《机械设计基础》第10章联接

1、第第10章章联接联接常见的连接：常见的连接：由于使用、结构、制造、装配、由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼此连接。此连接。v连接的类型：连接的类型：螺纹连接螺纹连接键连接、花键连接、销连接键连接、花键连接、销连接弹性环连接等弹性环连接等焊接焊接铆接铆接粘接粘接连接连接可拆连接可拆连接不可拆连接不可拆连接本章介绍的内容本章介绍的内容一、螺纹及其主要参数一、螺纹及其主要参数10.1 10.1 螺纹联接螺纹联接1 1、螺纹的形成：、螺纹的形成：将一倾斜角为将一倾斜角为的直线绕在圆住体上便形成的直线绕在圆住体上便形成一条螺旋线。如用

2、平面图形三角形一条螺旋线。如用平面图形三角形K K 沿螺旋线运动并使沿螺旋线运动并使K K平面平面始终通过圆柱体轴线，就得到三角形螺纹。始终通过圆柱体轴线，就得到三角形螺纹。 同样取平面图形同样取平面图形K K的形状如右上角任一图形，可得到矩形、的形状如右上角任一图形，可得到矩形、梯形、锯齿形、管螺纹等。梯形、锯齿形、管螺纹等。2 2、螺纹的类型、螺纹的类型三角形螺纹：粗牙螺纹三角形螺纹：粗牙螺纹用于紧固件用于紧固件 细牙螺纹细牙螺纹同样的公称直径下，螺距最小，同样的公称直径下，螺距最小， 自锁性好，适于薄壁细小零件和自锁性好，适于薄壁细小零件和 冲击变载等冲击变载等按位置：按位置： 内螺纹内

3、螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹外螺纹在圆柱的外表面形成的螺纹在圆柱的外表面形成的螺纹按牙型按牙型: : 三角形螺纹、管螺纹三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹 传动螺纹传动螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹管螺纹管螺纹根据螺旋线头数：根据螺旋线头数： 单头螺纹（单头螺纹（n=1n=1）用于联接用于联接 双头螺纹（双头螺纹（n=2n=2）如图如图 多线螺纹（多线螺纹（n2n2）用于传动用于传动根据螺旋线绕方向：根据螺旋线绕方向： 左旋左旋如图如图 右旋右旋常用常用1 1）大径）大径d d（D

4、 D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径，与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径， 亦称公称直径亦称公称直径2 2）小径）小径d d1 1（D D1 1）与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径 常用于强度计算常用于强度计算3 3）中径）中径d d2 2（D D2 2）在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假 想圆柱面的直径，想圆柱面的直径，d d2 20.5(d+d0.5(d+d1 1) )3 3、螺纹的主要参数、螺纹的主要参数4）螺距）螺距P相邻两个牙型对应两点间的轴向距离相邻两个牙型对应两点间的轴向距离5）导程）导程S螺纹上任一点沿同一

5、螺旋线旋转一周移动的轴螺纹上任一点沿同一螺旋线旋转一周移动的轴 向距离向距离6）线数）线数n螺纹螺旋线数目，一般为便于制造螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：螺距、导程、线数之间关系：S=nP L=nP(n=2)hPd2dd1d1d2d单线螺纹单线螺纹PSS =P双线螺纹双线螺纹PSP7）螺旋升角）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋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线轴线的平面的夹角8）牙型角）牙型角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9）牙侧角）牙侧角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角螺纹牙的侧边与螺

6、纹轴线垂直平面的夹角22arctan/arctandnPdS字母字母公称直径公称直径螺距螺距左旋左旋M242-2-LHFFaF螺纹的拧松螺纹的拧松-螺母在螺母在F F和和F Fa a的联的联合作用下，顺着合作用下，顺着F Fa a等速向下运动。等速向下运动。螺纹的拧紧螺纹的拧紧-螺母在螺母在F F和和F Fa a的联的联合作用下，逆着合作用下，逆着F Fa a等速向上运动。等速向上运动。1 1、矩形螺纹、矩形螺纹二、二、螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁展开中径展开中径d d2 2圆柱面得一斜面圆柱面得一斜面. .螺旋副在轴向载荷螺旋副在轴向载荷FaFa作用下相对运动，作

7、用下相对运动，可看作在中径的水平力可看作在中径的水平力F F推动滑块推动滑块( (重重物物) )沿螺纹运动沿螺纹运动d20nn2d s =n pvFRF 当螺纹拧紧当螺纹拧紧(滑块上升滑块上升)时：时：u拧紧力矩为：拧紧力矩为：22tg()22addTFFn拧紧力为：拧紧力为：a()FF tgnn2d s =n pvFRF FFR+当螺纹拧松当螺纹拧松(滑块沿斜面等速下滑滑块沿斜面等速下滑)时：时：自锁条件：自锁条件： 防松力矩为：防松力矩为：atg()FF22tg()22addTFF0)(tga FFu维持滑块等速运动所需的平衡力（防松力）为：维持滑块等速运动所需的平衡力（防松力）为：FFR

8、-nn2d s =n pvFRF 2 2、非矩形螺纹受力分析、非矩形螺纹受力分析(0(0) )如图所示，非矩形螺纹的法向如图所示，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹的大。力比矩形螺纹的大。若把若把法向力法向力的增加看作的增加看作摩擦系摩擦系数数的增加，则非矩形螺纹的摩的增加，则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为擦阻力可写为aaaFfFffFcoscos式中式中f为当量摩擦系数，即为当量摩擦系数，即tan(10 4)cosff式中式中 为当量摩擦角，为当量摩擦角， 为牙侧角。为牙侧角。1）拧紧螺母拧紧螺母当滑块沿非矩形螺纹等速上升时，可得水平推力：当滑块沿非矩形螺纹等速上升时，可得水平推力： F=Fatg(+

9、)相应的拧紧力矩相应的拧紧力矩2）松开螺母）松开螺母当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得：当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得： F=Fatg(-) 相应的防松力矩为相应的防松力矩为22tg()22addTFF22tg()22addTFF 若螺纹升角若螺纹升角 小于当量摩擦角小于当量摩擦角 ，则螺旋具有自锁特，则螺旋具有自锁特性，如不施加驱动力矩，无论轴向驱动力性，如不施加驱动力矩，无论轴向驱动力Fa多大，都不能多大，都不能使螺旋副相对运动。使螺旋副相对运动。非矩形螺纹的自锁条件可表示为非矩形螺纹的自锁条件可表示为 为了防止螺母在轴向力作用下自动松开，用于连接的紧为了防止螺母在轴向力作用下自动松开

10、，用于连接的紧固螺纹必须满足自锁条件。固螺纹必须满足自锁条件。3 3、螺旋副的效率、螺旋副的效率螺旋副的效率是有效功与输入功之比。螺旋副的效率是有效功与输入功之比。螺旋转动一圈时，有效功为螺旋转动一圈时，有效功为F Fa aS S, , 输入功为输入功为2T2T。0 10 20 30 40 50 20406080100效率效率% 螺旋副的效率为：螺旋副的效率为：TSFa22)(dStgFFaa当当一定时，效率只是螺纹升角的函数，由此可以绘出效率曲线一定时，效率只是螺纹升角的函数，由此可以绘出效率曲线. .当当一定时，在一定时，在=45=45- -/2 /2 处效率曲线有极大值。处效率曲线有极大

11、值。对于传动螺旋，一般取：对于传动螺旋，一般取：对于联接螺纹，必须取：对于联接螺纹，必须取：升角过大升角过大, , 制造困难，且效制造困难，且效率增高也不明显。率增高也不明显。f =tg=tg =0.1 =0.1自锁极限自锁极限紧固螺纹区紧固螺纹区)(tgtg257 . 5滑块沿斜面匀速上升（旋紧）滑块沿斜面匀速上升（旋紧）滑块沿斜面匀速下滑（松开）滑块沿斜面匀速下滑（松开）水平推力水平推力 驱动力矩驱动力矩 效率效率 自锁条件自锁条件 ) (tgFFa) (22tgdFTa) (tgtg) (tgFFa) (22tgdFTa三、机械制造常用螺纹三、机械制造常用螺纹三角形螺纹三角形螺纹普通螺纹

12、普通螺纹 = = 60 普通螺纹以大径普通螺纹以大径d d为公称直径，同一公称直径可以有多种为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。6060P Pd d粗牙粗牙d dP P细牙细牙d dP P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：升角小、小径大、自锁性好、强度高。细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高。缺点：不耐磨易滑扣。缺点：不耐磨易滑扣。应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。用螺纹密封的管螺纹用螺纹密封的管螺纹管

13、螺纹管螺纹非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁 = 55 = 55）用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁 = 55 = 55）6060圆锥管螺纹圆锥管螺纹公称直径公称直径-管子的公称通径。（普通螺纹不同）管子的公称通径。（普通螺纹不同）55 55 55 55 非螺纹密封的管螺纹非螺纹密封的管螺纹d dd d2 2d d1 1P Pd dd d2 2d d1 1P P22梯形螺纹：梯形螺纹：锯齿形锯齿形30303 3梯梯 形形3030 为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，

14、梯形螺纹可消除因摩擦形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。但只适合单向传动。锯齿形螺纹锯齿形螺纹: :常用于传动。常用于传动。= = 1515= = 3 3四、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件四、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件1 1、螺栓连接的基本类型、螺栓连接的基本类型（1 1）普通螺栓联接）普通螺栓联接 特点：特点：孔与杆间有间隙、被连接件上无需切制螺纹、孔与杆间有间隙、被连接件上无需切制螺纹、装拆方便。装拆方便。 适用场合：适用场合：经常装拆的一般场

15、合。经常装拆的一般场合。可承受横向载荷。可承受横向载荷。铰制孔螺栓铰制孔螺栓d（2 2）螺钉联接）螺钉联接 特点：特点：孔与杆间有间隙、被连接件上需切制螺纹、孔与杆间有间隙、被连接件上需切制螺纹、装拆方便。装拆方便。 适用场合：适用场合：被连接件之一较厚，且不常装拆的场合。被连接件之一较厚，且不常装拆的场合。（3 3）双头螺栓联接）双头螺栓联接 特点：特点：孔与杆间有间隙、被连接件上需切制螺纹、装拆孔与杆间有间隙、被连接件上需切制螺纹、装拆方便。方便。 适用场合：适用场合：用于被连接件之一较厚、经常装拆的场合。用于被连接件之一较厚、经常装拆的场合。（4 4）紧定螺钉联接）紧定螺钉联接拧入后，利

16、用杆末端顶住另一零件拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。传递不大的轴向力或扭矩。其他连接其他连接地脚螺栓连接、吊环螺栓连接、地脚螺栓连接、吊环螺栓连接、 T形槽螺栓连接形槽螺栓连接2 2、螺纹紧固件、螺纹紧固件（1 1）螺纹紧固件的种类繁多，有适应面广、用量大的通）螺纹紧固件的种类繁多，有适应面广、用量大的通用螺纹紧固件，还有适应某种需要、具有特殊结构的专用用螺纹紧固件，还有适应某种需要、具有特殊结构的专用螺纹紧固件。螺纹紧固件。（2 2）通用螺纹紧固件已）通用螺纹紧固件已标准

17、化标准化。常用的有。常用的有螺栓、双头螺螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母和垫圈柱、螺钉、紧定螺钉、螺母和垫圈等，这类零件的结构等，这类零件的结构型式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用。型式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用。垫圈垫圈螺母螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件平垫圈平垫圈斜垫圈斜垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈七、螺纹联接的预紧和防松七、螺纹联接的预紧和防松 1、预紧、预紧预紧目的预紧目的增大联接刚度、紧密性和提高防松能力增大联接刚度、紧密性和提高防松能力预紧力预紧力F0预先轴向作用力（拉力）预先轴向作

18、用力（拉力）螺纹联接：松联接螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只存受外载时才受在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用到力的作用 紧联接紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，已预在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力先受力，预紧力F0预紧过紧预紧过紧拧紧力拧紧力F0过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松过松拧紧力拧紧力F0过小，工作不可靠过小，工作不可靠 0F扳手拧紧力矩扳手拧紧力矩T=FHL, 拧紧时螺母：拧紧时螺母：T=T1+T2T拧紧力矩拧紧力矩 T1螺纹摩擦阻力矩螺纹摩擦阻力矩 T2螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩螺母端环形面与被联接件间的摩擦

19、力矩FH作用于手柄上的力作用于手柄上的力，L力臂力臂2)tan(201dFTv)(312021303102dDdDFfTc )(32)tan(21 202130312021dDdDfdFTTTcv)(32)tan(21202130212dDdDdfddKcvdKFT0 一般一般 K=0.10.3 拧紧力矩系数拧紧力矩系数由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接不宜小于重要的联接不宜小于M10M14TT2T1TT2T1预紧力预紧力F0的控制：的控制：测力矩扳手测力矩扳手测出预紧力矩，测出预紧力矩， 定力矩扳手定力矩扳手达到固定

20、的拧紧力矩达到固定的拧紧力矩T T时，弹簧时，弹簧受压将自动打滑，测量预紧前后受压将自动打滑，测量预紧前后螺栓伸长量螺栓伸长量精度较高精度较高 12图4-12 测力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手1234测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手（1 1）防松目的）防松目的实际工作中，在振动、冲击或变载，螺纹副中正压力可能减实际工作中，在振动、冲击或变载，螺纹副中正压力可能减小或瞬间消失，摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复小或瞬间消失，摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则

21、会影响正常工作，造成事故会影响正常工作，造成事故 （2 2）防松原理）防松原理消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。动的难度。（3 3）防松办法及措施）防松办法及措施 上螺母螺栓下螺母上螺母螺栓下螺母1 1）摩擦防松）摩擦防松 双螺母、弹簧垫圈、尼双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等龙垫圈、自锁螺母等 2、螺纹防松、螺纹防松 弹簧垫圈弹簧垫圈自锁螺母自锁螺母2 2）机械防松：）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，轴用带翅垫片，开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝止动垫片，串联钢丝3

22、 3）永久防松：端铆、冲点、点焊）永久防松：端铆、冲点、点焊4 4）化学防松）化学防松粘合粘合 开槽螺母开槽螺母与开口销与开口销圆螺母圆螺母与止动垫圈与止动垫圈串联钢丝串联钢丝一 螺栓组联接的结构设计1、联接接合面的设计八、螺栓联接的强度计算八、螺栓联接的强度计算2、螺栓的数目及布置、螺栓的数目及布置（1）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合。的形心重合。对于铰制孔螺栓联接的受剪螺栓，在平行于工作载对于铰制孔螺栓联接的受剪螺栓，在平行于工作载荷方向上成排布置的螺栓数目不应

23、超过八个，以荷方向上成排布置的螺栓数目不应超过八个，以免载荷分布不均。免载荷分布不均。对于受弯矩或转矩的螺栓联接，应使螺栓尽量布置对于受弯矩或转矩的螺栓联接，应使螺栓尽量布置在靠近联接接合面的边缘上，以减少螺栓的受力。在靠近联接接合面的边缘上，以减少螺栓的受力。2 螺栓的布置应有合理的间距和边距，以保证联接的紧密性和装配时扳手所需活动空间（2）螺栓的布置应有合理的间距和边距，以保证联接）螺栓的布置应有合理的间距和边距，以保证联接的紧密性和装配时扳手所需活动空间的紧密性和装配时扳手所需活动空间分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4,6,8等偶数，等偶数，以便于在圆

24、周上钻孔时得分度和划线。以便于在圆周上钻孔时得分度和划线。（3）螺栓的数目及布置应便于螺栓孔的加工）螺栓的数目及布置应便于螺栓孔的加工4、避免偏心载荷作用、避免偏心载荷作用 a）被联接件支承面不平突起）被联接件支承面不平突起 b）表面与孔不垂直）表面与孔不垂直 c）钩头螺栓联接）钩头螺栓联接防偏载措施：a）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片 n受拉螺栓的失效形式：受拉螺栓的失效形式：螺螺栓杆的塑性变形或断裂。栓杆的塑性变形或断裂。 其破坏部位及其出现的百其破坏部位及其出现的百分比见右图。分比见右图。n受剪螺栓的失效形式：受剪螺栓的失效形式：螺螺栓杆和孔壁间压溃或螺栓栓杆和孔壁间压溃或螺栓杆被

25、剪断。杆被剪断。 普通螺栓连接普通螺栓连接（受拉螺栓）（受拉螺栓） 铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接（受剪螺栓）（受剪螺栓） 轴向拉力轴向拉力剪切力剪切力u螺栓连接螺栓连接松螺栓连接松螺栓连接 紧螺栓连接紧螺栓连接 65%20%15%2、螺栓连接的强度计算、螺栓连接的强度计算（1）螺栓的受力）螺栓的受力（2）螺栓的失效形式）螺栓的失效形式（3）松螺栓联接）松螺栓联接如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无F0，只有工作载荷只有工作载荷F F起拉伸作用起拉伸作用强度条件为：强度条件为：421dF41Fd 验算用验算用 设计用设计用 d d1 1螺杆危险截面直径（螺杆危险截面直径（mm

26、mm）许用拉应力许用拉应力 N/mmN/mm2 2 (MPa) (MPa) nS/s表表4-84-8 N N 安全系数，表安全系数，表4-94-9（4）紧螺栓联接）紧螺栓联接工作前有预紧力工作前有预紧力QP工作前拧紧，在拧紧力矩工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下：作用下：预紧力预紧力F0 产生拉伸应力产生拉伸应力螺纹摩擦力矩螺纹摩擦力矩T1产生剪应力产生剪应力 复合应力状态复合应力状态:21041dF)5 . 0(48. 0448. 0861042)tan(161)tan(2210210231201或当dFMMdFddddFWTPvvT按第四强度理论：按第四强度理论：（最大变形能）（最大变形能）3

27、 . 1322ca 强度条件为：强度条件为：43 . 1210dFca 43 . 1210dFca式中：式中： F0预紧力（预紧力（N） 1.31.3系数将外载荷提高系数将外载荷提高30%30%，以考虑螺纹力矩对，以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，故又称简化计算法状态简化为纯拉伸来处理，故又称简化计算法 0Fa a、横向载荷的紧螺栓联接计算、横向载荷的紧螺栓联接计算主要防止被联接件错动主要防止被联接件错动 靠拧紧的正压力靠拧紧的正压力( (F0) )产生摩擦力来产生摩擦力来传递外载荷传递外载荷不产生相对滑移的

28、条件为：不产生相对滑移的条件为：普通螺栓联接普通螺栓联接FKFfiS0ifFKFS0f 接缝面间的摩擦系数接缝面间的摩擦系数，表表4-4 i接缝界面数目接缝界面数目 KS防滑系数（可靠性系数）防滑系数（可靠性系数） KS=1.11.3 FF0F0F分析：分析： 为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高 承载能力承载能力,可采可采用如下减载装置：用如下减载装置： a)a)减载销减载销 b)b)减载套筒减载套筒 c)c)减载键减载键强度条件验算公式：强度条件验算公式： 43.1210dFca设计公式：设计公式： 43 . 101FdifFKFS0铰制孔螺栓联接铰

29、制孔螺栓联接防滑动防滑动螺杆直接承受挤压和剪切来传递外螺杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷载荷R R进行工作进行工作420dF螺栓的剪切强度条件为：螺栓的剪切强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为： PPldFmin0 F 横向载荷（横向载荷（N） d0螺杆或孔的直径（螺杆或孔的直径（mm） Lmin 被联接件中受挤压孔壁的最小长度（被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm）螺栓许用剪应力，螺栓许用剪应力，MPaMPa，P螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，MPa铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工铰制

30、孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工精度较高，成本较高精度较高，成本较高FFb b、轴向载荷紧螺栓联接强度计算、轴向载荷紧螺栓联接强度计算工作特点：工作前拧紧，有工作特点：工作前拧紧，有F0 工作后加上工作载荷工作后加上工作载荷F F 工作前、工作中载荷变化工作前、工作中载荷变化工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F F解决问题：解决问题： a) a) 保证安全可靠的工作，保证安全可靠的工作，F0= =？ b) b) 工作时螺栓总载荷，工作时螺栓总载荷， Fa = =？ 分析：分析： 图图1 1，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态 Qp

31、QpQpQpQ pQ pQ pQ pFbmbm图图1 图，拧紧图，拧紧预紧状态预紧状态 凸缘凸缘压压m F0 栓杆栓杆拉拉b F0 F0F0F0F0F0FFFFabb00b 从 图图3 3，加载，加载F F后后工作状态工作状态栓杆栓杆继续拉继续拉凸缘凸缘 放松放松 00 FFmmm从残余预紧力残余预紧力 总载荷总载荷变形协调条件：变形协调条件：mbF0F0F0F00F0F0F0F 作图作图, ,受力变形图受力变形图设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比 单个紧螺栓联接受力变形图单个紧螺栓联接受力变形图 左图左图拧紧螺母时拧紧螺母时, ,螺螺栓与被联接件

32、的力与变形栓与被联接件的力与变形 右图右图将上两图合并，将上两图合并，并施加工作载荷并施加工作载荷F从图线可看出，螺栓受工作从图线可看出，螺栓受工作载荷载荷F F时，螺栓总载荷：时，螺栓总载荷： 00FFFFFa0F0F0F0FaF由图可知，螺栓刚度：由图可知，螺栓刚度： FCFCbbbb0tan被联接件刚度：被联接件刚度： FFCFCammmm0tanmbbambmbaCCCFFCCFFFtantanacambbFKFCCCFmbbcCCCK称螺栓的相对刚度称螺栓的相对刚度 F 部分工作载荷部分工作载荷 0F0FaFFKFFFKFFFFFFFCc)1 ( 0000a0a又对残余预紧力对残余预

33、紧力的要求，为保的要求，为保证受载后接合面联接的紧密证受载后接合面联接的紧密性应使性应使00FF0的取法的取法: : F0 =（1.51.51.81.8）FF有密封要求有密封要求 一般联接一般联接 F0 =（0.20.6）F 载荷稳定载荷稳定 F0 =（0.61.0）F 载荷不稳定载荷不稳定 F0 F 地脚螺栓联接地脚螺栓联接 0F0FaFmbbcaCCCFFKFFFFFFF0000讨论：讨论： ） 最不利的情况最不利的情况 ) 1(0CambKFFFCC)0(0CambKFFCC） 最理想的情况最理想的情况 ）不允许的情况：有缝隙存在）不允许的情况：有缝隙存在FKFFc1, 000）降低螺栓

34、受力的措施：）降低螺栓受力的措施： a) a) 必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈）必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈）b) b) 加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高螺栓强度加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高螺栓强度 为联接紧密、不漏气，要求：为联接紧密、不漏气，要求： FKFFc1 , 000FFFFFFaa005 5）计算时可根据已知条件选择其一进行计算）计算时可根据已知条件选择其一进行计算轴向静力紧螺栓联接强度计算轴向静力紧螺栓联接强度计算 静力静力F不变不变， Fa为静力，但考虑补充拧紧为静力，但考虑补充拧紧防断防断 强度条件验算公式：强度条件验算公式： 43 . 121dFaca43

35、 . 11aFd设计公式：设计公式： 轴向变载荷紧螺栓联接强度计算轴向变载荷紧螺栓联接强度计算 分析：当工作载荷，由分析：当工作载荷，由0F 21max4dFFaa 螺栓总载，由螺栓总载，由F0FaF0 210min04dFF部分载荷，由部分载荷，由0FF0 21212412/2dFKdFFCa变形力时间QQpQpFFbm螺栓中总拉力的变化当验算不满足时当验算不满足时措施：措施：add1b) b) 改善结构、降低应力集中。改善结构、降低应力集中。 C Cm mCCb ba)轴向变载荷紧螺栓联接强度计算轴向变载荷紧螺栓联接强度计算 min=c 九、螺栓材料与许用应力计算九、螺栓材料与许用应力计算

36、 1 1、材料、材料 表、表、 螺母、螺栓强度级别：螺母、螺栓强度级别： 1 1）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此为强度级别）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此为强度级别 2 2）所依据机械性能为抗拉强度极限）所依据机械性能为抗拉强度极限Bmin和屈服极限和屈服极限Smin 螺栓级别螺栓级别: : 带点数字表示带点数字表示 ， 点前数字为点前数字为100/minB点后数字为点后数字为minmin/10Bs螺母级别螺母级别: : 100/minB注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低

37、于母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB） 2 2、许用应力、许用应力 许用拉应力：许用拉应力： nS表：不控制表：不控制QP的紧螺栓联接，易过载，设计时应取的紧螺栓联接，易过载，设计时应取较大的安全系数较大的安全系数控制预紧力时可取较小的安全系数控制预紧力时可取较小的安全系数显然显然n，与与d 有关。有关。设计时，先假设设计时，先假设d，进行试算，选取一安全系数进行计算，进行试算，选取一安全系数进行计算，计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直径所属范计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直径所属范围内即可，否则需重新进行估算。围内即可，否则需重新进行估算。试算法试算法十、提高螺栓联接

38、强度的措施十、提高螺栓联接强度的措施影响联接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、影响联接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、螺纹牙间、载荷分布、应力幅度、机械性能，而螺栓联接的强螺纹牙间、载荷分布、应力幅度、机械性能，而螺栓联接的强度又主要取决于螺栓的强度。度又主要取决于螺栓的强度。 1、改善螺纹牙间载荷分布不均状况、改善螺纹牙间载荷分布不均状况 Q工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应力最大，处第一圈为最大，应变最大，应力最大，其余各圈依次递减，旋合螺纹间

39、的载荷分其余各圈依次递减，旋合螺纹间的载荷分布如图所示。所以采用圈数过多的加厚螺布如图所示。所以采用圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度。母，并不能提高联接的强度。 办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾 a) 悬置螺母悬置螺母 b) 环槽螺母环槽螺母 c)c)内斜螺母内斜螺母 d d)环槽内斜环槽内斜1 01 51 01 52、降低螺栓应力幅、降低螺栓应力幅 1）降低螺栓刚性）降低螺栓刚性 abbFC,则F2b2b1QpQ2mQp2Qp1FFF1Q112bb1212,aaFF抗疲劳强度得到提高，可用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接抗疲劳强

40、度得到提高，可用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接 2）增大凸缘刚性）增大凸缘刚性 ammFC,则bQpQ2F2Qp2m2Qp1F1Q1m1FF12mm1212,aaFF提高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度垫片或直接拧在铸铁提高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度垫片或直接拧在铸铁 3）同时使用）同时使用Cb,Cm同时适当增加同时适当增加F0b2b1Qp1Qp2F2Qpm2QFF1m11212,mmbb12FF12aa提高被联接件刚性提高被联接件刚性Cm降低螺栓刚性降低螺栓刚性Cb , 同时同时F0 2 F0 2 理想方法理想方法 3、减小应力集中的影响、减小应力集中的影响drdr0.51.0dr2hr1r

41、= 0.2dr0.2dr10.15d ;r21.0d ;h0.5d ;1）加大过渡处圆角）加大过渡处圆角( 左图左图) 2）改用退刀槽）改用退刀槽3）卸载槽）卸载槽 (中图中图) 4）卸载过渡结构（右图）卸载过渡结构（右图） 4、采用合理的制造工艺、采用合理的制造工艺 松连接松连接紧连接紧连接键连接键连接平键平键半圆键半圆键斜键斜键切向键切向键键都是标准件，其尺寸和键槽尺寸都有国家标准。键都是标准件，其尺寸和键槽尺寸都有国家标准。10.2 键连接和花键联接键连接和花键联接键和花键连接是最常用的轴毂连接方式，属于可拆连接。键键和花键连接是最常用的轴毂连接方式，属于可拆连接。键主要用来实现轴和轴上

42、零件之间的周向固定以传递转矩。有主要用来实现轴和轴上零件之间的周向固定以传递转矩。有些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。一、键连接的类型一、键连接的类型键连接11平键连接平键连接v平键的两侧面是工作面，平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底上表面与轮毂上的键槽底面之间留有间隙面之间留有间隙。靠键与。靠键与键槽侧面的相互挤压来传键槽侧面的相互挤压来传递转矩。递转矩。v特点：特点：结构简单，装拆方结构简单，装拆方便，对中性好。便，对中性好。 平键平键普通平键普通平键：导向平键导向平键滑键滑键用于静连接，用于静连接，应用极为广泛应用极

43、为广泛。用于用于动连接动连接。普通普通平键平键结构结构单圆头单圆头(C型型)圆头圆头(A型型)方头方头(B型型)用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。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。用盘铣刀加工，轴的应力集中小。用于轴端用于轴端普通平键应用最广。普通平键应用最广。A型型B型型C型型盘铣刀盘铣刀 导向平键导向平键零件可以在轴上移动，构成动联接。零件可以在轴上移动，构成动联接。结构特点：长度较长，需用螺钉固定。结构特点：长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆，制有起键螺孔。为便于装拆，制有起键螺孔。起键螺孔起键螺孔固定螺钉固定螺钉起键螺孔起键螺孔固定螺钉固定

44、螺钉表表10-9 普通平键和键槽尺寸（普通平键和键槽尺寸（GB1095-79、GB1096-79） A型型B型型C型型bhR=b/2C 45或或r1LLLbhbtd- -tbt1d+t1标记实例：标记实例： 圆头普通平键圆头普通平键(A型型): 键键16100 GB1096-79 方头普通平键方头普通平键(B型型): 键键B16100 GB1096-79单圆头普通平键单圆头普通平键(C型型) : 键键C16100 GB1096-79d2. 半圆键半圆键联接联接优点：定心好，装配方便。优点：定心好，装配方便。因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。缺点：对轴的削弱较大，只适缺点：对轴的削弱较大，

45、只适 用于轻载联接。用于轻载联接。特别适用于锥形轴端的联接。特别适用于锥形轴端的联接。工作面工作面3. 楔键楔键联接和切向键联接联接和切向键联接结构特点：键的上表面有结构特点：键的上表面有1:100的斜度，的斜度， 轮毂槽的底面也有轮毂槽的底面也有1:100的斜度。的斜度。缺点：定心精度不高。缺点：定心精度不高。应用：只能应用于定心精度不高，载荷应用：只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的联接。平稳和低速的联接。安装时用安装时用力打入力打入工作面工作面dd类型：普通楔键、钩头楔键。类型：普通楔键、钩头楔键。钩头是用来拆卸用的斜度斜度1：100120 130 在重型机械中常采用切向键在重型机

46、械中常采用切向键-一对楔键组成。一对楔键组成。装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成时，需要两对切向键分布成120130 。窄面窄面工作面工作面二、平键联接的选择和计算二、平键联接的选择和计算1键的尺寸选择键的尺寸选择平键的截面尺寸平键的截面尺寸 bh： 根据轴径根据轴径 d 由标准中查得；由标准中查得；键长键长 L：应略短于轮毂的宽度，并符合标准中规定的尺：应略短于轮毂的宽度，并符合标准中规定的尺寸系列。寸系列。导向平键的长度根据轮毂宽度及滑动距离确定。导向平键的长度根据轮毂宽度及滑动距离确定。键连接v普通普通平键连接平键连接（静连接）（静连接）工作时的主要失效形式工作时的主要失效形式为组成连接的键、轴和轮毂中强度较弱材料为组成连接的键、轴和轮毂中强度较弱材料表面表面的压溃的压溃，极个别情况下也会