第10章联接00机械设计

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 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纹轴线垂直平面的夹角22arctan/ar

6、ctandnPdS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，作用下相对运动，可看作在中径的水平力可看作在

7、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-nn2d s =n pvFRF 2 2、

8、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(104)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(+)相应的拧紧力矩相应的拧紧力矩2）松开螺母）

9、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，用于连接的紧固螺纹必须满足自锁条件。固螺纹

10、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。处效率曲线有极大值。对于传动螺旋，一般取：对于传动螺旋，一般

11、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普通螺纹 = = 60 普通螺纹以大径普通螺

12、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螺纹管螺纹非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁非螺纹密

13、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303033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，梯形螺纹可消除因摩擦形螺纹的要小得多。用于剖分

14、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= = 33四、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、螺纹连接的基本类型、螺纹连接的基本类型（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：经常装拆的一般场合。经常装拆的一般场合。可承受横向载荷。可承受横

15、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，利用杆末端顶住另一零件拧入后，利用杆末端顶住另一零

16、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化标准化。常用的有。常用的有螺栓、双头螺螺栓、双

17、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五、螺纹联接的预紧和防松五、螺纹联接的预紧和防松 1 1、预紧、预紧预紧目的预紧目的增大联接刚度、紧密性和提高防增大联接刚度、紧密性和提高防松能力松能力预紧力预紧力F F0 0预先轴向作用力（拉力）预先轴向作用力（拉力）螺纹联接：松联接螺纹联接

18、：松联接在装配时不拧紧，只存受外载时才在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用受到力的作用 紧联接紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，已在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力预先受力，预紧力F F0 0预紧过紧预紧过紧：拧紧力拧紧力F F0 0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F F0 0过小，工作不可靠过小，工作不可靠 扳手拧紧力矩扳手拧紧力矩T=FT=FL L T T：拧紧力矩拧紧力矩 T T1 1：螺纹摩擦阻力矩螺纹摩擦阻力矩 T T2 2：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力矩F F：作用于

19、手柄上的力，：作用于手柄上的力，L L：力臂：力臂2)tan(201dFT)(4101002dDFfrFfTccc 2)tan(21 012021dDfdFTTTc2)tan(21012cfddDddKdKFT0 一般一般 K=0.1K=0.10.3 0.3 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于重要的联接不宜小于M10M10M14M14拧紧时螺母：拧紧时螺母：T=TT=T1 1+T+T2 2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

20、扳手达到固定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 测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手摩擦防松摩擦防松 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 2、螺纹防松、螺纹防松 （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，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行

21、防经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故松，否则会影响正常工作，造成事故 （3 3）防松办法及措施）防松办法及措施（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。弹簧垫圈弹簧垫圈 开槽螺母与开口销开槽螺母与开口销机械防松机械防松圆螺母与止动垫圈圆螺母与止动垫圈永久防松：端铆、冲点、点焊永久防松：端铆、冲点、点焊化学防松化学防松粘合粘合 串联钢丝串联钢丝一 螺栓组联接的结构设计1 1、螺栓组的结构设计、螺栓组的结构设计六、螺栓联接的强度计算六、螺栓联接的

22、强度计算1）接合面几何形状尽量简单）接合面几何形状尽量简单2 2）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的形心对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合。重合。 对于铰制孔螺栓联接的受剪螺栓，在平行于工作载荷方向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超过八个，以免载荷分布不均。上成排布置的螺栓数目不应超过八个，以免载荷分布不均。 对于受弯矩或转矩的螺栓联接，应使螺栓尽量布置在靠近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。联接接合面的

23、边缘上，以减少螺栓的受力。 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4,6,84,6,8等偶数，以等偶数，以便于在圆周上钻孔时得分度和划线。便于在圆周上钻孔时得分度和划线。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3 3）螺栓的布置应有合理的间距和边距，以保证联接的紧密性）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和装配时扳手所需活动空间 a a）被联接件支承面不平突起）被联接件支承面不平突起 b b）表面与孔不垂直）表面与孔不垂直防偏载措施：防偏载措施：a a）凸台；）凸台；b b）凹坑（鱼眼坑）

24、；）凹坑（鱼眼坑）；c c）斜垫片）斜垫片 4 4）避免偏心载荷作用）避免偏心载荷作用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 2、螺栓连接的强度计算、螺

25、栓连接的强度计算（1 1）螺栓的受力）螺栓的受力（2 2）螺栓的失效形式）螺栓的失效形式（3 3）松螺栓联接）松螺栓联接如吊钩螺栓，工作前不拧紧，如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无无F F0 0，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：421dFa41aFd 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（mmmm）许用拉应力许用拉应力 N/mmN/mm2 2 (MPa (MPa) )，表，表10-9 10-9 nS/计算出计算出d d1 1后，再按标准查选螺纹的公称直径。后，再按标准查选螺纹的公称直径。FaFa（4 4）紧螺栓联接）紧

26、螺栓联接工作前有预紧力工作前有预紧力F F0 0 工作前拧紧，在拧紧力矩工作前拧紧，在拧紧力矩T T作用下：作用下：预紧力预紧力F F0 0 产生拉伸应力产生拉伸应力螺纹摩擦力矩螺纹摩擦力矩T T1 1产生剪应力产生剪应力 复合应力状态复合应力状态: :2141dFa工件工件 受压受压(Fa)当当拧紧拧紧时时螺栓螺栓受拉受拉(Fa)拉力拉力Fa 扭矩扭矩T1 复合应力复合应力1221012312012)tan(42)tan(161)tan(2dddFddddFWTT)5 . 0(48. 06810或时，当MM按第四强度理论：（最大变形能）按第四强度理论：（最大变形能）3 . 1322ca 强度

27、条件为：强度条件为：43 . 121dFaca式中：式中：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。 a 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 不产生相对滑移的条件为：不产生相对滑移的条件为：CFFfm0mfCFF0f f 接缝面间的摩擦

28、系数，接缝面间的摩擦系数，m m接缝界面数目接缝界面数目C C防滑系数（可靠性系数）防滑系数（可靠性系数） C=1.1C=1.11.3 1.3 普通螺栓联接普通螺栓联接FF0F0Fa)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： 设计公式：设计公式： mfCFF0 为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力, ,可采用如下减载装置：可采用如下减载装置： 螺杆直接承受挤压和剪切来传螺杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷进行工作递外载荷进行工作420dF螺栓的螺栓的剪切强度条件剪切强度条件为：为：螺栓

29、与孔壁接触表面的螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件挤压强度条件为：为： PPldFmin0铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加铰制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，成本较高工精度较高，成本较高铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接防滑动防滑动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

30、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： 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 未拧紧未拧紧栓杆栓杆 拉拉 F F0 0 联接件联接件压压 F F0 0拧紧拧紧预紧状态预紧状态0b0c0bb栓杆栓杆继续拉继续拉联接件联接件 放松放松 0cc残余预紧力残余预紧力 总载荷总载荷RFF 0从ERaFFFF0 从加载后加载后 工作状态工作状态EF作受力变形图作受力变形图 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拧紧螺母时拧紧螺

31、母时, ,螺栓与螺栓与被联接件的力与变形被联接件的力与变形将两图合并，并施将两图合并，并施加工作载荷加工作载荷F FE E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 FE E时，螺栓总载荷：时，螺栓总载荷： 0FFFFFbREa由图可知，螺栓刚度：由图可知，螺栓刚度： bbbbbFkFk00tan被联接件刚度：被联接件刚度： bEccmcFFkFk00tancbbEcbmbbEbkkkFFkkFFFtantanEcbbbFkkkFcbbkkk称螺栓的相对刚度称螺栓的相对刚度 Fb 部分工作载荷部分工作载荷 EcbbREcbbbERFkkkFFFkkkFFFFFFF)1 ( 00

32、0aa又对残余预紧力对残余预紧力的要求，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0RFF FR R的取法的取法: : 表表10-610-6F FR R = =（1.51.51.81.8）F FE E ，有密封要求，有密封要求，一般联接；一般联接；F FR R = =（0.20.20.60.6）F FE E ，载荷稳定；，载荷稳定；F FR R = =（0.60.61.01.0）F FE E ，载荷不稳定；，载荷不稳定；F FR R F FE E 地脚螺栓联接。地脚螺栓联接。 讨论：讨论： ） 最不利的情况最不利的情况 EacbFFFkk00FFkkacb）

33、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 0RF） 降低螺栓受力的措施：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： 0RFEcbbbRFkkkFFFF0a 静力静力F F不变，不变， F Fa a为静力，但考虑补充拧紧为静力，但考虑补充拧紧防断防断 强度条件强度条件 验算公式：验算公式： 43 . 121dFaca43 . 11aFd设计公式：设

34、计公式： 分析：当工作载荷，由分析：当工作载荷，由0F0FE E21max4dFFaa螺栓总载，由螺栓总载，由F F0 0F Fa a210min04dFF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 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 (1)(1)求单个连接的工作载荷求单个连接的工作载荷F F(2)(2)按工作要求定残余预紧力按工作要求定残余预紧力 43 . 121dFa(4)(4)根据螺栓强度计算根据螺栓强度计算d d1 1，查表确定，查表确定d d F FE E地脚螺栓连接地脚螺栓连接1.51.51.8 1.8 F FE E有紧密性要求有紧密性要求0.60.

35、61.0 1.0 F FE E0.20.20.6 0.6 F FE E工作载荷变化工作载荷变化工作载荷稳定工作载荷稳定一般连接一般连接 aFd3 . 141 结构设计结构设计设计步骤设计步骤: : RFERaFFF(3)(3)求求F Fa a：例例1 1：已知凸缘联轴器，：已知凸缘联轴器，4 4个普通螺栓联接，螺栓中心圆直径个普通螺栓联接，螺栓中心圆直径D D0 0=180mm, =180mm, 扭矩扭矩T=4.8T=4.810105 5Nmm, Nmm, 试确定螺栓直径。（设试确定螺栓直径。（设 f=0.2)f=0.2)解：横向载荷解：横向载荷n单个螺栓所受圆周力（相当与螺栓横向力）：单个螺

36、栓所受圆周力（相当与螺栓横向力）：n单个螺栓需要预紧力：单个螺栓需要预紧力： FaFa=1.2F/f =1.2F/f =1.2=1.21333/0.2 =8000 N1333/0.2 =8000 NNDTF13334180/108 . 424250n螺栓直径：螺栓直径：n许用应力与螺栓直径有关，设许用应力与螺栓直径有关，设 d=16 mmd=16 mm 4/3 . 11aFd n螺栓材料用螺栓材料用Q235,Q235,查表查表10-1010-10得得n螺栓直径为：螺栓直径为：查附表得：查附表得： d=16 mm,d1=13.835mmd=16 mm,d1=13.835mmMPas235 mmF

37、da6 .136 .7780003 . 143 . 141与原假设相符，与原假设相符，M16M16注：第一个螺距为粗牙螺纹，通常不标注螺距。注：第一个螺距为粗牙螺纹，通常不标注螺距。 MPa6 .773235lims七、提高螺栓联接强度的措施七、提高螺栓联接强度的措施1 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 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度又主要取决于螺栓的强度螺栓的强度。 工作

38、中螺栓紧靠支承面处第一圈工作中螺栓紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应力最大，其余为最大，应变最大，应力最大，其余各圈依次递减，旋合螺纹间的载荷分各圈依次递减，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。厚螺母，并不能提高联接的强度。 a) a) 悬置螺母悬置螺母 b) 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2 2、降低螺栓应力幅、降低螺栓应力幅 1 1）降低螺栓刚性）降低螺栓刚性 抗疲劳强度得到提高，可抗疲劳强度得到提高，可用竖心杆、细长杆、柔性螺栓用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接联接

39、 2 2）增大被联接件刚性）增大被联接件刚性 提高了螺栓联接疲劳强度，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采用高硬度垫片或直接拧在铸铁 3 3）同时使用）同时使用k kb b,k,kc c同时适当增加同时适当增加F F0 03 3、减小应力集中的影响、减小应力集中的影响1 1）加大过渡处圆角）加大过渡处圆角 2 2）改用退刀槽）改用退刀槽3 3）卸载槽）卸载槽 4 4）卸载过渡结构）卸载过渡结构 5 5、采用合理的制造工艺、采用合理的制造工艺 4 4、避免附加弯曲应力、避免附加弯曲应力利用凸台、沉头座或斜垫圈等结构，可避免附加弯曲应力。利用凸台、沉头座或斜垫圈等结构，可避免附加

40、弯曲应力。 采取冷镦头部和辗压螺纹的螺栓，其疲劳强度比车制螺栓采取冷镦头部和辗压螺纹的螺栓，其疲劳强度比车制螺栓约高约高3030，氰化、氮化等表面硬化处理也能提高疲劳强度。，氰化、氮化等表面硬化处理也能提高疲劳强度。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 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零件之间的周向固定以传递转矩。键主要用来实现

41、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。有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、键连接的类型工作前键不受力，键两侧面工作工作前键不受力，键两侧面工作对中性好，不能轴向受载对中性好，不能轴向受载键连接11 1、平键连接、平键连接v特点：特点：结构简单，装拆方便，对中性好。结构简单，装拆方便，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用于静连接静连接，应用极为广泛应用极为广泛。用于用于动连接动连接。 平键的两平键的两侧面侧面是工作面，上是工作面，上表面与轮毂上的键槽底面之间留表面与轮毂上的键槽底

42、面之间留有间隙。靠键与键槽侧面的相互有间隙。靠键与键槽侧面的相互挤压来传递转矩。挤压来传递转矩。普通普通平键平键结构结构单圆头单圆头(C(C型型) )圆头圆头(A(A型型) )方头方头(B(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。B B型型C C型型盘铣刀盘铣刀 A A型型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

43、，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螺钉普通平键和键槽尺寸（普通平键和键槽尺寸（GB1095-79GB1095-79、GB1096-79GB1096-79） A A型型B B型型C C型型b bh hR=b/2R=b/2C C 45 45或或r r1 1L LL LL Lb bh hb bt td-td-tb bt t1 1d+td+t1 1标记实例：标记实例： 圆头普通平键圆头普通平键(A(A型型): ): 键键1616100 GB1096-79100 GB1096-79 方头普通平键方头普通平键(B(B型型): ): 键键B

44、16B16100 GB1096-79100 GB1096-79单圆头普通平键单圆头普通平键(C(C型型) : ) : 键键C16C16100 GB1096-79100 GB1096-79d d2. 2. 半圆键联接半圆键联接优点：定心好，装配方便。优点：定心好，装配方便。半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。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，只适用于缺点：对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。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。工作面工作面当需装两个半圆键时，两个键一在同一母当需装两个半圆键时，两个键一在同一母线上线上3 3、楔键联接和切向键联接

45、、楔键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1:1001:100的斜度，的斜度， 轮毂槽的底面也有轮毂槽的底面也有1:1001:100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，载荷平稳应用：只能应用于定心精度不高，载荷平稳 和低速的联接。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工作面d dd d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钩头是用来拆卸用的120120130130 在重型机械中常采用切向键：在重型机械中常采用切向键： 一对楔键组成。一对楔键组成。 装配时将两楔键楔紧，所产

46、生的压装配时将两楔键楔紧，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，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需要两对切向键分布成120120130130。二、平键联接的选择和计算二、平键联接的选择和计算1 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b bh h： 根据轴径根据轴径d d由标准中查得由标准中查得键长键长 L L：应略短于轮毂的宽度，并符合标准中规定的尺寸系：应略短于轮毂的宽度，并符合标准中规定的尺寸系列。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。v 普通普通平键联接平键联接（静（静联联接）接）工作时的主要失效形式为组工作时的主要失效形式为组成联接的成联接的键、轴和轮毂键、轴和轮毂中强度较弱材料中强度较弱材料表面的压溃表面的压溃，极个别情况下也会出现极个