第六、七章-螺纹联接、键联接(精品 值得参考)

联接一、分类

联接的分类

静联接——什么称之？

动联接

——什么称之？被联接件之间相互固定、不能作相对运动的称为静联接。例如：能按一定运动形式作相对运动的称为动联接。例如

联接是指联接拆开时，不破坏联接中的零件，重新安装，即可继续使用的联接。如：

可拆联接—什么称之？

不可拆联接—什么称之？

是指联接拆开时，要破坏联接中的零件，不能继续使用的联接。如：

介于这两种联接之间还有过盈联接。

摩擦联接：非摩擦联接联接二、设计联接应满足的要求

经济性要求、紧密性要求。

强度：力求达到被联接件和联接件强度相等，也就是达到等强度。第六章螺纹联接§1概述

1、定义：什么叫螺纹联接(threadconnection)？2、特点：3、常用螺纹

三角形螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、圆螺纹，共五种。根据螺纹牙型的不同，常将螺纹分为：螺纹联接——利用螺纹零件实现的联接称之。

结构简单、装拆方便，使用可靠等，它是标准件，所以可大批量生产，成本低，此外，还可用于调整、堵塞。

圆螺纹也用于联接。传动主要用——梯形、矩形、锯齿形，因为它们效率高些。

§1概述

联接主要用——三角形螺纹，它易满足：，即易自锁，即用它的自锁性。（三角形）螺纹又分为左旋、右旋（左、右螺纹）

怎么区别是左螺纹还是右螺纹？

一般螺纹联接用粗牙螺纹还分多头，单头，（多线、单线）传动用螺纹一般是多头，联接螺纹一般用单头。

当外径一定时，细牙升角小（牙细）自锁性好，内径、中径较大,内径大些，强度高些，但不宜用于常拆处，因为常拆处易磨损（牙本来就细）。§1概述三角形螺纹还有粗牙和细牙之分。细牙螺纹主要用于薄壁零件、受振动或变载荷的联接、微调装置等。

螺纹联接的主要类型有：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接、紧定螺钉联接。1）螺栓联接（BoltConnection)：

螺栓联接也可分：受拉螺栓联接；受剪螺栓联接。受拉螺栓联接又叫普通螺栓联接。受剪螺栓联接又叫铰制孔螺栓联接。4、螺纹联接的主要类型

注意：

(1)螺栓联接适用于被联接件不太厚，又需经常装拆的场合。若被联接件之一很厚时，不宜用此。因为被联接件很厚时，钻孔会很深，而深孔钻很麻烦。（孔深为轴径的5倍以上时的钻孔称之）；

(2)或无安放螺母的位置；

(3)或要求表面光整。

§1概述§1概述2）螺钉联接（ScrewConnection)：

2）双头螺柱联接（StudBoltConnection)：

不宜用于常装拆的情况。双头螺柱联接的特点：两端都无头；

2）紧定螺钉联接（CheckScrewConnection)：

另一种分类方法，即分为：

松螺栓联接（即松联接）；紧螺栓联接（即紧联接）预紧力Fˊ（preload)§2螺栓联接的拧紧和防松

一、螺栓联接的拧紧

2、拧紧力矩T(TighteningTorque)装配时要克服哪些力矩才能把螺母(screwnut)拧紧呢？1.拧紧达到之目的：增大联接之刚性，增大紧密性。此外，对受拉螺栓联接，F′大些可提高联接强度。

1）螺纹幅间摩擦（螺栓螺纹牙与螺母螺纹牙之间的摩擦）T11）螺纹幅间摩擦（螺栓螺纹牙与螺母螺纹牙之间的摩擦）T1§2螺栓联接的拧紧和防松

∴

∴T=T1+T2

(a)2）螺母端面与被联接件端面间的摩擦T2

——当量摩擦角

另外螺母端面与被联接件之间的摩擦力矩为：

kt：拧紧力矩系数，一般摩擦情况的条件下，标准件：kt=0.1~0.3一般平均取kt=0.2

§2螺栓联接的拧紧和防松

将T1、T2代入(a)式得：

T=T1+T2(a)

T1=T3+T4测力矩扳手定力矩扳手图6.2控制拧紧力矩用的扳手

§2螺栓联接的拧紧和防松

T之控制方法:

二、防松

1、原因

2、方法

（1）利用摩擦

§2螺栓联接的拧紧和防松

对顶螺母弹簧垫圈（2）直接锁住

开口销与槽形螺母止动垫片§2螺栓联接的拧紧和防松

串联金属丝§2螺栓联接的拧紧和防松

3）破坏螺纹付

这种方法也叫永久止动。

焊住冲点

§2螺栓联接的拧紧和防松

§3螺栓组联接的受力分析（BoltSetConnection)

1、目的

2、假设

（1）整个螺栓组中各个螺栓的拉伸刚度、剪切刚度（这些相同即为各螺栓的材料、直径和长度相同）、预紧力都分别相同。（2）在多数受力情况下，都要假设被联接件是刚体，也即接合面始终保持为平面。§3螺栓组联接的受力分析（BoltSetConnection)

（3）螺栓组的对称中心与接合面的形心重合。（4）螺栓之应变没超过弹性范围（服从虎克定律）

3、典型螺栓组受力分析

1）受横向力FR的螺栓联接：（1）受横向力FR的螺栓联接：

受拉螺栓联接是靠摩擦传递载荷，而受剪螺栓联接即靠变形传递载荷。

a)用受拉螺栓联接b)用受剪螺栓联接1）受拉螺栓联接（TensionBoltJoint)—靠摩擦

特点：螺栓直径小于被联接件孔径。不管载荷作用于什么方向，螺栓始终只受预紧力Fˊ，而始终受拉。

①工作情况和联接应满足要求受工作载荷前就拧紧使被联接件受压，螺栓受拉，这种联接称紧联接(tightconnection)。

a)用受拉螺栓联接

b)用受剪螺栓联接

要求：a.、被联接件不滑动（一有滑动则认为失效）

b、螺栓不拉断②

受力分析

a)用受拉螺栓联接

b)用受拉螺栓联接

（6.14）

a)用受拉螺栓联接b)用受剪螺栓联接不滑动应满足：F´µs≥FR（6.14）

kf：可靠性系数kf=1.1~1.5，载荷有冲击、零件重要则取大值。μs——钢且表面洁净无油污，则为0.1~0.16，表面有油污则为0.06~0.1。

（6.14）

2）受剪螺栓联接（ShearingBoltJoint)——靠变形

铰制孔螺栓联接

§3螺栓组联接的受力分析

a)用受拉螺栓联接b)用受剪螺栓联接所以每个螺栓所受之剪切力：螺栓受之剪切力用Fs表。（在受力方向螺栓不要超过6个或8个，则工程上一般认为每个螺栓受的剪切力相等）

§3螺栓组联接的受力分析

所以每个螺栓所受之剪切力：

（6.15）

（2）受旋转力矩T的螺栓联接图6.12受旋转力矩的螺栓组联接T§3螺栓组联接的受力分析

1）工作情况

O—O简称旋转中心2）受拉螺栓

Tμ≥T每个螺栓联接接合面处的摩擦力相同，均为：式中：r1为第一个螺栓中心到回转中心距离；r2为第二个螺栓中心到回转中心距离；rz为第z个螺栓中心到回转中心距离。图6.12受旋转力矩的螺栓组联接T式中kf：考虑摩擦传力的可靠性系数。

kf=1.1~1.5

图6.12受旋转力矩的螺栓组联接T3）受剪螺栓联接

(ShearingBoltJoint)特点：靠螺栓受剪和螺栓与被联接件之间相互挤压时的变形来传递载荷。

忽略联接中的预紧力和摩擦力，则根据底板的静力平衡条件得：

（a）

（见左图）根据螺栓变形协调条件：每个螺栓的剪切变形量与该螺栓中心到底板回转中心的距离成正比；另一方面，每个螺栓的剪切变形量与它受的剪力成正比（虎克定律），而且前面讲了每个螺栓的剪切刚度相同，所以各螺栓的剪力也与这个距离成正比（b）

——变形协调条件。

§3螺栓组联接的受力分析

图6.12受旋转力矩的螺栓组联接T（见左图）根据螺栓变形协调条件：每个螺栓的剪切变形量与该螺栓中心到底板回转中心的距离成正比；另一方面，每个螺栓的剪切变形量与它受的剪力成正比（虎克定律），而且前面讲了每个螺栓的剪切刚度相同，所以各螺栓的剪力也与这个距离成正比：

从图中还可看出:

将（b）式代入（a）式整理得：（3）受轴向力FQ的螺栓组联接

所以每个螺栓的工作载荷：

（6.13）

一般情况下：

（b）

（a）

（4）受翻转力矩M的螺栓组联接

翻转力矩M作用在通过x—x轴并垂直于联接接合面的对称平面内。

计算时假设：

O-O轴线左边：左边基础被放松，螺栓受拉伸的工作载荷F而进一步被拉长，其受力增大。

假设底板和基础都是弹性体，但其接合面始终保持为平面（这点与前面的假设不同），在M的作用下底板有绕螺栓组对称轴线O-O翻转的趋势。

O-O轴线左边：左边基础被放松，螺栓受拉伸的工作载荷F而进一步被拉长，其受力增大。

O-O轴线右边：右边螺栓相当于受了负的拉力，其预紧力↓，所以变形↓，但是右边接合面受的压力↑（4）受翻转力矩M的螺栓组联接

当M加上后，左半边螺栓对底板的紧固力增大，而右半边基础对底板的反抗力以同样大小增大。

底板：因此，根据底板的静力平衡条件得：

（1）

式中Fi表示第i个螺栓的工作载荷。怎么求F1、F2…？

所以：（2）因为：（3）

这就是说O—O轴线左边螺栓的工作载荷和右边基础在螺栓处的反抗压力与其到O—O轴线的距离成正比

从图可以看出：

§3螺栓组联接的受力分析

（2）又因螺栓拉伸刚度相同，所以：

…§3螺栓组联接的受力分析

因此将式（3）代入式（1）得：

（1）

（3）§3螺栓组联接的受力分析

简化后得一个力R和一个力矩T，T=RL。

用表示每个螺栓受的T引起的横向力，则：

简化后得一个力R和一个力矩T，T=RL。

因为4个螺栓均匀分布，所以：

用表示每个螺栓受的T引起的横向力，则：

作每个螺栓、的几何和，得各螺栓总的横向载荷R总，

因为R总1和R总2最大，所以就用它们。若是受拉螺栓，则m：接合面数目。§4单个螺栓联接的强度计算

一、受拉螺栓联接

(TensionBoltConnection)①塑性变形和断裂（静）

(PlasticDeformationandBreakage)

②

疲劳断裂（变载）

(FatigueBreakage)

1、失效形式

式中，d1—螺纹小径；H—螺纹牙形的三角形高度，对于普通螺纹，H≈0.866p；d1、p的值见有关手册。

2、螺栓螺纹部分危险剖面的计算直径dc

在螺栓强度计算中，螺栓螺纹部分危险截面的面积要用计算直径dc计算，该直径可用如下经验公式确定：3、受拉松螺栓联接计算（松联接：loosecoupling)§4单个螺栓联接的强度计算

其危险剖面上的应力：

于P110表6.3中查§4单个螺栓联接的强度计算

1.2~1.51.21.6<121620243010.870.810.760.6936424856640.650.620.60.570.544006008001000

33.94.85.2~~5~44~4.252.5~2

5.7~55~3.43.4~3M6~M16M16~M30M30~M60

4、受拉紧螺栓联接（紧联接：tightcoupling）（1）只受Fˊ的螺栓联接

在Fˊ作用下产生的拉应力：（tensilestress)

在摩擦力矩T1作用下：

§4单个螺栓联接的强度计算

切应力（shearstress)：在摩擦力矩T1作用下：

切应力（shearstress)：将T1代入τ变形得：

§4单个螺栓联接的强度计算

把M10~M68这个范围内的螺纹的中经d2、dc、Ψ的平均值代入此式，并且取当量摩擦系数为0.15则得：

按第四强度理论得：

强度计算时我们可按纯拉来计算，而把切应力的影响用系数1.3来考虑。

§4单个螺栓联接的强度计算

§4单个螺栓联接的强度计算

1.2~1.51.21.6<121620243010.870.810.760.6936424856640.650.620.60.570.544006008001000

33.94.85.2~~5~44~4.252.5~2

5.7~55~3.43.4~3M6~M16M16~M30M30~M60

用销抗剪用衬套抗剪图6.9用抗剪件传递横向力

§4单个螺栓联接的强度计算

这个联接的缺点是：，，kf=1.2，则F′=8FR所以螺栓的尺寸可能很大。（2）受预紧力F′和轴向工作载荷的紧螺栓联接。

(预紧力:preload轴向工作载荷:externaltensileload)1）受力分析

总载荷为一个螺栓受的总拉力为多少？

通过螺栓组对称中心，则每个螺栓上受工作载荷为：

§4单个螺栓联接的强度计算

图6.5a)

螺栓δ1=0受力0被联接件δ2=00

图6.5a)开始拧紧图6.5螺栓受被联接件反作用力F′，此时，螺栓弹性变形为δ1，这两个F′大小相等，方向相反。

缝隙a)开始拧紧b)拧紧后c)受工作载荷d)工作载荷过大图6.5b)：被联接件被压缩的弹性变形为δ2，受压缩力或压紧力F′F′F′δ1δ2变形力力图6.6a)一般δ1≠δ2

§4单个螺栓联接的强度计算

从这个图可以看出，同理

F′F′δ1

δ2力力变形图6.6a)θ1

θ2

δ1δ2

力F′变形图6.6b)缝隙a)开始拧紧

b)拧紧后c)受工作载荷d)工作载荷过大

δ2

δ1

F′F〞FF0变形力F6.5c)：螺栓受拉，伸长增量为Δδ1，总伸长量为δ1+Δδ1若设螺栓的总拉力为F0，则螺栓受的拉力的增量为F0－F′>0。假设被联接件减少Δδ2

若F〞=0，是极限状况，若F〞<0，则气体会跑出来。压力的减少量为。

§4单个螺栓联接的强度计算

被联接件的变形变为δ2－Δδ2根据变形协调条件得：Δδ1=Δδ2剩下的压紧力，这个称为剩余预紧力或残余预紧力。

δ2

δ1

F′F〞FF0变形力F缝隙a)开始拧紧b)拧紧后c)受工作载荷d)工作载荷过大图6.5根据螺栓的静力平衡条件,得:即螺栓总拉力为工作载荷与被联接件给它的剩余预紧力之和。

δ2

δ1

F′F〞FF0变形力F根据螺栓的静力平衡条件,得:即螺栓总拉力为工作载荷与被联接件给它的剩余预紧力之和。

δ2

δ1

F′F〞FF0力F变形

δ2

δ1

F′F〞FF0力F变形§4单个螺栓联接的强度计算

2)强度计算

应以和由引起的螺纹力矩进行强度计算。因为力矩是在扭的时候作用上去的。仿前，按纯拉伸计算，将总拉力增加30%，以考虑扭转剪应力的影响，于是螺栓危险截面的强度条件为：仿前，按纯拉伸计算，将总拉力增加30%，以考虑扭转剪应力的影响，于是螺栓危险截面的强度条件为：这个公式既可用于静载，也可用于变载，但变载时：Ⅰ：按最大应力进行静强度计算，也就是公式中的要用（螺栓受的最大总载荷）Ⅱ：疲劳强度计算工作载荷变化情况：

在F1~F2之间变化，

F〞F′力时间工作载荷变化变形螺栓拉力变化图力F〞F′力时间工作载荷变化变形螺栓拉力变化图力

F〞F′力时间工作载荷变化变形螺栓拉力变化图力F〞F′时间工作载荷变化变形螺栓拉力变化图力力所以,危险截面的应力幅:若F1=0,则工作载荷在0~F2之间变化,所以螺栓总拉力变化范围:所以螺栓里的最小应力与对应,而不变,所以=常数§4单个螺栓联接的强度计算

1.2~1.51.21.6<121620243010.870.810.760.6936424856640.650.620.60.570.544006008001000

33.94.85.2~~5~44~4.252.5~25.7~55~3.43.4~3M6~M16M16~M30M30~M60二、受剪螺栓联接

1.特点：

一般采用过渡配合，也可按推荐选

2.工作原理：§4单个螺栓联接的强度计算

受剪螺栓联接的主要失效形式有：螺杆被剪断，螺杆与孔壁接触表面压溃。

3.计算假设a.沿载荷方向螺栓不多于6个，所以认为各个螺栓受力相同。b.杆、孔表面的挤压应力的分布很复杂（见图6.8c），与材料、尺寸、载荷等有关，很难精确确定。作假设，认为挤压应力均布(图6.8d)。

c.螺母的拧紧产生的F′和摩擦力忽略不计。FS—螺栓受的剪力，m—螺栓抗剪面数目,[τ]—螺栓的许用切应力

4.螺栓杆的剪切强度计算

§4单个螺栓联接的强度计算

5.螺栓杆挤压强度计算

（两个板子厚度相同，材料相同，则用最小高度）

若板子厚不相同，材料不同，则要看这个乘积，以最小的代入去计算，并且工程设计时一般要满足

一许用挤压应力，可查

表6.4§4单个螺栓联接的强度计算

§5.提高螺栓联接强度的措施一般螺纹联接之强度主要取决于螺栓强度

一、螺纹牙间载荷分配及其改善

既然明白了螺纹牙受力不均匀之原因，所以我们可采取一些相应的措施。

①图6.15a.，螺母牙到处都受拉，使母体与

栓杆变形一致，以减少螺距变化差。②内斜螺母，图6.15b③

图6.15c

采取上述措施可使螺栓疲劳强度提高20~40%，但采取这些措施成本较高，所以，一般机械中少见，这些螺母主要在航天器上使用。

上述措施都可以使螺栓的疲劳强度提高20~40%，其次减少应力幅也可提高疲劳强度。

二、应力变化幅度及其改善

当↓则→1，

则接近于静载，

另外，螺母材料软，弹性模量低也可以改善螺纹牙间之载荷分配，提高螺栓疲劳强度。

那么怎样减少呢？

∵F1=0时，由

知

在工作载荷和剩余预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度或增大被联接件刚度都能达到减小应力幅的目的，从而可提高螺栓疲劳强度，但预紧力则应增大。

当螺栓刚度为被联接件刚度的一半时，即时，

可见，当螺栓刚度为被联接件刚度的一半时，螺栓拉力变化幅仅为工作载荷变化幅的三分之一。

F〞F′力时间工作载荷变化力变形螺栓拉力变化图

那么，为了减少c1，采取什么措施呢？

采取这些结构：①细腰身或在螺栓中钻孔，在螺母下装碟形弹簧，图6.22，图6.21

也有用高强度材料螺栓的。

从图6.20可看出：增大F′，疲劳强度也会提高。

Fea)螺栓受偏心载荷b)被联接件刚度不够三、附加应力

为什么会产生附加应力呢？

若e=dc，则：

采取措施：

§5.提高螺栓联接强度的措施

所以，附加弯曲应力对螺栓强度影响较大。另外，被联接件、螺栓头部、螺母等的承压面倾斜，螺纹孔不正，都会引起附加弯曲应力。

抗弯力偶抗弯力偶

采用鱼眼坑（又叫沉头座）（注意，螺栓两头都需要），或作成凸台；若表面倾斜要用斜面垫圈或球面垫圈，以保证螺纹孔轴线与联接中各承压面垂直。有时还用腰环来抵抗弯矩。采取上述措施的目的是：为了减小或避免附加弯曲应力。

§5.提高螺栓联接强度的措施五、材料机械性能和制造工艺

材料机械性能，就是说若材料强度高，则其疲劳强度也高。所以，此时可施加更大的预紧力。另外，我们的工艺，究竟是在车床上车还是辗压，若是辗压由于可在表层产生残余压应力，所以提高了疲劳强度。同样的螺纹，我们用车和辗，结果辗可比车疲劳强度高30~40%，另外，可用碳氮共渗、喷丸处理等方法来提高螺栓疲劳强度。§5.提高螺栓联接强度的措施四、应力集中（StressConcentration)：

第七章键、花键和销联接

键联接(KeyConnection)§1.概述一、功用

主要用于轴毂联接。1.周向固定，传递转矩如：楔键，斜键

3.动联接

第一：如何正确选择键之类型。第二：如何正确合理地决定键之尺寸。第三：如何正确合理地进行键联接的强度计算。2.轴向固定，传递Fa（轴向力)

静联接二、键联接之类型

1.斜键（楔键）——用于静联接。（staticconnection)斜键工作面：上下两表面

§1.概述1:1001︰100

斜键联接又叫紧联接

工作面§1.概述2.平键：平键的工作面是：两个侧面。

工作面

平键分为：普通平键，导向平键（简称导键）和滑键（见下页图）。前者用于静联接，后两者用于动联接。

有一种键高较小的普通平键称为薄型平键，可用于薄壁零件。

§1.概述普通平键又分为：①园头键②方头键③一端是园头，另一端是方头（即单元头或叫半园头）

工作面3.半园键

工作原理：靠侧面

T§1.概述§1.概述花键联接。无键联接（又叫成形联接）P130图7.17三、键的尺寸选择

平键：b×h×L花键：N×d×D×B选用哪种尺寸主要根据轴的直径d来选例：平键：已知d则可查b×h，然后按照轮毂宽度B确定键长L。L≤B毂

§1.概述§