机械技术基础与设计 3

§9.8键联接和销联接§9.9联轴器和离合器第9章联接§9.1螺纹概述§9.2螺纹联接的类型和标准联接件§9.3螺纹联接的预紧§9.4螺纹联接的防松§9.5单个螺栓联接的强度计算§9.6螺栓组联接的设计§9.7提高螺纹联接强度的措施一．常用螺纹§9.1

螺纹概述A·联接螺纹1．普通螺纹

(粗牙细牙)2．管螺纹3·锥螺纹1．梯形螺纹3．矩形螺纹2．锯齿形螺纹B·传动螺纹二．螺纹参数大径d：公称直径中径d2：几何与配合小径d1：危险截面线数n：n≤4螺距P导程S：S=n*P旋向（左、右旋）牙型角α牙侧角β升角ψ§9.2螺纹联接的类型和标准联接件一．基本类型（请掌握各联接的特点及适用场合）1．螺栓联接

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)2．双头螺柱联接（常拆场合）3．螺钉联接（不常拆场合）4．紧定螺钉联接图例见下页★★普通螺栓既可用来承担轴向载荷也可用来承担横向载荷，但铰制孔用螺栓一般用来承担横向载荷。有间隙无间隙

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)

双头螺柱联接

螺钉联接二．标准联接件1·精度等级：A、B、C

（精度由高→低）A类用于要求配合精确、防止振动的重要场合B类用于受载大且常拆、调整或变载荷的场合C类用于一般的螺纹联接的场合2·常用的标准螺纹联接件（具体见书上）一．预紧目的1．增加联接可靠性2．增加联接紧密性§9.3螺纹联接的预紧二．拧紧力矩T产生预紧力QP（书上为F0）●测力矩扳手●定力矩扳手一．防松目的防松根本问题：防止螺旋副的相对转动二．防松方法：有三种（图例见下页）1．摩擦防松2．机械防松3．铆冲防松（破坏螺纹副）§9.4螺纹联接的防松●摩擦防松●机械防松★串联钢丝一．普通螺栓联接的强度计算D0QpQp/2§9.5单个螺栓联接的强度计算QP失效形式： 螺纹部分的塑变或断裂， 危险截面为螺纹小径d1

所对应的面积A=πd21/4设计准则：

保证静强度或疲劳强度(一)松螺栓联接的强度计算

（螺母不需要拧紧、在承受工作载荷前，螺栓不受力）强度条件式中d1—螺纹小径，mm

[σ]—螺栓材料的许用拉应力，MPa

F—轴向工作载荷，N(二)紧螺纹联接的强度计算

（螺母需要拧紧、承受工作载荷前，螺栓受预紧力QP）1．仅受预紧力时紧螺栓联接①1.3的含义②危险截面在小径d1处③计算求得d1后应查标准d1,然后确定大径d如何求出预紧力Qp？实际中何种情况使用上述公式？问注意2．受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接A·单个螺栓受力变形图B·单个螺栓受力变形线图符号：预紧力F0，外力F，残余预紧力F1，总拉力F2★★残余预紧力要求：★★受轴向变载荷（工作拉力）作用的紧螺栓联接的计算

①为什么上述螺栓联接的强度计算仅对螺栓杆进行？②当工作载荷为变载荷时，强度计算如何进行？★★受轴向变载荷（工作拉力）作用的紧螺栓联接的强度计算：不仅要进行静强度计算，还要进行疲劳强度计算。问题二．铰制孔用螺栓联接的强度计算A·失效形式：1·螺栓杆剪断

2·螺栓杆与被联接件孔壁的压溃1·剪切强度条件——螺杆的2·挤压强度条件——联接的（公式的解释见下页）B·强度条件式中：如何正确理解联接的挤压强度公式？问注意：取Lmin及[σ]p小者代入计算投影面积A=d0*Lmin三．性能等级及许用应力◆联接件材料常用Q235

10

35

45冲击振动时15Cr

40Cr

30CrMnTi◆性能等级螺栓例如：4.6

5.6

6.8螺母◆许用应力有[s]、[t]、[s]p三种★★一般而言螺栓与螺母的性能要相配一．螺栓组联接的结构设计1．宜对称2．受力合理3．有合理的间距、边距4．尽量取偶数，且规格相同5．避免偏心§9.6螺栓组联接的设计凸台沉头孔●避免偏心二．螺栓组联接的受力分析目的：找到受力最大的螺栓及其所受的力假设：①各螺栓规格相同②各螺栓预紧力相同③螺栓组中心与接合面形心重合④各螺栓在弹性限度内工作1．受横向载荷时：分两种情况A采用普通螺栓联接时（结合面不滑移）●通过由预紧力QP所产生的结合面上的摩擦力来平衡外载荷FΣ，因此每个螺栓中受力相等，皆为QP式中B·采用铰制孔用螺栓联接（结合面不滑移）FΣFΣ/2FΣ/2●通过剪切力F来平衡外载荷FΣ，因此每个螺栓中受力相等，皆为F。问题：

受横向载荷时螺栓联接的强度如何进行计算？1．采用普通螺栓联接时按仅受预紧力时的紧螺栓联接的强度计算方法计算。2．采用铰制孔用螺栓联接时按铰制孔用螺栓联接的强度计算方法计算。2．受旋转力矩时：分两种情况A·采用普通螺栓联接（不发生转动）●通过由预紧力QP所产生的结合面上的摩擦力矩来平衡外载荷T，因此每个螺栓中受力相等，皆为QPΣri越大，所需Ｑp就越小，所以应远距离分布。讨论问题：受旋转力矩时普通螺栓联接的强度如何进行计算？★★采用普通螺栓联接时按仅受预紧力时的紧螺栓联接的强度计算方法计算B·采用铰制孔用螺栓联接（不发生转动）●通过剪切力F所产生的力矩来平衡外载荷T，由于此时由于螺栓的位置不同，因此每个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的螺栓所受到的力Fmax变形协调条件：每个螺栓受到的剪切力与其到中心点的距离成正比。由变形协调条件可知：问题：

受旋转力矩时铰制孔用螺栓联接的强度如何进行计算？★★采用铰制孔用螺栓联接时首先找受力最大的螺栓所受到的力Fmax，然后按铰制孔用螺栓联接的强度计算方法计算3．受轴向载荷时——普通螺栓联接根据假设可知，每个螺栓所承担的工作拉力皆相等为F，即：问题：受轴向载荷时普通螺栓联接的强度如何进行计算？★★求出工作拉力F后按受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接的强度计算方法计算。4．受倾覆力矩时●通过左右两侧螺栓与地基间所产生的力F形成的力偶来平衡外载荷M，由于此时由于螺栓的位置不同，因此每个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的螺栓所受到的力Fmax变形协调条件：每个螺栓受到的工作拉力与其到中心点的距离成正比。A·轴向工作载荷F式中Li—各螺栓轴线到螺栓组对称中心的垂直距离

（

Li与ri

含义不同）由变形协调条件可知：B·总拉力Q问题：

受倾覆力矩时普通螺栓联接的强度如何进行计算？★★首先找受力最大的螺栓所受到的力Fmax然后按受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接的强度计算方法计算。C·接合面可靠工作条件在实际使用中，螺栓组所受的载荷是以上四种简单受力状态的不同组合，但不论如何复杂，都可以将其简化成上述简单受力状态，从而分别计算每个螺栓的工作载荷，然后将其进行向量迭加得到每个螺栓的总的工作载荷。★★对普通螺栓可按轴向载荷以及倾覆力矩来确定螺栓的工作拉力，按横向载荷以及转矩来确定联接所需的预紧力，最后求出螺栓的总拉力Q。对受力最大的螺栓进行强度计算。★★对铰制孔用螺栓按横向载荷以及转矩来确定螺栓的工作剪力，对受剪力最大的螺栓进行强度计算。说明：一．降低应力幅1．降低cb2．增大cm方法：增加螺栓长度腰状杆螺栓或空心螺栓螺母下装弹性元件方法：采用刚度较大的金属垫片或密封环3．同时降低cb，增大cm和Qp§9.7提高螺纹联接强度的措施1．降低cb2．增大cm3．同时降低cb，增大cm和Qp二．改善螺纹牙上载荷分布不均现象1．改善螺母结构：悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母2．采用钢丝螺套3．合理选配材料三．减小应力集中的影响四．采用合理的制造工艺方法1·采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的方法。2·采用强化处理的方法（氮化、氰化、喷丸）1·采用大圆角和卸载结构。2·在设计、制造及装配上避免产生附加弯曲应力9.8.1

键联接

键联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并用来传递运动和扭矩键联接1

平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，故定心性较好。普通平键应用极为广泛。轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。1．平键联接普通平键导向平键和滑键根据用途，平键又可分为9.8键联接和销联接9.8键联接和销联接普通平键普通平键按端部形状的不同可分为圆头（A型）、方头（B型）、半圆头（C型）三种，具体结构如下图：导向平键和滑键导向平键和滑键用于动联接。当轮毂需要在轴上沿轴向移动时可采用这种键联接。当被联接零件滑移距离较大时，宜采用滑键。导向平键滑键9.8键联接和销联接平键的尺寸9.8键联接和销联接平键的失效

平键联接工作时的主要失效形式为组成联接的键、轴和轮毂中强度较弱材料表面的压溃，极个别情况下也会出现键被剪断的现象。通常只须按工作面上的挤压强度进行计算。键被剪断9.8键联接和销联接

平键联接的受力情况如图所示。假设载荷沿键的长度方向是均布的，平键联接的挤压强度条件为

导向平键联接的主要失效形式为组成键联接的轴或轮毂工作面部分的磨损，须按工作面上的压强进行强度计算，强度条件为9.8键联接和销联接2．半圆键联接

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。常用与锥形轴端与轮毂的联接。9.8键联接和销联接3.楔键联接楔键的上、下表面为工作面，两侧面为非工作面。键的上表面与键槽底面均有1:100的斜度。工作时，键的上下两工作面分别与轮毂和轴的键槽工作面压紧，靠其摩擦力和挤压传递扭矩。普通楔键勾头楔键9.8键联接和销联接4．切向键由两个斜度为1:100的楔键组成。一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互成120°～135°角的两个键。9.8键联接和销联接5．花键联接由轴和轮毂孔沿四周方向均部的多个键齿构成的联接称谓花键联接。花键的标记为：N（键数）×d（小径）×D（大径）×B（键槽宽）9.8键联接和销联接

6.销联接销按用途分为定位销、联接销和安全销。定位销用来固定零件之间的相对位置；联接销用于轴毂联接或其他零件的联接，可传递不大的载荷；安全销用于安全装置中的过载剪断元件。销的主要类型有圆柱销、圆锥销和异形销（如槽销、轴销、开口销等）。圆柱销主要用于定位，也可用于联接，但经多次装卸会降低定位精度；圆锥销安装方便，多用于经常装卸的场合；轴销的一端用开口销锁定，拆卸方便，用于铰链处；槽销上有辗压或模锻出的三条纵向沟槽,打入销孔后与孔壁压紧,不易松脱，用于承受振动和变载荷的场合，可多次装拆；开口销用于销定其他紧固件，是一种防松零件。销的常用材料是35、45钢，开口销用低碳钢制造。

滑键联接9.9联轴器和离合器联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。被联接两轴间的各种相对位移无补偿能力，故对两轴对中性的要求高。当两轴有相对位移时，会在结构内引起附加载荷。这类联轴器的结构比较简单。联轴器的种类和特性2联轴器的分类刚性联轴器挠性联轴器无弹性元件挠性联轴器：联轴器具有挠性，可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。有弹性元件挠性联轴器：因联轴器中装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。弹性元件所能储蓄的能量越多，则联轴器的减振能力越强。这类联轴器的品种多，应用广泛。对被联接两轴间的各种相对位移有补偿能力，进一步分为：9.9联轴器和离合器套筒联轴器凸缘联轴器夹壳联轴器一、

刚性联轴器：9.9联轴器和离合器二、无弹性元件联轴器：十字滑块联轴器万向联轴器齿式联轴器9.9联轴器和离合器轮胎联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器三、弹性联轴器：9.9联轴器和离合器离合器用来联接两根轴，使之一起转动并传递转矩，在工作中主、从动部分可分离可接合。一、离合器的