机械设计基础(第六版)第10章连接

1、第第10章章 连连 接接 任何机械设备都离不开联接，联接可以运用到很多场合。联接是技术人员必须掌握的基本知识。联接种类较多螺纹联接、键联结、销联接、过盈联接、焊接、胶接螺纹联接、键联结、销联接、过盈联接、焊接、胶接等等。本章重点介绍螺纹联接、键联接。 螺旋传动在许多方面与螺纹联接相同，因此也在本章介绍的形式和自锁与效率计算。会正确选用键和销。连接：连接：被连接件与连接件的组合。被连接件被连接件：轴与轴上零件，轮圈与轮心，箱体与箱盖连接件连接件：又称紧固件，如螺栓，销钉，铆钉等连接分为可拆连接可拆连接和不可拆连接不可拆连接。可拆连接可拆连接：允许多次装拆而无损于使用性能的连接不可拆连接不可拆连接

2、：不损坏组成零件就不能拆开的连接。本章只介绍可拆连接，包括螺纹连接，键连接和销连接联接：是指联接件与被联接件的组合。有关基本概念联接的基本物理原理：1、形锁合（如：普通平键、销等）2、摩擦锁合（如过盈配合、楔键等）3、材料锁合（如：焊接）联接的分类：静联接静联接（被联接件间相对固定）动联接动联接（被联接间能按一定运动形式作相对运动）可拆联接：指联接拆开时，不破坏联接中的零件不破坏联接中的零件，重新安装，可继续使用的联接（键联接、销联接、螺栓联接）。不可拆联接：指拆卸时，要破坏联接中的零件破坏联接中的零件，不能再继续使用的联接（焊接、铆接、粘接）。铆钉被损坏本章主要内容本章主要内容10101 1

3、 螺纹参数螺纹参数10102 2 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10103 3 机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹10104 4 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件10105 5 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松10106 6 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算10107 7 螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力10108 8 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施101011 11 键联接和花键联接键联接和花键联接101012 12 销联接销联接一、螺纹的形成一、螺纹的形成1 101 螺纹参数螺纹参数d2螺旋线螺旋线- 一

4、一动点动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转等速旋转，同时沿轴向作，同时沿轴向作等速移动等速移动的轨迹。的轨迹。螺纹螺纹- 一一平面图形平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹按螺纹的按螺纹的牙型牙型分分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的按螺纹的旋向旋向分分按螺旋线的按螺旋线的根数根数分分按回转体的按回转体的内外表面内外表面分分按螺旋的按螺旋的作用作用分分按按母体形状母体形状分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螺纹的螺纹的牙型牙型矩

5、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右旋左旋V母V母母母左右手法则：V母母V母母螺旋线旋向：左旋（特殊时用）右旋（常用）螺母旋入设计： 设计： 设计： 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

6、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

7、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设计： 外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹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螺旋传动螺旋传动联接螺纹联接螺纹传动螺纹传

8、动螺纹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圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹管螺纹管螺纹设计：潘存云(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。设计：潘存云d1d2d(1)大

9、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 d2S S = nP同一条螺旋线上的相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问题的简化：螺旋副的受力分析、效率和自

10、锁矩形螺纹：（=0）FaFF=2Td2螺旋副FaT驱动力矩=螺纹力矩重物设计：潘存云vFd2Stg =F/FnFFaFFa螺纹的螺纹的拧松拧松-螺母在螺母在F和和Fa的联合作用下，顺着的联合作用下，顺着Fa等速等速向下向下运动。运动。螺纹的螺纹的拧紧拧紧-螺母在螺母在F和和Fa的联合作用下，逆着的联合作用下，逆着Fa等速等速向上向上运动。运动。一、一、矩形螺纹矩形螺纹= 01 102 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d2 圆柱面得一斜面圆柱面得一斜面.螺旋副在轴向载荷Fa作用下相对运动，可看作在中径的水平力F推动滑块(重物)沿螺纹运动F -水平推力水平推

11、力Fn -法向反力法向反力Fa -轴向载荷轴向载荷F=f Fn -摩擦力摩擦力f -摩擦系数摩擦系数d2FR -总反力总反力v =tg-1 f -摩擦角摩擦角=f Fn/Fn =f FnFR定角-由材料确定F设计：潘存云设计：潘存云 + FnFRvFd2S滑块在F、FR 、Fa三力作用下处于平衡状态d2FFaFFa 作力多边形作力多边形得：得： F=Fatg(+ + ) 驱动力矩：驱动力矩：FaFFR)(22tgFda22dFT 列出力平衡方程：列出力平衡方程：FR + Fa + +F =0 FRFa = + + FR =(1 + + f ) Fn+ +Fa -阻力，阻力，F - 驱动力，驱动

12、力，当螺纹拧紧当螺纹拧紧(滑块上升滑块上升)时：时：FR = Fn + +F FF -摩擦力摩擦力, 沿斜面朝下。沿斜面朝下。设计：潘存云设计：潘存云FFa- FRvFRFa当当螺纹拧松螺纹拧松(滑块下滑滑块下滑)时：时：FRFa = - - 滑块在F、FR 、Fa三力作用下处于平衡状态 作力多边形可得：作力多边形可得： F=Fatg(- - ) 驱动力矩：驱动力矩：22dFT )(22tgFdad2FFaFFnF- - 列出力平衡方程：列出力平衡方程：FR + Fa + +F =0 F Fa -阻力，阻力，F - 驱动力，驱动力，F -摩擦力摩擦力, 沿斜面朝下。沿斜面朝下。)(22tgFd

13、Ta若若 ，则则T T为正值，其方向与螺为正值，其方向与螺 母运动方向相反，是母运动方向相反，是阻力阻力；若若 ，则则T T为负值，方向相反，其为负值，方向相反，其方向与预先假定的方向相反，而与螺母方向与预先假定的方向相反，而与螺母运动方向相同，成为放松螺母所需外加运动方向相同，成为放松螺母所需外加的的驱动力矩驱动力矩。提问：提问：当当时，若没有力矩时，若没有力矩T T，螺螺母在母在F Fa a的作用下会运动吗？的作用下会运动吗？不会！不会！-这种现象称为这种现象称为自锁自锁。T Td2FaFFd2FaFFT T螺母螺母螺杆螺杆轴轴线线轴线轴线螺杆螺杆螺母螺母FnFa二、二、 非矩形螺纹非矩形

14、螺纹 0矩形螺纹忽略升角的影响时有：矩形螺纹忽略升角的影响时有：Fn=Fa当当 0 时，摩擦力为：时，摩擦力为：nFfFaFfcosaFf costgff摩擦系数为摩擦系数为 f 的非矩形螺纹所产的非矩形螺纹所产生的摩擦力与摩擦系数为生的摩擦力与摩擦系数为 f ，的，的矩形螺纹所产生的摩擦力相当。矩形螺纹所产生的摩擦力相当。称称 为当量摩擦角为当量摩擦角FaFnFa故称故称 f 为当量摩擦系数。为当量摩擦系数。引入参数引入参数f 和和 就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。行力的分析。 滑块上升：滑块上升：) (2:) (:2tgFdTtgFFaa驱动力矩

15、水平推力 滑块下降：滑块下降：) (2) (2tgFdTtgFFaa非矩形非矩形螺旋的螺旋的自锁条件自锁条件： 对于联接螺纹必须满足自锁条件设计：潘存云设计：潘存云0 10 20 30 40 50 20406080100效率效率% 定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：TSFa22)(dStgFFaa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.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。对于对于传动传动螺旋，一般取：螺旋，一般取：对于对于联接联接螺纹，必须取：螺纹，必须取：升角过大, 制造困难，

16、且效率增高也不明显。 = = 5.75.7 =(0.30.5)d;变载荷变载荷l1=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷冲击载荷或弯曲载荷l1 d;铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓l1 0;螺纹伸出长度螺纹伸出长度a=(0.20.3)d; 螺栓轴线到边缘的距离螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36) mm用于经常拆装易磨损之处。d1 104 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件d设计：潘存云设计：潘存云一、一、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺钉联接座端拧入深度座端拧入深度H，当螺孔材料为：，当螺孔材料为：ae ee e双头螺柱联接双头螺柱联

17、接 联接件厚，允许拆装。1 104 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件钢或青铜钢或青铜 H=d;铸铁铸铁 H=(1.251.5)d铝合金铝合金 H=(1.52.5)d螺纹孔深度螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;钻孔深度钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;参数参数l1 、e、a与螺栓相同与螺栓相同 l1 1l1 1H HH HH H1 1H H1 1H H2 2H H2 2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。d设计：潘存云一、一、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺钉联接双头螺柱联接双头螺柱联接紧定

18、螺钉紧定螺钉联接联接1 104 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件紧定螺钉紧定螺钉二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件LL0d六角头六角头LdL0小六角头小六角头螺栓的结构形式螺栓的结构形式双头螺柱双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件dL0L1LL1 -座端长度座端长度L0 -螺母端长度螺母端长度设计：潘存云螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件末端末端结构结构头部头部结构结构螺母螺母六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母设计：潘存云圆螺母圆

19、螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有六十余种不同结构的螺母其它螺母：其它螺母：其它螺母：其它螺母：垫圈垫圈平垫圈平垫圈薄平垫圈薄平垫圈A型平垫圈型平垫圈B型平垫圈型平垫圈螺母螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件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作用作用：增加支撑面积以减增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。伤表面、防松。facarFftgdFTT

20、T)(2221)(2221tgdFTTTa一、一、 拧紧力矩拧紧力矩一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。21TTTT T1 1克服螺纹副相对转动的阻力矩；克服螺纹副相对转动的阻力矩；T T2 2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设轴向力为设轴向力为F Fa a 或预紧力（不受轴向载荷) fc c摩擦系数。摩擦系数。 无润滑时取：无润滑时取： fc c =0.15 =0.15rf f支撑面摩擦半径。支撑面摩擦半径。 rf =( =(dw w+ +d0 0)

21、/4)/4dd0dwT简化公式：简化公式： 适用于M10M60的粗牙螺纹的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15, T 0.2 F 0.2 Fa a d预紧应力：预紧应力：=(0.5=(0.50.7) s s1 105 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松F Fa aFa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧可靠，应取：通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。总力矩：总力矩：不宜采用小于不宜采用小于M12M12螺栓螺栓测力扳手定力矩扳手设计：潘存云测力矩扳手测力矩扳手工程上常采用工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手测力矩扳手或定力矩扳手来控

22、制预紧力来控制预紧力的大小。的大小。二、二、 螺纹联接的防松螺纹联接的防松联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。防松的方法防松的方法1. 利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母F F弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母定力矩扳手定力矩扳手设计：潘存云开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母串联钢丝串联钢丝2. 采用专门防松元件防松采用专门防松元件防松圆螺母用

23、止动垫圈圆螺母用止动垫圈止动垫圈止动垫圈开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母摩擦防松举例：弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧槽形螺母开口销带槽螺栓槽形螺母带翅垫片止动垫片带孔螺钉头永久止动举例：焊 接冲 点（23个）粘 接（涂金属粘接胶）1 106 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算螺栓联接螺栓联接的主要失的主要失效形式：效形式：螺栓拉断螺栓拉断螺纹压溃或剪断螺纹压溃或剪断滑滑扣扣 因经常拆装螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺，

24、然后按照标准选定螺纹公称直径纹公称直径d及螺距及螺距P等。 一、一、松松螺栓联接螺栓联接 装配时不须要拧紧强度条件：强度条件：4/21dFa式中式中:d1-螺纹小径，螺纹小径， mm二、二、紧紧螺栓联接螺栓联接 装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力Fa和和摩擦力矩摩擦力矩T的双重作用。的双重作用。4/21dFa拉应力：拉应力：FaFa力除以面积4/3 . 121dFa切切应力：应力：16/3111dTWTT16/2) (312ddtgFa4/) (22112dFtgdda对于对于M10M68的普通螺纹，取的普通螺纹，取d1、d2和和的平均值，的平均值，并

25、取：并取： tg = f =0.15 得：得： 0.5 当量应力当量应力：223c22)5 . 0( 3强度条件强度条件：3 .1分母为抗剪抗剪截面系数P 148 设计：潘存云设计：潘存云1. 受受横向横向工作载荷的螺栓强度工作载荷的螺栓强度螺栓与孔之间有间隙，工作时螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力预紧力Fa导致接合面所导致接合面所产生的产生的摩擦力应大于横向载荷摩擦力应大于横向载荷F。C-可靠性系数，常取可靠性系数，常取C=1.11.3mfCFFa预紧力预紧力Fa ： f-摩擦系数，对摩擦系数，对钢与铸铁钢与铸铁，取，取: f =0.10.15m-结合面数结合面数 上图m=1,下图m=2若取

26、若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 则：则：Fa 8F结构尺寸大结构尺寸大FFFF/2F/2FaFaFaFa注意普通螺栓受横向工作载荷时应注意以下两点：1、靠摩擦力传递横向力时不一定可靠，尤其是有振动或环境不洁时（如：接合面有油时，摩擦系数将下降为：f=0.060.1)：2、为满足防滑条件，预紧力F0必须足够大（当取 f=0.15,C=1.2,m=1 时，F0 8F ),则造成螺栓尺寸较大。设计：潘存云2. 受受轴向轴向工作载荷的螺栓强度工作载荷的螺栓强度改进措施：改进措施： 1. 采用采用键、套筒、销键、套筒、销承担横向工作载荷。承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用2. 采用无间隙

27、的采用无间隙的铰制孔铰制孔螺栓。螺栓。 图见下页图见下页设流体压强为设流体压强为p，螺栓数目为，螺栓数目为Z，则，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：缸体周围每个螺栓的平均载荷为：p D2/4FE = =ZpFEFE设计：潘存云D解决上述问题的方法加减载装置。键销套筒齿形接合面（采用减载装置后，需计算减载装置的强度）2、铰制孔用螺栓d0FF强度条件：=FmZd024p=FZd0p其中： d0孔径； 轴向最小接触长度；m剪切面数目; Z螺栓个数；螺栓许用剪应力（表10-7）；p152p弱者许用挤压应力（表10-7）。设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云松弛松弛状态状态受载受载变形变形特别

28、注意，轴向载荷：特别注意，轴向载荷：Fa F0+FE加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b0被联接件受压缩短被联接件受压缩短C0加载加载 FE 后后:螺栓总伸长量增加为螺栓总伸长量增加为: 总拉力总拉力为：为：被联接件压缩量减少为：被联接件压缩量减少为： 残余预紧力残余预紧力减少为：减少为： FR 很显然很显然: FRF0 被联接件放松了 + b0C0 - - 预紧预紧状态状态b0F0F0C0F0F0FEFEFE FE设计：潘存云FEFEFaFaFa=FE+FRFRFR 力与变形关系图力变形（螺栓）F0b01力变形（被联接件）F0 2 c0力变形b01F02c0拧紧后：+=tg 1 =

29、F0b0=kb（螺栓刚度）tg 2 =F0c0=kc（被联接件栓刚度）力变形b01F02c0加轴向工作载荷后：FRF aFe Fb Fc 螺栓拉力的增量被联接件压力的减小量由几何关系得：Fb=kbkb + kcFe Fc =kckb + kcFe则 Fa = F0 + Fb F a = F0+kbkb + kcFe FR= F0- FC FR = F0 -kckb + kcFe其中： 称相对刚度系数。被联接件为钢铁时，垫片为金属时取0.20.3；皮革时取0.7；铜皮石棉时取0.8；橡胶时取0.9。表10-5 强度条件: 1.3Fad124其中：Fa螺栓总拉伸载荷许用拉应力，1 107 螺栓的材

30、料和许用应力螺栓的材料和许用应力一般一般螺栓螺栓- Q215 Q235 10 35 45 重要重要螺栓螺栓- 15Cr 40Cr 30Cr MnSi 紧螺栓联接的受载情况紧螺栓联接的受载情况 许用应力许用应力 受轴向载荷受轴向载荷, 横向载荷横向载荷铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓受受 横向载荷横向载荷静载荷静载荷变载荷变载荷控制预紧力时控制预紧力时S=1.21.5不能严格控制预紧力时查不能严格控制预紧力时查表表10-7被联接件为钢被联接件为钢被联接件为铸铁被联接件为铸铁p按静载荷按静载荷p值降低值降低20%30%1.25Sp =3.55=S22.5Bp =2.5S =SS =表表1 107 螺栓的许

31、用应力螺栓的许用应力表表10-8 螺栓联接的安全系数螺栓联接的安全系数S (不能严格控制预紧力时不能严格控制预紧力时)碳素钢碳素钢 43 32 106.5 6.5 M6M16 M10M30 M6M16 M10M30合金钢合金钢 54 42.5 7.65 5静载荷静载荷 变载荷变载荷材材 料料螺栓螺母的性能等级从螺栓螺母的性能等级从14.6到到12.9，共，共9级，级，代号解释见代号解释见P152解：1、计算每个螺栓所受的工作载荷Fe 暂取螺栓数 Z=8(偶数）则 Fe=P.D2/4Z=1.6（160）2/48=4.02(KN)2、确定每个螺栓所受的总拉伸载荷Fa根据公式10-16（或手册）：对

32、压力容器，取FR=（1.51.8) Fe=1.8Fe则 Fa = Fe + FR = Fe + 1.8 Fe =4.02+1.84.02=11.3(KN)例题 9-2 一钢制液压油缸，缸壁厚为10mm，油压p=1.6MPa,D=160mm,试计算其缸盖的螺栓联接和螺栓分布圆直径D0。FeFepDD0103、求螺栓直径根据教材，表10-6（或手册），选螺栓材料性能等级为4.8级，s=320MPa; 根据表10-8，装配时不控制预紧力，并估计螺栓直径在M16左右查得：安全系数S=3;再由表9-5，查得螺栓许用应力计算式： = s /S=320/3=107MPa则螺栓小径：d141.3 Fa =41

33、.311.3103107=13.22(mm)查教材,表10-1,选用M16的螺栓(因大于且接近13.22 mm的小径为13.835mm)4、确定螺栓分布直径D0根据已知条件，缸壁厚为10mm根据教材图10-20和图10-9知：e=d+(36)mm则 D0=D+2e+210=218224mm取 D0= 220mm Z=810FEFEpDD0D0el螺栓间距l：l= D0Z=86.4mm根据150页为保证容器密封可靠：当p1.6MPa时,L 7d=716=112mm, 故 D0和Z合适. 试算法例：图示为龙门起重机导轨托架。已知：立柱与托架材料为钢。（1）试分析采用哪一种螺栓联接为宜？（2）试设计

34、螺栓组联接。20KN3001501501010解：（1）用铰制孔用螺栓为宜。理由：1、铰制孔用螺栓定 位准确、工作可靠；2、普通螺栓定位不准确，且为了防滑，需较大的预紧力，使螺栓尺寸增大。解（2）力分析：每一边板受力： P=20/2=10(KN)取外边板为隔离体，由力的平移原理得：T=P300=3000KN.mm各个螺栓的受力分析：pT1234目的：找出受力最大的螺栓在P作用下每个螺栓受力为：V1= V2 = V3 = V4 =P/4=10/4=2.5(KN)V1V2V3V4在T作用下每个螺栓受力为：F1=F2 = F3 = F4 =T/(4r)r=3000/(4 752+752 )=7.1(

35、KN)F1F2F3F4受力最大的螺栓为： Rmax = R1 = R2 = V12F12+2V1F1cos =9050(N)R1R2采用铰制孔用螺栓由教材，表10-6（152页），选螺栓材料性能等级为4.8级，s=320MPa，由表10-7，查得：= s/2.5=320/2.5=128(MPa),p= s /1.25= 320 /1.25= 256(MPa)d0=4Rmax按剪切强度设计:=9.49(mm)查手册,当d=10mm时，光杆直径 d0=11mm,故选用：M10 (GB27-88)按挤压强度校核：p=Rmaxd0 p 根据由教材图10-10知：L10L110 10则 =10 -L11

36、0故 p=Rmaxd0=90501110=82.27(MPa)FF2 2FF3 3FF4 4FF5 5螺螺栓栓杆杆F F F F螺螺栓栓杆杆螺母体螺母体假设螺母为刚体，则螺纹牙变形与普通螺木相同。但实际上螺母也是弹性体，受载也被拉长，变形螺纹牙产生回弹，从而减小两者螺距变化，使受载均匀。10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。常用方法：NFN（悬置螺母）NN（环槽螺母）F3、减小螺栓应力集中增大过渡圆角r0.2dd切制卸荷槽3、避免附加弯曲应力例：钩头螺栓FF e拉应力：= F d124附加的弯曲应力：b=F ed1332=8ed当d=e时， b =8 使螺栓强度大大下降。因此，应避免附加应力。出现

37、附加弯曲应力的例子 ：（支承面不平）F F e（被联接件刚度不够）F F e措施：（凸台）（沉头座）（斜垫片）五、采用特殊制造工艺五、采用特殊制造工艺冷镦头部、辗压螺纹冷镦头部、辗压螺纹疲劳强度提高疲劳强度提高30% 比车削 表面处理：表面处理： 氰化、氮化也能氰化、氮化也能提高疲劳强度。提高疲劳强度。1 109 螺旋传动螺旋传动作用作用: : 将回转运动转变为直线移动将回转运动转变为直线移动. .分类分类: :传力螺旋传力螺旋传导螺旋传导螺旋调整螺旋调整螺旋传递动力：传递动力： 千斤顶千斤顶, , 压力机压力机压力机压力机传递运动传递运动, ,要求精度高：进给机构要求精度高：进给机构. .调

38、整相对位置调整相对位置千斤顶千斤顶设计：潘存云设计：潘存云调整螺旋调整螺旋调整螺旋调整螺旋2、按螺旋副的摩擦情况分类：滑动螺旋Fa（起重器）T优点：结构简单，加工方便， 易自锁，运转平稳。缺点：摩擦力大、效率低 （3040%）、磨损快、 低速时可能爬行， 定位精度和轴向刚度较差。滚动螺旋在螺母与螺杆之间设有封闭循环的滚道，滚道间装有若干钢珠，当螺杆或螺母转动时，钢珠沿滚道滚动，产生滚动摩擦。缺点：结构复杂，制造困难，无自锁性，抗冲击性能差运转平稳。优点：摩擦力小、效率高（90%）、 低速时不爬行，传动精度高。滚动螺旋静压螺旋利用油泵供给压力油，使螺母与螺杆的螺纹表面被一层油膜隔开，当螺杆或螺母

39、转动时，产生液体摩擦。节流器进油回油优点：摩擦力极小、效率高（99%）、工作稳定寿命长。缺点：结构复杂，成本高，需专门的供油设备。对螺旋传动的要求对螺旋传动的要求: : 强度足够强度足够, , 耐磨耐磨, , 摩擦系数小摩擦系数小. .螺杆螺杆材料材料: : Q257、45、50钢，或钢，或T12、40Cr、65Mn螺母螺母材料材料: : ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl10Fe3.失效形式失效形式: : 磨损磨损 通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺旋各主要参数，而后对可能发生的其他失效一一校核。一、耐磨性计算一、耐磨性计算校核公式：校核公式

40、：影响磨损的原因很多，目前还没有完善的计算没有完善的计算方法方法，通常是限制螺纹接触处的压强。p = p MPaMPa d2 hzFaFa为轴向力；为轴向力； z z为参加接触的螺纹圈数；为参加接触的螺纹圈数； d2为螺纹中为螺纹中径；径；h h为螺纹的工作高度；为螺纹的工作高度； p p 为许用压强。为许用压强。速度速度v12 m/min 47 710 1013低速，如人力驱动等低速，如人力驱动等 1018 1525 -表表10-9 螺旋副的许用压强螺旋副的许用压强许用许用压强压强配配 对对 材材 料料 钢对铸铁钢对铸铁 钢对青铜钢对青铜 淬火钢对青铜淬火钢对青铜含碳量高，淬火后有较多的过剩

41、碳化物，按耐磨性和硬度适于制作不受冲击负荷、切削速度不高、切削刃口不变热的工具，如制作车刀、刨刀、铣刀、钻头；铰刀、扩孔钻、丝锥、板牙、刮刀、量规、切烟草刀、锉刀，以及断面尺寸小的冷切边模、冲孔模等 令令 =H/ d2 , H为螺母高度为螺母高度又又 z =H / P, h=0.5P-梯形螺纹的工作高度梯形螺纹的工作高度 h=0.75P-锯齿形螺纹的工作高度。锯齿形螺纹的工作高度。p = p d2 hzFa代入上式得螺纹中径的计算公式：代入上式得螺纹中径的计算公式：锯齿形螺纹：锯齿形螺纹：梯形螺纹梯形螺纹: p Fad2 0.8 mm p Fad2 0.65 mm=1.22.5 整体式螺母整体

42、式螺母2.53.5 剖分式螺母剖分式螺母一般取：一般取：z10z10求得螺纹中径后，应按标准选取相应的公称直径d和螺距P为了设计方便 二、螺杆强度校核二、螺杆强度校核螺杆在螺杆在轴向力和扭矩轴向力和扭矩的作用下，产生拉或压应力及扭的作用下，产生拉或压应力及扭切应力。切应力。强度校核条件：强度校核条件：223eMPadTdFa16/34221221 为螺杆的许用应力，为螺杆的许用应力，d d1 1为螺纹为螺纹小径小径；对碳素钢对碳素钢, , =5080 MPa，( 0.20.33 s )三、螺杆的稳定性校核三、螺杆的稳定性校核细长螺杆受较大细长螺杆受较大轴向压力轴向压力时，可能失稳，其临界载荷时

43、，可能失稳，其临界载荷F Fc c与材料、螺杆长细比与材料、螺杆长细比=l / i 有关。有关。（1 1）当）当100100时：时：临界载荷临界载荷F Fc c 为：为：Fc = N(l)22EIi 螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=d12/4l 为螺杆的最大工作长度；为螺杆的最大工作长度；则则 i = I/A =d1 /4为长度系数，为长度系数，= =2 - - 一端固定，一端自由；一端固定，一端自由；1 - - 两端铰支；两端铰支；0.75 - - 一端固定，一端铰支；一端固定，一端铰支；E为螺杆的弹性模量为螺杆的弹性模量, ,对于钢对于钢 E

44、=2.06E=2.0610105 5 MPaMPaI-为危险截面惯性距为危险截面惯性距: : I=I=d14/64（2 2）当）当4040 100100时：时：Fc = (304- -1.12) N4d12对对B 370 Mpa的碳素钢，取的碳素钢，取:Fc = (461- -2.57) N4d12对对B 470 Mpa的优质碳素钢（如的优质碳素钢（如35、40号钢），取号钢），取:（3 3）当）当40 40 时，不必进行稳定性校核。时，不必进行稳定性校核。稳定性校核的条件：稳定性校核的条件：Fa SFc为稳定性校核的安全系数，取：为稳定性校核的安全系数，取：S=2.54当不满足条件时，应增大

45、螺纹小径当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。四、螺纹牙强度的校核四、螺纹牙强度的校核防止沿螺母螺纹牙防止沿螺母螺纹牙根部剪断根部剪断的校核公式为：的校核公式为： = MPa MPaDbzFab b为螺纹牙根部的宽度，为螺纹牙根部的宽度， b= b= 0.65P-梯形螺纹梯形螺纹;若对螺杆螺纹牙根部进行校核时，若对螺杆螺纹牙根部进行校核时， 有：有： = MPa MPad1 bzFa40 MPa-铸铁螺母铸铁螺母;= =0.74P-锯齿形螺纹。锯齿形螺纹。3040 MPa-青铜螺母。青铜螺母。设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云1 1010 滚动螺旋简介滚动螺旋简介内循环内循环螺旋螺

46、旋在螺旋和螺母之间设有封闭的循环滚道，其间充以滚珠，这样就使螺旋面的滑动摩擦成为滚动摩擦。外循环外循环滑动摩擦滑动摩擦 滚动摩擦滚动摩擦组成：组成：螺杆、螺杆、螺母、滚珠螺母、滚珠设计：潘存云返回通道返回通道类型：类型：外循环、内循环外循环、内循环返回通道返回通道返回通道返回通道不离开螺旋表面，每圈有一个反向器设计：潘存云反向器（返回通道）反向器（返回通道）优点：优点：1)1)摩擦损失小、摩擦损失小、效率在效率在90%以上；以上； 缺点缺点：1)1)结构复杂、制造困难；结构复杂、制造困难；应用实例：应用实例：飞机机翼和起落架的控制、水闸的升降、飞机机翼和起落架的控制、水闸的升降、 数控机床、机

47、器人。数控机床、机器人。 2)磨损很小，传动精度高；磨损很小，传动精度高；3)不自锁，可实现直线不自锁，可实现直线 旋转运动转换；旋转运动转换；2)2)有些机构为防止逆转需要另加自锁机构。有些机构为防止逆转需要另加自锁机构。1 1011 键联接和花键联接键联接和花键联接作用：作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩， 或实现零件的轴向固定或移动。或实现零件的轴向固定或移动。一、键联接的类型一、键联接的类型设计：潘存云类型：类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。平键、半圆键、楔键、切向键等。1. 平键平键联接联接工作面工作面特点：特点：定心好、装拆方

48、便。定心好、装拆方便。种类种类普通平键普通平键导向平键导向平键间隙间隙轴轴注意导向平键和滑键为动联 接，其它均为静联接 键的分类松键（松联接）紧键（紧联接）平键半圆键普通平键导向平键滑键斜键楔键切向键松键的共同特点：工作前不受力，键的侧面是工作面，靠键和键槽侧面的相互挤压传递周向载荷。紧键的共同特点：工作前受力，键有斜度，键的上下面是工作面，只用于静联接，能传递转矩和单向的轴向力。表表10-10 普通平键和键槽尺寸（普通平键和键槽尺寸（GB1095-79、GB1096-79） A型型B型型C型型bhR=b/2C 45或或r1LLLbhbtd- -tbt1d+t1标记实例：标记实例： 圆头普通平

49、键圆头普通平键(A型型): 键键16100 GB1096-79 P160 方头普通平键方头普通平键(B型型): 键键B16100 GB1096-79单圆头普通平键单圆头普通平键(C型型) : 键键C16100 GB1096-79d设计：潘存云d b h C或或r L t t1 半径半径r 续表续表10-9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 1810 3 3 0.160.25 636 1.8 1.4 0.080.16 1012 4 4 845 2.5 1.81217 5 5 1056 3.0 2.31722 6 6 0.250.4 1470 3.5 2.

50、8 0.160.252230 8 7 1890 4.0 3.33038 10 8 22110 5.0 3.33844 12 8 28140 5.0 3.34450 14 9 0.40.6 36160 5.5 3.8 0.250.45058 16 10 45180 6.5 4.35865 18 11 50200 7.0 4.46575 20 12 56220 7.5 4.97585 22 14 63250 9.0 5.40.60.8 0.40.6键的构造：1、平键侧面为工作面，装拆方便，对中良好，不能轴向 固定零件。普通平键圆头（A型）平头（B型）单圆头（C型）端铣刀盘铣刀用于轴端特点：用端铣刀

51、加工轴上键槽，键在槽中轴 向固定良好，但轴上引起的应力集中 较大。应用：应用最 广泛，可用于高精度、高速、 冲击、变载荷场合。键槽加工 导向平键（导键）特点：用螺钉将键固定在轴上，轴上零件可作轴向移动（动联接），用于轴向移动量不大的场合。起键螺孔圆头（A型）平头（B型）滑键特点：键与轴上零件固定在一起，一同沿轴向移动，用于轴 向移动量较大的场合。2、半圆键：（月牙键）特点：键在键槽中可绕几何中心摆动，以适应毂槽底面，装配 方便。缺点是对轴的削弱太大。应用：主要用于轻载、锥形轴端。在轴上安装两个半圆键时，一般最好把它们设置在同一母线上 提示：设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云2. 半圆键半圆键

52、联接联接优点：优点：定心好，装配方便。定心好，装配方便。因半圆键能在轴槽中摆动在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。缺点：缺点：对轴的削弱较大，只适对轴的削弱较大，只适 用于轻载联接。用于轻载联接。特别适用于锥形特别适用于锥形轴端轴端的联接。的联接。工作面工作面设计：潘存云3. 楔键楔键联接和切向键联接联接和切向键联接结构特点：结构特点：键的上表面有键的上表面有1:100的斜度，的斜度， 轮毂槽的底面也有轮毂槽的底面也有1:100的斜度。的斜度。缺点：缺点：定心精度不高。定心精度不高。应用：应用：只能应用于定心精度不高，载荷只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的联接。平稳和低速的联接。安装时用安装

53、时用力打入力打入工作面工作面设计：潘存云设计：潘存云dd类型：类型：普通楔键、钩头楔键。普通楔键、钩头楔键。钩头是用来拆卸用的拆卸空间拆卸空间斜度斜度1：100120 130 在重型机械中常采用在重型机械中常采用切向键切向键-一对楔键组成。一对楔键组成。装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120130 。窄面窄面工作面工作面设计：潘存云设计：潘存云bA型型d二、平键联接的强度校核二、平键联接的强度校核键的材料：键的材料：B 370 MPa的碳素钢，常用的碳素钢，常用45钢。钢。键的截面尺寸键的截面尺寸b、h查表选取，长度查表选取，长度L参照轮毂长度参照轮毂长度从标准中选取。从标准中选取。键的主要失效形式：键的主要失效形式：压溃、磨损压溃、磨损(动联接动联接)、剪断。剪断。Lbh/2挤压强度条件：挤压强度条件：p =SFt(d/2)(h/2)lT= p MPa MPa d h l4T=l=L-bl=LbB型型一般不会出现ld p d h l4Tp=对于导向平键联接，计算依据是对于导向平键联接，计算依据是磨损磨损，应，应限制压强限制压强：钢钢 125150 100120 6090表表10-11 键联