螺母之间有较高的同心度。因此，一般地说，不能用它们来满足某种定位的要求。
2．螺纹联接的类型和标准联接件（§5-2）
螺纹联接的种类很多，基本形式有螺栓联接、双头螺柱联接和螺钉联接三种。它们分别适用于不同的情况，包括被联接件的不同厚度和形状、不同的材料以及联结的装拆要求等。紧钉螺钉联接及地脚螺栓联接则是两类特殊用途的联接，因而具有与一般联接螺纹不同的形状。这些联接用的零件都已标准化，设计时应根据有关标准选用。
3．螺纹联接的预紧（§5-3）
预紧力与拧紧力举之间的关系式是根据机械原理课程中关于螺纹的摩擦力矩的计算公式得出的。应该注意到，由于螺纹联接中实际产生的预紧力比扳手一端所施加的拧紧力要大许多倍。因此，重要的螺栓联接要采用适当的方法与工具来控制拧紧力矩，使之既能达到预紧的目的，又不致拧断螺栓。
4．螺纹联接的防松（§5-4）
应该指出，放松的根本点在于防止螺母和螺栓的相对转动。凡能达到这个目的的措施，都可列为防松方法。一般地说，机械防松要比摩擦防松更为可靠，但成本较高，因而只宜用于比较重要的或机器内部不容易检查到的地方。
5．螺纹联接的强度计算(§5-5)
对于一般的紧螺栓联接，在进行强度计算时，可以将总拉力增大30%以考虑拧紧时的扭转切应力的影响。由于螺栓的相对刚度不易计算准确，总拉力也不宜计算准确，因此，这一计算时近似的，但可以认为是偏于安全的。另外，在计算时假定应力在危险截面上均匀分布。实际上，在螺纹根部有严重的应力集中，这一点在变应力计算中通过综合影响系数K来考虑。
在强度计算公式中，许用应力[σ]由屈服极限σS除以安全系数S得出。而安全系数则由表5-11查出。应该注意，这时在强度计算公式中所使用的载荷必须是计入各种影响后螺栓承受的总的载荷。对于松螺栓联接，这个总载荷就是工作载荷F；对于只承受预紧力的紧螺栓联接，这个总载荷要考虑拧紧力矩的影响，它等于预紧力QP的1.3倍；对于同时承受轴向工作载荷的紧螺栓联接，要考虑受载后补充拧紧的影响。这个总载荷是总拉力Q的1.3倍。对于绞制孔用螺栓联接的强度计算，所用的安全系数也由表5-11给出。
6．螺栓组联接的设计（§5-6）
本节除应掌握螺栓组联接结构布臵的一些原则外，还应注意到有些简化假设是有一定条件的。例如，假设绞制孔用螺栓组联接在受横向载荷时，各个螺栓均匀受力。这种假设只适用于沿载荷作用方向排列的螺栓个数不很多的情况。
下面对受倾覆力矩的螺栓组联接的受力分析做一些补充说明。
1）计算时假定地板是刚性的，倾转时不变形，即仍能保持为平板；地基与螺栓则是弹性的。同时，假定地板在受到倾覆力矩作用时，将绕对称轴线O-O旋转(参阅教材图5-27)。后面的分析及所得到的计算公式都是在这个假定的前提下产生的。这一假定对于刚性（例如刚或铸铁的）底座安装在弹性（例如水泥的）地基上是合适的。如果不是这样，则随着地基和螺栓的刚度的不同，倾转中心的位臵将发生变动。对于图5-27所示的受力情况，如果地基相对螺栓来说，刚度增大，倾转中心将移向右侧，各螺栓和地基所受的载荷情况将随之而变动，其变动情况可以用相同的方法进行分析。
2）螺栓组中受力最大的螺栓的工作拉力Fmax可由式（5-31）计算出，即
Fmax?MLmax?Li?1z2i其中各符号的意义见教材。
这里应注意的是，F只是受力最大的螺栓中的工作载荷，它的总载荷应力Q=F+Q＇，设计时应按总载荷Q来计算螺栓所需的最小直径。
3）为了防止结合面受压最大处压碎或受压最小处出现间隙，应按式(5-32)及(5-33)检查，受载后的σ不超过允许值，σ不小于零，即
?pmax??p???pmax????p
?pmin??p???pmax?0
这里σ代表由于加载而在地基结合面上产生的附加挤压应力的最大值。它由公式（5-34）计算：
??pmax?1W?Cm?M??Cm?Cb???? ?CmCm?Cb其中W为结合面的抗弯截面系数。这里M乘以地基的相对刚度是因为由于
而引起得力的变化包括两部分，一为地基的，一为螺栓的，两者的分配比例与它们的刚度大小成正比。
7．螺纹联接件的材料及许用应力（§5-7）
国家标准规定螺纹联接件按材料的机械性能分级（见表5-9，5-10）,螺栓材料机械性能等级的标记代号由“〃”隔开的两部分数字组成，第一部分数字（“〃”前）表示公称抗拉强度（σ）的1/100；第二部分数字（“〃”后）表示公称屈服极限（σ）或公称屈服强度（σ）与公称抗拉强度（σ）比值（屈服比）的10倍。这两部分数字的乘积为公称屈服极限（σ）或公称屈服强度（σ）的1/10。例如强度级别标记为4.6，表示材料的抗拉强度极限为400MPa，屈服比为0.6，屈服极限为240MPa。标准又规定螺母材料的强度不低于与之相配的螺栓材料的强度。螺母材料性能等级的标记由可与之相配的螺栓的最高性能等级标记的第一部分数字标记。这样规定保证了联接的承载能力可达到螺栓或螺钉的最低屈服极限，在这之前不致发生螺母脱扣。因为螺杆的断裂是突然发生的，比较容易发现，螺母脱扣是逐渐发生的，很难发现，增加了由于螺纹组合件失效而造成事故的可能性。所以对螺纹联接，如果失效的话,希望失效的形式是螺杆断裂而不是脱扣。 在许用应力中所使用的的安全系数，请参看§5-5种的有关说明。
8．提高螺栓联接强度的措施（§5-8）
本节中所叙述的几条提高螺纹联接强度的措施都是很重要的。对于重要的螺纹联接，特别是承受变载荷的，应该考虑采用这些措施。这时，就不一定采用标准的螺纹联接件了。
为什么悬臵螺母可以改善螺纹牙上的载荷分布不均呢？因为原来螺母受压，螺杆受拉，两者的变形不协调，引起载荷分布不均匀；改为悬臵螺母后，两者都
变为受拉，变形比较协调，载荷分布也就比较均匀了。
9．螺旋传动（§5-9）
讲授这一部分内容时，应注意螺旋传动与前面的螺纹联接的差别。虽然它们都由带螺纹的零件组成，但两者工作情况完全不同，从而在要求上也有很大差别。对螺旋传动来讲，由于要传递运动，主要要求保证螺旋副有较高的传动效率和磨损寿命。从这一基本点出发，去理解它的结构设计、材料和设计计算方法的特点以及与螺纹联接的差别。
虽然滚动螺旋传动和静压螺旋传动在精密机械中已有广泛的应用，但限于篇幅，在本节只对它们作简单的介绍，而把主要的重点放在最基本的滑动螺旋传动的设计和计算上。
四、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排8个学时。以多媒体手段介绍结构图，以板书推导和实物共同完成该章的教学任务。螺旋传动不占计划学时，安排一个设计大作业。安排一次参观，安排做一个实验。
第六章 键、花键、无键联接和销联接
一、本章主要内容及教学要求
本章主要内容为键及花键联接的类型、结构、特点和应用，失效形式和强度计算。
健、花键和销大多已标准化，因此学习本章的主要要求是：
1．了解键联接的主要类型及应用特点，掌握键的类型及尺寸的选择方法，并能对平键联接进行强度校核计算。
2．了解花键联接的类型、特点和应用。掌握花键联接强度校核方法。 3．对无键联接、销联接的类型、特点及应用有一定的了解。
二、本章重点、难点及注意事项
本章重点是键与花键的类型、尺寸选择和强度校核方法。 应注意以下几点：
1．根据轴与毂是否有相对轴向移动，平键联接和花键都可分为静联接与动联
《机械设计基础》教案
