第11章联接与弹簧

1、湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 第第11章章 连连 接接 与与 弹弹 簧簧 111 螺纹连接及螺旋传动螺纹连接及螺旋传动 112 键、花键、销连接键、花键、销连接 113 其他连接其他连接 114 弹簧弹簧 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 本本 章章 概概 要要 ( (1) )螺纹的类型和主要参数以及螺纹联接的基本类型螺纹的类型和主要参数以及螺纹联接的基本类型 ( (2) )螺纹联接的预紧，防松和螺旋传动的特点、类型螺纹联接的预紧，防松和螺旋传动的特点、类型 ( (3) ) 键、花键、销连接的类型及应用键、花键、销连接的类型及应用 ( (4) )掌握各种联接方式的工作原理和强度计算

2、方法掌握各种联接方式的工作原理和强度计算方法 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 基基 本本 概概 念念 连接：被连接件与连接件的组合。连接：被连接件与连接件的组合。如轴与轴上零件，箱体箱盖、焊接的钢板等如轴与轴上零件，箱体箱盖、焊接的钢板等 连接件（紧固件）：螺栓、螺母、销、铆钉等。连接件（紧固件）：螺栓、螺母、销、铆钉等。 但有些连接没有专门的紧固件。如过盈连接、焊接、粘结等但有些连接没有专门的紧固件。如过盈连接、焊接、粘结等连接件也称之为紧固件。连接件也称之为紧固件。 连接的分类：连接的分类： 可拆卸连接：允许多次拆装而不损坏组成零件使用性能可拆卸连接：允许多次拆装而不损坏组成零件使用

3、性能 如螺纹连接、键连接、销连接如螺纹连接、键连接、销连接 不可拆卸连接：不损坏零件就不能拆开的连接不可拆卸连接：不损坏零件就不能拆开的连接 如焊接、粘结与铆接如焊接、粘结与铆接 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 一、螺纹的形成与类型一、螺纹的形成与类型 1 111 螺纹连接及螺旋传动螺纹连接及螺旋传动 d2 螺旋线螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线 等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。 螺纹螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图 形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。形

4、通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。 螺纹螺纹 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分 螺螺 纹纹 的的 分分 类类 按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分 按母体形状分按母体形状分 矩形螺纹矩形螺纹 三角形螺纹三角形螺纹 梯形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 螺纹的牙型螺纹的牙型 矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 15 30 3 30 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 按螺纹的牙型分按螺纹的

5、牙型分 螺螺 纹纹 的的 分分 类类 按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分 按母体形状分按母体形状分 矩形螺纹矩形螺纹 三角形螺纹三角形螺纹 梯形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹右旋螺纹 左旋螺纹左旋螺纹 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分 螺螺 纹纹 的的 分分 类类 按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分 按母体形

6、状分按母体形状分 矩形螺纹矩形螺纹 三角形螺纹三角形螺纹 梯形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹右旋螺纹 左旋螺纹左旋螺纹 单线螺纹单线螺纹 多线螺纹多线螺纹 一般一般: n 4 双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹 PS S = 2P P S P S =P 导程导程=螺距螺距 n线螺纹线螺纹: S = n P 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分 螺螺 纹纹 的的 分分 类类 按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分 按母体形状分按母体形状分 矩形螺纹矩形螺纹 三

7、角形螺纹三角形螺纹 梯形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹右旋螺纹 左旋螺纹左旋螺纹 单线螺纹单线螺纹 多线螺纹多线螺纹 外螺纹外螺纹 内螺纹内螺纹 螺纹副螺纹副 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 外螺纹外螺纹 内螺纹内螺纹 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分 螺螺 纹纹 的的 分分 类类 按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分 按母体形状分按母体形状分 矩形螺纹矩形螺纹 三角形螺纹三角形螺纹 梯形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺

8、纹右旋螺纹 左旋螺纹左旋螺纹 单线螺纹单线螺纹 多线螺纹多线螺纹 外螺纹外螺纹 内螺纹内螺纹 联接螺纹联接螺纹 传动螺纹传动螺纹螺旋传动螺旋传动 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 联接螺纹联接螺纹 传动螺纹传动螺纹 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分 螺螺 纹纹 的的 分分 类类 按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分 按母体形状分按母体形状分 矩形螺纹矩形螺纹 三角形螺纹三角形螺纹 梯形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹右旋螺纹 左旋螺纹左旋螺纹 单线

9、螺纹单线螺纹 多线螺纹多线螺纹 外螺纹外螺纹 内螺纹内螺纹 联接螺纹联接螺纹 传动螺纹传动螺纹 圆柱螺纹圆柱螺纹 圆锥螺纹圆锥螺纹 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹 管螺纹管螺纹 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 (3)中径中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该 圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。 设计：潘存云 d1 d2 d (1)大径大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重 合的假想圆柱体的直径。 (2) 小径小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶) 相重合的假想圆柱体的直径。 (4) 螺距螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间 的轴向

10、距离。 (5) 导程导程S (6) 螺纹升角螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线 的平面的夹角 (7)牙型角牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。 tan= d2 nP 牙侧角牙侧角 d2 S S = nP n螺纹的螺纹的 线数线数 同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 二、圆柱螺纹的主要几何参数二、圆柱螺纹的主要几何参数 S P P/2P/2 牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 v F d2 S tan =F/Fn F Fa F Fa 螺纹的拧松螺纹的拧松螺母在螺母在F和和Fa 的联合作用下，顺着的

11、联合作用下，顺着Fa等速等速 向下运动。向下运动。 螺纹的拧紧螺纹的拧紧螺母在螺母在F和和Fa 的联合作用下，逆着的联合作用下，逆着Fa等速等速 向上运动。向上运动。 1、矩形螺纹、矩形螺纹= 0 三三 螺旋副的受力分析和自锁螺旋副的受力分析和自锁 展开中径展开中径d2 圆柱面得一斜面圆柱面得一斜面. 螺纹副在力矩和轴向载荷 Fa作用下相对运动，可看 成作用在中径上的水平力F 推动滑块(重物)沿螺纹运动 F 水平推力水平推力 Fn 法向反力法向反力 Fa 轴向载荷轴向载荷 F=f Fn 摩擦力摩擦力 f 摩擦系数摩擦系数 d2 FR 总反力总反力 v =tan-1 f 摩擦角摩擦角=f Fn/

12、Fn =f Fn FR 定角-由材料确定 F 阻力 驱动力 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 + Fn FRv F d2 S 滑块在F、FR 、Fa三力作用 下处于平衡状态 d2 F Fa F Fa 作力多边形作力多边形 得：得： F=Fatan(+ + ) 驱动力矩：驱动力矩： Fa F FR )+tan( 2 = 2 a F d 2 2 d FT 列出力平衡方程：列出力平衡方程： FR + Fa + +F =0 FRFa = + + FR =(1 + + f ) Fn + + Fa 阻力，阻力，F 驱动力驱动力 当螺纹拧紧当螺纹拧紧(滑块上升滑块上升)时：时

13、： FR = Fn + +F F F 摩擦力摩擦力, 沿斜面朝下。沿斜面朝下。 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 - FR v FR Fa 当当螺纹拧松螺纹拧松(滑块下滑滑块下滑)时：时： FRFa = - - 滑块在F、FR 、Fa三力作 用下处于平衡状态 作力多边形可得：作力多边形可得： F=Fatan(- - ) 驱动力矩：驱动力矩： 2 2 d FT )-tan( 2 = 2 a F d d2 F Fa F Fn F - - 列出力平衡方程：列出力平衡方程： FR + Fa + +F =0 F Fa 驱动力，驱动力，F 阻力，阻力， F 摩擦力摩擦力,

14、沿斜面朝上。沿斜面朝上。 F Fa 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 若若 ，则则F F为正值，其方向与螺为正值，其方向与螺 母运动方向相反，是母运动方向相反，是阻力阻力； 若若 ，则则F F为负值，方向相反，其为负值，方向相反，其 方向与预先假定的方向相反，而与螺母方向与预先假定的方向相反，而与螺母 运动方向相同，成为放松螺母所需外加运动方向相同，成为放松螺母所需外加 的的驱动力。驱动力。 这种情况下，若不施加一反向的水平这种情况下，若不施加一反向的水平 拉力拉力F,F,滑块不会自行下滑现象称为滑块不会自行下滑现象称为自锁。自锁。 T T d2 Fa F F d2 Fa F F T T

15、F=Fa tan(- ) 即不论有多大的轴向载荷，螺纹都不会自行松脱。即不论有多大的轴向载荷，螺纹都不会自行松脱。 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 螺母螺母 螺杆螺杆 轴轴 线线 轴线轴线 螺杆螺杆 螺母螺母 Fn Fa 2、 非矩形螺纹非矩形螺纹 0 矩形螺纹忽略升角的影响时有：矩形螺纹忽略升角的影响时有： Fn=Fa 当当 0 时，摩擦力为：时，摩擦力为： n FfF a F f cos a Ff tan= cos = f f 摩擦系数为摩擦系数为f 的非矩形螺纹所产生的非矩形螺纹所产生 的摩擦力与摩擦系数为的摩擦力与摩擦系数为f 的矩形的矩形 螺纹所产生的摩擦力相当。螺纹所产生的摩

16、擦力相当。 称称 为当量摩擦角为当量摩擦角 Fa Fn Fa 故称故称 f 为当量摩擦系数。为当量摩擦系数。 非矩形螺纹的法向力增大，非矩形螺纹的法向力增大， 看成摩擦系数的增加看成摩擦系数的增加 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 引入参数引入参数f 和和 就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进 行力的分析。行力的分析。 滑块上升：滑块上升： ) +tan( 2 =: ) +tan(=: 2 a a F d T FF 驱动力矩 水平推力 滑块下降：滑块下降： ) tan( 2 ) tan( 2 a a F d T FF 非矩形非矩形螺旋的自锁条件：螺旋的自锁条件：

17、 对于联接螺纹必须满足自锁条件 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 四四 螺纹制造工艺及装备螺纹制造工艺及装备 加工方法加工方法 及设备及设备 攻丝和套丝：手工方法、机械加工方法攻丝和套丝：手工方法、机械加工方法 螺纹车削加工：车床加工大尺寸螺纹螺纹车削加工：车床加工大尺寸螺纹 螺纹滚压加工：搓丝机和滚丝机螺纹滚压加工：搓丝机和滚丝机 滚压滚压 磨具，工件塑性变形。大批量生产标准件磨具，工件塑性变形。大批量生产标准件 螺纹数控加工：数控机床，特别适于铣削螺纹数控加工：数控机床，特别适于铣削 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 1 1、 螺纹联接的基本类型螺纹联接

18、的基本类型 螺栓联接螺栓联接 基基 本本 类类 型型 e a a l1 1 l1 1 可承受横向载荷。 螺纹余留长度螺纹余留长度l1 铰制孔螺栓铰制孔螺栓 孔与螺杆之孔与螺杆之 间留有间隙间留有间隙 静载荷静载荷l1=(0.30.5)d; 变载荷变载荷l1=0.75d; 冲击载荷或弯曲载荷冲击载荷或弯曲载荷l1 d; 铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓l1 0; 螺纹伸出长度螺纹伸出长度a=(0.20.3)d; 螺栓轴线到边缘的距离螺栓轴线到边缘的距离 e=d+(36) mm 用于经常拆装易磨损之处。 d 五五 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 d 湖南科技大学专用 作者：

19、潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 1 1、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型 螺栓联接螺栓联接 基基 本本 类类 型型 螺钉联接螺钉联接 座端拧入深度座端拧入深度H，当螺孔材料为：，当螺孔材料为： a e e e e 双头螺柱联接双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。 五五 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 钢或青铜钢或青铜 H=d; 铸铁铸铁 H=(1.251.5)d 铝合金铝合金 H=(1.52.5)d 螺纹孔深度螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P; 钻孔深度钻孔深度 H2=H1+(0.51)d; 参数参数l1 、e、a与螺栓相同与螺栓相同 l1 1l1

20、 1 H HH H H H1 1H H1 1 H H2 2H H2 2 结构简单，省了螺母，不宜经常拆装， 以免损坏螺孔而修复困难。 d 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 1、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型 螺栓联接螺栓联接 基基 本本 类类 型型 螺钉联接螺钉联接 双头螺柱联接双头螺柱联接 紧定螺钉联接紧定螺钉联接 五五 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 紧定螺钉紧定螺钉 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 2、螺纹紧固件螺纹紧固件 螺栓螺栓 螺螺 纹纹 紧紧 固固 件件 L L0 d 六角头六角头 L d L0 小六角头小六角头 湖南

21、科技大学专用 作者： 潘存云教授 双头螺柱双头螺柱 2、螺纹紧固件螺纹紧固件 螺栓螺栓 螺螺 纹纹 紧紧 固固 件件 设计：潘存云 d L0 L1 L L1 -座端长度座端长度 L0 -螺母端长度螺母端长度 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉 双头螺柱双头螺柱 2、螺纹紧固件螺纹紧固件 螺栓螺栓 螺螺 纹纹 紧紧 固固 件件 末端末端 结构结构 头部头部 结构结构 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 螺母螺母 六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母 设计：潘存云 圆螺母圆螺母 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉 双头螺柱双头螺柱 2、螺纹紧固件螺纹

22、紧固件 螺栓螺栓 螺螺 纹纹 紧紧 固固 件件用于经常拆装 易磨损之处。 用于尺寸受限制之处。 国标罗列有六十余种不同结构的螺母 轴上零件的 轴向固定 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 垫圈垫圈 平垫圈平垫圈 薄平垫圈薄平垫圈 A型平垫圈型平垫圈B型平垫圈型平垫圈 螺母螺母 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉 双头螺柱双头螺柱 2、螺纹紧固件螺纹紧固件 螺栓螺栓 螺螺 纹纹 紧紧 固固 件件 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 作用：作用：增加支撑面积以减增加支撑面积以减 小压强，避免拧紧螺母擦小压强，避免拧紧螺母擦 伤表面、防松。伤表面、防松。 湖南科技大学专用

23、作者： 潘存云教授 fac a rFftg dF TTT)( 2 2 21 )+tan( 2 =+= 2 21 dF TTT a 1 1、 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，因为其大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。 21 TTT T 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F0 （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

24、： fc c = =0.15 rf f 支撑面摩擦半径。支撑面摩擦半径。 rf =( =(dw w+ +d0 0)/)/4 d d0 dw T 简化公式：简化公式：T 0.2 F Fa a d 预紧应力：预紧应力： =(=(0.50.7) s s 六六 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 F Fa a 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： 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 测力矩扳手测力矩扳手 工程上常采用工程上常采用测力矩扳手测力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手来控制

25、预紧力来控制预紧力 的大小。的大小。 2 2、 螺纹联接的防松螺纹联接的防松 联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时， 不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一 瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形 差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑 防松。即防止相对转动。 防松的方法防松的方法 A. 利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松 尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母 F F 弹簧垫圈弹簧垫圈 对顶螺母对顶螺母 定力矩扳手定力矩扳手 设计：潘存云 注意方向注意方向 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 开口销与六开口销与六 角

26、开槽螺母角开槽螺母 串联钢丝串联钢丝 B. 采用专门防松元件防松采用专门防松元件防松 圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈 潘存云教授研制 止动垫圈止动垫圈 潘存云教授研制潘存云教授研制 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 C. 其他方法防松其他方法防松 11.5P 用冲头冲用冲头冲23点点 冲点防松法冲点防松法 粘合法防松粘合法防松 涂粘合剂涂粘合剂 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 七七 螺栓联接的设计与强度计算螺栓联接的设计与强度计算 螺栓联接螺栓联接 的主要失的主要失 效形式：效形式： 螺栓拉断螺栓拉断 螺纹压溃或剪断螺纹压溃或剪断 滑扣滑扣 因经常拆装 螺栓联接的计算主要是确定螺纹

27、小径d1，然后按照 标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。 1、松螺栓联接、松螺栓联接 装配时不须要拧紧 强度条件：强度条件： 4/ 2 1 d F a 式中式中:d1 螺纹小径，螺纹小径， mm 2、紧螺栓联接、紧螺栓联接 装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。 螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩和摩擦力矩T的双重作用。的双重作用。 4/ 2 1 d F a 拉应力：拉应力： Fa Fa 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 4/ 3 . 1 2 1 d F a 切应力：切应力： 16/ 3 1 11 d T W T T 16/ 2) +tan( = 3 1 2 d dFa 4

28、/ ) +tan( 2 = 2 11 2 d F d d a 对于对于M10M68的普通螺纹，取的普通螺纹，取d1、d2和和的平均值，的平均值， 并取：并取： tan = f =0.15 得：得： 0.5 当量应力：当量应力： 22 3 c 22 )5 . 0( 3 强度条件：强度条件： 3 .1 分母为抗剪截面系数 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 A. 受横向工作载荷的螺栓强度受横向工作载荷的螺栓强度 螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力Fa( F0)导致接合导致接合 面所产生的摩擦力应大于横向载荷面所产生的摩擦力应大于横向载荷F

29、。 C 可靠性系数，常取可靠性系数，常取C=1.11.3 mf CF Fa预紧力预紧力Fa ： f 摩擦系数，对钢与铸铁，取摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.10.15 m 结合面数结合面数 上图m=1,下图m=2 若取若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 则：则： Fa 8F结构尺寸大结构尺寸大 F F F F/2 F/2 Fa Fa Fa Fa 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 F F/2 F/2 B. 受轴向工作载荷的螺栓强度受轴向工作载荷的螺栓强度 改进措施：改进措施：

30、1. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用 2. 采用无间隙的铰制孔螺栓。采用无间隙的铰制孔螺栓。 设流体压强为设流体压强为p，螺栓数目为，螺栓数目为Z，则，则 缸体周围每个螺栓的平均载荷为：缸体周围每个螺栓的平均载荷为： p D2/4 FE = = Z 设计：潘存云 p FE FE 设计：潘存云 D 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 松弛松弛 状态状态 受载受载 变形变形 特别注意，轴向载荷：特别注意，轴向载荷： Fa F0+FE 加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b0 被联

31、接件受压缩短被联接件受压缩短C0 加载加载 FE 后后: 螺栓总伸长量增加为螺栓总伸长量增加为: 总拉力为：总拉力为： 被联接件压缩量减少为：被联接件压缩量减少为： 残余预紧力减少为：残余预紧力减少为： FR 很显然很显然: FRF0 被联接件放松了 + b0 C0 - - 预紧预紧 状态状态 b0 F0F0 C0 F0F0 FE FE FE FE 设计：潘存云 FE FE FaFa Fa=FE+FR FRFR 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 因此，为保证因此，为保证FR0，根据经验确定：，根据经验确定： FR=A FE 根据不同条件根据不同条件,A=0.21.8 然后，求出然后，求出

32、Fa，再计算螺栓强度再计算螺栓强度 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 3 螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力 一般螺栓一般螺栓 Q215 Q235 10 35 45 重要螺栓重要螺栓15Cr 40Cr 30Cr MnSi 紧螺栓联接的受载情况紧螺栓联接的受载情况 许用应力许用应力 受轴向载荷受轴向载荷, 横向载荷横向载荷 铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓 受受 横向载荷横向载荷 静载荷静载荷 变载荷变载荷 控制预先紧力时控制预先紧力时S=1.21.5 不能严格控制预紧力时查不能严格控制预紧力时查 表表 被联接件为钢被联接件为钢 被联接件为铸铁被联接件为铸铁 p按静载荷按静载荷p值降低值降低2

33、0%30% 1.25 S p = 3.55 = S 22.5 B p = 2.5 S = S S = 表表 螺栓的许用应力螺栓的许用应力 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 表表 螺栓联接的安全系数螺栓联接的安全系数S(不能严格控制预紧力时不能严格控制预紧力时) 碳素钢碳素钢 43 32 106.5 6.5 M6M16 M10M30 M6M16 M10M30 合金钢合金钢 54 42.5 7.65 5 静载荷静载荷 变载荷变载荷 材材 料料 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 八八 螺旋传动螺旋传动 作用作用: : 将回转运动转变为直线移动将回转运动转变为直线移动. . 分类分类: : 传

34、力螺旋传力螺旋 传导螺旋传导螺旋 调整螺旋调整螺旋 传递动力传递动力, , 千斤顶千斤顶, , 压力机压力机 压力机压力机 传递运动传递运动, ,要求精度高要求精度高. .进给机构进给机构. . 调整相对位置调整相对位置. . 千斤顶千斤顶 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 调整螺旋调整螺旋 调整螺旋调整螺旋 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 对螺旋传动的要求对螺旋传动的要求: : 强度足够强度足够, , 耐磨耐磨, , 摩擦系数小摩擦系数小. . 螺杆材料螺杆材料: : Q257、45、50钢，或钢，或T12、40Cr、65Mn 螺母材料螺母材料: : Z

35、CuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl10Fe3. 失效形式失效形式: : 磨损磨损 通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺纹各主要参数， 而后对可能发生的其他失效一一校核。 1 1、耐磨性计算、耐磨性计算 校核公式：校核公式： 影响磨损的原因很多，目前还没有完善的计算方法， 通常是限制螺纹接触处的压强。 p = p MPa MPa d2 hz Fa Fa为轴向力；为轴向力； z z为参加接触的螺纹圈数；为参加接触的螺纹圈数； d2为螺纹中为螺纹中 径；径；h h为螺纹的工作高度；为螺纹的工作高度； p p 为许用压强。为许用压强。 速度速度v12 m/

36、min 47 710 1013 低速，如人力驱动等低速，如人力驱动等 1018 1525 - 表表10-8 螺旋副的许用压强螺旋副的许用压强 许用许用 压强压强 配配 对对 材材 料料 钢对铸铁钢对铸铁 钢对青铜钢对青铜 淬火钢对青铜淬火钢对青铜 铸造锡青铜 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 令令 =H/ d2 , H为螺母高度为螺母高度 又又 z =H / P, h=0.5P 梯形螺纹的工作高度梯形螺纹的工作高度 h=0.75P 锯齿形螺纹的工作高度。锯齿形螺纹的工作高度。 p = p d2 hz Fa 代入上式得螺纹中径的计算公式：代入上式得螺纹中径的计算公式： 锯齿形螺纹：锯齿形螺纹

37、： 梯形螺纹梯形螺纹: p Fa d2 0.8 mm p Fa d2 0.65 mm = 1.22.5 整体式螺母整体式螺母 2.53.5 剖分式螺母剖分式螺母 一般取：一般取：z10z10 求得螺纹中径后，应按标准选取相应的公称直径d和螺距P 为了设计方便 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 2、螺杆强度校核、螺杆强度校核 螺杆在轴向力和扭矩的作用下，产生拉或压应力及扭螺杆在轴向力和扭矩的作用下，产生拉或压应力及扭 切应力。切应力。 强度校核条件：强度校核条件： 22 3 e MPa d T d Fa 16/ 3 4 2 2 1 2 2 1 为螺杆的许用应力，为螺杆的许用应力， d d1

38、1为螺纹小径；为螺纹小径； 对碳素钢对碳素钢, , =5080 MPa 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 3、螺杆的稳定性校核、螺杆的稳定性校核 细长螺杆受较大轴向压力时，可能失稳，其临界载荷细长螺杆受较大轴向压力时，可能失稳，其临界载荷 F Fc c与材料、螺杆长细比与材料、螺杆长细比=l / i 有关。有关。 （1）当）当100100时：临界载荷为：时：临界载荷为： Fc = N (l)2 2EI i 螺杆危险截面的惯性半径，螺杆危险截面的惯性半径， l 为螺杆的最大工作长度；为螺杆的最大工作长度； 为长度系数，为长度系数，= = 2 一端固定，一端自由；一端固定，一端自由； 1 两端

39、铰支；两端铰支； 0.75 一端固定，一端铰支；一端固定，一端铰支； E为螺杆的弹性模量为螺杆的弹性模量, ,对于钢对于钢 E=2.06E=2.0610105 5 MPa MPa 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 （2）当）当4040 100100时：时： Fc = (304- -1.12) N 4 d12 对对B 370 Mpa的碳素钢，取的碳素钢，取: Fc = (461- -2.57) N 4 d12 对对B 470 Mpa的优质碳素钢（如的优质碳素钢（如35、40号钢），取号钢），取: （3）当）当4040时，不必进行稳定性校核。时，不必进行稳定性校核。 稳定性校核的条件：稳定性校

40、核的条件： Fa S Fc 为稳定性校核的安全系数，取：为稳定性校核的安全系数，取：S=2.54 当不满足条件时，应增大螺纹小径当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 4、螺纹牙强度的校核、螺纹牙强度的校核 防止沿螺母螺纹牙根部剪断的校核公式为：防止沿螺母螺纹牙根部剪断的校核公式为： = MPa MPa Dbz Fa b b为螺纹牙根部的宽度，为螺纹牙根部的宽度， b= b= 0.65P 梯形螺纹梯形螺纹; 若对螺杆螺纹牙根部进行校核时，若对螺杆螺纹牙根部进行校核时， 有：有： = MPa MPa d1 bz Fa 40 MPa 铸铁螺母铸铁螺母; = 0.

41、74P 锯齿形螺纹。锯齿形螺纹。 3040 MPa 青铜螺母。青铜螺母。 4、自锁性校核、自锁性校核 当量摩擦角 对于有自锁性要求的螺纹。与材料有关 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 1 112 键、花键、销连接键、花键、销连接 作用：作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭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。矩，或实现零件的轴向固定或移动。 一、键联接一、键联接 类型：类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。平键、半圆键、楔键、切向键等。 1. 平键平键联接联接 工作面工作面特点：特点：定心好、装拆方便。定心好、装拆方便。 种类种类 普通

42、平键普通平键 导向平键导向平键 间隙间隙 轴轴 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 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 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 起键螺孔起键螺孔 导向平键导向平键 固定螺钉固定螺钉 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

43、接。 结构特点：结构特点：长度较长，需用螺钉固定。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 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 表表11-6 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 b h R=b/2 C 45或或r1 L LL b h b t d- -t b t1 d+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

44、平键单圆头普通平键(C型型) : 键键C16100 GB1096-79 d 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 d b h C或或r L t t1 半径半径r 续表续表11-6 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 1890 4.0 3.3 3038 10 8 22110 5.

45、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 5.4 0.60.8 0.40.6 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 2. 半圆键半圆键联接联接 优点：优点：定心好，装配方便。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：缺点：对轴的削弱较大，只适对

46、轴的削弱较大，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 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 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：结构特点：键的上表面有键的上表面有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：缺点：定心精度不高。定心精度不高。 应用：应用：只能应用于定心精度不高，载荷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 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设

47、计：潘存云 dd 类型：类型：普通楔键、钩头楔键。普通楔键、钩头楔键。 钩头是用来拆卸用的 拆卸空间拆卸空间 斜度斜度1：100 120 130 在重型机械中常采用在重型机械中常采用切向键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120130 。 窄面窄面 工作面工作面 设计：潘存云 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 b A型型 d 4、平键联接的强度校核、平键联接的强度校核 键的材料：键的材料：B 370 Mpa的碳素钢，常用的碳素钢，常用45钢。钢。 键的截面尺寸键的截面

48、尺寸b、h查表选取，长度查表选取，长度L参照轮毂长度参照轮毂长度 从标准中选取。从标准中选取。 键的主要失效形式：键的主要失效形式：压溃、磨损压溃、磨损(动联接动联接)、剪断。剪断。 L b h/2 挤压强度条件：挤压强度条件： p = S Ft (d/2)(h/2)l T =p MPa MPa d h l 4T = l=L-b l=Lb B型型 一般不会出现 l d 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 p d h l 4T p= 对于导向平键联接，计算依据是磨损，应限制压强：对于导向平键联接，计算依据是磨损，应限制压强： 钢钢 125150 100120 6090 表表10-10 键联接的

49、许用压强键联接的许用压强 许用值许用值 轮毂材料轮毂材料 静载荷静载荷 轻微冲击轻微冲击 冲冲 击击 载载 荷荷 性性 质质 铸铁铸铁 7080 5060 3045 钢钢 50 40 30 p p 若强度不时，可采用两个键按若强度不时，可采用两个键按180布置。布置。 考虑到载荷分布的不均匀性，校核强考虑到载荷分布的不均匀性，校核强 度时按度时按1.5个键计算。个键计算。 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 二、花键联接二、花键联接 结构特点：结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。 优点：优点：承载能力高、对轴

50、的削弱程度小、定心好、承载能力高、对轴的削弱程度小、定心好、 导向性好。导向性好。 类型：类型：矩形花键、键开线花键、三角形花键。矩形花键、键开线花键、三角形花键。 制造容易制造容易 最常用最常用 用于高强用于高强 度联接度联接 用于薄壁用于薄壁 零件联接零件联接 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 三三 销联接销联接 作用：作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。 类型类型 圆柱销圆柱销 圆锥销圆锥销 -经多次拆装后，定位精度会降低；经多次拆装后，定位精度会降低； 有有1:501:

51、50的锥度，可反复多次拆装。的锥度，可反复多次拆装。 拆装方便拆装方便 用于盲孔用于盲孔 螺母锁紧螺母锁紧 抗冲击抗冲击 不易松动，不易松动， 能承受振动能承受振动 和变载荷和变载荷, , 不铰孔，可不铰孔，可 多次装拆。多次装拆。 带槽圆柱销带槽圆柱销 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云 113 其他连接其他连接可不讲可不讲 一、过盈连接：一、过盈连接：相互配合的零件间的装配过盈相互配合的零件间的装配过盈 二、铆接：二、铆接：带钉杆和预制头的铆钉，穿过被连带钉杆和预制头的铆钉，穿过被连 接接 件的预置孔，再铆合。件的预置孔，再铆合。 冷铆和热铆冷铆和热铆 装配方式装配方式：压

52、入法、温差法压入法、温差法 三、焊接：三、焊接：利用局部加热的方法把被连接件连利用局部加热的方法把被连接件连 接接 成一个整体。不可拆。成一个整体。不可拆。 四、粘接：四、粘接：利粘接剂粘接。有机和无机粘接剂利粘接剂粘接。有机和无机粘接剂 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 工作特点：工作特点：弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形，弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形， 在机械设备中被广泛用作弹性元件。在机械设备中被广泛用作弹性元件。 功用：功用： 1. 控制机构运动或零件的位置控制机构运动或零件的位置; 如凸轮机构、离合器、阀门等； 11-4 弹簧弹簧可不讲可不讲 3. 存储能量存储能量;

53、 如钟表仪器中的弹簧； 4. 测量力的大小测量力的大小 。如弹簧秤中的弹簧 螺旋螺旋 弹簧弹簧 圆柱形圆柱形 截锥形截锥形 按形状分按形状分 按受载分按受载分 拉伸弹簧拉伸弹簧 压缩弹簧压缩弹簧 扭转弹簧扭转弹簧 类型类型： 分类分类 2. 缓冲吸振缓冲吸振; 如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧 5. 用作灵敏元件用作灵敏元件; 弹簧和千分表或 百分表中的游丝、继电器中的接触片簧等 包括力封闭作用：如凸轮机构中的压紧弹簧包括力封闭作用：如凸轮机构中的压紧弹簧 一、弹簧的特性、类型及应用一、弹簧的特性、类型及应用 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 本章内容本章内容 分类分类 螺旋弹簧螺旋弹簧 圆柱形圆柱形 截锥形截锥形 按形状分按形状分 按受载分按受载分 拉伸弹簧拉伸弹簧 压缩弹簧压缩弹簧 扭转弹簧扭转弹簧 环形弹簧环形弹簧 平面涡圈弹簧平面涡圈弹簧 仪表中储能用 板弹簧板弹簧 碟形弹簧碟