机械设计基础第10章连接(1)

1、10-1 螺纹参数螺纹参数10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁10-3 机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹10-6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算10-8 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施10-7 螺拴的材料与许用应力螺拴的材料与许用应力10-5 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件第第1010章章 连接连接第 18 次课授课计划 机械设计基础 课程 环境本071-2 班级 09年 10月26日 章节名称第10章连 接10-1 螺纹参数10-2 螺纹副的受力分析、效率和自锁1

2、0-3 机械制造常用螺纹10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件 教学内容1、常用螺纹的类型和基本参数；2、螺纹连接受力分析和自锁条件；3、常用螺纹类型； 4、螺纹紧固件 教学目的与 要 求1.掌握机械制造常用螺纹的类型和基本参数；2.螺纹连接受力分析；3.了解螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件； 重 点1. 常用螺纹的类型和基本参数；2.螺纹连接受力分析；3. 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件； 难 点1、螺纹连接受力分析作 业P161：10-1；10-2；10-3；10-6 教学手段多媒体参考资料机械设计基础知识要点及习题解析 联接联接机械动联接（运动副）机械静联接可拆联接不可拆联接螺纹联接键联

3、接销联接铆钉联接焊接胶接（固定联接）型面联接4-4 运动副中的摩擦分析一、螺旋线的形成一、螺旋线的形成u螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。101 螺纹参数二、螺纹的分类u螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。联接用螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠联接；传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。u螺纹按工作性质分为联接螺纹和传动螺纹。u螺纹按牙齿形状分为：101 螺纹参数二、螺纹的分类u螺纹的旋向分为左旋螺纹和右旋螺纹。(3)中径d2d1d2d(1)大径d(2) 小径 d1(4) 螺距p(5) 导程S(6) 螺纹升角 (7)牙型角 牙侧角 S = nplp22ta

4、ndnpdl2dl三、螺纹的主要参数101 螺纹参数d2G1、矩形螺纹FGl2d正行程拧紧螺母所需的驱动力矩为：22dFMFF102 螺旋副的受力分析、效率和自锁一、受力分析斜面机构2、斜面机构受力分析滑块沿斜面等速上升（正行程）滑块1受力：12水平驱动力FF12v载荷FaaF反力FRRF滑块在三力作用下等速上升，则有：0RaFFFaFRFF)tan(aFF滑块沿斜面等速下降（反行程）2112v滑块1受力：载荷Fa（此时为驱动力）（此时为驱动力）阻力FaFFRF滑块在三力作用下等速下降，则有：0RFGFFaFRF)tan(aFF21RF反力102 螺旋副的受力分析、效率和自锁d2aF1、矩形螺

5、纹FaFl2d正行程拧紧螺母所需的驱动力矩为：22dFT)tan(22dFa反行程放松螺母所需的平衡力矩为：22dFT )tan(22dFaFF102 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺杆螺杆轴轴线线轴线轴线螺螺杆杆螺母螺母FNG3、 非矩形螺纹 0tgffcosG非矩形螺纹：anFFcoscosaaFfFf aFfcosf-当量摩擦系数-当量摩擦角正行程)tan(22aFdT反行程)tan(22aFdTFN090102 螺旋副的受力分析、效率和自锁二、螺纹副的自锁时，T为阻力矩，阻止螺母加速松退； 25 0 10 20 30 40 50 20406080100效率效率% f v=tan=tanv

6、=0.1=0.1自锁极限自锁极限紧固螺纹区紧固螺纹区定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：螺旋转动一圈时，有效功为FaS , 输入功为2T。102 螺旋副的受力分析、效率和自锁103 机械制造常用螺纹三角形三角形螺纹螺纹普通普通螺纹螺纹 = 60管管螺纹螺纹 = 55普通螺纹以大径普通螺纹以大径d为为公称直径公称直径，同一公称直径可以有多，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹粗牙螺纹，其余的统称为，其余的统称为细牙螺纹。细牙螺纹。60Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙粗牙螺纹应用最广粗牙螺纹应用最广细牙螺纹的优点：细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自

7、锁性好、强度高，升角小、小径大、自锁性好、强度高，缺点：缺点：不耐磨易滑扣不耐磨易滑扣。应用：应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。103 机械制造常用螺纹用螺纹密封的管用螺纹密封的管螺纹螺纹普通细牙普通细牙螺纹螺纹管管螺纹螺纹非螺纹密封管非螺纹密封管螺纹螺纹（圆柱管壁 = 55）用螺纹密封管用螺纹密封管螺纹螺纹（圆锥管壁 = 55）60圆锥管圆锥管螺纹螺纹公称直径公称直径-管子的公称通径。管子的公称通径。55 55 非螺纹密封的管非螺纹密封的管螺纹螺纹d dd d2 2d d1 1P Pd dd d2 2d d1 1P P2103 机械制造常用螺纹梯形梯

8、形螺纹：螺纹：梯梯 形形锯齿形锯齿形30330锯齿形螺纹锯齿形螺纹:常用于传动。常用于传动。= 15= 3粗牙普通螺纹的基本尺寸见粗牙普通螺纹的基本尺寸见P135表表10-1螺纹的基本尺寸：螺纹的基本尺寸：细牙普通螺纹的基本尺寸见细牙普通螺纹的基本尺寸见P136表表10-2梯形螺纹的基本尺寸见梯形螺纹的基本尺寸见P136表表10-3103 机械制造常用螺纹表表10-1 10-1 直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸mmmm3 0.5 2.675 2.459 3 0.5 2.675 2.459 公称直径（大径）公称直径（大径） 粗粗 牙牙 细细 牙牙 D d D d

9、螺距螺距P P 中径中径 D D2 2 d d2 2 小径小径 D D1 1d d1 1 螺距螺距P P 4 0.7 3.545 3.242 4 0.7 3.545 3.242 5 0.8 3.545 4.1345 0.8 3.545 4.1340.350.350.50.56 1 5.350 4.918 6 1 5.350 4.918 8 1.25 7.188 6.647 8 1.25 7.188 6.647 10 1.5 9.026 8.376 1.25, 1 0.75 10 1.5 9.026 8.376 1.25, 1 0.75 12 1.75 10.863 10.106 1.5, 1.

10、25 0.5 12 1.75 10.863 10.106 1.5, 1.25 0.5 (14) 2 12.701 11.835 (14) 2 12.701 11.835 1.5, 11.5, 116 2 14.701 13.835 16 2 14.701 13.835 (18) 2.5 16.376 15.294 (18) 2.5 16.376 15.294 20 2.5 18.376 17.294 20 2.5 18.376 17.294 (20) 2.5 20.376 19.294 (20) 2.5 20.376 19.294 24 3 22.052 20.752 24 3 22.052

11、20.752 (27) 3 25.052 23.752 (27) 3 25.052 23.752 30 3.5 27.727 26.211 30 3.5 27.727 26.211 2, 1.5, 12, 1.5, 1注：括号内的公称直径为第二系列注：括号内的公称直径为第二系列 H=0.866P dH=0.866P d2 2=d-0.6495P d=d-0.6495P d1 1=d-1.0825P=d-1.0825PD D1 1、d d1 1-内、外螺纹小径内、外螺纹小径 D D2 2、d d2 2-内、外螺纹中径内、外螺纹中径 D D、d d -内、外螺纹大径内、外螺纹大径 P-P-螺距螺距

12、 标记示例：标记示例：M24(M24(粗牙普通螺纹、直径粗牙普通螺纹、直径2424、螺距、螺距3) 3) M24X1.5(M24X1.5(细牙普通螺纹细牙普通螺纹, ,直径直径24,24,螺距螺距1.5) 1.5) P PP/8P/8P/8P/8P/8P/8H/4H/4D dD dD D2 2 d d2 2 D D1 1 d d1 1 P/2P/2P/4P/43030 6060 9090 表表10-2 10-2 细牙普通螺纹基本尺寸细牙普通螺纹基本尺寸 mmmm螺距螺距P P 中径中径D D2 2、d d2 2 小径小径D D1 1、d d1 10.35 d-1+0.773 d-1+0.621

13、 0.35 d-1+0.773 d-1+0.621 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1.25 d-1+0.188 d-2+0.647 1.25 d-1+0.188 d-2+0.647 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 2 d-2+0.701 d-3+0.835 2 d-2+0.701 d-

14、3+0.835 3 d-2+0.052 d-4+0.752 3 d-2+0.052 d-4+0.752 103 机械制造常用螺纹表表10-3 10-3 梯形螺纹基本尺寸梯形螺纹基本尺寸 mmmm标记示例：标记示例：Tr48X8Tr48X8( (梯形螺纹，直径梯形螺纹，直径4848，螺距，螺距8)8)P hP h3 3=H=H4 4 a ac c 第第1 1系列系列 第第2 2系列系列 D D2 2 d d2 2 D D1 1 螺距螺距 螺纹牙高螺纹牙高 牙顶间隙牙顶间隙 公称直径公称直径d d 中中 径径 内螺纹小径内螺纹小径 12 6.5 0.5 9012 6.5 0.5 90、100 85

15、100 85、95 d-6 d-12 95 d-6 d-12 10 5.5 0.5 4010 5.5 0.5 40、7070、80 3880 38、4242、65 d-5 d-10 65 d-5 d-10 8 6.5 0.5 488 6.5 0.5 48、52 4652 46、50 d-4 d-8 50 d-4 d-8 4 2.25 0.25 164 2.25 0.25 16、20 18 d-2 d-4 20 18 d-2 d-4 5 2.75 0.25 245 2.75 0.25 24、28 2228 22、26 d-2.5 d-5 26 d-2.5 d-5 6 2.25 0.5 326 2

16、.25 0.5 32、36 3036 30、34 d-3 d-6 34 d-3 d-6 内螺纹内螺纹外螺纹外螺纹d dP PR R1 1R R2 2D D1 1D D4 4H H1 1D D2 2 d d2 2d d3 3a ac ca ac c3030 H H4 4R R2 2一、螺纹联接的基本类型104螺纹联接的类型及螺纹紧固件4 一、螺纹联接的基本类型1、螺栓联接：适用于两薄形零件联接普通螺栓联接（受拉螺栓联接）铰制孔用螺栓联接（受剪螺栓联接）FFFF受拉螺栓受剪螺栓F0F0104螺纹联接的类型及螺纹紧固件l1 12.螺纹余留长度螺纹余留长度l1 dd0普通螺栓联接（受拉螺栓）结构： 1

17、.dd受力失效：受剪力剪断受挤压压溃工艺：先钻后铰特点：装拆不方便，主要承受横向载荷dsd104螺纹联接的类型与螺纹紧固件d02、双头螺柱联接螺钉联接：不可经常装拆工艺： 被联接件一件光孔，一件螺纹孔受力失效：受拉塑性变形断裂特点：双头螺柱：可经常装拆d104 螺纹联接的类型与螺纹紧固件适用于被联接件之一较厚，不宜制成通孔的场合。3、螺钉联接104 螺纹联接的类型与螺纹紧固件104 螺纹联接的类型与螺纹紧固件4、紧定螺钉联接 用来固定两个零件的相对位置，受力较小。工艺：一件加工螺纹孔，另一件配加工锥孔。特点：靠摩擦力，是辅助定位，不经常装拆，轴毂轻载联接104 螺纹联接的类型与螺纹紧固件 除上

18、述联接的基本类型外，在机器中，还有一些特殊结构的螺纹联接。如：T型槽螺栓联接、吊环螺钉联接和地脚螺栓联接等。说明二、标准螺纹联接件 螺纹联接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹联接件的结构型式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。 虚拟现实中的螺纹联接件 104 螺纹联接的类型与螺纹紧固件 螺纹联接件分为三个精度等级，其代号为A、B、C。其中C级用于一般的螺纹联接。104 螺纹联接的类型与螺纹紧固件104 螺纹联接的类型与螺纹紧固件104 螺纹联接的类型与螺纹紧固件104 螺纹联接的类型与螺纹紧固件第 19 次课授课计划 机械设计基础 课程 环境本071-2 班级 09年 11月2日

19、章节名称10-5 螺纹连接的预紧和防松10-6 螺纹连接强度计算 教学内容1、常用螺纹拧紧力矩和防松；2、松螺栓和紧螺栓连接强度计算；3、受横向和轴向工作载荷螺栓连接强度计算；教学目的与 要 求1.掌握螺纹联接、键连接强度计算；2.应用机械设计手册能查找常用螺纹、键的参数。重 点1.掌握螺纹联接强度计算；难 点1.掌握螺纹联接强度计算；作 业教学手段多媒体参考资料机械设计基础知识要点及习题解析 预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。增强联接的可靠性和紧密性；提高联接的刚度；提高螺栓在变载荷下的疲劳强度。 拧紧后螺纹联接件的

20、预紧应力一般可达材料屈服极限ss的50% 70%。预紧的目的：预紧力的确定原则：105 螺纹连接的预紧和防松碳素钢螺栓10)7 . 06 . 0(AFSs合金钢螺栓10)6 . 05 . 0(AFSs4211dA螺栓危险截面面积facarFftgdFTTT)(2221)(2221tgdFTTTa一、一、 拧紧力矩拧紧力矩一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。21TTTT T1 1克服螺纹副相对转动的阻力矩；克服螺纹副相对转动的阻力矩；T T2 2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；克服螺

21、母支撑面上的摩擦阻力矩；设轴向力为设轴向力为F Fa a 或预紧力（不受轴向载荷） fc c摩擦系数。摩擦系数。 无润滑时取：无润滑时取： fc c =0.15 =0.15rf f支撑面摩擦半径。支撑面摩擦半径。 rf =( =(dw w+ +d0 0)/4)/4dd0dwT简化公式：简化公式： 适用于M10M60的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15, T 0.2 F 0.2 Fa a d预紧应力：预紧应力：=(0.5=(0.50.7) s s1 105 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松F Fa aFa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：通常螺纹联

22、接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。总力矩：总力矩：一般标准扳手的长度L 15d，若拧紧力为F，则T=FL。而T 0.2F0d则：F0 75F若F=200N，则F0 15000N所以，对于直径小的螺栓，拧紧时很可能过载拉断。预紧力和预紧力矩之间的关系：dFT02 . 0 注意：对于重要的联接，应尽注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小可能不采用直径过小(M12)的的螺栓。螺栓。FL105 螺纹连接的预紧和防松预紧力的控制：测力矩扳手 力矩扳手定测定螺栓伸长测力矩扳手定力矩扳手105 螺纹连接的预紧和防松 螺纹联接一般都能满足自锁条件不会自动松脱。但在冲击、振动

23、或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹联接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致联接失效。 105 螺纹连接的预紧和防松1. 利用摩擦力防松弹簧垫圈对顶螺母防松的根本问题：在于防止螺旋副相对转动。尼龙圈锁紧螺母防松方法：摩擦防松、机械防松、铆冲防松、涂胶防松等。破坏螺纹副关系105 螺纹连接的预紧和防松开口销与六角开槽螺母2. 机械防松105 螺纹连接的预紧和防松圆螺母加止动垫片105 螺纹连接的预紧和防松止动垫片105 螺纹连接的预紧和防松串联钢丝动画演示105 螺纹连接的预紧和防松冲点防松法用冲头冲23点11.5p粘合法防松涂粘合剂3. 其他方法防松（破坏螺纹副关系

24、）焊点法防松0305105 螺纹连接的预紧和防松105 螺纹连接的预紧和防松 螺栓强度计算步骤：螺栓强度计算步骤：松螺栓联接强度计算松螺栓联接强度计算紧螺栓联接强度计算紧螺栓联接强度计算1承受横向工作载荷（螺栓仅受预紧力）2承受轴向工作载荷（螺栓受预紧力和工作载荷） 联接的失效形式联接的失效形式：20%65%联接类型装配情况载荷状态螺栓受力螺栓直径 螺栓其它部分的结构尺寸是根据等强度条件和经验规定的，不需进行计算，可从标准中选定。动画演示15%106 螺纹连接的强度计算受拉螺栓：螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂受剪螺栓：螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃仅承受轴向工作载荷（螺栓仅受工作

25、载荷）铰制孔螺栓联接强度计算铰制孔螺栓联接强度计算仅承横受向工作载荷（螺栓承受工作剪力） 螺栓强度计算：螺栓强度计算：经常装拆：因磨损滑扣解决的问题：解决的问题：2、保证强度足够、保证强度足够强度条件强度条件1、保证承受工作载荷、保证承受工作载荷承载（工作）条件承载（工作）条件讨论的前提：讨论的前提：工作载荷作用的位置通过螺纹的中心线或接合面上工作载荷作用的位置通过螺纹的中心线或接合面上106 螺纹连接的强度计算一、松螺栓连接F强度条件为： ss421dF校核公式 sFd41设计公式F螺栓不预紧 联接承受轴向工作载荷F 称为受拉螺栓特点：螺栓仅受工作拉力F查表按标准螺栓直径106 螺纹连接的强

26、度计算sssss3 . 1)5 . 0(332222ca214dFas由拉力Fa引起的拉应力：s5 . 0162)tan(312v1ddFWTaT螺牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力： ss21ca43 . 1dFa强度条件：根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:F0F0（对于M10M64的普通螺纹，取d1、d2和的平均值，并取：tgv =0.17 ） saFd3 . 141二、紧螺栓连接螺栓拧紧时，螺杆受到拉力Fa计入扭切应力5106 螺纹连接的强度计算1横向工作载荷FFF0F0二、紧螺栓联接强度计算 靠接合面产生的摩擦力承受横向载荷； 螺栓在加载前后受力不变； 螺栓仅受螺栓仅受预紧力预

27、紧力F0（受拉和扭切）。特点：简称为受拉螺栓要解决的主要问题：强度如何？预紧力F0=?受载后不滑移106 螺纹连接的强度计算即： Fa =F0 工作时预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。C 可靠性（防滑）系数，常取C =1.11.3fmCFF0预紧力F0 ： f摩擦系数m-接合面数若取 f =0.15, C =1.2, m=1, 则：F0 8F 结构尺寸大结构尺寸大FFFF/2F/2F0F00FfF0F0承载（不滑移）条件：承载（不滑移）条件：mCF ss210ca43 . 1dF强度条件： s013 . 14Fd106 螺纹连接的强度计算FF/2F/2改进措施： 1. 采用键

28、、套筒、销承担横向工作载荷。2. 采用无间隙的铰制孔螺栓。106 螺纹连接的强度计算u 铰制孔用螺栓连接FFd0Lminl1 1螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：式中：式中：F螺栓所受的工作剪力，单位为螺栓所受的工作剪力，单位为N；d0螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm；Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计时应使设计时应使Lmin1.25d0Pmin0PssLdF 204dF利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受横向工作载荷；利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受横向工作载荷；螺栓杆与孔

29、壁之间无间隙，接触表面受挤压。；螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。；结合面处，螺栓杆则受剪切（受剪切和挤压）。结合面处，螺栓杆则受剪切（受剪切和挤压）。特点：特点：承受横向工作载荷简称为简称为受剪螺栓受剪螺栓106 螺纹连接的强度计算2. 轴向工作载荷 设缸盖上的压强为p，螺栓数目为z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：zpDFE42以气缸盖为例：FEFEDp靠结合面产生的压缩变形保证缸体内的密封性；螺栓在加载前后受力变化；螺栓既预紧力又受工作载荷（受拉和扭切）。特点：简称为受拉螺栓动画演示106 螺纹连接的强度计算要解决的主要问题：螺栓受到的总载荷Fa=? 强度如何？预紧力F0=?受载后

30、不漏气（紧密性）FEFEDp假设：螺纹各联接件为完全弹性体 略去螺栓头部、尾部变形106 螺纹连接的强度计算 c0 b0FRFRF0F0FEFE加预紧力F0后加载F后 螺栓总伸长量增加为： b0 被联接件压缩量减少为： C0 预紧力减小为：FR螺栓受到的总拉力为： Fa螺栓受拉伸长 b0被联接件受压缩短 C0螺母未拧紧螺母已拧紧已承受工作载荷FaFa 残余预紧力残余预紧力= 106 螺纹连接的强度计算FR+FE /dF.aca43121q根据受载情况，求出螺栓的工作载荷根据受载情况，求出螺栓的工作载荷FEq根据螺栓工作要求，确定残余预紧力根据螺栓工作要求，确定残余预紧力FR；F无变化时，无变化

31、时，FR=(0.20.6)FEF有变化时，有变化时，FR=(0.61)FE有密封要求时，有密封要求时，FR=(1.51.8)FEq强度计算强度计算设计步骤设计步骤：静载荷下螺栓的强度计算静载荷下螺栓的强度计算106 螺纹连接的强度计算螺螺栓栓类类别别普通螺栓（受拉螺栓）普通螺栓（受拉螺栓）单个螺栓受力单个螺栓受力强度条件强度条件 s421dFa松螺松螺栓栓轴向载荷轴向载荷紧螺栓联接紧螺栓联接横向载荷横向载荷fiFKFFsa0FKifFs0F0-预紧力预紧力 ss2143 . 1dFaca轴向载荷轴向载荷ZFFE总拉力总拉力EcbbaFkkkFF0 ss2143 . 1dFaca铰制孔螺栓（受剪

32、螺栓）铰制孔螺栓（受剪螺栓）横向载荷横向载荷ZFF 204dFPmin0PssLdF螺栓连接强度计算小结7ZFF工作载荷工作载荷螺栓受力螺栓受力Fa=F总拉力总拉力ZFFZFF 剪切、挤压力剪切、挤压力第 20 次课授课计划 机械设计基础 课程 环境本071-2 班级 09年 11月5日 章节名称10-7 螺栓的材料和许用应力10-8 提高螺栓连接强度的措施10-11 键连接和花键连接10-12 销连接教学内容1、螺栓、螺钉等力学性能等级和许用应力；2、提高螺栓连接强度的措施；3、键连接强度计算；、销连接教学目的与 要 求1.了解螺栓的材料及提高螺栓连接强度的措施；2.了解键连接、花键连接和销

33、连接 ；重 点1.螺栓的材料及提高螺栓连接强度的措施；2.键连接、花键连接和销连接 ；难 点1.螺栓的材料及提高螺栓连接强度的措施；2.键连接、花键连接和销连接； 作 业教学手段多媒体参考资料机械设计基础知识要点及习题解析 一、螺纹联接件一、螺纹联接件材料材料107 螺拴的材料与许用应力常用材料为：Q215、Q235、10、35、45钢对于重要和特殊用途的材料：15Cr、40Cr、30CrMnSi等力学性能较高的合金钢二、螺纹联接件二、螺纹联接件的许用应力的许用应力表106、107螺栓组螺栓组：所有螺栓的材料、尺寸、拧紧程度完全一样所有螺栓的材料、尺寸、拧紧程度完全一样螺栓组设计的任务：螺栓组

34、设计的任务：1 1、合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布、合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和螺栓接合面间受力均匀，置形式，力求各螺栓和螺栓接合面间受力均匀，便于加工和装配便于加工和装配结构设计结构设计2、找出螺栓组中螺栓所受的载荷、找出螺栓组中螺栓所受的载荷 受力分析受力分析螺栓组联接的设计1 1、为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合、为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成轴对面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状，例如圆形、环形、矩形等。称的简单几何形状，例如圆形、环形、矩形等。

35、2、螺栓布置应使各螺栓的受力合理。、螺栓布置应使各螺栓的受力合理。一、螺栓组联接的结构设计一、螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的设计u对于铰制孔螺栓，不要在平行于工作载荷的方向上对于铰制孔螺栓，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置成排地布置8个以上螺栓，以免载荷分布过于不均。个以上螺栓，以免载荷分布过于不均。螺栓组联接的设计合理合理不合理不合理u当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。u如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷，应采用销、如果同时承受轴向载荷和较大的横

36、向载荷，应采用销、套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷。套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷。3、为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布、为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。等偶数。螺栓组联接的设计4、螺栓的排列应有合理的间距、边距。、螺栓的排列应有合理的间距、边距。扳手空间扳手空间的尺寸可查阅有关标准。的尺寸可查阅有关标准。 对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距栓的间距t0不得大于推荐数值。不得大于推荐数值。工作压力/MPa1.61.64 41010 1616

37、2020 30t0/mm7d5.5d4.5d4d3.5d3d表表55 螺栓间距螺栓间距t00td以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓强度。面提高螺栓强度。改善螺纹牙上载荷改善螺纹牙上载荷分布不均的现象分布不均的现象降低影响螺栓疲降低影响螺栓疲劳强度的应力幅劳强度的应力幅减小应力集中减小应力集中的影响的影响采用合理的制

38、采用合理的制造工艺造工艺分析分析分析分析分析分析108 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施108提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施一、降低螺栓总拉伸载荷一、降低螺栓总拉伸载荷 Fa 的变化范围的变化范围EcbbaFkkkFF0之间变化在EcbbaFkkkFFF00受轴向载荷时受轴向载荷时 当当kckb时，时，0cbbkkk即工作载荷作用后，螺栓受的总拉力增加很少；即工作载荷作用后，螺栓受的总拉力增加很少；Fa F0 ，当当kcF2F3F4F5F=F1+F2+F3+F4+F5螺栓杆F螺母体螺母体F螺栓杆普通螺母加厚螺母加厚螺母不能提高联接强度。加厚螺母不能提高联接强度。108

39、提高螺纹联接强度的措施均载措施：悬置螺母悬置螺母螺拴、母变形性质相同108提高螺纹联接强度的措施三、减小应力集中增大过渡圆角卸载槽r卸载过渡结构108提高螺纹联接强度的措施四、避免或减小附加弯曲应力108提高螺纹联接强度的措施凸台沉头座斜面垫圈108提高螺纹联接强度的措施凸台沉头座斜面垫圈108提高螺纹联接强度的措施功能：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩， 或实现零件的轴向固定或移动。一、键联接的功能、分类、结构形式及应用分类：平键、半圆键、楔键、切向键等。1. 平键联接特点：结构简单、定心好、装拆方便。种类： 普通平键导向平键间隙滑键1011 键联接和花键联接轴工作面普通平键单圆头(

40、C型)圆头(A型)方头(B型)用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。用盘铣刀加工，轴的应力集中小。用于轴端，便于安装。普通平键应用最广。A型型B型型C型型1011 键联接和花键联接盘状铣刀铣键槽指状铣刀铣键槽1011 键联接和花键联接起键螺孔导向平键固定螺钉结构特点：长度较长，用螺钉固定轴上。为便于装拆，制有起键螺孔。零件可以在轴上移动，构成动联接。应用：用于轴上零件移动量不大的场合，如变速箱中的滑移齿轮。1011 键联接和花键联接导向平键1011 键联接和花键联接bA型型B型型C型型bhC 45或r1LLLb标记实例： 圆头普通平键(A型): 键16100 GB1096-79 圆头普通平

41、键(B型): 键B16100 GB1096-79单圆头普通平键(C型) : 键C16100 GB1096-79d普通平键和键槽尺寸（GB1095-79、GB1096-79） R=b/2d- -ttbd+t1t1hd b h C或或r L t t1 半径半径r 键的尺寸键的尺寸键键 槽槽轴的直径轴的直径自自 68 2 2 620 1.2 1 810 3 3 0.160.25 636 1.8 1.4 0.080.16 1012 4 4 845 2.5 1.8 1217 5 5 1056 3.0 2.3 1722 6 6 0.250.4 1470 3.5 2.8 0.160.25 2230 8 7

42、1890 4.0 3.3 3038 10 8 22110 5.0 3.3 3844 12 8 28140 5.0 3.3 4450 14 9 0.40.6 36160 5.5 3.8 0.250.4 5058 16 10 45180 6.5 4.3 5865 18 11 50200 7.0 4.4 6575 20 12 56220 7.5 4.9 7585 22 14 63250 9.0 5.40.60.8 0.40.6普通平键和键槽尺寸（GB1095-79、GB1096-79） 2. 半圆键工作面 键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的键槽中绕其圆心摆动， 以适应轮毂上键槽的斜度，安装方便。常用于锥形轴端与轮毂的联接。对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。1011 键联接和花键联接3. 楔键联接和切向键联接结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。缺点：定心精度不高。应用：只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的联接。安装时用力打入工作面1