第十章联接g(机械设计基础)

1、第十章第十章 联联 接接 101 螺纹参数螺纹参数 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 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 概概 述述 103 机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹 105 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 106 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算 107 螺纹的材料和许用应力螺纹的材料和许用应力 109 螺旋传动螺旋传动（不讲）（不讲） 108 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施 1010 滚动螺旋简介滚动螺旋简介（不讲）（不讲） 1011 键联接和花键联接键联接和花键联接 1012 销联接销联

2、接（简介）（简介） 联接是指被联接件与联接件的组合。常联接是指被联接件与联接件的组合。常见的机械联接有两类：见的机械联接有两类：一是机械一是机械动联接动联接，如运动副；，如运动副；二是机械二是机械静联接静联接，本章所学习内容是机械静，本章所学习内容是机械静联接问题。联接问题。不可拆联接不可拆联接装拆方便，多次装拆无损于装拆方便，多次装拆无损于使用性能。如使用性能。如螺纹联接、键联螺纹联接、键联接、销联接接、销联接在拆开联接时会损坏联接在拆开联接时会损坏联接中的零件或使用性能。如中的零件或使用性能。如焊焊接、铆接、粘接接、铆接、粘接概概 述述可拆联接可拆联接（永久性联接）（永久性联接）一、螺纹线

3、、螺纹、螺纹副一、螺纹线、螺纹、螺纹副二、螺纹分类二、螺纹分类三、螺纹的主要几何参数三、螺纹的主要几何参数101 螺纹参数螺纹参数一、螺纹线、螺纹、螺纹副一、螺纹线、螺纹、螺纹副1、螺纹线：、螺纹线：将一倾斜角为将一倾斜角为的直线绕在圆柱的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。体上便形成一条螺旋线。2、螺纹：、螺纹：平面始终通过圆柱体轴线就平面始终通过圆柱体轴线就得到螺纹。若改变平面图形得到螺纹。若改变平面图形的形状，可得到三角形、梯的形状，可得到三角形、梯形、锯齿形、矩形螺纹形、锯齿形、矩形螺纹。取一个平面图形沿螺旋线运动并使取一个平面图形沿螺旋线运动并使3、螺纹副：、螺纹副： 内外螺纹旋合组成

4、内外螺纹旋合组成螺旋副或称螺纹副。螺旋副或称螺纹副。二、螺纹分类二、螺纹分类1、螺纹的牙型：、螺纹的牙型：2、螺纹的、螺纹的旋向旋向：3、螺纹的、螺纹的线数线数（头数）：（头数）：4、母体形状：、母体形状：6 6、按位置：、按位置：三角形、梯形、锯齿形；三角形、梯形、锯齿形；左旋、右旋；左旋、右旋；单线、等距排列多线；单线、等距排列多线；圆柱螺纹、圆锥螺纹；圆柱螺纹、圆锥螺纹；内螺纹、外螺纹；内螺纹、外螺纹；5、按作用：、按作用：联接螺纹、传动螺纹；联接螺纹、传动螺纹；1 1、将螺纹轴线竖、将螺纹轴线竖直放置，螺旋线直放置，螺旋线自自左向右左向右逐渐逐渐升高升高的的是是右旋右旋螺纹。反之螺纹。

5、反之也成立。也成立。2 2、从端部沿轴线从端部沿轴线看去，当螺纹看去，当螺纹顺时顺时针针方向方向旋转旋转为为旋进旋进时，此螺纹为时，此螺纹为右旋右旋螺纹。螺纹。左旋左旋右旋右旋旋向判断方法：旋向判断方法：双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹三、螺纹的主要几何参数：三、螺纹的主要几何参数：1）大径（外径）大径（外径）d（D） 与外与外（内）（内）螺纹牙顶螺纹牙顶（底）（底）相重合的假想圆柱体直径，亦称公称直径。相重合的假想圆柱体直径，亦称公称直径。2）小径（内径）小径（内径）d1 (D1) 与外螺纹牙底相重合的与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径。假想圆柱体直径。3）中径）中径d2 假想圆柱面的直径，

6、该圆柱的母线上假想圆柱面的直径，该圆柱的母线上牙形沟槽和凸起宽度相。牙形沟槽和凸起宽度相。4 4）螺）螺 距距 P P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离。两点间的轴向距离。5 5）导程（）导程（S S） 同一螺旋线上同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两点间的轴向距离。的母线上的对应两点间的轴向距离。6 6）线数）线数n n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4n4。 螺距、导程、线数之间关系：螺距、导程、线数之间关系：S=S=nPnP 7 7）螺旋升角）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与

7、垂直于中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角。螺旋线轴线的平面的夹角。 t tg =nP/d=nP/d2 28 8）牙型角）牙型角轴向截平面内螺纹牙型相邻两侧边的夹轴向截平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夹角称为牙侧角角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间夹角称为牙侧角（牙牙型斜角）型斜角）。 对称牙侧角对称牙侧角 /2/2一、一、矩形螺纹矩形螺纹二、二、非矩形螺纹非矩形螺纹102 螺旋副的受力分析、螺旋副的受力分析、 效率和自锁效率和自锁三、三、螺旋副螺旋副效率效率一、矩形螺纹一、矩形螺纹（ =0=0) )1、螺纹受力分析、螺纹受力分析摩擦角摩擦角： 滑块在水

8、平面上，受到外力滑块在水平面上，受到外力R（F+Fa）作用，）作用，同时还受到法向反力同时还受到法向反力Fn与摩擦力与摩擦力Ff的作用，令法的作用，令法向反力与摩擦力的总反力为向反力与摩擦力的总反力为FR，则，则FR与与Fn方向之方向之间所夹的锐角间所夹的锐角被称为被称为摩擦角摩擦角。FnFRFfRFaFtg= Ff /Fn； Ff = Fntg= Fnf f = tg称为摩擦系数。称为摩擦系数。FaFFnFrf Fn （1）把螺旋副在）把螺旋副在力矩力矩和和轴向载荷轴向载荷作用下的运动，作用下的运动，看看 成作用在中径的水平力推动滑块沿螺纹运动。成作用在中径的水平力推动滑块沿螺纹运动。（2）

9、将矩形螺纹沿中径）将矩形螺纹沿中径d2展开得一斜面。展开得一斜面。 图中图中为螺旋升角，为螺旋升角， Fa为轴向载荷，为轴向载荷， F为水平推力，为水平推力，Fn为法向反力，为法向反力， Ff为为摩擦力，摩擦力， f为摩擦系数，为摩擦系数，为为摩擦角，摩擦角，法向反力法向反力Fn与摩擦力与摩擦力Ff的的总反力为总反力为Fr 。F= Fa tg (+ )（3）其受力状况可以理解为：）其受力状况可以理解为：作用在滑块上作用在滑块上F为一驱动力，轴向载荷为一驱动力，轴向载荷 Fa为为一阻力，总反力为一阻力，总反力为Fr 。FaFFnFrf Fn v若使滑块等速沿斜面上升，滑块所受三力平衡： + Fa

10、FFrF +Fa +Fr=0拧紧时：拧紧时：F= Fa tg ( - )松开时：松开时：相当于使滑块等速沿斜相当于使滑块等速沿斜面面下滑下滑，轴向载荷轴向载荷 FaFa变为驱动力，变为驱动力， F F变为维变为维持持滑块等速运动所需的滑块等速运动所需的平衡力。平衡力。FaFFrf Fnv Fn FFrFa - 可得：（1） - 0， ， F 0分析：0， ， F 0分析： 说明滑块在重力作用下下滑，必须给以止动力，说明滑块在重力作用下下滑，必须给以止动力，防止加速下滑。防止加速下滑。（2） - 0， ， F 0 说明滑块说明滑块不能不能在重力作用下下滑。这一现象称为在重力作用下下滑。这一现象称

11、为自自锁锁现象现象。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。2、螺纹、螺纹自锁自锁：FaFFrf Fnv Fn 二、非矩形螺纹二、非矩形螺纹（ =0=0) )三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹1、螺纹受力分析：、螺纹受力分析：唯一差别是：唯一差别是： 法向力比矩形螺纹大。法向力比矩形螺纹大。（忽略升角（忽略升角的影响）的影响）fFcosanFF 这时这时螺纹的螺纹的摩擦阻力为：摩擦阻力为：在在Fa的的作用下，法向反力比矩形螺纹大为：作用下，法向反力比矩形螺纹大为：fnfFaFfcosfFacosf 称为当量摩擦系数称为当量摩擦系数称为当

12、量摩擦角称为当量摩擦角costgf这时把法向力的增加看成摩擦系数的增加。这时把法向力的增加看成摩擦系数的增加。aFf 为牙型斜角为牙型斜角 用用f 取代取代f，用，用取代取代，就可像矩形螺纹那样对，就可像矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行受力分析非矩形螺纹进行受力分析上升：上升：F= Fa tg (+ )下滑：下滑：F= Fa tg (- )2、螺纹、螺纹自锁自锁条件为：条件为： 三、螺旋副效率为：螺旋副的效率问题是由于摩擦引起的：螺旋副的效率问题是由于摩擦引起的：上升：上升： 在同样的载荷在同样的载荷Fa，同样的牵引速度同样的牵引速度V，走过同样，走过同样的距离的距离S情况下：情况下：F= Fa

13、tg ()若不考虑摩擦时：若不考虑摩擦时：若考虑摩擦时：若考虑摩擦时： F= Fa tg (+ )没有摩擦时，需要的输入功没有摩擦时，需要的输入功 =FS= Fa S tg ()考虑摩擦时，需要的输入功考虑摩擦时，需要的输入功=FS= Fa Stg (+ )理论上理论上实际上实际上 FaFFr + FaFFr)()(tgtgStgFStgFaa所以：所以：从上式可以看出：从上式可以看出： 当当 不变时，不变时， 与与的关系如右图所示。的关系如右图所示。0dd取：取：可得：可得： 当当=45 - 时时效率最高效率最高。常取常取25左。左。 太大太大会引起制造困难，且会引起制造困难，且效率增高也不

14、显著效率增高也不显著。下滑：下滑：tan()()tanaaF StgF Stg 一、一、三角形螺纹三角形螺纹二、二、梯形和锯齿形螺纹梯形和锯齿形螺纹103 机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹三、三、螺纹标注螺纹标注四、四、例题例题1 三角形螺纹，主要有三角形螺纹，主要有普通螺纹普通螺纹和和管螺纹管螺纹，前者多，前者多用于用于紧固联接紧固联接和后者用于和后者用于紧密联接紧密联接。三角形螺纹三角形螺纹1、普通螺纹、普通螺纹 在我国的国家标准中，把牙在我国的国家标准中，把牙型角型角=60=60的三角形的三角形米制米制螺纹称螺纹称为普通螺纹为普通螺纹，以大径，以大径d为公称直径。为公称直径。（1）普通螺

15、纹种类）普通螺纹种类 因为因为同一公称直径可以有多种螺距的同一公称直径可以有多种螺距的螺纹螺纹，其，其中中螺距最大螺距最大的称为的称为粗牙螺纹粗牙螺纹，其余的称为，其余的称为细牙细牙螺纹螺纹。一、三角形螺纹一、三角形螺纹（2）粗、细螺纹特点、适用范围）粗、细螺纹特点、适用范围细牙螺纹：细牙螺纹：升角小，小径大，自锁性能好，强升角小，小径大，自锁性能好，强度高，但不耐磨损，易滑扣，用于度高，但不耐磨损，易滑扣，用于薄壁零件、受动载荷的联接和微调薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构的调整。机构的调整。粗牙螺纹：粗牙螺纹：应用最广。应用最广。粗牙螺纹粗牙螺纹细牙螺纹细牙螺纹2、管螺纹、管螺纹管螺纹种类

16、：管螺纹种类： 管螺纹除普通细牙螺纹外，还有管螺纹除普通细牙螺纹外，还有60、55的圆柱的圆柱管螺纹和管螺纹和60、55的圆锥管螺纹。的圆锥管螺纹。 管螺纹广泛用于水、汽、油管路联接中。管螺纹广泛用于水、汽、油管路联接中。管螺纹公称直径是管子的公称通径。管螺纹公称直径是管子的公称通径。二、梯形二、梯形（双向）（双向）和锯齿形和锯齿形（单向）（单向）螺纹螺纹 梯形螺纹与锯齿形螺纹一般用于梯形螺纹与锯齿形螺纹一般用于传动传动，效率高效率高。它们的它们的牙侧角牙侧角 比三角形螺纹小的多，可以比三角形螺纹小的多，可以减少摩擦减少摩擦和和提高效率提高效率。梯形螺纹梯形螺纹牙侧角牙侧角 =15=15效率效

17、率比锯齿形螺纹比锯齿形螺纹低。低。锯齿形螺纹锯齿形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹牙侧角牙侧角 =3=3。锯齿形螺纹只能用于锯齿形螺纹只能用于承承受单向轴向载荷受单向轴向载荷。有粗牙普通螺纹有粗牙普通螺纹M10和和M68，请说明在静载，请说明在静载荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f = 0.10.15）例题例题11、首先求螺纹升角、首先求螺纹升角 。解：解：M10螺纹：螺纹：M68螺纹：螺纹：由由P135表表10-1查得：查得：螺距螺距P=1.5mm，中径，中径d2=9.026mm；螺距螺距P=6mm， 中径中径d2=64.103mm。M10螺纹

18、升角：螺纹升角：oarctgdnparctg03. 3026. 95 . 11210M68螺纹升角：螺纹升角：oarctgdnparctg707. 1103.6461268ooarctgfarctg59. 630cos1 . 0cos2、求当量摩擦角、求当量摩擦角 。则当量摩擦角则当量摩擦角 为：为：普通螺纹牙型角普通螺纹牙型角=60o牙侧角牙侧角 = =30o摩擦系数摩擦系数f取为：取为：0.1因为因为:同理同理:10=3.03o ，所以能够所以能够自锁自锁。68=1.707o ，所以能够所以能够自锁自锁。一、一、螺纹联结基本类型螺纹联结基本类型二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件 104 螺纹联接

19、的基本类螺纹联接的基本类 型及螺纹紧固件型及螺纹紧固件 一、螺纹联接的一、螺纹联接的基本类型基本类型a) 普通螺栓联接普通螺栓联接：1、螺栓联接螺栓联接 被连接件通孔不带螺纹，被联接件不太厚，被连接件通孔不带螺纹，被联接件不太厚，装拆方便。装拆方便。螺杆带钉头，螺杆穿过通孔与螺母配合螺杆带钉头，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，可多次装拆，应用较广。失，结构简单，可多次装拆，应用较广。图 6.4 只受预紧力的紧螺栓联接b) 精密螺栓联接：精密螺栓联接： 装配后无间隙，主要装配后无间隙，主要承受垂直于螺栓轴

20、线的横承受垂直于螺栓轴线的横向载荷，也可作定位用，向载荷，也可作定位用，采用采用基孔制过渡配合基孔制过渡配合铰制铰制孔螺栓联接孔螺栓联接2、螺钉联接螺钉联接 螺钉直接旋入被连接的螺钉直接旋入被连接的螺孔，结构比较简单，这种连螺孔，结构比较简单，这种连接接不宜经常装拆，以免被连件不宜经常装拆，以免被连件的螺纹孔磨损而修复困难的螺纹孔磨损而修复困难。3、双头螺柱联接双头螺柱联接 多用于较厚的被连接件或多用于较厚的被连接件或为了结构紧凑而采用盲孔的连为了结构紧凑而采用盲孔的连接。允许多次装拆，而不会损接。允许多次装拆，而不会损坏被连接零件。其中一被连接坏被连接零件。其中一被连接件需要切制螺纹螺杆，件

21、需要切制螺纹螺杆，螺柱螺柱两两端无钉头，但均有螺纹，装配端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。拆装时只需拆螺母，配以螺母。拆装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中而不将双头螺栓从被联接件中拧出。拧出。4、紧定螺钉联接紧定螺钉联接 常用来固定两零件的常用来固定两零件的相对位置，并可用来传相对位置，并可用来传递不大的力和力矩。递不大的力和力矩。二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件1、螺栓、螺栓2、双头螺柱、双头螺柱3、螺钉、紧定螺钉、螺钉、紧定螺钉4、螺母、螺母5、垫圈、垫圈垫圈作用：垫圈作用：增加被连接件的支撑面积以减少增加被连接件的支撑面积以减少接

22、触处的压强和避免拧紧螺母时擦伤被连接件接触处的压强和避免拧紧螺母时擦伤被连接件的表面。的表面。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紧定螺钉紧定螺钉一、一、拧紧力矩拧紧力矩二、二、螺纹连接的防松螺纹连接的防松 10-510-5 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松三、三、例题例题2一、拧紧力矩一、拧紧力矩facarFftgdF)(22T = T1+T2 = 一般情况下，螺纹联接都需要拧紧，对重

23、要的螺一般情况下，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，以保证工作的可靠性。纹，必须控制预紧力的大小，以保证工作的可靠性。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。T1T2T对于对于M10M68的普通粗牙螺纹：取的普通粗牙螺纹：取 f =tg =0.15 ， fc=0.15则上式简化为：则上式简化为：T=0.2 Fa d (N.mm) 式中，式中，d为螺纹公称直径；为螺纹公称直径； Fa Fa为预紧力。为预紧力。Fa由螺纹联接的要求决定。一般是取螺栓材料由螺纹联接的要求决定。一

24、般是取螺栓材料屈服极限的屈服极限的50%70%。 重要的螺纹（大于重要的螺纹（大于M12M16)应采用有效应采用有效的措施控制预紧力的措施控制预紧力。测力矩板手测力矩板手二、螺纹联接的防松二、螺纹联接的防松 螺纹防松是防止螺纹副的相对转动。常用的方法见螺纹防松是防止螺纹副的相对转动。常用的方法见表表10-310-3。 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造实际工作中，外载荷有振动、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，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，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失从而使螺纹联接

25、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，造成事故效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故 1 1、防松目的、防松目的 消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。运动的难度。2 2、防松原理、防松原理3 3、防松办法及措施、防松办法及措施 1）利用附加摩擦力防松 2 2）采用专门防松元件防松：）采用专门防松元件防松：槽形螺母与开口销槽形螺母与开口销圆螺母用带翅垫片圆螺母用带翅垫片止动垫片止动垫片3 3）其他方法防松：）其他方法防松：已知梯形螺纹已知梯形螺纹Fa=30KN,n=1,

26、d=36mm, P=6mm, f=0.08, fc=0.1, rf=20mm求：求：1.能否自锁，能否自锁， 2.举起重物的驱动力矩举起重物的驱动力矩 3.起重例题器的总效率。起重例题器的总效率。例题例题2 oogfg73. 415cos08. 0arctcosarct) 1 ( ogdPg31. 3336arctarct2解：该螺纹具有自锁性。21 )2(TTTNmm1030. 1)(252fcaarfFtgdF)( )3(tgtg009 .40)73. 431. 3(31. 3tgtg一、一、松螺栓联接松螺栓联接二、二、紧螺栓联接紧螺栓联接连接松连接松 10-6 10-6 螺栓联接的强度计

27、算螺栓联接的强度计算螺栓的强度计算就是确定小径螺栓的强度计算就是确定小径d d1 1。1.螺栓杆拉断；螺栓杆拉断；2.螺纹的压溃和剪断；螺纹的压溃和剪断；3.磨损后的滑扣磨损后的滑扣螺栓的主要螺栓的主要失效形式失效形式有：有：一、松螺栓联接一、松螺栓联接 工作时不需要将螺母拧紧。工作时不需要将螺母拧紧。如吊钩螺栓如吊钩螺栓. .螺栓所受拉力螺栓所受拉力工作载荷工作载荷=松螺栓联接强度条件：4/21dFa其中：其中： 许用拉应力许用拉应力,MPad1螺纹小径螺纹小径mmFad41例题例题3mmFda033.2360102544314/21dFa例题3如下图所示，起重吊钩的起吊重量是如下图所示，起

28、重吊钩的起吊重量是25kN25kN，吊钩材料为吊钩材料为3535钢，许用应力为钢，许用应力为60MPa60MPa，求吊，求吊钩尾部螺纹直径。钩尾部螺纹直径。根据：根据：有有解：解： 查出的查出的d1比根据强度计算求得的比根据强度计算求得的d1值略大，强度合适。故吊钩尾部螺纹可采值略大，强度合适。故吊钩尾部螺纹可采用用M27。由由P136表表10-1查得：查得：d=27mm时，时，d1=23.752mmd1=23.033mm二、紧螺栓联接二、紧螺栓联接4/21dFa 螺栓在工作前螺栓在工作前拧紧拧紧，便受到预紧力，便受到预紧力F0（等于（等于Fa）和和螺纹摩擦力矩螺纹摩擦力矩T1的作用。的作用。

29、预紧力预紧力F0产生拉伸应力产生拉伸应力：螺纹摩擦力矩螺纹摩擦力矩T1产生剪应力产生剪应力5 . 08610，取对于MM4)(2162)(162112312311dFtgddddtgFdTaa3 . 1)5 . 0(332222e 拉、扭联合作用时，根据材料力学的第四拉、扭联合作用时，根据材料力学的第四强度理论，其当量应力为：强度理论，其当量应力为： 螺栓螺纹部分的强度条件为：螺栓螺纹部分的强度条件为：4/21dFaMPadFae4/3.13.1211、受横向工作载荷的螺栓强度、受横向工作载荷的螺栓强度 杆孔间有间隙，为保证杆孔间有间隙，为保证联接可靠即被连接件之联接可靠即被连接件之间不产生相

30、对滑移，应间不产生相对滑移，应满足的条件为：满足的条件为：使接合面摩擦力大于工作载荷使接合面摩擦力大于工作载荷F摩擦力：摩擦力：f FaFC特点：特点：m 接合面数目接合面数目f 摩擦系数摩擦系数 （0.10.15）C 可靠性系数（可靠性系数（1.11.3）F0 预紧力预紧力mmfCFFFa0螺栓预紧力为：螺栓预紧力为：分析：分析：当当f=0.15,C=1.2,m=1f=0.15,C=1.2,m=1时时, ,F F0 0 8F8F，这说明，这说明螺栓联接靠摩擦力来承担横向载荷螺栓联接靠摩擦力来承担横向载荷时时, ,其直径尺其直径尺寸较大。为了寸较大。为了减小直径，简化结构，提高联接承减小直径，

31、简化结构，提高联接承载能力载能力,可以采用以下减载装置可以采用以下减载装置:c)c)减载销减载销a)a)减载键减载键b)b)减载套筒减载套筒d)d)采用铰制孔用螺栓联接采用铰制孔用螺栓联接 这些减载装置中的键、套筒、销和铰制孔用螺栓这些减载装置中的键、套筒、销和铰制孔用螺栓可按受剪切和受挤压进行强度计算。可按受剪切和受挤压进行强度计算。 螺杆与孔间紧密配合，螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切接承受挤压和剪切来传递外载荷来传递外载荷F F进行进行工作工作FFd0补充：补充：铰制孔螺栓联接强度铰制孔螺栓联接强度螺栓的剪切强度条件为：螺栓的剪切强度条件为：420dm

32、F m m 螺栓剪切面数螺栓剪切面数 螺栓许用剪应力，螺栓许用剪应力，MPaMPam特点：特点：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为： 铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工精度较高，成本较高工件孔壁加工精度较高，成本较高0ppdFFFd0 F F 横向载荷（横向载荷（N N） d d0 0 螺栓剪切面直径（螺栓剪切面直径（mmmm） 螺栓杆与被联接件孔壁间螺栓杆与被联接件孔壁间接触受压的最小轴向长度（接触受压的最小轴向长度（mmmm）2、受轴向工作载荷的紧螺栓强度：工作特点：工作特点：工作前拧紧，有预紧力工作

33、前拧紧，有预紧力F F0 0工作后加上工作载荷工作后加上工作载荷F FE E工作前、工作中螺栓所受工作前、工作中螺栓所受总载荷发生变化总载荷发生变化下面以气缸为例进行分析：下面以气缸为例进行分析： 右图所示的缸体中，右图所示的缸体中，设流体压强为设流体压强为p，螺栓，螺栓数为数为z，则缸体周围每，则缸体周围每个螺栓平均承受的轴个螺栓平均承受的轴向工作载荷为：向工作载荷为：FEFEzDpEF42 在受轴向工作载荷的螺栓中，在受轴向工作载荷的螺栓中，螺栓实际承受的总拉伸载荷螺栓实际承受的总拉伸载荷Fa并并不等于预紧力不等于预紧力F0与轴向工作载荷与轴向工作载荷FE之和。之和。1 1、如右图所示，当

34、、如右图所示，当螺母未拧紧时，螺螺母未拧紧时，螺栓螺母松驰状态栓螺母松驰状态. . 、拧紧拧紧预紧状态预紧状态 凸缘凸缘F0 压压c0栓杆栓杆F0 拉拉b0b0c0F0F0F0F0FaFa螺栓杆螺栓杆受力变形图受力变形图被联接件被联接件受力变形图受力变形图0b螺栓杆螺栓杆凸缘凸缘0c3 3、加载加载F FE E后后工作状态工作状态b0c0 lF0F0F0F0FaFab0+ c0 FEFRFRFEFaFa凸缘PPQQ变形缩小变形缩小 拉力增加拉力增加 PQQ变形增加变形增加 继续拉长继续拉长压力减小压力减小合合成成受受力力变变形形图图从图线可看出，螺栓受工作载荷从图线可看出，螺栓受工作载荷F F

35、时，时，螺栓总载荷螺栓总载荷： ERaFFFF FR R残余预紧力残余预紧力 为保证联接的紧密性（即结合面不出现间隙）：为保证联接的紧密性（即结合面不出现间隙）：残余预紧力残余预紧力FR必须大于零；必须大于零；对对FE没有变化时，没有变化时， FR =(0.20.6) FE;对对FE有变化时，有变化时， FR =(0.61.0) FE;对重要的有紧密性要求的联接，对重要的有紧密性要求的联接，FR =(1.51.8) FE; 在一般计算中，先根据联接的工作要求定出在一般计算中，先根据联接的工作要求定出F FR R , , 再计算再计算F Fa a=F=FE E+F+FR R , , 最后最后带入

36、强度计算式：带入强度计算式：4/3 . 121dFa 若轴向工作载荷若轴向工作载荷FE在在0 FE间周期性变化，则间周期性变化，则螺栓所受总拉伸载荷应在螺栓所受总拉伸载荷应在F0 Fa间变化。间变化。 受变载荷螺栓的计算也按受变载荷螺栓的计算也按总拉伸载荷总拉伸载荷Fa进行，进行，带入强度计算式，带入强度计算式，不同的是许用应力应按表不同的是许用应力应按表10106 6和和10107 7选取选取。螺栓刚度和被联接件刚度对螺栓受力的影响：螺栓刚度和被联接件刚度对螺栓受力的影响：cRbbakFFcFFkFFFF0000变形变形力力FaF0FRFE b0 c0 螺栓刚度螺栓刚度 Kb=F0 / b0

37、被联接件刚度被联接件刚度Kc=F0 / c0 Fb FcbarctgkcarctgkcbbEkkFcFF又因为：又因为：cbEkkF)1 (00cbbERcbbEakkkFFFkkkFFFcbbkkk称为螺栓的相对刚度系数。 螺栓的相对刚度系数与螺栓及被联接件的螺栓的相对刚度系数与螺栓及被联接件的材料、尺寸和结构有关，其值在材料、尺寸和结构有关，其值在01变化，可变化，可按表按表10-5查取。查取。式中：式中：FEFE例题例题:油缸壁厚油缸壁厚10mm,p=1.6MPa,D=160mm,共有共有8个螺栓均布于凸缘中部个螺栓均布于凸缘中部,求螺栓强度及其分布求螺栓强度及其分布.QF例题、图示螺栓

38、连接中采用2个M20的螺栓，其许用拉应力为【 】=160Mpa，结合面的摩擦系数f=0.2，可靠系数C=1.2求该连接允许传递的静载荷一、一、螺栓的常用材料（螺栓的常用材料（P145 ） 10-7 10-7 螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力二、螺栓联接的许用应力二、螺栓联接的许用应力三、紧螺栓联接的安全系数三、紧螺栓联接的安全系数一般用途：碳素钢；一般用途：碳素钢； 重要联接：合金钢重要联接：合金钢许用应力：见表许用应力：见表10-6安全系数：见表安全系数：见表10-7 螺栓联接承受轴向螺栓联接承受轴向变载荷时，螺栓的损坏变载荷时，螺栓的损坏多为螺栓杆部分的疲劳多为螺栓杆部分的疲劳断裂

39、，通常发生在应力断裂，通常发生在应力集中较严重的地方，如：集中较严重的地方，如：螺栓头部、螺纹收尾部螺栓头部、螺纹收尾部和螺母支撑平面所在处和螺母支撑平面所在处的螺纹。的螺纹。 10-8 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施 下面说明影响螺栓强度的因素和提高强下面说明影响螺栓强度的因素和提高强度的措施。度的措施。65%20%15%一、降低螺栓总拉伸载荷一、降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围的变化范围F0F0FaminFRFaFamaxFamaxFamin减小螺栓刚度减小螺栓刚度kb ；增大被联接件刚度增大被联接件刚度kc ；措施：措施：二、改善螺纹牙间的载荷分布二、改善螺纹牙间的载荷分布

40、三、避免或减少应力集中三、避免或减少应力集中四、避免或减少附加应力四、避免或减少附加应力 引起附加引起附加应力的原因：应力的原因：避免附加应避免附加应力的措施：力的措施：一、一、键联接的类型：键联接的类型：（P151 ） 10-11 10-11 键联接和花键联接键联接和花键联接二、平键联接的强度校核二、平键联接的强度校核三、花键联接三、花键联接一、键联接的类型：一、键联接的类型：键：键：1、平键联接、平键联接（1）主要用来实现轴和轴上零件之间的周向）主要用来实现轴和轴上零件之间的周向固定以传递转矩；固定以传递转矩； （2）有些键还可实现轴上零件的轴向固定或）有些键还可实现轴上零件的轴向固定或轴

41、向移动；轴向移动；是标准件，分为平键、半圆键、楔键和切向键是标准件，分为平键、半圆键、楔键和切向键平键平键: 分为分为普通平键普通平键和和导向平键导向平键两种。两种。特点特点:定心性较好、装拆方便，应用最广。定心性较好、装拆方便，应用最广。2、半圆键半圆键联接联接3、楔键楔键联接和联接和切向键切向键联接联接普通平键的端部有普通平键的端部有A型（圆头）、型（圆头）、B型（方头）和型（方头）和C型（单圆头）三种。型（单圆头）三种。 轴上键槽用指轴上键槽用指形铣刀加工，键在形铣刀加工，键在槽中固定良好，但槽中固定良好，但轴上键槽端部的应轴上键槽端部的应力集中较大。力集中较大。 用盘形铣用盘形铣刀加工，轴刀加工，轴的应力集中的应力集中较小。较小。常用于轴端。常用于轴端。作用：作用： 实现轴上零实现轴上零件的轴向移动，件的轴向移动，构成构成动联接动联接。定心性较好、装拆方便。定心性较好、装拆方便。 能在键槽中摆动，开较深能在键槽中摆动，开较深的键槽，对键