第16章 联接z-x11

1、机械设计基础机械设计基础连接连接 连接连接是指被连接件与连接件之间的组合。 被连接件有轴与轴上零件（如齿轮、飞轮）、箱体与箱盖、焊接零件中的钢板与型钢等。连接件有螺栓、螺母、销、铆钉等，连接件又称紧固件紧固件。 主要内容主要内容机械设计基础机械设计基础连接连接16-1 16-1 连接概述连接概述16-2 16-2 螺纹连接螺纹连接 16-3 16-3 键连接和花键连接键连接和花键连接16-4 16-4 销连接销连接 本章的重点、难点本章的重点、难点本章的重点：本章的重点： 掌握螺纹的类型、特点和螺纹的主要参数。掌握螺纹连接的基本类型、预紧和防松、失效形式及设计准则，尤其要掌握螺栓连接的强度计算

2、。掌握键和花键连接的类型及强度计算。了解销连接。初步练习使用标准、规范和手册。本章的难点：本章的难点： 螺栓连接的强度计算，尤其是紧螺栓连接的强度计算。 机械设计基础机械设计基础连接连接16-1 16-1 概述概述机械设计基础连接与动力与动力源组合源组合零件零件构件构件机构机构机器机器静联接静联接动联接动联接(运动副运动副)动连接动连接：在机器工作时，零部件之间可以有相对运动的连接。 例如：机构中，各构件间的运动副连接。静连接静连接：在机器工作时，不允许零部件之间存在相对运动的连接。连接分类连接分类连接连接可拆连接可拆连接：允许多次装拆而无损于使用性能的连接。 例如：螺纹连接、键连接、销连接。

3、不可拆连接不可拆连接：不损坏组成零件就不能拆开的连接。 例如：铆接、焊接、粘接。注意注意：有些连接没有专门的紧固件，如过盈联接、焊接、粘接等。 螺纹联接是利用螺纹零件构成的联接，这种联接构螺纹联接是利用螺纹零件构成的联接，这种联接构造简单、拆装方便、工作可靠。大多数螺纹和螺纹零件均造简单、拆装方便、工作可靠。大多数螺纹和螺纹零件均已标准化，并有专门工厂生产已标准化，并有专门工厂生产( (也称螺纹紧固件也称螺纹紧固件) )，购买方，购买方便，成本很低，故得到广泛应用。对螺纹联接的主要工作便，成本很低，故得到广泛应用。对螺纹联接的主要工作要求是要求是不松动并有足够的强度不松动并有足够的强度。机械设

4、计基础连接16-2 16-2 螺纹连接螺纹连接主要内容主要内容一、螺纹及其基本参数一、螺纹及其基本参数 二、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件二、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件 三、螺旋副的受力分析、效率和自锁三、螺旋副的受力分析、效率和自锁 四、螺纹连接的预紧和防松四、螺纹连接的预紧和防松五、螺栓连接的强度计算五、螺栓连接的强度计算机械设计基础机械设计基础连接连接d1螺纹螺纹一、螺纹及其基本参数一、螺纹及其基本参数 螺旋线形成螺旋线形成将一倾斜角为的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线（将直角三角形ABC（ AB=d1 、 BCS）卷在直径为d1圆柱体上，并使AB边绕在圆柱体底面上，则斜边 AC在圆

5、柱体上就形成螺旋线）。螺纹的形成螺纹的形成任取一平面图形( 、) 使其沿螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。机械设计基础机械设计基础连接连接2. 螺纹的类型、特点及应用螺纹的类型、特点及应用螺纹按平面图形形状分螺纹按平面图形形状分：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。机械设计基础机械设计基础连接连接螺纹旋向判断螺纹旋向判断 旋向旋向(螺旋线方向螺旋线方向)：常用右旋，特殊常用右旋，特殊要求时用左旋要求时用左旋 旋向判断旋向判断:(1)轴线垂直放，右边高轴线垂直放，右边高右旋右旋 左边高左边高左旋左旋机械设计基础连接(2)右手旋，前进右手旋，前进右旋右旋 左手旋左

6、手旋，前进，前进左旋左旋双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹PSS = 2PPSPS =P2. 螺纹的类型、特点及应用螺纹的类型、特点及应用螺纹按螺旋线的数目分：单线螺纹、等距排列的多线螺纹。为便于制造其线数一般4。机械设计基础机械设计基础连接连接2. 螺纹的类型、特点及应用螺纹的类型、特点及应用螺纹分：外螺纹和内螺纹，它们共同组成螺旋副。机械设计基础机械设计基础连接连接2. 螺纹的类型、特点及应用螺纹的类型、特点及应用螺纹按母体形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹。螺纹分：米制和英制（螺距以每英寸牙数表示）两类，我国除管螺纹外，多采用米制螺纹。国际上原来采用英制螺纹的国家也正逐步向米制螺纹过渡。 凡牙型、

7、外径及螺距符合国家标准的螺纹称为标准螺纹，除矩形螺纹外，都已标准化。标准螺纹的基本尺寸可查阅有关标准。圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹机械设计基础机械设计基础连接连接按应用可分：连接螺纹：三角形螺纹按应用可分：连接螺纹：三角形螺纹 传动螺纹：梯形螺纹；锯齿形螺纹；矩形螺纹传动螺纹：梯形螺纹；锯齿形螺纹；矩形螺纹。 普通三角形螺纹普通三角形螺纹 （=60）管螺纹管螺纹非螺纹密封的管螺纹非螺纹密封的管螺纹(圆柱圆柱=55，标记G1/2)粗牙螺纹粗牙螺纹（螺距最大的螺纹）细牙螺纹细牙螺纹螺纹密封的管螺纹螺纹密封的管螺纹(圆锥=55标记R1/2RC1/2)6060圆锥管螺纹圆锥管螺纹 =60，标记Z1

8、/2米制锥螺纹米制锥螺纹 =60，标记ZM10(起连接作用)(起传动作用)机械设计基础机械设计基础连接连接n螺纹螺纹螺纹螺纹大径大径d d（D D） 与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径，定为螺纹直径，定为螺纹公称直径公称直径。小径小径d d1 1(D(D1 1) ) 与外螺纹牙底相重合的假想圆与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径。柱体直径。强度计算直径强度计算直径。中径中径d d2 2（D D2 2） 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱体的直径。处的假想圆柱体的直径。螺螺 距距 P P 相邻两牙在中径线上对应两点相邻两牙在中径线上对

9、应两点间的轴向距离。间的轴向距离。导程导程S S 同一条螺旋线上的相邻两牙在同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上的对应两点间的轴向距离。中径线上的对应两点间的轴向距离。升角升角 中径圆柱面上，螺旋线的切线中径圆柱面上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。牙型角牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角。边的夹角。牙型斜角牙型斜角 螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角。面的夹角。SnP 2tannPd 螺纹的类型、特点及应用螺纹的类型、特点及应用梯形螺纹梯形螺纹结构：牙形角特点：效率较高、牙根强度较大、工艺性

10、好 应用：用于传动 矩形螺纹矩形螺纹 结构：牙形角性能：效率较高、牙根强度小、工艺性差 应用：用于传动 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 结构：工作面的牙型斜角为3 非工作面的牙型斜角为30 性能：效率较高、牙根强度较大、工艺性好 应用：用于单向传动 结构：牙形角特点：连接紧密，内外螺纹无间隙 应用：密封性要求较高的场合 管管 螺螺 纹纹结构：牙形角性能：自锁性好,牙根强度高，工艺性好 应用：用于连接 普通三角形普通三角形螺纹螺纹oo60o55o30o0o(10 )二、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件二、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件1. 螺纹螺纹连接的基本类型连接的基本类型2.螺纹紧固件螺纹紧固件 螺钉连

11、接螺钉连接 双头螺柱连接双头螺柱连接 紧定螺钉连接紧定螺钉连接 螺栓连接螺栓连接 常用的螺纹紧固件螺纹紧固件有：螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母和垫片等。 这些零件都是标准件，结构、形状、尺寸都制定有国家标准，设计时可根据有关标准选用。螺栓连接螺栓连接 无需在被连接件上切制螺纹，结构简单，装拆方便，使用时不受被连接件材料的限制，应用极广。普通螺栓连接普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接 普通螺栓连接普通螺栓连接 被连接件不太厚，螺杆带钉头，通孔无螺纹，螺栓杆与被连接件孔壁之间有间隙。结构简单，通孔加工精度低，成本低，应用最广。铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接 螺栓杆与被连接件孔壁之间无间隙。

12、孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合，能精确定位，能承受横向载荷，被连接件需钻孔、铰孔，成本高。螺钉连接螺钉连接 被连接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。只用螺钉，不用螺母，直接把螺钉拧进被连接件的螺钉孔中。 适用于受力不大，不需要经常拆装的场合。螺钉连接螺钉连接双头螺柱连接双头螺柱连接双头螺柱联接双头螺柱联接 用两头均有螺纹的螺柱和螺母把被连接件联接起来，螺栓受拉力。 双头螺柱连接多用于较厚的被连接件或为了结构紧凑而采用盲孔的连接。双头螺柱连接允许多次装拆。 紧定螺钉连接紧定螺钉连接 利用拧入被连接件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入相应的凹坑中，来固定两零件的相对位置，它可传递不大的力或扭矩

13、。常用于薄壁件与轴的连接常用于薄壁件与轴的连接三、螺旋副的受力分析、效率和自锁三、螺旋副的受力分析、效率和自锁1. 矩形螺纹矩形螺纹 螺旋副在力矩和轴向载荷作用下的相对运动，可看作作用在中径上的水平力推动滑块（重物）沿螺纹运动，若将矩形螺纹沿中径d2展开可得一斜面，设Fa为轴向载荷，F为作用于中径处的水平推力，Fn为法向反力，FR为总反力，f 为摩擦系数，为摩擦角， 为螺纹升角。aF三、螺旋副的受力分析、效率和自锁三、螺旋副的受力分析、效率和自锁1. 矩形螺纹矩形螺纹当滑块沿斜面等速上升时，Fa为阻力，F为驱动力，由力平衡条件可得驱动力F为：作用在螺旋副上的相应驱动力矩T为：当滑块沿斜面等速下

14、滑时，Fa为驱动力，F为维持滑块等速运动所需的平衡力。由力平衡条件可得F为：作用在螺旋副上的相应力矩T为：由 看出，F可正可负。当大于时，F为正，它阻止滑块加速下滑，使滑块保持等速下滑，F为阻力；当小于时，F为负，滑块不能在重力的作用下自行下滑，处于自锁状态，若要使滑块等速下滑必须施加力F，F为驱动力。 2222addTFFtgaFF tg2222addTFFtgaFF tg)(tgFFa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2. 非非矩形螺纹矩形螺纹 非矩形螺纹是指牙侧角0 的三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。 若略去螺纹升角的影响，在同样轴向载荷Fa 的作用下，非矩形螺纹

15、的法向力比矩形螺纹的大为： 非矩形螺纹的摩擦力为： 若设 ，则非矩形螺纹的摩擦力为： 非矩形螺纹可看作是摩擦系数为非矩形螺纹可看作是摩擦系数为f f的矩形螺纹或摩擦角为的矩形螺纹或摩擦角为的矩形螺纹。的矩形螺纹。 滑块沿非矩形螺纹等速上升时的水平推力F和驱动力矩T为： 滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，力F和力矩T为：cosanFF2222addTFFtgaFF tg2222addTFFtgaFF tgcosanf Ff Fcosfftgaf F 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 由式 看出，当小于时，F为负，滑块不能在重力的作用下自行下滑，非矩形螺纹处于自锁状态。非矩形螺纹

16、的自锁条件为：非矩形螺纹的自锁条件为： 说明：为防止螺母在轴向力作用下自动松开，用于联接的紧固螺纹必须满足自锁条件。 以上分析适用于各种螺纹联接和螺旋传动。aFF tg螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的效率螺旋副的效率：指有效功与输入功之比。若按螺旋转动一圈计算，输入功为2T，升举滑块（重物）所作的有效功为Fa S，故螺旋副的效率为 由上式可知，当当量摩擦角一定时，效率只是螺纹升角的函数。由此可绘出效率曲线（见右图）。 取d/d=0，得=45/2时效率最高。因过大螺纹升角制造困难，效率提高不显著，故一般角不大于25。2aF StgTtg分析自锁自锁 三角形螺纹自锁

17、性好，用于联接。三角形螺纹自锁性好，用于联接。矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动。 螺纹副自锁条件螺纹副自锁条件螺纹副效率螺纹副效率tgtg() farctg cosff 1. 自锁自锁三角形梯形锯齿形矩形()tgtg 单线螺纹自锁性好，常用于联接。单线螺纹自锁性好，常用于联接。 多线螺纹效率高，常用于传动。多线螺纹效率高，常用于传动。n自锁自锁n自锁自锁2.2.螺旋线数螺旋线数n n 已知一普通螺栓大径d=20 mm，中径d2=18.376 mm，小径d1=17.294 mm，螺距P=2.5 mm，螺纹线数n=2，牙型角=60，牙侧角=/2 ，螺纹副的摩擦系

18、数f=0.14，试求：（1）螺栓的导程S；（2）螺纹升角；（3）当以螺纹副作传动时，其升举滑块（重物）的效率；（4）此螺旋副是否具有自锁性？例题例题1 125arctanarctan4.9518.376Sd0.140.1617coscos30ffarctanarctan0.16179.18f4.9534.4%4.959.18tgtgtgtg4.959.18 解（1）螺栓的导程S= nP = 22.5 = 5 mm；（2）螺纹升角 （3） （4） 该螺旋副具有自锁性。四、四、螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松1. 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧 除个别情况外，螺纹连接在装配时都必须拧紧，使连

19、接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加的作用力称为预紧力预紧力，通常用 表示。预紧的目的：预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移。 经验证明，适当选用较大的预紧力对螺纹连接的可靠性是有利的，如气缸盖、管路凸缘等。但过大的预紧力会导致整个连接的结构尺寸增大，也会使连接件在装配时因偶然过载而被拉断。因此，设计时既要保证连接所需要的预紧力，又不应使螺纹连接件过载。0F四、四、螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 装配时预紧力的大小是通过拧紧力矩来控制的。拧紧力矩：拧紧力矩：拧紧力矩等于克服螺旋副相对转动的摩擦阻力矩T1和螺母端面与被连接件间的摩

20、擦阻力矩T2之和 。 d2 为螺纹中径； fc 为螺母端面与被连接件间摩擦系数，无润滑时可取fc =0.15； rf 为摩擦半径，rf（dw+d0）/4 ， dw为螺母支承面的外径， d0为螺栓孔的直径。 F0 为预紧力，单位N 。021202cfF dTTTtgf F r螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 F0 值是由螺纹连接的要求来决定的，为了充分发挥螺栓的工作能力和保证预紧可靠，通常规定拧紧后螺栓的预紧应力不得超过其材料屈服极限的通常规定拧紧后螺栓的预紧应力不得超过其材料屈服极限的80% 。 通常在拧紧力矩无法控制的情况下，一般不采用小于M12的螺栓，若必须使用时，应严格控制其拧紧

21、力矩，常用测力矩扳手测力矩扳手和定力矩扳手定力矩扳手（如风扳手）控制拧紧力矩。 在实际中，螺纹连接的拧紧程度通常是凭工人的经验来决定的。 测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手 为防止将螺栓拧断，对于要求拧紧的强度螺栓联接应严格控制其适度的拧紧力，为防止将螺栓拧断，对于要求拧紧的强度螺栓联接应严格控制其适度的拧紧力，并不宜用小于并不宜用小于M12 M16M12 M16的螺栓。的螺栓。螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松2. 螺纹连接的防松螺纹连接的防松 在冲击、振动或变载荷的作用下预紧力可能在某一瞬时减小或消失，使连接松脱。在高温或温度变化较大的情况下，由于螺纹连接件和被连接件材料变形的

22、差异等，也会使预紧力减小，最终导致连接失效。 螺纹连接一旦出现松脱，轻者会影响机器的正常运转，重者会造成严重事故。因此必须防止螺纹连接的松脱。 螺纹连接防松的根本问题在于防止螺旋副的相对转动。 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 防松的方法很多，按其工作原理可分为： 摩擦防松（对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母等）； 机械防松（开口销与槽形螺母、止动垫片、圆螺母用带翅垫片、串联金属钢丝）； 永久防松（铆冲防松、粘合防松、焊接防松等）。 摩擦防松摩擦防松使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩结构简单、使用方便。对顶螺母防松对顶螺母防松自锁螺母防松自锁螺母防松弹簧垫圈防

23、松弹簧垫圈防松止动垫片防松止动垫片防松螺栓装配图开槽螺母开口销机械防松机械防松适用于冲击振动载荷，重要场合使用，成本高。焊接焊接防松防松 铆冲铆冲防松防松永久防松永久防松粘合防松粘合防松五、螺栓连接的强度计算五、螺栓连接的强度计算1. 失效形式失效形式2. 松螺栓连接松螺栓连接3. 紧螺栓连接紧螺栓连接4. 螺纹连接件的材料及许用应力螺纹连接件的材料及许用应力5. 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施1. 1. 失效形式与设计步骤失效形式与设计步骤 一般螺栓所受载荷为轴向载荷和横向载荷。 对于受轴向载荷的螺栓，其主要失效形式为断裂； 对于受横向载荷的螺栓，其主要失效形式为压溃或剪断。

24、除此之外，若经常装拆还会因磨损而发生滑扣。一般设计步骤：一般设计步骤： 螺栓组受力和失效分析螺栓组受力和失效分析找出受力最大的螺栓找出受力最大的螺栓 单个螺栓单个螺栓受力分析和失效分析受力分析和失效分析 单个螺栓强度计算单个螺栓强度计算确定螺栓的尺确定螺栓的尺寸（直径、长度）寸（直径、长度） 试算法：试算法：先选定一个螺栓直径先选定一个螺栓直径d 查查 计算计算d1。 若若d1与与d1（假定的小径）相近，则选用；否则再选（假定的小径）相近，则选用；否则再选1. 1. 失效形式与设计步骤失效形式与设计步骤2. 2. 松螺栓连接松螺栓连接 松螺栓连接在装配时不需要把螺母拧紧装配时不需要把螺母拧紧，

25、在承受工作载荷前，除有关零件的自重（一般较小，可略去）外，连接并不受力。当承受轴向工作载荷F Fa a 时，其强度条件为：为许用拉应力，单位Mpa ； 214aFd 14aFd起起重重钓钓钩钩末末端端螺螺栓栓联联接接或1d为螺纹小径，mm。Fa3. 3. 紧螺栓连接紧螺栓连接仅受预紧力的紧螺栓连接（仅受预紧力的紧螺栓连接（如减速器箱体与箱盖的连接）受横向工作载荷的紧螺栓连接受横向工作载荷的紧螺栓连接受轴向工作载荷的紧螺栓连接受轴向工作载荷的紧螺栓连接紧螺栓连接在装配时需要把螺母拧紧装配时需要把螺母拧紧。1 1）仅受预紧力的紧螺栓连接）仅受预紧力的紧螺栓连接螺栓受由预紧力螺栓受由预紧力 产生的产

26、生的拉应力拉应力对对M10M10M68M68的普通螺纹，取的普通螺纹，取d d2 2、d d1 1和和的平均值，的平均值，f=tg=0.15, f=tg=0.15, 得：得：0F2104dF200123211122164ndFtgFTdtgWddd5 . 0螺栓材料为塑性，根据材料力学第四强度理论可得其当量应力：螺栓材料为塑性，根据材料力学第四强度理论可得其当量应力：2222e33 0.51.3强度条件：强度条件：0e211.34Fd2.501Fd结论：扭转的影响可用增大拉伸力的结论：扭转的影响可用增大拉伸力的3030来考虑，不再单独考虑扭矩。来考虑，不再单独考虑扭矩。 拧紧力矩拧紧力矩T螺栓

27、受螺纹副间的摩擦力矩产生的螺栓受螺纹副间的摩擦力矩产生的扭切应力扭切应力（危险截面）（危险截面）或或为螺栓的许用应力，单位Mpa2 2）受横向工作载荷的紧螺栓连接）受横向工作载荷的紧螺栓连接e211.34aFd 当螺栓连接承受垂直于螺栓轴线的横向工作载荷当螺栓连接承受垂直于螺栓轴线的横向工作载荷 F F 时，若要使被连接件间不发时，若要使被连接件间不发生相对滑动，接合面处的摩擦力必须大于等于横向工作载荷生相对滑动，接合面处的摩擦力必须大于等于横向工作载荷 F F，这时螺栓所受的轴，这时螺栓所受的轴向力向力 F Fa a为为 式中式中 F F0 0 为预紧力；为预紧力；C C为可靠性系数，通常取

28、为可靠性系数，通常取C=1.1C=1.11.31.3；m m为接合面数目；为接合面数目；f f为接合面摩擦系数，对钢或铸铁被连接件可取为接合面摩擦系数，对钢或铸铁被连接件可取f=0.1f=0.10.150.15。 由上式求出由上式求出F Fa a值后，即可按值后，即可按 式计算螺栓强度。式计算螺栓强度。 当当f=0.15f=0.15，C=1.2C=1.2，m=1m=1时，由上可得时，由上可得F F0 0 8F 8F 即螺栓所受的轴向力即螺栓所受的轴向力 F Fa a为横向工为横向工作载荷作载荷F F的的8 8倍，由此看出，靠摩擦力来承担横向工作载荷所需螺栓的尺寸较大。倍，由此看出，靠摩擦力来承

29、担横向工作载荷所需螺栓的尺寸较大。 0aC FFFm f2 2）受横向工作载荷的紧螺栓连接）受横向工作载荷的紧螺栓连接 为避免上述缺点，常用键、套筒或销来承担横向工作载荷，而螺栓仅起连接作为避免上述缺点，常用键、套筒或销来承担横向工作载荷，而螺栓仅起连接作用。也可采用铰制孔用螺栓来承担横向工作载荷。这些结构中的键、套筒、销和铰用。也可采用铰制孔用螺栓来承担横向工作载荷。这些结构中的键、套筒、销和铰制孔用螺栓可按受剪切和挤压进行强度计算。制孔用螺栓可按受剪切和挤压进行强度计算。例例1 如图所示的紧螺栓联接如图所示的紧螺栓联接,已知该联接承已知该联接承受横向载荷受横向载荷 ,许用应力许用应力 ,摩

30、擦系数摩擦系数 ,螺栓数螺栓数 ,联接的可联接的可靠性系数靠性系数, .试确定螺栓的直径试确定螺栓的直径 。NFR20000 MPa7615. 0f4z1 2 .c 1dRFRFRFRF解：解： 此例为工作时只受预紧力的紧螺栓联接此例为工作时只受预紧力的紧螺栓联接.1、计算螺栓的预紧力，结合面对数、计算螺栓的预紧力，结合面对数N400004115. 0200002 . 1fmzCFFRs1m2、计算螺纹小径、计算螺纹小径1d mm52.297614. 3400002 . 52 . 501Fd3 3）受横向工作载荷的铰制孔用螺栓连接）受横向工作载荷的铰制孔用螺栓连接Pmin0PLdF dF204

31、挤压强度条件挤压强度条件剪切强度条件剪切强度条件F0dminLP 螺栓所受的工作剪力；螺栓剪切面的直径(可取螺栓孔的直径) ；螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度；螺栓或孔壁材料的许用挤压应力；螺栓材料许用剪切应力。4) 4) 受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接 受载荷形式受载荷形式拧紧过程中拧紧过程中: 轴向拉伸轴向拉伸F0 、扭力扭力T 工作时，工作时，再承受工作载荷再承受工作载荷F 此时，螺栓所受的总拉力此时，螺栓所受的总拉力: Fa = F0+FE ?TF0F0FEFEFaFa 须根据静力平衡方程和变形协调条件求解须根据静力平衡方程和变形协调条件求解受力和变形关系受力和变形关系变形协

32、调条件变形协调条件: l l1 1 l lb l lFaF0+FEFa=FE+FRl l1l lb l l1 l lbTF0F0FEFEFaFaF0F0FRFR预紧预紧F0受载受载FE螺栓螺栓被联接件被联接件拉力拉力F0，伸长，伸长l l1压力压力F0，压缩，压缩l lb拉力拉力Fa, 伸长伸长l l1 1 l l1 1压力压力FR, 压缩压缩l lb - l lb未预紧未预紧 未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形FEFE受力变形线图受力变形线图FR：残余预紧力：残余预紧力,防止受载后接合面防止受载后接合面产生缝隙。产生缝隙。预紧预紧F0受载受载FE螺螺栓栓被联接件被联接件

33、拉力拉力F0，伸长，伸长l l1压力压力F0，压缩，压缩l lb拉力拉力FE, 伸长伸长l l1 1 l l压力压力FR, 压缩压缩l lb - l l未预紧未预紧未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形形变形变l l力力Fl l1l lbllFRFEFaF0被联接件被联接件螺栓螺栓l lb受轴向工作载荷的紧螺栓连接受轴向工作载荷的紧螺栓连接 由上图可导出各力之间的关系： 因FE =Fb+Fc =k b +k c 即 =FE /（k b +k c），故式中 称为螺栓的相对刚度系数。其大小与螺栓和被连接件的材料、尺寸、结构及垫片有关，一般在01之间。为降低螺栓的受力，提高螺栓连接

34、的承载能力，应使螺栓的相对刚度系数尽量小些。Fa = F0 +Fb = F0 + k b FR=F0 Fc = F0 k c 0baEbckFFFkk01bREbckFFFkkbbckkk0b0cbbtgkcctgk0b0ccaFEFRFbFcF螺栓的刚度: k b = F0 / b0 被连接件的刚度:k c = F0 / c0 受轴向工作载荷的紧螺栓连接受轴向工作载荷的紧螺栓连接螺栓危险截面的强度条件强度条件为 ca211.34aFd15.2aFd当工作载荷没有变化时，取当工作载荷有变化时， 取对有紧密性要求的连接，取0.2 0.6REFF 紧螺栓连接为保证被连接件的接合面不出现缝隙，残余预

35、紧力FR应大于零。在一般计算中，可先根据连接的工作要求规定残余预紧力FR，按式Fa = FE + FR 计算出螺栓的总拉伸载荷Fa ，再计算螺栓强度。0.6 1.0REFF1.51.8REFF或或 若轴向工作载荷FE 在0FE 间周期性变化，则螺栓所受的总拉伸载荷应在F0 F a 间变化。受变载荷螺栓的粗略计算仍可按总拉伸载荷 F a 进行。 一螺栓所受轴向工作载荷为FE=6000N，螺栓受载后被连接件间的残余预紧力FR为工作载荷的1.2倍。已知螺栓的相对刚性系数kb/（kb+kc）=0.8，许用拉应力 。求：（1）螺栓小径d1的计算值。（2）预紧力F0的大小。例题例题2 2 MPa905.

36、提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施 分析影响螺栓连接强度的因素，从而提出提高连接强度的措施，对设计和使用螺栓连接具有重要的意义。 影响螺栓连接强度的主要因素及提高其连接强度的措施：影响螺栓连接强度的主要因素及提高其连接强度的措施： 1 1）降低螺栓总拉伸载荷）降低螺栓总拉伸载荷 F Fa a 的变化范围的变化范围 由前述知，当螺栓所受轴向工作载荷FE 在0FE 间变化时，螺栓所受的总拉伸载荷Fa在F0 F0 + FEk b /（k b +k c）间变化，若减小螺栓刚度kb 或增大被连接件刚度kc都可减小Fa的变化范围。这对防止螺栓的疲劳损坏是十分有利的。 为了减小螺栓刚度，可减小螺栓

37、光杆部分直径或采用空心螺杆。 被连接件本身的刚度是较大的，但被连接件的接合面因需要密封而采用软垫片时，将降低其刚度。若采用金属薄垫片或O形密封圈，仍可保持被连接件原来的刚度值。 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施 2 2）改善螺纹牙间的载荷分布）改善螺纹牙间的载荷分布 原理：减小螺栓和螺母螺距变化差。 方法：用悬置螺母、内斜螺母、环槽螺母等。 悬置螺母悬置螺母使母体和栓杆的变形一致以减少螺距变化差。内斜螺母内斜螺母可减小原受力大的螺栓螺纹牙的刚度而把力分移到原受力小的螺纹牙上。环槽螺母环槽螺母螺母下部受拉，作用和悬置螺母相似。 即使是制造和装配精确的螺栓和螺母，受力时其旋合各圈螺纹牙

38、的受力也不是均匀的。当连接受载时，从螺母支承面算起，螺栓杆拉力自下而上由F递减为零，螺母体压力则自上而下由零递增为F。螺栓受拉，螺距增大；而螺母受压，螺距减小。从螺母支承面算起，第一圈受载最大，螺纹螺距的变化差以旋合的第一圈最大；以后各圈由于受载的递减，螺距变化差也递减。实验证明，旋合圈数越多，载荷分布不均匀的程度也越显著，到第810圈以后，螺纹牙几乎不受载荷。因此，采用加高螺母以增加旋合圈数，对提高螺栓连接强度并没有多少作用。提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施 3 3）减小应力集中）减小应力集中 螺栓上的螺纹（特别是螺纹的收尾）、螺栓头和螺栓杆的过渡处以及螺栓横剖面面积发生变化的部

39、位，都要产生应力集中。为了减小应力集中的程度，可采用较大的圆角、卸载结构、将螺纹收尾改为退刀槽等。为降低成本，对一般用途的连接，不要随便采用卸载结构。 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施4 4）避免或减小附加应力避免或减小附加应力 在设计、制造和装配上应力求避免螺纹连接产生附加弯曲应力，以免严重降低螺栓的强度。为了减小附加弯曲应力，应从结构、制造和装配等方面采取措施。常采用凸台、沉头座（鱼眼坑）、特殊垫圈（如球面垫圈）等。支承面不平支承面不平螺母孔不正螺母孔不正被联接件刚度小被联接件刚度小钩头螺栓联接钩头螺栓联接 凸台凸台 沉头座沉头座 球面垫圈球面垫圈 斜垫圈斜垫圈 提高螺栓连接强

40、度的措施提高螺栓连接强度的措施 5 5）采用合理的制造工艺方法）采用合理的制造工艺方法 采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法，可显著提高螺栓的疲劳强度。 此外，在工艺上采用氮化、氰化、喷丸等表面硬化处理也能提高螺纹连接件的疲劳强度。 相邻螺栓的中心距一般应小于 （d为螺栓的公称直径），具有密封要求的螺栓中心距一般不应大于 。 螺栓之间及螺栓与机体之间要留有足够的扳手空间，扳手转动角度应大于 。d10d7o60补充：合理安排成组螺栓的平面位置补充：合理安排成组螺栓的平面位置 安排一组螺栓的平面位置和数目时， 力求各螺栓受力均匀，便于加工和装配。同一圆周上的螺栓数目，应采用3、4、6、8、12等数

41、，以便分度和划线。10-2 10-2 键连接和花键连接键连接和花键连接一、键连接一、键连接 二、花键连接二、花键连接 一、键连接一、键连接1. 键连接键连接的类型的类型半圆键 键 键是一种标准件，主要用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩；有些类型的键，还可用于轴上零件的轴向固定或轴向移动的导向装置。导向平键 普通平键楔 键 切向键 平 键 滑键 普通平键普通平键圆头（圆头（A型）型）方头（方头（B型）型） 用于静连接，用于静连接，按键端形状分为三种按键端形状分为三种 单圆头（单圆头（C型）型） 键的两侧面是工作面，工作时，靠键同键槽侧面的挤压来传递扭矩。键的上表面和轮毂上键槽的底面间留有间隙。 平键连接具有结构简单，装拆方便，对中性较好等优点。这种键连接不能承受轴向力，对轴上的零件起不到轴向固定的作用。导向平键导向平键用于动连接，用于动连接，轴上的传动零件可沿键作轴向滑移。 当被连接的零件在工作过程中必