《机械基础》课件-第十二章 螺纹连接和键连接

机械基础第十二章

螺纹连接和键连接第一节螺纹连接的类型和应用

螺纹连接

利用螺纹连接零件构成的一种可拆卸连接结构简单、工作可靠、拆装方便专业化工厂生产，成本低廉应用极为广泛凸缘联轴器螺纹连接02螺纹连接件的主要类型PART

TWO01螺纹连接的基本类型PART

ONE学习内容螺纹连接的

基本类型螺栓连接紧定螺钉连接螺钉连接双头螺柱连接螺栓连接将螺栓穿过两个被连接件上的通孔，套上垫圈，拧紧螺母，将两个被连接件连接起来。

螺纹连接的基本类型

螺栓连接

齿轮传动的分类1

螺栓连接·

螺栓杆与孔壁之间没有间隙·

常采用基孔制过渡配合·

螺栓承受剪切和挤压变形·

螺栓杆与孔壁之间

留有间隙·

螺栓承受拉伸变形用于被连接件不厚、通孔、经常拆卸场合铰制孔用螺栓连接普通螺栓连接结构简单拆装方便螺栓连接：

螺纹连接的基本类型

双头螺柱连接·

利用两端均有螺纹的螺柱，将螺纹较短一端拧入被连接件的螺纹孔中，另一端穿过另一被连接件的通孔，旋上螺母并拧紧，从而将被连接件连成一体适用于

两被连接件一薄一厚且需经常拆卸的场合双头螺柱连接

螺纹连接的基本类型

螺钉连接·

利用螺钉穿过一被连接件的通孔，拧入另一被连接件的螺纹孔内实现连接螺钉连接的结构比双头螺柱连接简单适用于

被连接件一薄一厚，不需要经常拆卸的场合螺钉连接

螺纹连接的基本类型

紧定螺钉连接·

利用紧定螺钉旋入一零件，并以其末端顶紧另一零件来固定两零件的相对位置可传递不大的力和转矩适用于

轴上零件与轴固定的场合紧定螺钉连接螺纹连接件的品种及类型很多，而且多数已经标准化，

设计时应尽量选用标准连接件

螺纹连接件的主要类型

螺纹连接件的主要类型1.螺栓螺栓头部形式很多，其中最常用的是六角头螺栓2.双头螺柱>

两端均制有螺纹，旋入被连接件螺纹孔一端称为底端，另一端为螺母端>

结构形状与螺栓类似，但螺钉头部形式较多内、外六角头螺钉

圆头、十字头螺钉可施加较大的拧紧力矩不便于施加较大的拧紧力矩

螺纹连接件的主要类型3.螺钉

螺纹连接件的主要类型4.紧定螺钉>

头部和尾部形式很多，可以适应不同拧紧程度的

需要，其中方头能承受的拧紧力矩最大锥端平端圆柱端均要求有足够硬度常

用尾部形状5.螺母>

螺纹连接配套使用的有螺母和垫圈>螺母的形状有六角形、圆形、方形等，其中

以六角头螺母应用最普遍扁螺母

用于尺寸受限制的地方厚螺母

用于经常拆卸、易于磨损的场合

螺纹连接件的主要类型6.垫圈垫圈是绝大多数螺纹连接中不可缺少的附件，常用的有平垫圈和弹簧垫圈

螺纹连接件的主要类型·

增加被连接件的支承面积，减少接触处压强，使螺母的压力均匀分布到零

件表面上·

防止旋紧螺母时损伤被连接件表面

螺纹连接件的主要类型平垫圈弹簧垫圈·

兼有放松的作用课后小结01

02螺纹连接的四种基本类型

螺纹连接件的主要类型螺栓连接

双头螺柱连接螺钉连接

紧定螺钉连接螺栓

双头螺柱>

紧

定

螺

钉

螺母螺钉垫圈机械基础第十二章

螺纹连接和键连接第二节螺纹连接的预紧和放松据初步调查分析，该起事故的直接原因是5月14日加装施工升降机

最顶上一段电梯导轨时，第64节、第65节标准节之间应当连接的4根高强度连接螺栓中有2根缺失。5月16日晚上，工人乘坐施工升降机右侧吊笼前往加班，吊

笼运行至第65节标准节以上时，标准节连接处失效，吊笼

连同第65节及以上标准节、附着装置部件倾翻，整体坠落，

导致吊笼中的6名工人有3人当场死亡、3人送至医院后抢救

无效死亡，事故直接经济损失约1000万元。起着不可忽视的作用忠于职守尽职尽责螺纹连接增加连接的可靠性、紧密性和紧固性防止受载后被连接件间出现缝隙和相对滑动装配时要拧紧，起到预紧的作用

螺纹连接的预紧螺纹连接预紧目的预紧时螺栓所受拉力F0预紧力(a)

测力矩扳手

(b)

定力矩扳手

螺纹连接的预紧卡盘圆柱销弹簧

螺

钉螺纹连接静载荷作用下工作温度变化不大时，这种自锁性能防止螺母松脱。外载荷有震动变化时，或材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹连接松动，经过反复

作用，螺纹连接就会松弛而失效。具有自锁性实际工作中防松原理

消除(或限制)螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度

螺纹连接的防松必须进行防松否则会影响正常工作，造成事故

螺纹连接的防松01摩擦防松常用的防松方法02机械防松03破坏螺纹副利用两螺母的对顶作用，使螺栓始终受到附加的拉力和附加的摩擦力结构简单适用

平稳、低速、重载场合的连接

螺纹连接的防松

摩擦防松对顶螺母弹簧垫圈装配后被压平，其反弹力使螺纹间保持压紧力和摩擦力，同时切口尖也有阻止螺母反转的作用结构简单、尺寸小、工作可靠

适用

一般连接

螺纹连接的防松

摩擦防松弹簧垫圈

螺纹连接的防松

摩擦防松螺母中嵌有尼龙圈拧上后尼龙圈内孔被胀大，箍紧螺栓螺母嵌入尼龙圈

螺纹连接的防松

机械防松槽形螺母与开口销>槽形螺母拧紧后，开口销穿过螺栓尾部小孔和螺母槽，开口销尾部掰开与螺母侧面贴紧，防松可靠适用

较大冲击、振动的高速机械中运动部件的连接>将垫圈折边，以固定六角螺母和被连接件的相对位置>

结构简单，防松可靠适用

受力较大的场合

螺纹连接的防松

机械防松止动垫片

螺纹连接的防松

机械防松圆螺母用带翅垫片>装配时将垫圈内翅插入轴上的槽内，将垫圈外翅嵌入圆螺母的槽内，螺母被锁紧适用

滚动轴承的轴向固定串联金属丝>拧紧螺母后，用低碳钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将螺钉串联起来，使其相互牵制>

防松可靠，但拆卸不便适用

螺钉组连接

螺纹连接的防松

机械防松螺母拧紧后，在螺栓末端与螺母的旋合缝处冲点或焊点防松防松可靠，但拆卸后连接不能再用

适用

装配后不再拆开的场合

无侧隙啮合传动

破坏螺纹副冲点和焊点防松冲

点

焊

点使用黏合剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后黏合剂能自行固化防松效果良好，且有密封作用

无侧隙啮合传动

破坏螺纹副冲点和焊点防松02螺纹连接防松的方法摩擦防松机械防松破坏螺纹副01螺纹连接的预紧与防松相关知识课后小结机械基础第十二章螺纹连接和键连接第三节螺纹连接的强度计算上法兰下法兰螺栓组中受力最大的螺栓，把螺

栓组的强度计算问题简化为受力最大的单个螺栓的强度计算问题螺纹连接中螺母螺栓螺栓

螺钉

成组使用载荷结构(a)受拉螺栓-设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度(b)

受剪螺栓-设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度(a)受拉螺栓-螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂(b)

受剪螺栓-螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断1.失效形式2.设计计算准则与思路螺栓连接中单个螺栓受力

受轴向拉力

横向剪力式中

d₁

-螺栓小径，mmF-轴向工作载荷，

Nσ-螺栓的工作应力，MPa[σ]-螺栓材料的许用应力，MPa工作时只承受轴向工作载荷F作用，

其强度校核与设计计算式分别为松螺栓连接紧螺栓连接-只受预紧力的紧螺栓连接对于M10～M68

的钢制普通螺栓，按第四强度理论，考虑扭转切应力的影响只需将拉伸载荷增加30%,即变为1.3倍，就可按纯拉伸问题进行计算。强度条件和设计计算公式为：式中F₀-螺栓所受轴向预紧力，

N式中其它符号意义同前连接件接合面间的摩擦力≥横向工作载荷保证被连接件之间不发生相对滑动螺栓的预紧力应为：

式中

K.-可靠性系数，通常取K=1.1～1.3Fs-螺栓连接所受横向工作载荷，Nf-接合面间的摩擦因数，对于干燥的钢件表面取f=0.1～0.16,m-

接合面的数目受预紧力和横向工作载荷的紧螺栓连接只受预紧力的紧螺栓连接可采用如图所示辅助结构，用键、套筒和销等零件来承

受横向载荷，这时螺栓仅起连接作用，不受横向载荷，

其连接强度应按照键、套筒和销的强度条件进行计算。普通螺栓靠摩擦力来

承受横向工作载荷，需要很大的预紧力，为了防止螺栓被拉断，

需要较大的螺栓直径，

这将增大连接的结构尺

寸

。连接性质残余预紧力F’o的推荐值紧固连接F无变化(0.2~0.6)FF有变化(0.6~1.0)F紧密连接(1.5~1.8)F地脚螺栓连接≥F螺栓受轴向载荷F后，螺栓所受的总拉力F₂

等于工作

拉力F与剩余预紧力F'之和，即紧螺栓连接-受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接表1残余预紧力F'o的推荐值Fz=

F'o+F式中Fs-单个铰制孔用螺栓所受的横向工作载荷，

Ndo-铰制孔用螺栓剪切面直径，mmhmin-螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，

mm[τ]-螺栓许用剪切应力，MPa[op]-螺栓或被连接件的许用挤压应力，MPa螺栓的剪切强度条件为：

螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：

受剪螺栓连接F,类型许用应力相关因素安全系数受拉螺栓连接许用拉应力松连接Ss=1.2~1.7紧连接控制预紧力扭力扳手或定力扳手Ss=1.6~2测量螺栓伸长量Ss=1.3~1.5不控制预紧力碳素钢Ss=1.3~4合金钢Ss=2.5~5受剪螺栓连接许用剪应力紧连接螺栓材料钢Ss=2.5螺栓或孔壁材料上钢Olim=OsSp=1~1.25许用挤压应力铸铁Jlim三ObSp=2~2.5材料抗拉强度(O

/MPa屈服点。材料抗拉强度O%/

/MPa屈服点(Os/MPa10340~42021035540320Q215340~42022045610360Q235410~47024040Cr750~1000650~900表2

一般机械用螺栓连接在静载荷下的许用应力与安全系数表3

部分常用材料的力学性能4Pal钢制凸缘联轴器需传递的扭矩T=1200N

·m,

用均布直径D=250mm

圆周上的6个螺栓将两半联轴器紧固在一起，凸缘厚度b=30mm。

试选择螺栓的材料，并通过强度计算确定螺栓的尺寸。2.预紧力F₀

的计算可靠性系数K

取1.2,接合面摩擦因数f=0.15,

由该

连接情况可知接合面数目m=11.单个螺栓所受横向工作载荷通过分析可知，该连接属于只受预紧力作用的紧螺栓

连接，每个螺栓所受横向工作载荷解

：3.选择螺栓材料，确定许用应力查表选择螺栓材料45#钢，其σb=610MPa,os=360MPa

。由表可知，当不控制预紧力时，对碳素钢S₅=4;

所以有[钢制凸缘联轴器需传递的扭矩T=1200N

·m,用均布直径D=250mm

圆周上的6个螺栓将两半联轴器紧固在一起，凸缘厚度b=30mm。试选择螺栓的材料，并通过强度计算确定螺栓的尺寸。d₁≥

√5Z=√53412890=15.347m查普通螺纹基本尺寸，取d=20mm,d₁=17.159mm,P=2.5mm4.计算螺栓直径解

：机械基础第十二章螺纹连接和键连接第四节键连接键连接轴向固定并传递转矩轴向固定或轴向导向作用松键连接紧键连接松键连接依靠两侧面传递转矩，两侧面为工作面装拆方便、定心良好键连接半圆键连接平键连接紧键连接在键的上表面具有一定的斜度，装配时需将键打入轴与轴上零件的键槽内连接成一个整体，从而传递转矩。轴向固定零件承受单方向轴向力定心较差切向键连接楔键连接PART01平键连接Flat

key

connection.注意F.工作面优点连接定心性好，装拆方便能承受冲击或变载荷得到广泛应用普通平键

导向平键

滑键

平键连接

平键

工作面是两侧面，键的上表面与轮毂键槽底面间留有间隙。

平键连接1

普通平键连接B型A型、C型用盘铣刀加工用紧定螺钉固定在键槽中(a)A型(

圆

头

)(b)B型(方头)

(c)C型(半圆头)>

用端铣刀加工有较好的轴向固定导向平键需要螺钉固定在轴槽中适用于轴上零件轴向移动量不大的场合

起键螺纹孔圆头(A

型)键方头(B型)键

平键连接导向平键连接>

避免采用过长的导向平键对中性好，易拆装适用于轴上零件移动距离较大的场合

平键连接3

滑键连接滑键连接(a)

单圆勾头滑键(b)

双勾头滑键PART0半圆键连接Halfcircle

key

connection.工作面装拆方便只用于轻载场合特别适合锥形轴端的连接滑键连接

半圆键连接PART03紧键连接Tight

key

connection.制成1:100的斜度装配时

径向压紧力

工作时

摩擦力固定作用

紧键连接楔键连接1