机械设计课件联接

1、第五章第五章 螺纹连接和螺旋传动螺纹连接和螺旋传动螺纹螺纹螺纹联接的类型和标准联接件螺纹联接的类型和标准联接件 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施螺旋传动螺旋传动 键联接和花键联接键联接和花键联接 其它联接其它联接本章主要内容l1 螺纹及螺纹连接的基本知识l2螺栓组连接的设计，包括单个螺栓的预紧、强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高连接强度的措施等联接的目的联接的目的 便于机器的制造、安装、运输、维修便于机器的制造、安装、运输、维修以及提高劳动生产率。以及提高劳动生产率。

2、学习目标学习目标 熟悉机器联接中常用的各种联接件的熟悉机器联接中常用的各种联接件的结构、类型、性能和应用场合，掌握设计结构、类型、性能和应用场合，掌握设计理论和选用方法。理论和选用方法。联接的分类联接的分类动联接动联接：静联接静联接：机器工作时，零部件之间可以有相对机器工作时，零部件之间可以有相对运动。例如：机械原理中，各种运动运动。例如：机械原理中，各种运动副之间的联接。副之间的联接。在机器工作中，不允许零部件之间存在机器工作中，不允许零部件之间存在相对运动的联接。在相对运动的联接。静联接静联接可拆联接：可拆联接：不需毁坏联接中的任何一个零件就可拆不需毁坏联接中的任何一个零件就可拆 开的联接

3、。例如：螺纹联接、键联接。开的联接。例如：螺纹联接、键联接。不可拆联接不可拆联接：至少毁坏联接中的一部分才能拆开至少毁坏联接中的一部分才能拆开 的联接。例如：铆接、焊接等。的联接。例如：铆接、焊接等。过盈联接过盈联接5-1 5-1 螺纹螺纹 一、螺纹的类型和应用一、螺纹的类型和应用螺纹有外螺纹和内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。螺纹有外螺纹和内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。 按其作用分为按其作用分为： 联接螺纹：如普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹；联接螺纹：如普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹； 传动螺纹：梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹。传动螺纹：梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹。 按使用单位制分为按使用单

4、位制分为： 英制螺纹：如管螺纹（螺距以每英寸牙数表示）；英制螺纹：如管螺纹（螺距以每英寸牙数表示）； 米制：其余均为米制。米制：其余均为米制。 除矩形螺纹外，其余螺纹均已标准化。标准螺纹的基除矩形螺纹外，其余螺纹均已标准化。标准螺纹的基本尺寸，可查阅有关标准。本尺寸，可查阅有关标准。 常用螺纹的类型、特点和应用常用螺纹的类型、特点和应用 见表见表 5-1 (5-1 (教材教材P62)P62)湖大衡阳分校专用 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

5、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大衡阳分校专用 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1530330湖大衡阳分校专用 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湖大衡阳分校专用 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

6、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PSS = 2PPSPS =Pn线螺纹线螺纹: S = n P湖大衡阳分校专用 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

7、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大衡阳分校专用 外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹湖大衡阳分校专用 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螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外

8、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大衡阳分校专用 联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹湖大衡阳分校专用 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大衡阳分校专用 圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹

9、圆锥螺纹管螺纹管螺纹湖大衡阳分校专用 (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。d1d2d(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。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。tg=d2 nP 牙侧角牙侧角 d2SS = nP同一条螺旋线上的相

10、邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P二、螺纹的主要几何参数二、螺纹的主要几何参数SPP/2P/2二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数（1 1）大径）大径d d（公称直径公称直径）（2 2）小径）小径d d1 1（3 3）中径）中径d d2 2（4 4）线数）线数n n 单线单线螺纹螺纹 多线多线螺纹螺纹（5 5）牙型角）牙型角（6 6）接触高度）接触高度h h 注注： 常用的联接螺纹要求自锁性，故多采用单线螺纹；传动常用的联接螺纹要求自锁性，故多采用单线螺纹；传动螺纹要求传动效率高，故采用双线或三线螺纹。为了便于制螺纹要求传动效率高，故采用双线或三线螺纹。为了便于制造，一般线数造，一般线数n4

11、n4。（7 7）螺距）螺距P P（8 8）导程）导程S S 单线螺纹单线螺纹S=PS=P；多线螺纹；多线螺纹S=nPS=nP。（9 9）螺纹升角）螺纹升角（1010）螺纹旋向）螺纹旋向 左旋螺纹，右旋螺纹（左旋螺纹，右旋螺纹（常用常用） 旋向判定旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，：顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋， 右边高则为右旋。右边高则为右旋。 2arctandnp5-2 5-2 螺纹联接的类型和标准联接件螺纹联接的类型和标准联接件 （一）（一） 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型 螺栓联接：普通螺栓联接螺栓联接：普通螺栓联接 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接 双头螺栓

12、联接双头螺栓联接 螺钉联接螺钉联接 紧定螺钉联接紧定螺钉联接 其它：地脚螺栓联接、吊环螺栓联接、其它：地脚螺栓联接、吊环螺栓联接、T T型槽螺栓联接型槽螺栓联接螺纹紧固件大都为标准件，常用的有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺纹紧固件大都为标准件，常用的有螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母和垫圈等。紧定螺钉、螺母和垫圈等。 1.1.普通螺栓联接普通螺栓联接特点：工作时受拉，无需在被联件上加工螺纹孔，装拆方便，特点：工作时受拉，无需在被联件上加工螺纹孔，装拆方便，用于两被联件均不太厚的场合。用于两被联件均不太厚的场合。 2.2.铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接特点：工作时受剪，除起特点：工作时受剪，除起

13、联接作用外，还起定位联接作用外，还起定位作用。作用。3.3.双头螺柱联接双头螺柱联接 特点：用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时只特点：用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时只需拧下螺母即可。需拧下螺母即可。4.4.螺钉联接螺钉联接螺钉拧入深度螺钉拧入深度H H 钢或青铜钢或青铜 HdHd 铸铁铸铁H=(1.251.5)d H=(1.251.5)d 铝合金铝合金 H=(1.5 2.5)dH=(1.5 2.5)d特点：用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。特点：用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。 5.5.紧定螺钉联接紧定螺钉联接特点：螺钉末端顶住另特点：螺钉末端顶住另一

14、零件的表面或相应一零件的表面或相应凹坑，以固定两个零凹坑，以固定两个零件的相互位置，并可件的相互位置，并可传递不大的力或力矩传递不大的力或力矩。 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 T形槽螺栓联接形槽螺栓联接（二）常用标准螺纹连接件（二）常用标准螺纹连接件 见教材表见教材表5-2 P665-2 P66螺纹紧固件的性能等级和材料螺纹紧固件的性能等级和材料螺纹联接件的常用材料螺纹联接件的常用材料 低碳钢低碳钢Q215Q215、1010号钢：号钢：一般联接一般联接 中碳钢中碳钢Q235Q235、3535、4545号钢：号钢：一般联接一般联接 低合金钢、合金钢如低合金钢、合金钢如1

15、5Cr15Cr、40Cr30CrMnSi40Cr30CrMnSi等：承受振等：承受振 动、冲击、变载的动、冲击、变载的重要联接重要联接垫片材料垫片材料 ：普通垫片：普通垫片： Q215Q215、 1515、3535号钢；号钢； 弹簧垫片：弹簧垫片：65Mn65Mn。（需热处理）（需热处理）螺栓的性能等级螺栓的性能等级螺母的性能等级螺母的性能等级注：注：先选用性能等级，再选用推荐材料，一般采用先选用性能等级，再选用推荐材料，一般采用4.64.6、4.84.8、5.65.6、5.85.8等几个级别。等几个级别。 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧（一）（一） 预紧的目的预紧的目的受载之前受载之前拧紧螺母

16、拧紧螺母预紧力预紧力F F1.1.提高联接的紧密性提高联接的紧密性2.2.防止联接松动防止联接松动3.3.提高联接件强度提高联接件强度 5-3 5-3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧防止联接松动防止联接松动 提高联接的紧密性提高联接的紧密性 （二）控制预紧力的方法（二）控制预紧力的方法原因：原因：T F T F 拉断、滑扣拉断、滑扣 TT不能满足工作要求不能满足工作要求方法：方法：1.1.控制应力或应变控制应力或应变2.2.控制拧紧力矩控制拧紧力矩3.3.控制拧紧力臂控制拧紧力臂4.4.测量螺栓伸长量测量螺栓伸长量控制应力或应变控制应力或应变应变片控制拧紧力矩控制拧紧力矩测力矩扳手定力矩扳手控制

17、拧紧力臂控制拧紧力臂 （三）拧紧力矩与预紧力的关系（三）拧紧力矩与预紧力的关系以螺母分析：以螺母分析：T=TT=T1 1+T+T2 2 T T1 1螺母支承面间的摩擦阻力矩螺母支承面间的摩擦阻力矩 T T2 2螺纹副间的摩擦力矩螺纹副间的摩擦力矩a)螺母所 受转矩b)螺栓所 受转矩c)螺栓转 矩图T1T2T1TTTT434T3T1 )(221vtgdFT20213031231dDdDFTcFF预紧力；预紧力；d d2 2螺纹中径；螺纹中径；螺纹升角；螺纹升角；v v当量摩擦角；当量摩擦角；c c螺母与被联接件承压面间的摩擦系数；螺母与被联接件承压面间的摩擦系数；D D1 1，d d0 0分别为

18、承压面的外径和内径。分别为承压面的外径和内径。 拧紧力矩与预紧力的关系拧紧力矩与预紧力的关系d d2 2 0.9d ; y=10.9d ; y=14242=3=32 2v vacrtg(1.155f);f0.1-0.2acrtg(1.155f);f0.1-0.2c c0.15;D0.15;D1 1 1.5d ;d1.5d ;d0 0 1.1d1.1d代入整理：代入整理： 注注：不控制预紧力时，不宜采取：不控制预紧力时，不宜采取M12M12以下的螺栓。以下的螺栓。20213031231)(2dDdDFtgdFTcvdFT2 . 05-45-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松1 1、螺纹联接按自锁条

19、件设计、螺纹联接按自锁条件设计 v v。 静载静载下不会自行松脱。下不会自行松脱。 2 2、松动原因、松动原因 冲击、振动、变载荷下；温度变化较大时冲击、振动、变载荷下；温度变化较大时螺旋副摩擦螺旋副摩擦 力力F Ff f减小或瞬时消失减小或瞬时消失 松动松动 3 3、螺纹联接防松的实质：、螺纹联接防松的实质： 在于限制螺旋副的相对转动。在于限制螺旋副的相对转动。4 4、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 摩擦防松摩擦防松 机械防松机械防松 其它：破坏螺纹副关系（焊接、铆冲、粘接）其它：破坏螺纹副关系（焊接、铆冲、粘接）摩擦防松摩擦防松：弹簧垫圈防松：弹簧垫

20、圈防松摩擦防松摩擦防松：自锁螺母防松：自锁螺母防松摩擦防松摩擦防松：对顶螺母防松：对顶螺母防松机械防松机械防松开口销开口销开槽螺母防松开槽螺母防松螺栓装配图开槽螺母开口销 开口销与槽形螺母机械防松机械防松：止动垫片防松：止动垫片防松机械防松机械防松：止动垫片防松：止动垫片防松机械防松机械防松：串联钢丝防松：串联钢丝防松正确错误其它其它：破坏螺纹副关系防松：破坏螺纹副关系防松5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算实质：实质：根据联接的类型、联接的配合情况、载荷状根据联接的类型、联接的配合情况、载荷状况进行受力分析，找出螺栓组内受力最大的螺栓况进行受力分析，找出螺栓组内受力最大的螺栓

21、及其所受的力，然后按单个螺栓，按相应条件进及其所受的力，然后按单个螺栓，按相应条件进行强度计算。行强度计算。方法：方法：受力分析受力分析确定失效形式确定失效形式建立计算准则建立计算准则建立强度计算公式。建立强度计算公式。一一 受拉螺栓联接受拉螺栓联接受力情况：受力情况：轴向拉力轴向拉力失效形式：失效形式：断裂断裂 静力断裂：静载荷，且严重过载。静力断裂：静载荷，且严重过载。 疲劳断裂：变载荷，多数属此，且疲劳断裂常发生在螺纹疲劳断裂：变载荷，多数属此，且疲劳断裂常发生在螺纹根部，即截面面积较小，并有缺口应力集中的部位，有时也根部，即截面面积较小，并有缺口应力集中的部位，有时也发生在螺栓头与光杆

22、的交接处。发生在螺栓头与光杆的交接处。计算准则：计算准则：抗拉强度准则，即抗拉强度准则，即 。 AF（1 1）受拉松螺栓联接）受拉松螺栓联接 松联接：松联接：联接在装配时不拧紧螺母，在承受工作载荷之前，螺联接在装配时不拧紧螺母，在承受工作载荷之前，螺栓不受力。（比较少见，拉杆、起重吊钩等的螺纹联接属此栓不受力。（比较少见，拉杆、起重吊钩等的螺纹联接属此类。）类。）校核公式校核公式设计公式设计公式 214dF41Fd （2 2）受拉紧螺栓联接）受拉紧螺栓联接紧联接：紧联接：联接在装配时拧紧螺母，在承受工作载荷之前，螺联接在装配时拧紧螺母，在承受工作载荷之前，螺栓有预紧力栓有预紧力FF的作用。的作

23、用。1 1仅受预紧力仅受预紧力FF作用的紧联接作用的紧联接螺栓受力：拉力和扭转（由螺纹摩擦力矩螺栓受力：拉力和扭转（由螺纹摩擦力矩T1引起）。引起）。螺栓危险截面的拉伸应力：螺栓危险截面的拉伸应力： 螺栓危险截面的扭转切应力：螺栓危险截面的扭转切应力： 214dF312162tanddFVT对于对于M10-68M10-68普通螺纹的钢制螺栓，一般可取普通螺纹的钢制螺栓，一般可取T0.5。 由于螺栓材料是塑性的，根据第四强度理论，螺栓预紧状态由于螺栓材料是塑性的，根据第四强度理论，螺栓预紧状态下的计算应力下的计算应力 校核公式校核公式 设计公式设计公式 3 . 1322Tca 2143 . 1d

24、F Fd3 . 141说明说明（1 1）受）受FF作用的紧联接，按拉伸强度进行计算，但是应把作用的紧联接，按拉伸强度进行计算，但是应把FF 加大加大30%30%，来考虑螺纹摩擦力矩（扭转）的影响。，来考虑螺纹摩擦力矩（扭转）的影响。（2 2）靠摩擦力抵抗工作载荷的紧联接，其螺栓仅承受）靠摩擦力抵抗工作载荷的紧联接，其螺栓仅承受FF作作 用，且用，且FF不受工作载荷的影响，由于摩擦力变化较大，不受工作载荷的影响，由于摩擦力变化较大， 此联接不宜用于载荷突然变化的场合（振动、冲击或变此联接不宜用于载荷突然变化的场合（振动、冲击或变 载荷）。载荷）。（3 3）靠摩擦力抵抗工作载荷的紧螺栓联接，螺栓直

25、径较大。）靠摩擦力抵抗工作载荷的紧螺栓联接，螺栓直径较大。因为因为FFFFR R/ /S S，若，若S S=0.2=0.2时，则时，则F5FF5FR R，结果必然使螺栓，结果必然使螺栓的结构尺寸增加。的结构尺寸增加。 通常采用减载零件的紧螺栓联接，其强度按减载零件的剪切、通常采用减载零件的紧螺栓联接，其强度按减载零件的剪切、挤压强度条件计算，而螺纹联接只是保证联接，不再承受工挤压强度条件计算，而螺纹联接只是保证联接，不再承受工作载荷，因此预紧力不必很大，但这种联接增加了结构和工作载荷，因此预紧力不必很大，但这种联接增加了结构和工艺上的复杂性。艺上的复杂性。 （a a）减载销）减载销 （b b）

26、减载套筒）减载套筒 （c c）减载键）减载键（2 2）受拉紧螺栓联接）受拉紧螺栓联接2 2受受FF及轴向工作拉力及轴向工作拉力F F作用的紧联接作用的紧联接（1 1）工作要求：工作要求：螺栓强度，联接紧密性；螺栓强度，联接紧密性；（2 2）受力和变形分析：受力和变形分析：F F0 0 = F+F= F+F （a a）开始拧紧（）开始拧紧（b b）拧紧后（）拧紧后（c c）受工作载荷时（）受工作载荷时（d d）工作载荷过大时）工作载荷过大时螺栓和被联接件的受力与变形图螺栓和被联接件的受力与变形图 （a a）拧紧时）拧紧时 （b b）两图合并）两图合并 （c c）受工作载荷时）受工作载荷时螺栓和被

27、联接件的受力变形线图螺栓和被联接件的受力变形线图 工作情况工作情况螺栓螺栓被联接件被联接件受力受力变形变形受力受力变形变形未拧紧未拧紧无无无无无无无无拧紧螺母拧紧螺母FF（拉）（拉） 1 1（伸长）（伸长）FF（压）（压）2 2（压缩）（压缩）工作拉力工作拉力F F作作用用FFFF0 01 11 1+ +1 1FF2 2- -1 1螺栓的总拉力螺栓的总拉力F F0 0=F+F=F+F为保证联接的紧密性，应使残余预紧力为保证联接的紧密性，应使残余预紧力F0F0。对于有紧密性要求的联接：对于有紧密性要求的联接：F=(1.5F=(1.51.8)F1.8)F；一般联接，若无载荷变化，一般联接，若无载荷

28、变化， F=(0.2F=(0.20.6)F 0.6)F ，工作载荷不稳，工作载荷不稳定，定， F=(0.6F=(0.61.0)F 1.0)F ；对于地脚螺栓对于地脚螺栓FF FF 。 根据变形协调条件有根据变形协调条件有 FCCCFF2110（3 3）强度计算）强度计算 1 1）静强度：静强度： 或或 2 2）疲劳强度：疲劳强度：对于受轴向变载荷的重要联接，除作静强度计对于受轴向变载荷的重要联接，除作静强度计算外，还应作疲劳强度校核。算外，还应作疲劳强度校核。 工作拉力：工作拉力：0 0F F（变载荷），螺栓受力：（变载荷），螺栓受力：FFF F0 0 21043 . 1dFca 013 .

29、14FdFCCCFF2110方法方法设计时，一般可先按静载荷强度计算，初定螺栓直径，然后再设计时，一般可先按静载荷强度计算，初定螺栓直径，然后再校核其疲劳强度。校核其疲劳强度。由于影响变载荷零件疲劳强度的主要因素是应力幅，故这里的由于影响变载荷零件疲劳强度的主要因素是应力幅，故这里的螺栓疲劳强度的校核公式为螺栓疲劳强度的校核公式为式中式中a a螺栓的许用应力幅，螺栓的许用应力幅，MPaMPa。aadFCCC21211minmax224.2 4.2 受剪螺栓联接受剪螺栓联接铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接受力情况：受力情况：横向力横向力失效形式：失效形式：螺栓杆被剪断，螺栓杆与孔壁的贴合面压溃。螺栓

30、杆被剪断，螺栓杆与孔壁的贴合面压溃。计算准则：计算准则：保证联接的挤压强度准则，即保证联接的挤压强度准则，即 螺栓的剪切强度准则，即螺栓的剪切强度准则，即 PP 强度计算强度计算 挤压强度准则挤压强度准则 剪切强度准则剪切强度准则式中式中 h h为计算对象的受压为计算对象的受压高度。高度。PSPhdF0 204dFs4.3 4.3 许用应力许用应力 =S S/S/S， =S S/S/S对于钢对于钢 对于铸铁对于铸铁式中式中 S S、B B为螺栓材料的屈服极限和强度极限，常用铸铁联为螺栓材料的屈服极限和强度极限，常用铸铁联接件的接件的B B ：200200250MPa250MPa。说明说明对于对

31、于d d1 1的试算（因为的试算（因为d d1 1确定后，才能查表确定后，才能查表13.713.7确定确定S S）初估初估dd查表查表13.713.7确定确定SS=S S/Sd/Sd1 1查标准确定查标准确定d d（d d应与初估应与初估d d相符）。（但通常只要最后确定的相符）。（但通常只要最后确定的d d在初估在初估d d的同的同一范围内就行，如一范围内就行，如M6M6M16M16或或M16M16M30M30等）等）PSPSPBPS5-55-5螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计设计内容及方法设计内容及方法1 1螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计 确定结合面的几何形状及螺栓的布置方式和个

32、数；确定结合面的几何形状及螺栓的布置方式和个数；2 2根据联接受载情况，进行受力分析；根据联接受载情况，进行受力分析；3 3根据螺栓受力进行螺栓强度计算。根据螺栓受力进行螺栓强度计算。（一）（一） 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计1 1目的：合理解决联接结合面的几何形状，确定螺栓布置方目的：合理解决联接结合面的几何形状，确定螺栓布置方式及个数；式及个数；2 2螺栓组联接的结构设计应考虑的问题螺栓组联接的结构设计应考虑的问题 被联接件形状应简单对称；被联接件形状应简单对称； 根据载荷的类型合理布置螺栓位置；根据载荷的类型合理布置螺栓位置； 铰制孔用螺栓受力方向不超过铰制孔用螺栓受力方向不

33、超过8 8个；个； 受弯矩或扭矩时应适当离开对称轴。受弯矩或扭矩时应适当离开对称轴。布置螺栓应留有合理的间距；布置螺栓应留有合理的间距； 扳手空间尺寸扳手空间尺寸 压力容器的螺栓间距压力容器的螺栓间距同一圆周上的螺栓数量应为偶数，同组螺栓的直径、同一圆周上的螺栓数量应为偶数，同组螺栓的直径、 长度、材料应相同；长度、材料应相同；避免螺栓偏心承载。避免螺栓偏心承载。（二）（二） 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析1 1目的目的：找出受力最大的螺栓及力为强度计算提供依据；：找出受力最大的螺栓及力为强度计算提供依据；2 2假设假设：被联接件为刚体，不会在载荷作用下变形，结合面保持为被联接件为刚

34、体，不会在载荷作用下变形，结合面保持为平面；平面；一组螺栓的直径、长度、材料和预紧力相同（即拉伸刚度、一组螺栓的直径、长度、材料和预紧力相同（即拉伸刚度、剪切刚度相同）；剪切刚度相同）；螺栓组的对称中心与结合面的形心重合。螺栓组的对称中心与结合面的形心重合。几种典型受力形式几种典型受力形式一、受轴向载荷一、受轴向载荷F FQ Q的螺栓组联接的螺栓组联接压力容器螺栓组联接，轴向载荷压力容器螺栓组联接，轴向载荷F FQ Q作用线与螺栓轴线平行，作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心。设螺栓数目为并通过螺栓组的对称中心。设螺栓数目为z z，各螺栓平均，各螺栓平均受载，则每个螺栓所受的轴向工作载

35、荷受载，则每个螺栓所受的轴向工作载荷F F为为 F=FF=FQ Q/z /z 二、受横向载荷二、受横向载荷F FR R的螺栓组联接的螺栓组联接1. 1. 对于普通螺栓联接对于普通螺栓联接：承受横向力时，靠联接预紧后，在结：承受横向力时，靠联接预紧后，在结合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷。合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷。 根据联接不产生相对滑动，可确定螺栓的预紧力根据联接不产生相对滑动，可确定螺栓的预紧力FF。 或或 式中式中 FF即为每个螺栓所受的轴向工作拉力；即为每个螺栓所受的轴向工作拉力；k kf f为防滑系数，为防滑系数，k kf f=1.1=1.11.31.3；m m为结合面数；为结

36、合面数；z z为螺栓数目。为螺栓数目。 RfsFkzmFmzFkFsRf2. 2. 铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接：承受横向载荷时，靠螺栓的挤压、剪：承受横向载荷时，靠螺栓的挤压、剪切承受外载，每个螺栓所受的横向工作剪力为切承受外载，每个螺栓所受的横向工作剪力为 F FS S=F=FR R/z /z 式中式中 z z为螺栓数目为螺栓数目三、受旋转力矩三、受旋转力矩T T的螺栓组联接的螺栓组联接 （1 1）普通螺栓联接普通螺栓联接假定由假定由FF在结合面内产生的摩擦力为集中力，且该力与螺栓中在结合面内产生的摩擦力为集中力，且该力与螺栓中心和该组螺栓中心的连线相垂直。心和该组螺栓中心的连线相垂直。

37、根据各力对底板的静力平衡，可求得根据各力对底板的静力平衡，可求得FF，即，即 TkrFrFrFfzsss21ziisfzsfrTkrrrTkF121 （2 2）采用铰制孔螺栓联接采用铰制孔螺栓联接各螺栓所受横向工作剪力的方向与它的轴心和螺栓组对称中心各螺栓所受横向工作剪力的方向与它的轴心和螺栓组对称中心O O的连线（即力臂的连线（即力臂r ri i）相垂直。假设底板为刚体，受载后接合）相垂直。假设底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面，忽略联接中的预紧力和摩擦力。根据底板面仍保持为平面，忽略联接中的预紧力和摩擦力。根据底板静力平衡条件得：静力平衡条件得： 根据变形协调条件：根据变形协调条件： 则

38、受力最大的螺栓的工作剪力为：则受力最大的螺栓的工作剪力为： isisrFrFmaxmaxTrFrFrFzszss2211ziisrTrF12maxmax 例例：如图钢板厚度：如图钢板厚度=16mm =16mm 用用 两个铰制孔用螺栓固定在两个铰制孔用螺栓固定在机架上，机架上，F=5000NF=5000N，其它尺寸，其它尺寸如图。板和机架材料均为如图。板和机架材料均为Q235Q235。试：（试：（1 1）分析铰制孔用螺栓的）分析铰制孔用螺栓的失效形式失效形式 ；（2 2）分析铰制孔用螺栓的受力）分析铰制孔用螺栓的受力（3 3）按强度设计铰制孔用螺栓）按强度设计铰制孔用螺栓的直径的直径（4 4）若

39、用普通螺栓，计算螺栓）若用普通螺栓，计算螺栓 的直径（的直径（S S=0.2=0.2，k kf f=1.1=1.1） NmmMNF6105 . 15000NFNaMFNFFSTF79067500250075002500222 4/20dFS mmFdMPaSSs24.1096790644965 . 22400 粗选粗选d=10d=10，d d 0 0=11mm=11mm的的 六角头六角头铰制孔用螺栓，螺母铰制孔用螺栓，螺母d=10d=10，H=8H=8。根据机架，板厚及螺母根据机架，板厚及螺母H H选用选用l=100l=100（l l3 3=82=82， l l2 2=2=2）选用两个选用两个

40、M10M10100 GB27-88100 GB27-88六角六角头铰制孔用螺栓。头铰制孔用螺栓。 MPadFMPaSSpsp9 .591211790619225.1240min0 按挤压强度校核按挤压强度校核mm121870100minNFkFSSf434832 .079061 .1 MPaSmmFds60424065.3460434833 . 143 . 141 查查d1=34.65 M40 d1=34.65 M40 不符合初选不符合初选S S。再以。再以M40M40查查S S代入上式直到相符为此。代入上式直到相符为此。 注意注意： 受拉螺栓联接的许用应受拉螺栓联接的许用应力中的力中的S S

41、有查表确定。分有查表确定。分: :静载荷、动载静载荷、动载荷；控制预紧力和不控制荷；控制预紧力和不控制预紧力预紧力 SS初选初选M8 由于不控制预紧力；由于不控制预紧力；S=4四、受翻转力矩四、受翻转力矩M M的螺栓组联接的螺栓组联接假设假设M M作用在通过作用在通过x-xx-x轴轴并垂直于联接接合面并垂直于联接接合面的对称平面内。的对称平面内。力的分析力的分析：M M未作用时，未作用时，每个螺栓均受每个螺栓均受FF作用作用（拉力），受（拉力），受M M作用时，作用时，左侧螺栓拉力加大，左侧螺栓拉力加大，右侧减少。右侧减少。 单个螺栓单个螺栓地基的受力变形地基的受力变形分析分析：为简便起见，地

42、基：为简便起见，地基与底板间的分布力用各螺与底板间的分布力用各螺栓中心的集中力表示。图栓中心的集中力表示。图中，斜线中，斜线O O1 1A A表示螺栓的受表示螺栓的受力力变形线；斜线变形线；斜线O O2 2A A表示表示地基的受力地基的受力变形线。变形线。 力的计算力的计算：根据各力对底板的静力平衡：根据各力对底板的静力平衡 根据螺栓变形协调条件：根据螺栓变形协调条件： 则则式中式中F Fmaxmax代表最大的工作载荷，代表最大的工作载荷，根据预紧力根据预紧力FF、最大工作载荷、最大工作载荷F Fmaxmax可确定受力最大的螺栓的总可确定受力最大的螺栓的总拉力拉力F F0 0，则可进行强度计算

43、。，则可进行强度计算。 ziiiLFM1iiLFLFmaxmaxziiLMLF12maxmax失效分析：失效分析：紧螺栓受拉扭；底板左侧出现间隙；底板右紧螺栓受拉扭；底板左侧出现间隙；底板右 侧压溃。侧压溃。强度计算螺栓的强度：螺栓的强度：右侧不压溃：右侧不压溃：左侧不分离：左侧不分离：ppWMAFzmax0minWMAFzp43.1210dFca小小 结结1 1）普通螺栓联接）普通螺栓联接 轴向力轴向力F F可根据轴向载荷和倾覆力矩确定，预紧力可根据轴向载荷和倾覆力矩确定，预紧力FF可根可根据横向载荷和转矩确定，螺栓的总拉力据横向载荷和转矩确定，螺栓的总拉力 2 2）铰制孔螺栓联接）铰制孔螺

44、栓联接 根据横向载荷和转矩确定螺栓的工作剪力。求得受力最根据横向载荷和转矩确定螺栓的工作剪力。求得受力最大的螺栓及所受的剪力后，再进行单个螺栓联接的强度计大的螺栓及所受的剪力后，再进行单个螺栓联接的强度计算。算。max2110FCCCFFxzyFzFxFyoTzMxMy螺栓组受力分析螺栓组受力分析 3 3个方向，个方向，6 6种载荷：种载荷： 横向力：横向力：F Fx x、F Fy y 轴向力：轴向力：F Fz z 翻转力矩：翻转力矩：M Mx x、M My y 转矩：转矩：T Tz z受复合载荷的螺栓组联接横向载荷+ +轴向载荷受复合载荷的螺栓组联接横向载荷+ +旋转力矩受复合载荷的螺栓组联

45、接计算时应求出受力最大螺栓的受力6 6 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度。影响螺栓强度螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度。影响螺栓强度的因素（着重考虑受轴向变载荷的紧螺栓联接）的因素（着重考虑受轴向变载荷的紧螺栓联接） 1 1应力变化幅应力变化幅 2 2螺纹牙的载荷分配螺纹牙的载荷分配 3 3应力集中应力集中 4 4附加应力附加应力 5 5制造工艺制造工艺提高强度的措施提高强度的措施 1 1、改善螺纹牙受力分配、改善螺纹牙受力分配当联接受载时，螺栓受拉，螺距增大；而螺母受压，螺距减小。当联接受载时，螺栓受拉，螺距增大；而螺母受压，螺距减小。采用圈数

46、过多的加高螺母，并不能提高联接强度。采用圈数过多的加高螺母，并不能提高联接强度。 (a)(a)旋合螺纹的变形示意图旋合螺纹的变形示意图 （b b）螺纹牙受力分配）螺纹牙受力分配螺纹牙的受力螺纹牙的受力 为改善螺纹牙受力，可采用悬置螺母结构、内斜螺母和环槽为改善螺纹牙受力，可采用悬置螺母结构、内斜螺母和环槽螺母。这些结构特殊的螺母，由于制造费工，只有在重要螺母。这些结构特殊的螺母，由于制造费工，只有在重要或大型的联接中才使用。或大型的联接中才使用。（a a）悬置螺母）悬置螺母 （b b）内斜螺母）内斜螺母 （c c）环槽螺母）环槽螺母使螺纹牙受力分配较均匀的螺母结构图使螺纹牙受力分配较均匀的螺母

47、结构图 2 2、降低应力幅、降低应力幅 由式由式 可知：可知：当当FF、F F一定时，若使一定时，若使C C1 1或或C C2 2，则，则F F0 0a a疲劳强疲劳强度提高，静强度高；但是，度提高，静强度高；但是，FF联接紧密性降低；联接紧密性降低；若使若使C C1 1 ，C C2 2 ，同时适当使，同时适当使FF，可保证，可保证FF达到预定数达到预定数值，这对改善联接的可靠性和紧密性是有利的。值，这对改善联接的可靠性和紧密性是有利的。 FCCCFF2110减小螺栓的刚度：腰状杆螺栓和空心螺栓减小螺栓的刚度：腰状杆螺栓和空心螺栓增加被联接件的刚度：汽缸采用密封环密封增加被联接件的刚度：汽缸采

48、用密封环密封 3 3、减轻应力集中、减轻应力集中 圆角和卸载结构圆角和卸载结构4 4、避免或减小附加弯曲应力、避免或减小附加弯曲应力（a a）承压面倾斜（）承压面倾斜（b b）被联接件变形太大）被联接件变形太大引起附加应力的原因引起附加应力的原因 (a)(a)采用球面垫圈（采用球面垫圈（b b）采用斜垫圈（）采用斜垫圈（c c）采用凸台（）采用凸台（d d）采用沉头座（）采用沉头座（e e）采用环腰）采用环腰使栓杆减免弯曲应力的措施使栓杆减免弯曲应力的措施 5 5、采用合理的制造工艺、采用合理的制造工艺 冷镦螺栓头部和滚压螺纹冷镦螺栓头部和滚压螺纹 氮化；氰化；喷丸等处理氮化；氰化；喷丸等处理

49、 7 7 螺旋传动螺旋传动（一）螺旋传动的类型和应用（一）螺旋传动的类型和应用 螺杆转动，螺母移动：机床进给机构；螺杆转动，螺母移动：机床进给机构； 螺母固定，螺杆转动并移动：千斤顶。螺母固定，螺杆转动并移动：千斤顶。防转机构防转机构 （一）螺旋传动的类型和应用（一）螺旋传动的类型和应用 按用途可分为按用途可分为承载小，工作时间短，有些要求较高的调整精度，有些要求较高的调整速度。调整螺旋以传递运动为主，要求较高的运动速度和精度，传导螺旋以传递动力为主，受力大，速度低，间歇工作，通常要求自锁。传力螺旋特 点功能镗刀差动螺旋微调结构 .正、反螺旋快速调整结构右螺旋左螺旋（一）螺旋传动的类型和应用（

50、一）螺旋传动的类型和应用 按螺旋副的摩擦可分为按螺旋副的摩擦可分为摩擦阻力小，传动效率高，结构复杂，需要专门的液压系统供油。静压螺旋摩擦阻力小，传动效率高，结构复杂，滚动螺旋结构简单，便于制造，易于自锁，摩擦阻力大，效率低，磨损快，滑动螺旋特 点摩擦性质（二）滑动螺旋的结构和材料（二）滑动螺旋的结构和材料螺杆和螺母除具有足够的强度外，还要有较高的耐磨性和良好的工艺螺杆和螺母除具有足够的强度外，还要有较高的耐磨性和良好的工艺性。性。 螺杆螺杆：Q235Q235，4545，40Cr40Cr 螺母螺母：ZCu10P1ZCu10P1，ZCuAl9Fe4Ni4Mn2ZCuAl9Fe4Ni4Mn2（三）滑

51、动螺旋传动的设计计算（三）滑动螺旋传动的设计计算8 8 键联接和花键联接键联接和花键联接 定义定义：用键作为联接件，把轴和轴上零件的轮毂联接起来。：用键作为联接件，把轴和轴上零件的轮毂联接起来。作用作用：传递转矩，实现轴上零件的周向固定，有时可实现轴上：传递转矩，实现轴上零件的周向固定，有时可实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。零件的轴向固定或轴向滑动的导向。类型类型：键联接、花键联接、过盈配合联接、无键联接等。：键联接、花键联接、过盈配合联接、无键联接等。8.1 8.1 键联接键联接(1) (1) 平键联接平键联接：分为：分为普通平键联接普通平键联接、导向平键导向平键普通平键联接普通平键

52、联接特点：特点：1 1）工作原理：以键两侧作工作面，依靠工作面上的挤）工作原理：以键两侧作工作面，依靠工作面上的挤压传递转矩；压传递转矩；2 2）键的顶部与槽的底部有间隙，因此对中性较好；）键的顶部与槽的底部有间隙，因此对中性较好；3 3）结构简单，装拆方便；）结构简单，装拆方便；4 4）轴上零件不能沿轴线滑移，因此为静联接。）轴上零件不能沿轴线滑移，因此为静联接。工作面工作面类型类型：圆头键（：圆头键（A A型）：轴上键槽端部的应力集中大，键固型）：轴上键槽端部的应力集中大，键固定较好，能传递较大力；定较好，能传递较大力；平头键（平头键（B B型）：应力集中小，键在键槽中固定较差，常用型）：

53、应力集中小，键在键槽中固定较差，常用在轴的中部或端部，对于尺寸大的键，宜用紧定螺钉固定在轴的中部或端部，对于尺寸大的键，宜用紧定螺钉固定在轴上；在轴上；单圆头键（单圆头键（C C型）：常用在端部。型）：常用在端部。平键联接平键联接导向平键导向平键特点：特点：具有普通平键特点外，具有普通平键特点外，1 1）轴上零件可作轴向移动，键起导向作用，动联接；）轴上零件可作轴向移动，键起导向作用，动联接；2 2）键较普通平键长，键必须用螺钉固定在键槽中；）键较普通平键长，键必须用螺钉固定在键槽中；3 3）有）有A A、B B两种型式。两种型式。(2) (2) 半圆键联接半圆键联接特点特点：1 1）工作面为

54、键的侧面，）工作面为键的侧面，依靠键与键槽侧面的挤压依靠键与键槽侧面的挤压传递转矩；传递转矩；2 2）自动调整；）自动调整；3 3）键槽对轴的削弱较大。）键槽对轴的削弱较大。用途用途：1 1）主要用于锥形轴端联接；）主要用于锥形轴端联接；2 2）轻载联接。）轻载联接。(3) (3) 楔键联接楔键联接 特点：特点：1 1）键顶部和底部作工作面，依靠楔紧产生的摩擦力传）键顶部和底部作工作面，依靠楔紧产生的摩擦力传递转矩；递转矩； 2 2）安装后，孔的中心与轴的中心有偏心，对中性不好。）安装后，孔的中心与轴的中心有偏心，对中性不好。 用途：用途：用在轻载、对中性要求不高的联接。用在轻载、对中性要求不

55、高的联接。 类型：类型：普通楔键（圆头、平头和单圆头）、钩头楔键。普通楔键（圆头、平头和单圆头）、钩头楔键。（4 4）平键的尺寸选择和强度计算）平键的尺寸选择和强度计算 键为键为标准件标准件，其设计为选择性设计，包括类型选择和尺寸选择。，其设计为选择性设计，包括类型选择和尺寸选择。1 1键联接的类型选择键联接的类型选择根据联接的工作和使用要求，结合各类键联接的特点选择键的根据联接的工作和使用要求，结合各类键联接的特点选择键的类型（传递转矩要求、对中性要求、轴上零件是否要求滑移、类型（传递转矩要求、对中性要求、轴上零件是否要求滑移、轴上零件位置要求，是否要求承受轴向力），一般优先选用轴上零件位置

56、要求，是否要求承受轴向力），一般优先选用普通平键的普通平键的A A型键，再考虑型键，再考虑C C型键型键 。2 2键尺寸的选择键尺寸的选择包括截面尺寸（键的宽度包括截面尺寸（键的宽度b b、高度、高度h h）和长度）和长度L L。根据轴的直径，从标准中选择确定根据轴的直径，从标准中选择确定b b和和h h；根据轴上零件的轮；根据轴上零件的轮毂宽度毂宽度B B来初定键的长度，再标准化。来初定键的长度，再标准化。 但导向平键则按轮毂的长度及其移动距离确定键长。但导向平键则按轮毂的长度及其移动距离确定键长。键的键的标记标记示例：键（示例：键（B B或或C C）202090 GB1096-7990 G

57、B1096-79mmBL1053 3平键联接的强度校核平键联接的强度校核1 1）受力情况）受力情况挤压力：挤压力：N Nd/2=T d/2=T 2 2）失效形式及计算准则）失效形式及计算准则普通平键联接（静联接）：普通平键联接（静联接）：工作面压溃，按挤压强度工作面压溃，按挤压强度准则计算，即准则计算，即P P p p；导向平键（动联接）：键工导向平键（动联接）：键工作面的过度磨损，按耐磨作面的过度磨损，按耐磨性准则计算，即性准则计算，即pp pp 3 3）建立计算公式（假定载荷）建立计算公式（假定载荷在键的工作面上均匀分布）在键的工作面上均匀分布）对对静联接静联接 对对动联接动联接 式中式中

58、 T T为传递的转矩；为传递的转矩；k k为键与轮毂键槽的接触高度，为键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5hk=0.5h，h h为键的高度；为键的高度；l l为键的工作长度，圆头平键（为键的工作长度，圆头平键（A A型）：型）：l=L-l=L-b b，平头平键（，平头平键（B B型）型）l=Ll=L，半圆头平键（，半圆头平键（C C型）型）l=L-b/2l=L-b/2； p p、pp为许用挤压应力和许用比压，应按键、轴、轮毂为许用挤压应力和许用比压，应按键、轴、轮毂三者中性能最弱的材料选择。三者中性能最弱的材料选择。 pPkldTlkN2000 pkldTlkNp2000说明：说明：若进行强度校核后，发现强度不够，可采取如下措施：若进行强度校核后，发现强度不够，可采取如下措施： 增加键的个数，但是考虑到载荷分布的不均匀性，两键联接增加键的个数，但是考虑到载荷分布的不均匀性，两键联接的强度只按的强度只按1.51.5个键计算，即个键计算，即 两个平键最好布置在沿周向相隔两个平键最好布置在沿周向相隔180180度，两个半圆键应布置在度，两个半圆键应布置在轴的同一条母线上。轴的同一条母线上。PPkldT5 . 120008.2 8.2 花键联