第7章 机械设计基础联接

1、 7-1 总 论 7-2 螺纹联接 7-3 键 联 接基本要求基本要求: :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

2、接、键联接、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、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、半圆形螺纹机械设计基础联接 d2SP d2 2 主要参数主要参数v大径大径d、D：最大直径最大直

3、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v 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间同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，的轴向距离，S = nP机械设计基础联接v升角升角 ：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角v牙型角牙型角a a ：螺纹两侧边的夹角螺纹两侧边的夹角d1D, dSP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

4、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 槽面摩擦槽面摩擦3 矩形螺纹矩形螺纹4 三角形螺纹三角形螺纹5 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 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驱动力：驱动力：等速下滑：等速下滑：v平衡条件：平衡条件：v维持力：维持力：自锁

5、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 FQR21+r v12QFN21F21v12FQ r rR21R21QF FN21F21rR21021 RQF)tan(r r QFr021 RQF)tan(r r QF机械设计基础联接2 槽面摩擦槽面摩擦力分析：力分析：v摩擦力：摩擦力：v当量摩擦角：当量摩擦角：2121fNF 12QN212N2122rvN212N212Q思考思考: : 与平面摩擦比较与平面摩擦比较？结论：结论：槽面的摩擦力大于平

6、面的摩擦力槽面的摩擦力大于平面的摩擦力 sin21QfF QfFv 21vvffr r tansin vvfarctan r r机械设计基础联接1 1 1 1Pv121R21N21F21Q3 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)tan(r QF)tan(2222r r QddFM拧紧力矩拧紧力矩防松力防松力)tan(r r QF)tan

7、(2222rQddFM防松力矩防松力矩自锁条件自锁条件0)tan( r r QF r r效率效率)tan(/tan/r r drWW机械设计基础联接4 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

8、自锁条件N/2N/2NN 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1.按螺纹牙分的表面分类：按螺纹牙分的表面分类：l外螺纹外螺纹在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓、螺钉在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓、螺钉l内螺纹内螺纹在圆柱孔内表面上形成的螺纹，如螺母在圆柱孔内表面上形成的螺纹，如螺母2.按螺纹绕行方向分类：按螺纹

9、绕行方向分类：l左旋螺纹左旋螺纹自右下方向左上方绕行的螺纹自右下方向左上方绕行的螺纹l右旋螺纹右旋螺纹自左下方向右上方绕行的螺纹自左下方向右上方绕行的螺纹常用右旋，特殊要求时用左旋常用右旋，特殊要求时用左旋问题：旋向判断问题：旋向判断 ？三、螺纹常用类型三、螺纹常用类型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，特殊要求时用左旋常用右旋，特殊要求时用左旋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 左左手手旋，前进旋，前进左旋左旋右旋右旋左旋左旋三、螺纹常用类型三

10、、螺纹常用类型3.按螺纹牙的牙型分类按螺纹牙的牙型分类机械设计基础联接 普通螺纹即普通螺纹即米制米制三角形螺纹，三角形螺纹，牙型牙型=60=60。同一直。同一直径按螺距的大小分为径按螺距的大小分为粗牙粗牙和和细牙细牙两种，螺距最大的一种两种，螺距最大的一种是粗牙，其余的均为细牙。一般连接多用粗牙螺纹。细是粗牙，其余的均为细牙。一般连接多用粗牙螺纹。细牙螺纹的牙浅、升角小、自锁性能好，多用于薄壁零件牙螺纹的牙浅、升角小、自锁性能好，多用于薄壁零件或细小零件，以及受冲击、振动和变载荷的连接中，也或细小零件，以及受冲击、振动和变载荷的连接中，也可用作微调机构的调整螺纹。可用作微调机构的调整螺纹。 （

11、1 1）普通螺纹）普通螺纹三、螺纹常用类型三、螺纹常用类型3.按螺纹牙的牙型分类按螺纹牙的牙型分类机械设计基础联接 管螺纹是管螺纹是英制英制细牙三角形螺纹，细牙三角形螺纹，牙型角牙型角=55=55，牙，牙顶有较大的圆角，内、外螺纹旋合后牙型间无径向间隙，顶有较大的圆角，内、外螺纹旋合后牙型间无径向间隙，公称直径近似为管子的内径。多用于有紧密性要求的管公称直径近似为管子的内径。多用于有紧密性要求的管件连接。件连接。 （2 2）管螺纹）管螺纹管螺纹管螺纹三、螺纹常用类型三、螺纹常用类型3.按螺纹牙的牙型分类按螺纹牙的牙型分类机械设计基础联接 牙型为正方形，牙型为正方形，牙型角牙型角=0=0。传动效

12、率高，牙根。传动效率高，牙根强度弱，精加工困难，对中精度低，常用于传动螺纹。强度弱，精加工困难，对中精度低，常用于传动螺纹。 （3 3）矩形螺纹）矩形螺纹三、螺纹常用类型三、螺纹常用类型3.按螺纹牙的牙型分类按螺纹牙的牙型分类机械设计基础联接 牙型为等腰梯形，牙型为等腰梯形，牙型角牙型角=30=30。牙根强度高，。牙根强度高，工艺性好，螺纹副对中性好，传动效率略低于矩形螺工艺性好，螺纹副对中性好，传动效率略低于矩形螺纹，常用于传动螺纹。纹，常用于传动螺纹。（4 4）梯形螺纹）梯形螺纹三、螺纹常用类型三、螺纹常用类型3.按螺纹牙的牙型分类按螺纹牙的牙型分类机械设计基础联接 牙型角牙型角=33=3

13、3，牙的工作面倾斜，牙的工作面倾斜3 3，牙的非工作，牙的非工作面倾斜面倾斜3030。传动效率及强度都比梯形螺纹高，外螺纹。传动效率及强度都比梯形螺纹高，外螺纹的牙底有相当大的圆角，以减小应力集中。螺纹副的大的牙底有相当大的圆角，以减小应力集中。螺纹副的大径处无间隙，对中性良好，多用于单向受力的传动螺纹。径处无间隙，对中性良好，多用于单向受力的传动螺纹。 （5 5）锯齿形螺纹）锯齿形螺纹机械设计基础联接4.按螺纹线分类：按螺纹线分类：l单线螺纹单线螺纹Z=1，效率低，自锁性好，易加工；，效率低，自锁性好，易加工；l双线螺纹双线螺纹Z=2，效率较，效率较Z=1的高；（的高；（S=2P）l三线螺纹

14、三线螺纹Z=3，效率高，自锁性差，难加工；（，效率高，自锁性差，难加工；（S=3P）三、螺纹常用类型三、螺纹常用类型单线单线双线双线三线三线螺纹代号：特征代号+尺寸代号vM40 粗牙螺纹 公称直径40mmvM40*1.5细牙 螺距1.5mmvM40*1.5LH 左旋细牙三、螺纹常用类型三、螺纹常用类型机械设计基础联接四、螺纹联接件主要类型四、螺纹联接件主要类型平垫圈平垫圈 弹簧垫圈弹簧垫圈 圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈 圆螺母圆螺母六角头螺栓六角头螺栓双头螺柱双头螺柱六角螺母六角螺母六角开槽螺母六角开槽螺母内六角圆柱头螺钉内六角圆柱头螺钉开槽圆柱头螺钉开槽圆柱头螺钉开槽沉头螺钉开槽沉头螺钉

15、紧定螺钉紧定螺钉1 标准螺纹联接件标准螺纹联接件机械设计基础联接四、螺纹联接件主要类型四、螺纹联接件主要类型 螺栓、螺钉、螺柱、螺母、垫圈等都已经螺栓、螺钉、螺柱、螺母、垫圈等都已经标准化标准化。在设计时可查阅相关标准。在设计时可查阅相关标准。 （1 1）螺栓和螺钉）螺栓和螺钉 1 标准螺纹联接件标准螺纹联接件v螺钉头部形式螺钉头部形式：机械设计基础联接四、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机械设计基础联接四、螺纹联接件主要类型四、螺纹联接件主要类型（2 2）螺母）螺母 1 标准螺纹联接件标准螺纹联接件机械设计基础联接四、螺纹联接件主要类型四、螺纹联接件主

16、要类型（3 3）双头螺柱）双头螺柱1 标准螺纹联接件标准螺纹联接件机械设计基础联接四、螺纹联接件主要类型四、螺纹联接件主要类型（5 5）垫圈）垫圈 （4 4）紧定螺钉）紧定螺钉 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机械设计

17、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、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、螺钉联接机械设计基础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

18、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、经常装拆的场合双头螺栓、螺钉联接双头螺栓、螺钉联接螺钉联接螺钉联接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

19、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v螺母拧紧时螺母拧紧时预紧力预紧力Fs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 0TFsFsT1T2五、螺纹联接预紧与防松五、螺纹联接预紧与防松1 1、预紧、预紧螺纹联接：松联接螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只在装配时不拧紧，只存受外载时才受存受外载时才受到力的作用到力的作用 紧联接紧联接在装配时需拧紧，即在装配时需拧紧，即在承载时，已预在承载时，已预先受力，预紧力先受力，预紧力F F0 0 五、螺纹联接预紧与防松五、螺纹联接预紧与防松机

20、械设计基础联接2）、控制预紧力的目的：）、控制预紧力的目的：增强联接的刚性、紧密性和提高防松能力。对于受轴向拉力增强联接的刚性、紧密性和提高防松能力。对于受轴向拉力的螺栓联接，还可以提高螺栓的疲劳强度；对于受横向载荷的螺栓联接，还可以提高螺栓的疲劳强度；对于受横向载荷的普通螺栓联接，有利于增大联接中接合面间的摩擦。的普通螺栓联接，有利于增大联接中接合面间的摩擦。1）、预紧的作用：）、预紧的作用：预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力F的作用，的作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙或横向滑移。预紧以防止连接受载后被连接件之间出现间隙或横向滑移。

21、预紧也可以防松。也可以防松。五、螺纹联接预紧与防松五、螺纹联接预紧与防松机械设计基础联接facarFftgdF)(22rT = T1+T2拧紧力矩拧紧力矩T主要包括：主要包括：螺纹副相对转动的阻力矩螺纹副相对转动的阻力矩T1;螺母螺母支承面上的摩擦阻力矩支承面上的摩擦阻力矩T2。TT1T2 一般情况下，螺纹联接都需要拧紧，一般情况下，螺纹联接都需要拧紧，对重要的螺纹，必须控制预紧力的大小，对重要的螺纹，必须控制预紧力的大小，以保证工作的可靠性。以保证工作的可靠性。五、螺纹联接预紧与防松五、螺纹联接预紧与防松机械设计基础联接测力矩扳手测力矩扳手五、螺纹联接预紧与防松五、螺纹联接预紧与防松机械设计

22、基础联接定力矩扳手定力矩扳手五、螺纹联接预紧与防松五、螺纹联接预紧与防松机械设计基础联接2 2、防松、防松1)1)防松目的防松目的实际工作中，载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力实际工作中，载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、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，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。 v问题：问题：v为什么要防松？防松的原理？防

23、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 rv(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、消失不可靠不可靠五、螺纹联接防松装置五、螺纹联接防松装置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，或增大相对运动的难度。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

24、。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，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弹簧垫圈防松弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母、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弹力保持一定压力弹力保持一定压力切口尖端逆向。切口尖端逆向。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，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、弹簧垫圈防松、自锁螺母防松自锁螺母防松、对顶螺母、对顶螺母(双螺母双螺母)防松防松机械设计基础联接镶

25、嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中椭圆口螺母。中椭圆口螺母。尼尼龙龙垫垫圈圈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，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、弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母对顶螺母(双螺母双螺母)防松防松机械设计基础联接v在螺母和螺栓之间形成内力，始终有阻止螺旋副转动的摩在螺母和螺栓之间形成内力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩，从而保证摩擦力。擦阻力矩，从而保证摩擦力。v结构简单、使用方便。结构简单、使用方便。v可靠性不高。可靠性不高。v用于平稳、低速

26、、重载。用于平稳、低速、重载。下螺母上螺母螺栓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开口销开口销、止动垫圈、串联钢丝防松、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母开槽螺母开口销开口销装配图装配图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、开口销、止动垫圈止动垫圈、串联钢丝防松、串联钢丝防松机械设计基础联接机械设计基础联接2 机械防松机械防松v用机械装置把螺母和螺

27、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、开口销、止动垫圈、串联钢丝防松串联钢丝防松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机械设计基础联接注意：注意：1）支承面应平整）支承面应平整螺栓与螺母底面的支承面应平整，并与螺螺栓与螺母底面的支承面应平整，并与螺栓轴线相垂直，为减小和避免弯曲应力

28、，被联接件支承面可经栓轴线相垂直，为减小和避免弯曲应力，被联接件支承面可经机加工后支承的凸台或沉头座或斜面垫圈。机加工后支承的凸台或沉头座或斜面垫圈。机械设计基础联接注意：注意：2）扳手空间）扳手空间螺栓排列应有合理的钉距、边距，注意留有必螺栓排列应有合理的钉距、边距，注意留有必要的扳手空间。扳手空间的具体尺寸可查有关手册。要的扳手空间。扳手空间的具体尺寸可查有关手册。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，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

29、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 失效形式失效形式失效形式：失效形式：v受拉螺栓（受轴向载荷和横向载荷的普通螺栓）受拉螺栓（受轴向载荷和横向载荷的普通螺栓） 主要主要破坏形式破坏形式为螺栓杆和螺纹部分可能发生塑性变形或为螺栓杆和螺纹部分可能发生塑性变形或断裂；断裂；计算准则计算准则是：保证螺栓的静力（或疲劳）拉伸强是：保证螺栓的静力（或疲劳）拉伸强度。

30、度。v受剪螺栓（受横向载荷的铰制孔螺栓）受剪螺栓（受横向载荷的铰制孔螺栓）主要破坏主要破坏形形式是螺栓杆与孔壁间压溃或螺栓杆被剪断，式是螺栓杆与孔壁间压溃或螺栓杆被剪断，计算准则计算准则是是：保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度。其联接的挤：保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度。其联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性的作用。压强度对联接的可靠性起决定性的作用。v经常装拆因磨损而发生滑扣经常装拆因磨损而发生滑扣机械设计基础联接1 失效形式失效形式v普通螺栓主要为普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

31、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、

32、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

33、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 .03 . 1)5 . 0( 3322224/3 . 121dFSx1.341SFdv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横向载荷：力作用线与螺栓轴线垂直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

34、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横向载荷：力作用线与螺栓轴线垂直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：被联接件不滑移接合面摩擦力接合面摩擦力F Fv即：即：机械设计基础联接FSFSFFTFSFSv校核式校核式 :4/3 . 121 dFSx1

35、.341 SFd v设计式设计式:FzmfFS2 . 1mfFFS2 . 1讨论：讨论：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：v剪切强度：剪切强度：机械设计基础联接min0ppLdF420 dF讨论：讨

36、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宜采用铰制孔螺栓宜采用铰制孔螺栓v减载装置强度计算同铰制孔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FSFsFFTx1.34

37、1 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v 汽缸盖的连接汽缸盖的连接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+FSl l1l lb l l1 l lbTFSFSFFF0

38、F0FsFsFsFs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p97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

39、 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

40、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、螺栓材料和许用应力七、螺栓材料和许用应力v材料：材料：一般用途：一般用途：低碳钢或中碳钢低碳钢或中碳钢 (3545及及Q235Q275)重要联接：重要联接：合金钢（合金钢（ 40Cr、30CrMnTi ）v国标国标(GB/T 3098.1_2000)规定螺栓按材料的力学性能分出十个等级：规定螺栓按材料的力学性能分出十个等级：v3.6, 4.6,

41、 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9v规则：规则：小数点前数字表示小数点前数字表示 B/100, 小数点后数字表示小数点后数字表示10 S/ Bv如：如：5.8级：表示级：表示 B=500MPa ， S=400MPav许用应力：许用应力：表表10-7机械设计基础联接v计算螺栓小径时采用试算法来选用计算螺栓小径时采用试算法来选用s s 下一页下一页影响联接强度的因素很多，如材影响联接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、螺纹牙间、料、结构、尺寸、工艺、螺纹牙间、载荷分布、应力幅度、机械性能，而载荷分布、应力幅度、机械性能，而螺栓联接的强度又主要取

42、决于螺栓的螺栓联接的强度又主要取决于螺栓的强度强度。 八八 、 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施（1）保持预紧力不变降低螺栓刚度）保持预紧力不变降低螺栓刚度aCLFKC途经：腰状杆螺栓空心螺栓。途经：腰状杆螺栓空心螺栓。 螺母下面安装弹性元件。螺母下面安装弹性元件。 降低影响螺栓疲劳强度的应力幅降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 下一页下一页上一页上一页（2）保持预紧力不变增大被连接件刚度）保持预紧力不变增大被连接件刚度 aCFFKC（3）同时同时降低螺栓刚性，增大被连接件刚度降低螺栓刚性，增大被连接件刚度 可以不用垫片或采可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。有用刚度较大的垫片。有紧密性要求的连接

43、，采紧密性要求的连接，采用刚度较大的金属垫片用刚度较大的金属垫片或密封环。或密封环。下一页下一页上一页上一页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 螺栓螺纹牙受拉伸长，螺母螺螺栓螺纹牙受拉伸长，螺母螺纹纹牙受压缩短，螺距变化差以紧靠支承牙受压缩短，螺距变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应力面处第一圈为最大，应变最大，应力最大，其余各圈依次递减。圈数过多最大，其余各圈依次递减。圈数过多的螺母，并不能提高联接的强度。的螺母，并不能提高联接的强度。悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母改善螺纹牙上的载荷分布不均的措施改善螺纹牙上的载荷分布不均的措施减小应力集中和

44、避免附加弯曲应力减小应力集中和避免附加弯曲应力 (a)加大圆角加大圆角（）减小应力集中（）减小应力集中（2）避免附加弯曲应力）避免附加弯曲应力原因原因如何避免如何避免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。采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法。(b)卸载槽卸载槽(c)卸载过渡结构卸载过渡结构钩头螺栓连接钩头螺栓连接支承面不平支承面不平被连接件刚度小被连接件刚度小螺母孔不正螺母孔不正(a)斜垫圈斜垫圈(b)球面垫圈球面垫圈例题：例题：有一普通螺纹连接，需控制预紧力，每个螺栓所受轴有一普通螺纹连接，需控制预紧力，每个螺栓所受轴向工作载荷为向工作载荷为3.8

45、KN，螺栓材料为，螺栓材料为45钢，其许用应力钢，其许用应力为为120Mpa，采用，采用M16的螺栓，试校核此螺栓连接的的螺栓，试校核此螺栓连接的强度。强度。例题：例题：有一普通螺纹连接，需控制预紧力，每个螺栓所受轴有一普通螺纹连接，需控制预紧力，每个螺栓所受轴向工作载荷为向工作载荷为3.8KN，螺栓材料为，螺栓材料为45钢，其许用应力钢，其许用应力为为120Mpa，采用，采用M16的螺栓，试校核此螺栓连接的的螺栓，试校核此螺栓连接的强度。强度。作业一：作业一：图为受横向载荷作用的紧螺栓联接，采用两个图为受横向载荷作用的紧螺栓联接，采用两个M16的的普通螺栓，螺栓的许用应力为普通螺栓，螺栓的许

46、用应力为60Mpa，接合面间的摩，接合面间的摩擦因数为擦因数为f=0.13,可靠性系数为可靠性系数为1.3,试求在一般拧紧情试求在一般拧紧情况下，此链接所能传递的最大横向载荷况下，此链接所能传递的最大横向载荷R。作业二：螺纹连接为什么要防松？有哪几类防松方法？作业二：螺纹连接为什么要防松？有哪几类防松方法？（螺纹链接都具有自锁性，在静载荷和工作温度变换（螺纹链接都具有自锁性，在静载荷和工作温度变换不大时不会自动松脱。）在冲击、振动和变载荷的作不大时不会自动松脱。）在冲击、振动和变载荷的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，联接任有可能松用下，预紧力可能在某一瞬间消失，联接任有可能松脱。高温的螺纹联

47、接，由于稳定变形差异等原因，也脱。高温的螺纹联接，由于稳定变形差异等原因，也有可能发生松脱现象。因袭必须考虑防松。有可能发生松脱现象。因袭必须考虑防松。防松的方法有：摩擦防松（如双螺母、弹簧垫圈、锁防松的方法有：摩擦防松（如双螺母、弹簧垫圈、锁紧螺母）；机械防松（如开口销与六角开槽螺母、止紧螺母）；机械防松（如开口销与六角开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝）；永久性防松（如冲点铆住、粘动垫圈、串联钢丝）；永久性防松（如冲点铆住、粘接）接）1.三角形螺纹用于（），矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹用于（）。三角形螺纹用于（），矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹用于（）。A连接，传动连接，传动 B. 连接，调整

48、连接，调整 C. 连接，转动连接，转动 D. 传动，调整传动，调整2.螺栓连接的材料一般采用（），对重要的或有特殊用途的螺栓连接，螺栓连接的材料一般采用（），对重要的或有特殊用途的螺栓连接，可用（）。可用（）。A铸铁铸铁 B. 碳素钢碳素钢 C. 合金钢合金钢 D. 非金属材料非金属材料3.计算导程角时，使用螺纹的（）。计算导程角时，使用螺纹的（）。A小径小径 B. 中径中径 C. 大径大径 D. 根据设计要求而定根据设计要求而定4.在汽车底盘中，有时在一个螺栓上采用双螺母，目的是（）。在汽车底盘中，有时在一个螺栓上采用双螺母，目的是（）。A提高强度和刚度提高强度和刚度 B. 实现自锁实现自锁

49、 C. 防松防松 D. 减小每圈螺纹牙上的减小每圈螺纹牙上的受力受力5.普通螺纹受横向载荷时，主要靠（）来承受横向载荷。普通螺纹受横向载荷时，主要靠（）来承受横向载荷。A螺杆受挤压螺杆受挤压 B. 螺杆受剪切螺杆受剪切 C. 接合面的摩擦力接合面的摩擦力 D. 以上均不对以上均不对例题例题1：1.三角形螺纹用于（三角形螺纹用于（A），矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹用于（）。），矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹用于（）。A连接，传动连接，传动 B. 连接，调整连接，调整 C. 连接，转动连接，转动 D. 传动，调整传动，调整2.螺栓连接的材料一般采用（螺栓连接的材料一般采用（B），对重要的或有特殊

50、用途的螺栓连接，），对重要的或有特殊用途的螺栓连接，可用（可用（C）。）。A铸铁铸铁 B. 碳素钢碳素钢 C. 合金钢合金钢 D. 非金属材料非金属材料3.计算导程角时，使用螺纹的（计算导程角时，使用螺纹的（B）。）。A小径小径 B. 中径中径 C. 大径大径 D. 根据设计要求而定根据设计要求而定4.在汽车底盘中，有时在一个螺栓上采用双螺母，目的是（在汽车底盘中，有时在一个螺栓上采用双螺母，目的是（C）。）。A提高强度和刚度提高强度和刚度 B. 实现自锁实现自锁 C. 防松防松 D. 减小每圈螺纹牙上的减小每圈螺纹牙上的受力受力5.普通螺纹受横向载荷时，主要靠（普通螺纹受横向载荷时，主要靠（

51、C）来承受横向载荷。）来承受横向载荷。A螺杆受挤压螺杆受挤压 B. 螺杆受剪切螺杆受剪切 C. 接合面的摩擦力接合面的摩擦力 D. 以上均不对以上均不对例题例题1：一、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

52、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1 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

53、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，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。一对平键按布置两个键。一对平键按1.5 个键计算个键计算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，用于轴端机械设计基础联接平键分类平键分类v导向平键导向平键：键固定于轴上键固定于轴上

54、, 滑移距离小滑移距离小机械设计基础联接导向键连导向键连接接滑键连接滑键连接(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工作面工作面2

55、紧联接紧联接v楔键联接楔键联接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圆头楔键、圆头楔键、方头楔键、方头楔键、钩头楔键钩头楔键机械设计基础联接圆头楔键连接圆头楔键连接 平头楔键连接平头楔键连接 钩头楔键连接钩头楔键连接 2 紧联接紧联接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且可实现轮毂在轴上单向轴向固定向固定v楔紧产生偏心楔紧产生偏心, 对中性差对中性差,且受到冲击，变且受到冲击，变载荷时易松脱，故适用于对精度要求不载荷时

56、易松脱，故适用于对精度要求不高，载荷平稳的低速场合。高，载荷平稳的低速场合。机械设计基础联接2 紧联接紧联接v切向键联接切向键联接v结构结构: 两楔键挤压后的上下面为工作面，沿轴的切线方向两楔键挤压后的上下面为工作面，沿轴的切线方向楔紧；楔紧；v工作原理工作原理:只能传递单方向扭矩。只能传递单方向扭矩。v特点特点:适用于大载荷，对中要求不严的场合。适用于大载荷，对中要求不严的场合。机械设计基础联接工 作 面二、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：p104表表7-2v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选键的剖面尺寸及确定选键的剖面尺寸及确定b 、 h选键长选键长L（标准）（标准） v普