机械设计之联接

联接篇内容提要教学要求重点难点问题思考工程应用

任何机械均由若干零件按一定方式相互联接而成。如果相连接的零件其相对位置在工作时按一定的规律进行变化，此种联接称动联接。如果相联接的零件在工作时其相对位置固定不变，此种联接称静联接。根据是否可拆卸，联接还可分为可拆联接和不可拆联接。

现将联接分类如下：总目录联接类型分目录上一页本章目录螺纹联接类型及计算键联接和花键联接销联接的类型及结构其它联接

螺旋传动简介上一页分目录螺纹联接的类型及计算螺纹联接的类型上一页分目录螺纹参数和常用螺纹螺旋副的受力分析、效率和自锁螺纹联接的预紧和防松螺栓联接的强度计算提高螺栓联接强度的措施

螺栓组的结构设计分目录上一页螺纹参数和常用螺纹螺纹参数

将一倾斜角为的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。

取一平面图形使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。旋向右旋左旋线数单线n=1多线n=2、3、4返回分目录上一页螺纹参数和常用螺纹螺纹参数圆柱螺纹的主要几何参数：大径d(D)小径d1(D1)中径d2

(D2)螺距P导程SS=nP螺纹升角牙形角

牙侧角螺纹分矩形螺纹=0梯形螺纹=30锯齿形螺纹

=3,

=30三角形螺纹=60三角形矩形梯形锯齿形分目录上一页螺旋副的受力分析、效率和自锁受力分析一、矩形螺纹（

=0）

滑块沿斜面等速上升：受轴向阻力Fa，水平驱动力F，总反力FR由力的平衡条件：驱动力：驱动力矩：滑块沿斜面等速下滑：Fa为驱动力,F为平衡力：力矩：—摩擦角分目录上一页螺旋副的受力分析、效率和自锁受力分析当>，平衡力F为正，保持滑块等速下滑，为阻力（支持力）。当<，滑块不能在重力作用下自行下滑，即处于自锁状态，平衡力F为负，为驱动力。二、非矩形螺纹（

≠0）矩形：法向力Fn=Fa非矩形：法向力摩擦阻力：f

——当量摩擦系数，非矩形螺纹等速上升时：水平推力驱动力矩:分目录上一页螺旋副的受力分析、效率和自锁受力分析当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时：力矩：

当<，螺旋具有自锁特性，不施加驱动力矩，无论轴向驱动力Fa多大，都不能使螺旋副相对运动。自锁条件：≤

螺旋转动一圈，输入功为2πT,举升滑块所作的有用功为Fa

S故螺旋副的效率：则：（=arctgf)一定时，↑,↑,过大制造困难，一般

≤

25一定时，↑，↓因为：所以：因此:三角形螺纹用于联接，其它用于传动。返回螺纹联接的类型分目录上一页

螺纹联接的类型分目录上一页螺纹联接的类型分目录上一页螺纹联接的类型分目录上一页返回螺纹联接的预紧与防松

拧紧联接能增强联接的强度、紧密性和防松能力。对于受拉螺栓联接，还可提高螺栓的疲劳强度；对于受剪螺栓联接，有利于增大联接中的摩擦力。但拧紧程度要适度。

为防止将螺栓拧断，对于要求拧紧的强度螺栓联接应严格控制其适度的拧紧力，并不宜用小于M12~M16的螺栓。拧紧分目录上一页控制拧紧力矩常用的扳手：测力矩扳手定力矩扳手==,一般螺纹联接的预紧与防松拧紧过程分目录上一页

防松目的：防止螺纹联接在冲击、振动、变载或温升的作用下，自动松脱。常用方法利用摩擦直接锁住破坏螺纹副螺纹联接的预紧与防松防松方法分目录上一页防松方法螺纹联接的预紧与防松分目录上一页返回防松方法螺纹联接的预紧与防松分目录上一页返回防松方法螺纹联接的预紧与防松分目录上一页单击…返回防松方法螺纹联接的预紧与防松分目录上一页返回

螺栓联接的强度计算主要失效形式：

受拉螺栓一螺栓杆螺纹部分发生断裂受剪螺栓一螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断。设计准则

保证受拉螺栓的静力或疲劳拉伸强度；保证受剪螺栓联接的挤压强度和螺栓的剪切强度。

螺栓强度计算时，螺栓螺纹部分危险截面的面积要用螺纹小径d1。上一页分目录失效形式上一页分目录上一页分目录受拉松螺栓联接

松螺栓联接装配时，螺母不需拧紧。在承受工作载荷之前，螺栓不受力。如滑轮尾部的联接。

当受轴向工作载荷Fa（N）时，其强度条件为：或：（10—11）

螺栓联接的强度计算[]—许用应力上一页分目录紧螺栓联接受横向工作载荷的螺栓强度左图为靠摩擦传递横向力F的受拉螺栓联接，因只受预紧力Fa

作用，除受拉应力以外，还受螺纹力矩T1所引起的扭切应力：

螺栓联接的强度计算拉应力：扭切应力：将d1、d2、平均值代入上式，并取=arctg(0.15),得0.5。按第四强度理论，螺栓部分的强度条件为：即：（10—12)FF[]—许用应力紧螺栓联接

螺栓联接的强度计算分目录上一页受横向工作载荷的螺栓强度

采用普通螺栓联接，是靠预紧力Fa产生的摩擦传递横向力F

，这时螺栓所需的轴向力（即预紧力）应为：螺栓组：ƒ—接合面的摩擦系数,对于钢或铸铁被联接件可取f=0.1~0.15m—接合面数;C—可靠性系数，C=1.1~1.3.这时螺栓联接的尺寸较大。上一页分目录紧螺栓联接

螺栓联接的强度计算可用键、套筒或销承受横向载荷，螺栓仅起联接作用。上一页分目录FFFF紧螺栓联接

螺栓联接的强度计算

采用铰制孔螺栓，工作时螺栓在联接结合面处受剪，并与被联接孔壁相互挤压。螺栓的预紧力和摩擦力忽略不计，螺栓所受剪力为F。受横向工作载荷的螺栓强度螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为:d0—螺栓剪切面的直径(可取为螺栓孔径),单位mm;min—螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度;m—接合面数;[σp]—螺栓或孔壁材料的许用挤压应力,单位为Mpa;[τ]--螺栓材料的许用剪切应力,单位为Mpa.螺栓杆的剪切强度条件为:动画模拟受预紧力和工作载荷的螺栓联接未拧紧螺母前：螺栓与被联接件都不受力，没有变形（图a）。

拧紧螺母后：螺栓受预紧拉力F0,伸长量为δb0，被联接件受其反作用力，即预紧压力F0

，压缩量为δc0（图b）。

联接承受工作载荷FE

：螺栓总拉力Fa，拉力增量为Fa–F0

，伸长增量为△δ；被联接件随之放松，其压力减小为残余预紧力FR，压力减量为F0-FR，压缩减量为△δ（图c）。根据螺栓的静力平衡条件得：

F

a=FE+FR

即螺栓总拉力为工作载荷与被联接件给它的残余预紧力之和。上一页分目录紧螺栓联接

螺栓联接的强度计算(10—14）工作载荷FE

无变化时：FR=（0.2~0.6）FE工作载荷FE

有变化时：FR=（0.6~1.0）FE压力容器的紧密联接：FR=（1.5~1.8）FE，且应保证密封面的残余预紧力大于压力容器的工作压力。

为保证结合面压紧，必须保持一定的残余预紧力FR.螺栓螺纹部分的强度条件：静载时的许用应力见表。上一页分目录若轴向工作载荷FE在0~FE间周期性变化，则螺栓所受总拉力在F0~Fa变化，许用应力按变载查表。紧螺栓联接

螺栓联接的强度计算上一页分目录紧螺栓联接

螺栓联接的强度计算受预紧力和工作载荷的螺栓联接FE左图缸体中，设流体压强为p,螺栓个数为z,则缸体周围每个螺栓平均承受的工作载荷：——螺栓的相对刚度系数金属垫片（或无垫片）0.2－0.3；皮革垫片0.7；铜皮石棉垫片0.8；橡胶垫片0.9。Kb、kc分别为螺栓和被联接件的刚度（图a）（图b）（图c）（图d）受预紧力和工作载荷的螺栓联接上一页分目录FoFob0c0FoFoFRFRFRFRFEFE返回受预紧力和工作载荷的螺栓联接上一页分目录受预紧力和工作载荷的螺栓联接上一页分目录

受剪螺栓联接上一页分目录返回

提高螺栓联接强度的措施均匀螺纹牙受力分配上一页分目录

提高螺栓联接强度的措施上一页分目录

提高螺栓联接强度的措施上一页分目录返回

螺栓组的结构设计1.联接结合面形状应和机器的结构形状相适应。上一页分目录

螺栓组的结构设计2.螺栓的布置应使各螺栓受力合理。上一页分目录

螺栓组的结构设计3.螺栓的排列应有合理的间距、边距。上一页分目录

螺栓组的结构设计

4.分布在同一圆周的螺栓数目,宜取偶数,以便在圆周上钻孔时,分度和划线。在同一圆周的螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同。

5.避免螺栓承受偏心载荷。螺栓间距t0上一页分目录返回工程应用上一页分目录工程应用桑塔纳轿车上一页分目录返回工程应用机床上一页分目录返回工程应用摩托车上一页分目录返回工程应用飞机机翼上一页分目录返回工程应用发动机气缸上一页分目录返回化工管道工程应用上一页分目录返回自行车工程应用上一页分目录返回锁紧螺母工程应用上一页分目录返回汽车轮胎工程应用上一页分目录返回上一页分目录螺旋传动简介分类及应用螺旋传动按用途分传力螺旋传导螺旋调整螺旋按结构分单螺旋双螺旋千斤顶压力机车床丝杠传动上一页分目录螺旋传动简介分类及应用单螺旋双螺旋螺母或螺杆移动距离：L=nPzZ—螺母或螺杆转动的圈数差动螺旋：两螺旋副的螺纹旋向相同。移动距离：复式（快动）螺旋:两螺旋副的螺纹旋向相反。移动距离：——螺杆的转角（rad)双螺旋传动铣床棒料快动夹具上一页分目录螺旋传动简介耐磨性计算螺旋传动的主要失形式：螺纹磨损设计计算方法：按耐磨性条件，算出螺杆的直径和螺母的高度，参考标准确定螺纹各主要参数，而后对可能发生的失效进行校核。螺纹处的压强：MPa(10—18）式中：Fa为轴向力，N;z为参加接触的螺纹圈数；d2为螺纹中径，mm;h为螺纹的工作高度，mm;[p]为许用压强，查表。令H为螺母高度，又因梯形螺纹的工作高度h=0.5P锯齿形螺纹的工作高度h=0.75P，整理得d2

的设计公式：梯形螺纹锯齿形螺纹mm（10—19）mm（10—20）

值得取法：整体式螺母

=1.2~2.5，剖分式

=2.5~3.5；z一般不超过10圈上一页分目录螺旋传动简介强度校核螺杆强度的校核螺杆受轴向力Fa产生的拉（压）应力和扭矩T产生的扭切应力共同作用，按第四强度理论球的危险界面的当量应力e,强度条件为：MPa(10—21）d1—螺纹小径；[]—螺杆材料的许用应力，对于碳钢可取为50~80MPa。螺纹牙强度的校核防止沿螺母螺纹牙根部剪切的校核公式为：MPa(10—21）式中b为螺纹牙根部的宽度，梯形螺纹b=0.65P;锯齿形螺纹b=0.74P。校核螺杆式，将螺母的大径D换成螺杆的小径d1。铸铁螺母[]=40MPa,青铜螺母[]=30~40MPa上一页分目录螺旋传动简介滚动螺旋

将螺旋副的内、外改成内外螺旋状的滚道，并在其间放入钢球——滚动螺旋或滚珠丝杠。按滚道回路型式的不同分内循环和外循环两种。滚动螺旋键联接和花键联接

键主要用于轴和带毂零件，实现周向固定以传递转矩的轴毂联接。有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键联接的功能、分类、结构型式及应用主要类型平键联接半圆键联接楔键联接切向键联接松联接紧联接上一页分目录键联接的类型平键联接平键联接：键的侧面是工作面。工作时，靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。平键联接普通平键导向平键滑动平键普通平键动联接静联接分目录上一页键联接的类型

平键联接具有结构简单，拆装方便、对中性较好等优点，因而得到广泛的应用。但这种键不能起轴向固定的作用。分目录上一页键联接的类型平键联接半圆键联接

轴上键槽用尺寸与半圆键相同的半圆键槽铣刀铣出，因而键在槽中能绕其几何中心摆动以适应轮毂中键槽的斜度。工作时，键靠侧面来传递转矩。该联接的优点是工艺性较好，装配方便，尤其适用于锥形轴端与轮毂的联接。缺点是轴上键槽较深。主要用于载荷较轻的联接。分目录上一页键联接的类型楔键联接

键的上下两面是工作面，键的上表面和与它相配合的轮毂槽底面均具有1：100的斜度。装配后，键楔紧在轴和轮毂的键槽里。工作时，靠键的楔紧作用来传递转矩，也能传递单向的轴向力。但对中性较差，主要用于毂类零件定心精度要求不高和低转速的场合。分目录上一页键联接的类型切向键联接

有两个斜度为1：100的楔键组成。装配后，两楔键以其斜面相互贴合，共同楔紧在轴毂之间。切向键的上下两面是工作面，键在联接中必须有一个工作面处于包含轴心线的平面之内。这样联接在工作时，工作面上的挤压力沿轴的切相作用，而靠挤压力传递转矩。如转矩要变向，需用两个切向键，两者间的夹角为120°130°。～分目录上一页键联接的类型键联接的选算分目录上一页键联接的类型一、选择键的类型由工作情况选择选择键的类型。二、确定键的尺寸由轴的直径d按标准选出键宽b和键高h。由轮毂宽度B选择键的长度

L。三、键的强度校核失效形式