螺纹及键连接

1、PDp开始拧紧开始拧紧拧紧后拧紧后受工作载荷时受工作载荷时工作载荷过大时工作载荷过大时1 2F12Fa F FFFFa F A:A:图图1 1，螺母未拧紧，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态 B:B:图，拧紧图，拧紧预紧状态预紧状态 凸缘压2 F 栓杆拉1 F C:C:图图3 3，加载，加载F F后后工作状态工作状态栓杆继续拉1 1 = =1 1 + +1 1 从 F F F Fa a = F + F = F + F凸缘 放松 2 2 = =2 2 - -2 2 从 F FF F总载荷残余预紧力 Ddh6 0dBA60EECCHH用加高螺母用普通螺母螺栓预紧力螺栓预紧力F挤压变形挤压变形剪切变形剪切变

2、形内容提要内容提要n螺纹联接的主要类型和标准联接件螺纹联接的主要类型和标准联接件n 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 n单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算(本科本科)n螺栓组联接的设计与受力分析螺栓组联接的设计与受力分析(本科本科)n提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施(本科本科)n键联接键联接n花键联接花键联接n销联接销联接螺纹联接螺纹联接键联接与销联接键联接与销联接螺螺 纹联接纹联接 螺纹联接的特点螺纹联接的特点(1)(1)螺纹拧紧时能产生很大的轴向力；螺纹拧紧时能产生很大的轴向力；(2)(2)它能方便地实现自锁；它能方便地实现自锁；(3)(3)外形尺寸小；外形尺

3、寸小；(4)(4)制造简单，能保持较高的精度。制造简单，能保持较高的精度。 一、螺纹联接主要类型和标准联接件一、螺纹联接主要类型和标准联接件（一）机械设备中的常用螺纹（一）机械设备中的常用螺纹1、三角形螺纹、三角形螺纹（2）管螺纹）管螺纹（1）普通螺纹）普通螺纹内螺纹外螺纹Pd1d2d60内螺纹外螺纹Pd1d2d60内螺纹外螺纹Pd1d2d60内螺纹外螺纹Pd1d2d60 牙型为等边三角形，牙型角牙型为等边三角形，牙型角= 60；分为粗牙和细牙两分为粗牙和细牙两种，种，粗牙螺纹用于一般联接，细牙螺纹在相同公称直径时粗牙螺纹用于一般联接，细牙螺纹在相同公称直径时, ,螺距小螺距小, ,螺纹深度浅

4、螺纹深度浅, ,导程和升角也小，自锁性能好，适合用导程和升角也小，自锁性能好，适合用于薄壁零件和微调装置于薄壁零件和微调装置 专用于管件联接的特殊细牙三角形螺纹，专用于管件联接的特殊细牙三角形螺纹，牙型角牙型角= 55= 55 特点：联接密封性好；特点：联接密封性好； 2、矩形螺纹、矩形螺纹 3、梯形螺纹、梯形螺纹 4、锯齿螺纹、锯齿螺纹外螺纹内螺纹Pd1d2d外螺纹内螺纹Pd1d2d外螺纹内螺纹Pd1d2d外螺纹内螺纹Pd1d2d 牙型多为正方形，牙型角牙型多为正方形，牙型角= 0；传动效率高，但精加工困难，磨损传动效率高，但精加工困难，磨损后轴向间隙不易补偿。后轴向间隙不易补偿。 牙型为梯

5、形，牙型角牙型为梯形，牙型角=30；传传动效率比矩形稍低，但制造工艺性好，动效率比矩形稍低，但制造工艺性好，牙根强度高，定心性好牙根强度高，定心性好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 牙侧角牙侧角 两边不等两边不等 ，工作边为，工作边为3非非工作边为工作边为30；综合了矩形螺纹的高效；综合了矩形螺纹的高效率和梯形螺纹牙根强度高的优点，率和梯形螺纹牙根强度高的优点，适用适用于单向受载的传动螺旋于单向受

6、载的传动螺旋。（二）螺纹联接的主要类型（二）螺纹联接的主要类型1、 普通螺栓联接普通螺栓联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。2、 精密螺栓联接精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接dl1d0a( a )( b )dl1d0a( a )( b )dl1d0a( a )( b )dl1d0a( a )( b )dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)螺纹联接由螺纹紧固件和联接

7、件上的内外螺纹组成螺纹联接由螺纹紧固件和联接件上的内外螺纹组成3 3、双头螺栓联接、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。4 4、螺钉联接、螺钉联接适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1特殊联接：地脚螺栓联特殊联接：地脚螺栓联接接 , 吊环螺钉联接吊环螺钉联接5 5、紧定螺钉联接

8、、紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。(a)(b)(a)(b)(a)(b)(a)(b)（三）标准螺纹联接件（三）标准螺纹联接件 2 2、双头螺柱、双头螺柱两端带螺纹 A A型型有退刀槽 B B型型无退刀槽1 1、螺栓、螺栓 普通螺栓普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角头，大六角头, 内六角 铰制孔螺栓铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺母rdadsklskllgd1530辗制末端esrdadsklskllgd1530辗制末端esbmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型bmlbXXdsd倒角端

9、倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型4 4、紧定螺钉、紧定螺钉 锥锥 端端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 平平 端端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度 较大的平面，适于经常拆卸 圆柱端圆柱端压入轴上凹坑中，适于紧定空心轴上零件的位置，轻材料和金属薄板3 3、螺钉、螺钉 与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹nbXdktldRnbXdktldRltnd90Rltnd90R 6 6、螺母、螺母 六角螺母：标准，扁，厚 5 5、自攻螺钉、自攻螺钉由螺钉攻出螺纹emsd3015emsd3015emsd3015emsd3015圆螺母圆螺母+ +止退垫圈止退垫圈带有缺口，应用时带翅垫

10、圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈 7 7、垫圈、垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平 垫 圈斜 垫 圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平 垫 圈斜 垫

11、 圈 二、二、 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 预紧目的预紧目的目的是为了增强联接的刚性，增加紧密性增加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；对于受横向载荷的普通螺栓联接，有利于增大联接中接合面间的摩擦 螺纹联接：松联接螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用 紧联接紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力F F （一）螺纹连接的预紧（一）螺纹连接的预紧预紧力预紧力F F 预先轴向作用力（拉力）预紧过紧预紧过紧 F F 过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松过松 拧紧力F F 过小，工作不可靠 扳手拧紧力矩扳手拧紧力

12、矩T=FHL FH作用于手柄上的力，L力臂FH F预紧力(N)；c支承面摩擦因素，无润滑时 c=0.15； rf 支承面摩擦半径(mm)，rf =(D0+d0)/4 TT2T1TT2T1 拧紧螺母时，加在扳手上的力矩T，用来克服螺纹牙间的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2 1 1、确定拧紧力矩、确定拧紧力矩T1 = Ftan(+v) d2 /2 T2 = F crf T=T1+T2T拧紧力矩；T1螺纹摩擦阻力矩；T2螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩 由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以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对于重要的联接不宜小于M

13、10M14代入数据，最后得：代入数据，最后得： T0.2Fd (3-8)当公称直径当公称直径d d一定的螺栓，当所要求的预紧力一定的螺栓，当所要求的预紧力F F已知已知时，则时，则 可按可按(3-8)(3-8)确定扳手的拧紧力矩确定扳手的拧紧力矩 2 2、预紧力、预紧力F F 的控制：的控制：12图4-12 测力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手1234测力矩板手测力矩板手测出预紧力矩，如左图定力矩板手定力矩板手达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压 将自动打滑，如右图 测量预紧前后螺栓伸长量测量预紧前后螺栓伸长量精度较高 1

14、 1、防松目的、防松目的A、在冲击、振动和变载荷作用下，螺纹之间的摩擦力 可能瞬时消失而影响正常工作；B、在高温或温度变化较大时，若螺栓与被联接件的温 度变形差或材料的蠕变，也可能导至联接的松脱。因 此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故 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。 3 3、防松办法及措施、防松办法及措施 上螺母螺栓下螺母上螺母螺栓下螺母1 1）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 （二）螺纹的防松（二）螺纹的防松 双螺母双螺母弹簧垫圈弹簧垫圈 自锁螺母自锁螺母螺母一

15、端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧( a )正 确( b )不 正 确(a )正 确(b )不 正 确开槽螺母开槽螺母与开口销与开口销螺母与螺母与止动垫圈止动垫圈串联钢丝串联钢丝(a )正 确(b )不 正 确 2 2）机械防松：）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等 3 3）永久防松：）永久防松：端铆、冲点、点焊4 4）化学防松）化学防松粘合 2 2、许用应力、许用应力 许用拉应力：由教材表3-3查取并计算 作作 业业n3-2n3-3n3-4n3-7n3-12(必作题）一、键联接一、键联

16、接 键联接与销联接键联接与销联接键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件与摆动零件，起周向固定零件的作用以传递旋转运动成扭矩，而导键、滑键、花键还可用作轴上移动的导向装置。 （一）键联接的类型与构造（一）键联接的类型与构造 主要类型：平键、半圆键、楔键、切向键1）普通平键）普通平键 1、平键、平键 作用：作用：用于静联接，即轴与轮毂间无相对轴向移动构造：构造：两侧面为工作面，靠键与槽的挤压和键的剪切传 递扭矩；轴上的槽用盘铣刀或指状铣刀加工；轮毂槽用拉刀或插刀加工工作面(b)(a)(c)(d)（如图）普通平键：普通平键：圆圆 头头 A型型（常用）键顶上面与毂不接触有间隙 方方 头头 B型型

17、常用螺钉固定半圆头半圆头C型型（端铣刀加工）用于轴端与轮毂联接 2）薄型平键）薄型平键键高约为普通平键的60%70%：圆头、方头、单圆头，用于薄壁结构、空心轴等径向尺寸受限制的联接 3）导向平键与滑键）导向平键与滑键导向键：导向键：键不动，轮毂轴向移动滑键：滑键：键随轮毂移动用于动联接，即轴与轮毂之间有相对轴向移动的联接 2、半圆键、半圆键 轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽中绕几何中心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠其侧面的挤压来传递扭矩。 特点：特点：工艺性好，装配方便，适用于锥形轴与轮毂的联接缺点：缺点：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。 上、下面为工作表面，有1：100斜

18、度（侧面有间隙），工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并可传递小部分单向轴向力3、楔键联接、楔键联接 楔键分为普通楔键和钩头楔键。普通楔键有圆头（A型）、方头（B型）或单圆头（C型）三种。钩头楔键的钩头是为了拆键用的。轮毂斜度1：100拆卸空间安装时用力打入普通楔键普通楔键勾头楔键斜度1：1001 :1 0 0工 作 面1 :1 0 0特特 点点 ：适用于低速轻载、精度要求不高。对中性较差，力有偏心。不宜高速和精度要求高的联接，变载下易松动。钩头只用于轴端联接，如在中间用键槽应比键长2倍才能装入。且要罩安全罩 结构：结构：两个斜度为1：100的楔键联接，上、下两面为工作面（打入），布置在圆周的切

19、向 工作原理：工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩 特点：特点：能传递很大的转矩。当双向传递转矩时，需用两对切向键并分布成120130。 4、切向键、切向键（二）键的选择（二）键的选择 类型选择类型选择：键的类型应根据键联接的结构、使用特性及工作条件来选择。选择时应考虑以下各方面的情况：需要传递转矩的大小；联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离的长短；对于联接的对中性要求；键是否需要具有轴向固定的作用；以及键在轴上的位置（在轴的中部还是端部）等。 尺寸选择尺寸选择： 键的剖面尺寸bh按轴的直径d由标准中选定。键的长度L一般按轮毂宽度定，要求键长比轮毂略短510 mm，且符合长度系列

20、值。键一般采用抗拉强度极限ss 600 MPa的碳钢制造，通常用45钢。（三）键联接的强度校核（三）键联接的强度校核 失效形式：压溃失效形式：压溃（静联接键、轴、毂中较弱者） 磨损磨损（动联接） 键的剪断键的剪断（很少，严重过载，沿aa面剪断） 当平键联接用于传递扭矩时，键的侧面受挤压，截面当平键联接用于传递扭矩时，键的侧面受挤压，截面a-aa-a受剪切受剪切 1、平键联接的强度校核、平键联接的强度校核 设载荷为均匀分布，可得平键联接的挤压强度条件：1） 挤压强度条件挤压强度条件 2PPkldT允许传递的扭矩：允许传递的扭矩： PkldT21T扭矩（Nmm）k工作高度 k=h/2 d轴径（mm

21、） l工作长度 A型键：l=L-b B型键：l=L C型键：l=L-b/2 L公称长度 许用挤压应力(MPa)，教材表3-7 （319）pPdPkldTlkTlkN2/2 2）剪切强度条件）剪切强度条件 2000dblT（320）对于导向平键、滑键组成的动联接，计算依据是磨损，应限制压强，即 3）平键联接的耐磨性条件）平键联接的耐磨性条件 p 许用压强(MPa)，教材表3-7 许用压强(MPa)，教材表3-7（321）2000/10002dblTblTblNd2000pdklTp 2、半圆键联接强度校核、半圆键联接强度校核 2000/10002bldTblTblNd强度不够时，措施：强度不够时

22、，措施：1）双键，180布置（按1.5个键计算） 三键，120布置 2）增大轴径d 3）增长L，但轮毂长受力不利 4）改用花键 二、花键联接二、花键联接 轴和轮毂孔周向均布多个凸齿和凹槽所构成的联接称为花键联接。齿的侧面是工作面。适用于动、静联接 Dd如图1、特点：、特点：1）齿较多、工作面积大、承载能力较高2）键均匀分布，各键齿受力较均匀3）齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度 削弱减少4）轴上零件对中性好5）导向性较好6）加工需专用设备、制造成本高（一）类型、特点和应用 2、花键类型、花键类型 按齿形分：（1）矩形花键）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

23、面均要研磨，磨削消除热处理后变形，应用广泛（2）渐开线花键）渐开线花键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 30df 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 （二）花键联接的设计计算（二）花键联接的设计计算 设计：设计：选花键类型按轴径定花键尺寸验算联接强度 三角形花键三角形花键失效形式：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：挤压强度条件： PmPdlhzT2000动联接（耐磨性条件）：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花键的平均直径载荷分布不均系数 h键齿侧面工作高度（mm） 三、其它联接三、其它联接（一）（一）销联接销联接 定位销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 ，右图销套安全销圆柱销圆柱销不能多于装拆（否则定位精度下降）圆锥销圆锥销1：50锥度，可自锁，定位精度较高，允许多于装拆，且便于拆