机械基础第十章连接

1、 10-1 键 联 接 10-2 螺纹联接基本要求基本要求: :v了解键联接的主要类型及应用特点了解键联接的主要类型及应用特点v掌握平键联接强度校核计算方法掌握平键联接强度校核计算方法v了解螺纹联接的基本知识：类型、特性、标准、结构、了解螺纹联接的基本知识：类型、特性、标准、结构、应用场合及防松方法等应用场合及防松方法等v掌握螺栓联接强度计算方法掌握螺栓联接强度计算方法机械设计基础联接静联接静联接动联接动联接运动副运动副机械设计基础联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)可拆联接：可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等螺纹联接、键联接、

2、销联接等不可拆联接不可拆联接：铆接、焊接、胶接等：铆接、焊接、胶接等联接联接一、键联接的分类及结构二、键的强度校核三、花键联接机械设计基础联接一、键联接的分类及结构一、键联接的分类及结构v目的：目的：v键是用来实现轴与轴上零件的周向固定以传递转矩（静联键是用来实现轴与轴上零件的周向固定以传递转矩（静联接），或实现轴上零件的轴向固定或轴向移动（动联接接），或实现轴上零件的轴向固定或轴向移动（动联接 ）v它是标准件它是标准件v分类：分类：机械设计基础联接键联接键联接松联接松联接紧联接紧联接楔键楔键（静联接，单向轴向固定）（静联接，单向轴向固定）平键平键半圆键半圆键 （静联接）（静联接）普通平键普通

3、平键 （静联接）（静联接）导向平键导向平键 （动联接）（动联接）花键花键Dd1 松联接松联接（1）平键联接）平键联接v结构结构:键两侧与键槽相配合键两侧与键槽相配合(静联接为过渡静联接为过渡配合配合, 动联接为间隙配合动联接为间隙配合), 上端面与轮毂上端面与轮毂键槽底面有间隙键槽底面有间隙v工作原理工作原理:两侧面是工作面，靠两侧面挤两侧面是工作面，靠两侧面挤压传递转矩压传递转矩v失效形式失效形式:v静联接：工作面挤溃，键剪断静联接：工作面挤溃，键剪断v动联接：工作面磨损动联接：工作面磨损v特点：特点：结构简单，装折方便，对中性好，承载能力大，应用广泛结构简单，装折方便，对中性好，承载能力大

4、，应用广泛v成对使用成对使用: :v承载能力不够时采用承载能力不够时采用, 按按 180布置两个键。布置两个键。机械设计基础联接平键分类平键分类v普通平键普通平键v(圆头圆头)型：型：立铣刀，键定位好，轴应力集中大立铣刀，键定位好，轴应力集中大v(平头平头)型：型：盘铣刀，轴向键无定位，应力集中小盘铣刀，轴向键无定位，应力集中小v(单圆头单圆头)型：型：立铣刀加工，用于轴端立铣刀加工，用于轴端v导向平键导向平键v键固定于轴上键固定于轴上, 滑移距离小滑移距离小机械设计基础联接(2) 半圆键联接半圆键联接v结构结构: v工作原理工作原理: v两侧面是工作面，侧面两侧面是工作面，侧面挤压传递转矩挤

5、压传递转矩v构造与加工构造与加工:v键键: 用圆钢切制或冲压用圆钢切制或冲压后磨削后磨削v键槽键槽: 盘状铣刀加工盘状铣刀加工v失效形式失效形式: 键剪断键剪断, 工作面压溃工作面压溃v特点特点: 便于安装便于安装, 对中好对中好, 用于锥形轴端用于锥形轴端, 但对轴削弱大但对轴削弱大v成对使用成对使用: 承载能力不够时用承载能力不够时用, 沿同一沿同一母线布置母线布置机械设计基础联接d2 紧联接紧联接v楔键楔键联接联接v结构结构: 键侧与键槽有间隙键侧与键槽有间隙 , 上下面楔紧上下面楔紧v工作原理工作原理: 上下面为工作面，靠摩擦力传上下面为工作面，靠摩擦力传递转矩递转矩v方头楔键、方头楔

6、键、钩头楔键、钩头楔键、圆头楔键圆头楔键v失效形式失效形式: 工作面压溃工作面压溃v特点特点: 简单简单, 且可实现轮毂在轴上单向轴向固定且可实现轮毂在轴上单向轴向固定v楔紧产生偏心楔紧产生偏心, 对中性差对中性差, 不适于高速及对中要求高的场合不适于高速及对中要求高的场合机械设计基础联接机械设计基础联接: 1.一对楔键组成, 上下窄面为工作面 2.只能单向传递转矩T: 两对切向键两对切向键 (120130分布分布)双向传递双向传递结构结构: 承载力大承载力大重型机械重型机械特点特点动画3. 切向键二、键的强度校核二、键的强度校核v1 键的选择键的选择v键是标准零件：键是标准零件：p173 表

7、表10-2v材料多采用碳素钢材料多采用碳素钢v键的类型选择键的类型选择根据使用要求和工作条件根据使用要求和工作条件:v转矩、转速、载荷性质、是否移动、对中性转矩、转速、载荷性质、是否移动、对中性v键的尺寸选择键的尺寸选择（同时确定配合类型）（同时确定配合类型）:v工作要求工作要求 键的种类键的种类按轴径按轴径d选键的选键的b 、 h选键长选键长L(标标准准; 短于轮毂宽度短于轮毂宽度) 机械设计基础联接机械设计基础联接1 平键的选用平键的选用（1 1）键的尺寸选择）键的尺寸选择 断面尺寸断面尺寸 b bh h： 根据轴径根据轴径 d d 查标准确定。查标准确定。 键长键长 L L：应略短于轮毂

8、的宽度，并符合标准尺寸系列。：应略短于轮毂的宽度，并符合标准尺寸系列。附：键的长度系列：附：键的长度系列： 10 12 14 16 18 20 22 25 10 12 14 16 18 20 22 25 32 36 40 45 50 63 70 80 32 36 40 45 50 63 70 80 90 100 110 125 140 160 .90 100 110 125 140 160 .机械设计基础联接 d b h C或或r L t t1 半径半径r 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.

9、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 5.0 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 4.92 键的强度校核键的强度校核v静联接静联接:v压

10、溃压溃挤压强度挤压强度v键被剪断键被剪断剪切强度剪切强度机械设计基础联接pspdklT2圆头圆头: ls=L-b平头平头: ls=L单圆头单圆头: ls=L-b/2 p 查表查表10-3一般不会发生键的剪断，故一般不作剪断强度校核一般不会发生键的剪断，故一般不作剪断强度校核 dblTs2Lls机械设计基础联接强度不够怎么办？强度不够怎么办？ 1.1.适当增加键的长度适当增加键的长度 2.2.采用两个键按对称布置采用两个键按对称布置(180(180度度) ) v承载能力不够时采用承载能力不够时采用, 按按 180布置两个键。布置两个键。一对平键按一对平键按1.5 个键校核计算个键校核计算三、花键

11、联接三、花键联接v特特点：点：v受力较均匀，应力集受力较均匀，应力集中小，承载能力大中小，承载能力大v对中性好，导向性好，对中性好，导向性好，精度高精度高v需专门设备和工具需专门设备和工具, 成本高成本高v结构结构: v轴及轮毂孔周向均布轴及轮毂孔周向均布的多个键齿互相配合的多个键齿互相配合, 构成花键联接构成花键联接机械设计基础联接v工作原理工作原理: v键侧是工作面，靠键侧是工作面，靠键侧面与键槽挤压键侧面与键槽挤压传递转矩传递转矩机械设计基础联接2、花键类型 d 矩形花键 矩形花键联接按新标准为内径定心，定心精度高，定心稳定性好，配合面均要研磨，磨削消除热处理后变形，应用广泛 渐开线花键

12、30df定心方式为齿形定心，当齿受载时，齿上的径向力能自动定心，有利于各齿均载，应用广泛，优先采用 三角形花键齿数较多，齿较小，对轴强度削弱小。适于轻载、直径较小时及轴与薄壁零件的联接应用较少 机械设计基础联接二、花键联接的设计计算 设计：选花键类型按轴径定花键尺寸验算联接强度 失效形式：键齿的压溃（静联接） 磨损（动联接） 齿根剪断 hCCdmNdD设：工作载荷沿键的工作长度l均匀分布。且各齿面上压力的合力N作用在平均半径dm处，如图 挤压强度条件： PmPdlhzT2000动联接（耐磨性条件）： 2000PdlhzTPm T传递扭矩（N.m） Z花键齿数 l 键齿工作长度（mm）dm花键的

13、平均直径载荷分布不均系数 h键齿侧面工作高度（mm） 机械设计基础联接34 销联接 定位销主要用于零件间位置定位，左图，常用作组合加工和装配时的主要辅助零件。联接销主要用于零件间的联接或锁定，中图，可传递不大的载荷安全销主要用于安全保护装置中的过载剪断元件 ，右图销套安全销机械设计基础联接圆柱销不能多于装拆（否则定位精度下降）圆锥销1：50锥度，可自锁，定位精度较高，允许多于装拆，且便于拆卸特殊型式销带螺纹锥销，开尾锥销（右图）弹性销，开口销，槽销和开口销等多种形式 机械设计基础联接33 无键联接 用轴与毂的联接不用键或花键时，统称无键联接 一、型面联接 轴和毂孔有柱形和圆锥形等。 特点：没有

14、应力集中源，对中性好，承载能力强，装拆方便，但加工不方便，需用专用设备，应用较少。另外成形面还有方形、六边形及切边圆形等，但对中性较差。 机械设计基础联接二、胀套联接 如图为弹性环联接利用锥面贴合并挤紧在轴毂之间用摩擦力传递扭矩，有过载保护作用。弹性环的材料为高碳钢或高碳合金钢（65，70，55Cr2、60Cr2）并经热处理。锥角一般为12.517，另外要求内、外环锥面配合良好。特点：可传递较大扭矩和轴向力，无应力集中，对中性好，但加工要求较高，应用受限制,不超过3-4个为宜。dLDl机械设计基础联接v过盈连接是依靠包容件（孔）和被包容件（轴）配合后的过盈来实现紧固连接的。这种连接的结构简单、

15、同心度好、承载能力强，能承受变载和冲击力，还可避免零件因加工出键槽等而削弱强度，但配合加工精度要求较高，采用圆柱面接合时装拆不便。过盈连接的配合面主要是圆柱面和圆锥面，其他形式较少。3-5 过盈联接 机械设计基础联接过盈联接 Ad圆 柱 面 过 盈 连 接 的 倒 角液 压 拆 装 的 圆 锥 面 过 盈 连 接p靠螺母压紧的圆锥面过盈连接机械设计基础联接过盈连接的装配要求v配合表面应具有良好的表面粗糙度，零件经加热或冷却后要将配合面擦净。v压合前，配合表面处理干净并涂以润滑油，以免装配中擦伤配合面。v压入过程应连续，不宜过快；压入速度一般为24mm/s（不宜超过10mm/s），并应准确控制压

16、入行程。v压合时，应始终保持轴和孔同轴线，不许偏斜；应经常用角尺检查校正。v对于细长的薄壁件，更要细心检查其过盈量和形状偏差，装配时尽可能垂直压入，以防变形。机械设计基础联接过盈连接的装配方法v压入配合法压入配合法 可用手锤加垫块敲击压入，也可采用各类压力机压入。v热胀配合法热胀配合法 又称红套，是利用金属材料热胀冷缩的物理特性，在套与轴有一定过盈时，将套加热，使孔胀大，然后将轴装入胀大的孔中，待冷却后，轴与套孔就获得了传递轴向力、扭矩或轴向力与扭矩同时作用的结合体。v冷缩配合法冷缩配合法 此法是将被包容件进行低温冷却使之冷缩，对小过盈量的小型连接件和薄壁衬套等多采用于冰冷缩（可冷至-78）；

17、过盈量较大的连接件，如发动机的主、副杆衬套等，多采用液氮冷缩（可冷至-196）。v液压套合法液压套合法是使高压油注入锥套中，使油压增大，锥套膨胀顶出或装入。一、螺纹的主要参数二、螺旋副力学特性三、螺纹常用类型四、螺纹联接件主要类型五、螺纹联接防松装置六、螺栓联接的计算七、螺栓材料和许用应力机械设计基础联接一、螺纹的主要参数一、螺纹的主要参数1 螺纹形成螺纹形成v螺旋线形成：螺旋线形成：倾斜线绕在圆柱体上倾斜线绕在圆柱体上形成的曲线形成的曲线v螺纹形成：螺纹形成：平面图形沿螺旋线形成平面图形沿螺旋线形成三角形、矩形、梯形、锯齿形、半圆形螺纹三角形、矩形、梯形、锯齿形、半圆形螺纹v螺旋线的数目螺旋

18、线的数目(线数线数):单线、多线单线、多线机械设计基础联接v粗牙螺纹粗牙螺纹 一般联接一般联接v细牙螺纹细牙螺纹 d1大、强度大、自锁性好，常用于变载大、强度大、自锁性好，常用于变载v旋向旋向(螺旋线方向螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋常用右旋，特殊要求时用左旋v问题：问题：旋向判断旋向判断 ？ d2SP联接联接传动传动 螺纹旋向判断螺纹旋向判断v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v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 左左边高边高左旋左旋机械设计基础联接v(2)右手右手旋，前进旋，前进右旋右旋v 左左

19、手手旋，前进旋，前进左旋左旋机械设计基础联接1) 1) 普通螺纹普通螺纹( (三角形螺纹三角形螺纹) )特点：特点：螺纹的牙型角螺纹的牙型角 =2=2 =60=60 。 因牙型角因牙型角 大，所以当量大，所以当量 摩擦因数大，自锁性能摩擦因数大，自锁性能 好，主要用于连接。好，主要用于连接。二、二、 螺纹的类型、特点和应用螺纹的类型、特点和应用1 1、根据螺纹在螺杆轴向剖面上的形状不同、根据螺纹在螺杆轴向剖面上的形状不同机械设计基础联接细牙螺纹与粗牙螺纹的比较细牙螺纹与粗牙螺纹的比较粗牙：粗牙：常用常用细牙细牙缺点：缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。细牙：细

20、牙：螺距小，自锁螺距小，自锁性能更好。常用于承性能更好。常用于承受冲击、振动及变载受冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中。件上及微调装置中。机械设计基础联接2) 2) 矩形螺纹矩形螺纹特点特点：牙形为正方形，：牙形为正方形， =0=0 ，所以效率高，齿根强度低，用所以效率高，齿根强度低，用于传动。于传动。外螺纹内螺纹Pd1d2d外螺纹内螺纹Pd1d2d外螺纹内螺纹Pd1d2d外螺纹内螺纹Pd1d2d机械设计基础联接3) 3) 梯形螺纹梯形螺纹特点特点： =2=2 =30=30 。比矩形。比矩形螺纹效率略低，在螺旋传动螺纹效率略低，在螺旋传动中有广泛应用。中有广泛

21、应用。30Pd1d2d外螺纹内螺纹30Pd1d2d外螺纹内螺纹30Pd1d2d外螺纹内螺纹30Pd1d2d外螺纹内螺纹机械设计基础联接4) 4) 锯齿形螺纹锯齿形螺纹特点特点：工作边：工作边 =3=3 ，非工作边，非工作边 =30=30 。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点优点, ,能承受较大的载荷能承受较大的载荷, ,但只能用于单向传动。但只能用于单向传动。P330内螺纹外螺纹d1d2dP330内螺纹外螺纹d1d2dP330内螺纹外螺纹d1d2dP330内螺纹外螺纹d1d2d机械设计基础联接5) 5) 圆柱管螺纹圆柱管螺纹 特点特点：

22、用于紧密性要求的管件连接的三角螺纹：用于紧密性要求的管件连接的三角螺纹, , =55=55 。2 主要参数主要参数v大径大径d、D：最大直径最大直径公称直径公称直径v小径小径d1：外螺纹的危险剖面直径外螺纹的危险剖面直径 强度直径强度直径v中径中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽假想直径，牙型沟槽宽与牙的宽度相等宽与牙的宽度相等 计算直径计算直径v螺距螺距P：相邻两牙轴向距离相邻两牙轴向距离v导程导程S：同一条螺纹线的相邻两牙同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，间的轴向距离，S = nP机械设计基础联接d2dd1P d d2 d1L=nP(n=2)Lhd2dd1P d d2 d1L=nP(n=2

23、)Lhd2dd1P d d2 d1L=nP(n=2)Lhd2dd1P d d2 d1L=nP(n=2)Lh d2 机械设计基础联接v升角升角 ：螺纹与其轴线的垂直平螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角面所成的夹角v牙型角牙型角 ：螺纹两侧边的夹角螺纹两侧边的夹角d1D, dSP22/dnParctgdarctgS二、螺旋副力学特性二、螺旋副力学特性v螺旋副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面螺旋副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面v螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动v当螺杆和螺母之间受到轴向力当螺杆和螺母之间受到轴向力Q时，拧动螺杆或螺母，时，拧动螺

24、杆或螺母，螺旋面间将产生摩擦力螺旋面间将产生摩擦力1 斜面摩擦斜面摩擦2 矩形螺纹矩形螺纹3 三角形螺纹三角形螺纹4 螺纹联接的拧紧力矩螺纹联接的拧紧力矩机械设计基础联接1 矩形螺纹矩形螺纹v螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动 滑块沿斜面运动滑块沿斜面运动v假设：假设：1)载荷分布在中线上载荷分布在中线上; 2)单面产生摩擦力单面产生摩擦力v螺旋升角螺旋升角d2dd1 2d s =z pv12rR21nnF 22tandpzds 拧紧力拧紧力拧紧力矩拧紧力矩防松力防松力防松力矩防松力矩机械设计基础联接1 斜面摩擦斜面摩擦分析使滑块等速运动所需要的水平力分析使滑块等速运

25、动所需要的水平力等速上升：等速上升：v平衡条件：平衡条件：v拧紧力：拧紧力：v拧紧力矩：拧紧力矩：v传动效率：传动效率： FQR21+r v12QFN21F21rR21021 RQF)tan(r r QF机械设计基础联接2tan()2dTQr22tan22tan()2Q dQSdTQr等速下滑：等速下滑：v平衡条件：平衡条件：v防松力：防松力：v效率：效率：自锁条件：自锁条件：v当当 r r时，时，F 0，原工作阻力，原工作阻力F反向作用，作为驱动力反向作用，作为驱动力时，滑块才能移动时，滑块才能移动v结论：结论：当当 r r 时，滑块自锁时，滑块自锁 v12FQ r rR21R21QF FN

26、21F21r021 RQF)tan(r r QF机械设计基础联接222tan()2tan()2tantandQTQSQ drr2 三角三角形螺纹形螺纹v反力反力v摩擦力摩擦力v当量摩擦角当量摩擦角N/2N/2NN 900- 900- QffQfNFvf cos2QN cos2 r rcosarctanarctanffvv 机械设计基础联接v拧紧力拧紧力v拧紧力矩拧紧力矩)tan(22vQddFMr r )tan(vQFr r )tan(2222vQddFMr r )tan(vQFr r v防松力防松力v防松力矩防松力矩三角三角形螺纹形螺纹（续）（续）v效效 率率v自锁条件自锁条件N/2N/2N

27、N 900- 900- 0)tan( vQFr r r rv)tan(/tan/vdrWWr r v思考：思考：1. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动？2. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种易自锁，宜用于联接矩形螺纹和三角螺纹哪一种易自锁，宜用于联接？机械设计基础联接机械设计基础联接矩形螺纹非矩形螺纹驱动力转距效率自锁条件)(rQtgF2)(.2221dtgQdQTr)(rtgtgr)(vQtgFr2)(.2221dtgQdQTvr)(vtgtgrvr机械设计基础联接（三）、 对螺纹性能的影响 对螺纹性能之影响 对螺纹性能之影响 效率单线螺纹（ 小）

28、多用于连接自锁性单线螺纹（ 大）多用于传动 效率三角形螺纹（ 大）多用于连接自锁性矩形、梯形、锯齿形螺纹（ 小）多用于传动四、螺纹联接件主要类型四、螺纹联接件主要类型1 标准螺纹联接件标准螺纹联接件v螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓 铰制孔螺栓铰制孔螺栓v双头螺栓双头螺栓v螺钉螺钉联接螺钉联接螺钉紧定螺钉、自攻螺钉紧定螺钉、自攻螺钉v螺母螺母：六角螺母、圆螺母：六角螺母、圆螺母v垫圈垫圈：平垫圈、斜垫圈：平垫圈、斜垫圈螺纹联接件通过组合形成螺纹联接螺纹联接件通过组合形成螺纹联接机械设计基础联接2 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型v螺栓联接螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接

29、v双头螺栓联接双头螺栓联接v螺钉联接螺钉联接螺钉联接螺钉联接紧定螺钉、自攻螺钉联接紧定螺钉、自攻螺钉联接v其它联接：地脚螺栓、吊环螺钉其它联接：地脚螺栓、吊环螺钉v螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、装拆要求等进行选择装拆要求等进行选择机械设计基础联接螺栓联接螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接v特点：特点：孔与杆间有间隙、被联接孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便件上无需切制螺纹、装拆方便v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铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接v特点：特点：孔与杆间无间隙、被联接孔与杆间无间隙、被联接件上无需切制螺纹、

30、装拆方便件上无需切制螺纹、装拆方便v适用场合：适用场合：承受横向载荷的场合承受横向载荷的场合机械设计基础联接双头螺栓、螺钉联接双头螺栓、螺钉联接双头螺栓联接双头螺栓联接v特点：特点：孔与杆间有间隙、被联接孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便件上无需切制螺纹、装拆方便v适用场合：适用场合：用于被联接件之一较用于被联接件之一较厚、经常装拆的场合厚、经常装拆的场合螺钉联接螺钉联接v特点：特点：孔与杆间无间隙、被联接孔与杆间无间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便件上无需切制螺纹、装拆方便v适用场合：适用场合：被联接件之一较厚，被联接件之一较厚，且不常装拆的场合且不常装拆的场合机械设计基础

31、联接紧定螺钉联接紧定螺钉联接适用场合：适用场合：v多用于轴上零件的固定，多用于轴上零件的固定，传递较小的力传递较小的力v锥端螺钉联接锥端螺钉联接v平端螺钉联接平端螺钉联接v圆柱端螺钉联接圆柱端螺钉联接机械设计基础联接其他联接其他联接v地脚螺栓联接、地脚螺栓联接、吊环螺栓联接吊环螺栓联接、 T形槽螺栓联接形槽螺栓联接机械设计基础联接3 螺纹联接的拧紧力矩螺纹联接的拧紧力矩v目的：目的：防止松动防止松动提高可靠性、强提高可靠性、强度、紧密性度、紧密性v螺母拧紧时螺母拧紧时预紧力预紧力Fsv拧紧阻力矩拧紧阻力矩 T 的大小：的大小： ？v螺旋副间的摩擦力矩螺旋副间的摩擦力矩 T1 ：v螺母与支承面间

32、摩擦力矩螺母与支承面间摩擦力矩 T2 ：机械设计基础联接螺栓螺栓预紧拉力预紧拉力F F0 0被联接件被联接件预紧压力预紧压力F F0 0v施加在扳手上的力施加在扳手上的力FT21TTT)tan(221vsdFT mszrFfT 2TFsFsLFTTTT 21T1T2控制控制拧紧力矩拧紧力矩的扳手的扳手v定力矩扳手定力矩扳手v测力矩扳手测力矩扳手机械设计基础联接控制控制拧紧力拧紧力臂臂v选择扳手长度选择扳手长度机械设计基础联接五、螺纹联接防松装置五、螺纹联接防松装置v问题：问题：v为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法？为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法？v静载荷：静载荷：r r

33、v(自锁自锁) + 预紧后摩擦力预紧后摩擦力防止松动防止松动v动载荷：动载荷：摩擦力减小、消失摩擦力减小、消失不可靠不可靠v温度：温度：螺栓和被连接件变形导致连接松脱螺栓和被连接件变形导致连接松脱v螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动v螺纹联接防松的方法按工作原理可分为螺纹联接防松的方法按工作原理可分为:1 摩擦防松摩擦防松2 机械防松机械防松3 其它：其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）机械设计基础联接1 摩擦防松摩擦防松v使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副使螺纹接触面间始终保持一定的压力，

34、始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩转动的摩擦阻力矩v弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母(双螺母双螺母)防松防松机械设计基础联接对顶螺母防松对顶螺母防松v使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副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转动的摩擦阻力矩v对顶螺母防松对顶螺母防松机械设计基础联接2 机械防松机械防松v用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性转动的可能性v开口销、止动垫圈、串联钢丝防松开口销、止动垫圈、串联钢丝防松机械设计基础联接螺栓螺栓开槽螺

35、母开槽螺母开口销开口销装配图装配图止动垫圈止动垫圈防松防松v用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性转动的可能性机械设计基础联接串联钢丝防松串联钢丝防松机械设计基础联接正确错误正确错误v用机械装用机械装置把螺母置把螺母和螺栓联和螺栓联成一体，成一体，消除了它消除了它们之间相们之间相对转动的对转动的可能性可能性3 其它：其它：破坏螺纹副关系破坏螺纹副关系v焊接焊接v铆冲铆冲机械设计基础联接六、螺栓联接的计算六、螺栓联接的计算松螺栓联接：松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力无预紧力，只有工作拉力紧螺栓联接：紧螺栓联接：有预紧力，

36、还有工作拉力有预紧力，还有工作拉力1 失效形式失效形式2 设计步骤设计步骤3 松螺栓联接强度设计松螺栓联接强度设计4 紧螺栓联接强度设计紧螺栓联接强度设计仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接受偏心载荷的紧螺栓联接受偏心载荷的紧螺栓联接机械设计基础联接螺栓组联接螺栓组联接1 失效形式失效形式v失效形式：失效形式：v 1. 螺栓杆拉断（普通螺栓）螺栓杆拉断（普通螺栓）v 2. 螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）v 3. 经常装拆因磨损而发生滑扣经常装拆因磨损而发生滑扣v普通螺栓主要为普

37、通螺栓主要为螺纹部分发生断裂螺纹部分发生断裂v受剪螺栓受剪螺栓(铰制孔螺栓铰制孔螺栓)主要为压溃和剪切主要为压溃和剪切机械设计基础联接2 设计步骤设计步骤一般设计步骤：一般设计步骤：v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）v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。v若若d1与与d1（假定的小径）相近，则合用；否则再选（假定的小径）相近，则合用；否则再选机械设计基础联接3 松螺栓联

38、接强度设计松螺栓联接强度设计v受载荷形式受载荷形式轴向拉伸轴向拉伸(工作拉力工作拉力F)v失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断 (静、疲劳静、疲劳)v设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度v强度条件：强度条件： v设计计算方法：设计计算方法：v校核式校核式 :v设计式设计式:机械设计基础联接 214dFAF41Fd F4 紧螺栓联接强度设计紧螺栓联接强度设计(1) 仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接v受载荷形式受载荷形式拧紧后拧紧后:轴向拉伸轴向拉伸(工作拉力工作拉力Fs)v 拧紧过程中拧紧过程中:轴向拉伸轴向拉伸Fs 、扭力、扭力Tv失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断 (拉、扭

39、综合作用拉、扭综合作用)v设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度v强度条件：强度条件： v设计计算方法：设计计算方法：v校核式校核式 :机械设计基础联接TFsFs拧紧力矩拧紧力矩T T剪应力剪应力预紧拉力预紧拉力F FS S拉应力拉应力5 .0 3 . 1)5 . 0(332222 4/3 . 121 dFSx1.341 SFd v设计式设计式:(2) 受横向载荷的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接v受载荷形式受载荷形式工作载荷作用之前工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力，螺栓已受预紧力 FS作用作用v （拧紧过程中拧紧过程中:轴向拉伸轴向拉伸FS 、扭力、扭力T）v 拧紧后拧紧后: 预紧

40、力预紧力 Fsv失效形式失效形式 相同否相同否？两种情况的工作原理不同！机械设计基础联接普通螺栓普通螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓受横向载荷的普通螺栓联接受横向载荷的普通螺栓联接v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Fs 、扭力扭力Tv失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断 (拉、扭综合作用拉、扭综合作用)v设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度v强度条件强度条件： v设计计算方法设计计算方法：v问题：预紧力问题：预紧力Fs应满足的条件应满足的条件?与横向载荷与横向载荷F有何关系有何关系？v依据：被联接件不滑移依据：被联接件不滑移界面摩擦力界面摩擦力F Fv即：即：机械设计

41、基础联接FSFSFFTFSFSv校核式校核式 :4/3 . 121 dFSx1.341 SFd v设计式设计式:SffFk FfSk FFf讨论：讨论：kf=1/2,f=0.2时，时，FS=?F受横向载荷的铰制孔螺栓联接受横向载荷的铰制孔螺栓联接v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Fs 、扭力扭力T(预紧力小，计算时可忽略预紧力小，计算时可忽略)v 工作时：工作时：横向载荷横向载荷Fv失效形式失效形式侧面压溃及螺栓剪切侧面压溃及螺栓剪切v设计准则设计准则保证挤压、剪切强度保证挤压、剪切强度v强度条件强度条件： p p、 v设计计算方法：设计计算方法：v挤压强度：挤压强度

42、：v剪切强度：剪切强度：机械设计基础联接min0ppLdF 420 dF讨论：讨论：v普通螺栓受横向载荷普通螺栓受横向载荷F时，为保证结合面时，为保证结合面不发生滑移，靠结合面的摩擦力抵抗不发生滑移，靠结合面的摩擦力抵抗Fv预紧力预紧力Fs的大小，根据接合面不发生滑移的大小，根据接合面不发生滑移的条件确定的条件确定vf=0.2时，时，FS=6Fv结论：结论：v横向载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓横向载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓v宜采用铰制孔螺栓宜采用铰制孔螺栓v必须采用普通螺栓时，应配合必须采用普通螺栓时，应配合减载销、键或减载套筒减载销、键或减载套筒使用使用v减载装置强度计算同铰制孔

43、螺栓计算减载装置强度计算同铰制孔螺栓计算机械设计基础联接FSFsFFTx1.341 SFd FFfS2.1 (3) 受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接v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Fs 、扭力扭力Tv工作时，工作时，再承受工作载荷再承受工作载荷Fv此时，螺栓所受的总拉力此时，螺栓所受的总拉力:vF0 = FS+F ?机械设计基础联接TFSFSFFF0F0v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调条件变形协调条件: l l1 1 l lb l l机械设计基础联接F0F+FSF0=F+FS

44、l l1l lb l l1 l lbTFSFSFFF0F0FsFsFsFs预紧预紧FS受载受载F螺栓螺栓被联接件被联接件拉力拉力FS，伸长，伸长l l1压力压力FS，压缩，压缩l lb拉力拉力F0, 伸长伸长l l1 1 l l1 1压力压力FS, 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FF受力变形线图受力变形线图应变与力关系应变与力关系:机械设计基础联接FS：残余预紧力：残余预紧力v防止受载后接合防止受载后接合面产生缝隙面产生缝隙v根据紧密性要求根据紧密性要求选取，见选取，见p193预紧预紧FS受载受载F螺栓螺栓被联接件被联接件拉

45、力拉力FS，伸长，伸长l l1压力压力FS，压缩，压缩l lb拉力拉力F0, 伸长伸长l l1 1 l l压力压力FS, 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 lbllFSFF0FS被联接件被联接件螺栓螺栓l lbCFAEF l l应变与力关系应变与力关系:机械设计基础联接形变形变l l力力Fl l1l lbllFSFF0FS被联接件被联接件螺栓螺栓l lbCFAEF l l12ssssFFFFFCCl221()ssCFFFCC螺栓总拉力螺栓总拉力:工件残余预紧力工件残余预紧力:1021()sCFFFC

46、C变形协调条件变形协调条件: l l1 1 l lb l lF0F+FSF0=F+FS相对刚度相对刚度受轴向载荷螺栓强度计算受轴向载荷螺栓强度计算v螺栓受到的总拉力螺栓受到的总拉力F0= F+ FSv则螺栓强度计算公式：则螺栓强度计算公式：机械设计基础联接v校核式校核式 :4/3 . 1210 dFx1.3401 Fd v设计式设计式:(4) 受偏心载荷的紧螺栓联接受偏心载荷的紧螺栓联接v螺栓受到的总拉力除工作时总拉力外，螺栓受到的总拉力除工作时总拉力外，还附加偏心弯矩作用，螺栓总拉应力还附加偏心弯矩作用，螺栓总拉应力大很多大很多v避免受偏心载荷避免受偏心载荷v方法：方法：避免使用钩头螺栓；加

47、工凸台避免使用钩头螺栓；加工凸台或凹台使支撑面平整或凹台使支撑面平整机械设计基础联接七、螺栓的材料和许用应力七、螺栓的材料和许用应力机械设计基础联接 1、材料：材料： 普通垫圈：低碳钢弹簧垫圈：65Mn螺栓螺母：低、中碳钢 如：Q215，Q235，35，45。也有合金钢如40Cr。 通常螺母的强度小于或等于螺栓的强度2、许用应力、许用应力 根据螺栓的公称直径根据螺栓的公称直径d和材料，查表和材料，查表10-8机械设计基础联接例例 一钢制压力容器见图。容器一钢制压力容器见图。容器内压力为内压力为p p=2MPa=2MPa，容器内径为容器内径为D D2 2 =125mm，容器盖由容器盖由 6 6个螺栓个螺栓连接在容器上，设每个连接在容器上，设每个 螺栓承受的工作载荷螺栓承受的工作载荷 为为F F，残余预紧力为残余预紧力为 F F=1.5=1.5F F，如螺栓材如螺栓材 料选用料选用4545钢。试设计钢。试设计 螺栓的直径。螺栓的直径。机械设计基础联接解：解：此类连接属受轴向、静载、紧螺栓连接。此类连接属