机械设计-联接

第十章连接静联接动联接——运动副与动力源组合零件构件机构机器静联接动联接(运动副)可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等不可拆联接：铆接、焊接、胶接等联接螺纹联接10-1、螺纹参数10-2、螺旋副的受力分析、效率和自锁10-3、机械制造常用螺纹10-4、螺纹联接基本类型及螺纹紧固件10-5、螺纹联接的预紧和防松10-6、螺栓联接的强度计算10-7、螺栓的材料和许用应力10-8、提高螺纹连接强度的措施10-1、螺纹参数螺旋线形成：倾斜线绕在圆柱体上形成的曲线螺旋线参数:线数、旋向、螺距、升程、螺旋角d2SP螺纹形成：平面图形沿螺旋线形成的轨迹三角形、矩形、梯形、锯齿形、半圆形螺纹螺纹旋向判断：

(1)轴线垂直放

右边高—右旋

左边高—左旋

(2)右手旋，前进—右旋

左手旋，前进—左旋螺纹旋向判定螺纹线数判定螺纹主要参数：大径d：最大直径—公称直径小径d1：危险剖面直径—计算直径中径d2：假想直径，牙型沟槽宽与牙的宽度相等螺距P：相邻两牙轴向距离导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，S=nP升角y

：螺纹与其轴线的垂直面的夹角（按中径计算）牙型角a：螺纹两侧边的夹角d1dαd2斜面受力分析：分析使滑块等速运动所需要的水平力等速上升：平衡条件：驱动力：等速下滑：平衡条件：维持力：yyFQRy+r

vQFNfNvF’Qy–rR’R’QF’N’fN’rRr10-2、螺旋副的受力分析、效率和自锁自锁条件：当yr时，F’0，原工作阻力F’反向作用，作为驱动力时，滑块才能移动结论：当yr

时，滑块自锁yvR’QF’N’fN’r一、

矩形螺纹Fad2dd1ys=npvrFRnnFFay拧紧力拧紧力矩防松力防松力矩自锁条件yr效率二、非矩形形螺纹

槽面摩擦：分析推动V型滑块所需的力fv当量摩擦系数：122Fv1FfQ比较平面摩擦：QFvNFfQN/2N/2QN’N’900-900-拧紧力拧紧力矩防松力防松力矩效率自锁条件y

rv当V不变时，η与ψ的关系如图。取：得：ψ=45º-V

ψ常取25º左右。ψ太大会引起制造困难，且效率增高也不显著。QN’N’900-900-当量摩擦角?10-3、机械制造常用螺纹从压形划分：1.三角形螺纹(M)

普通螺纹:α＝60°，fV大，易自锁粗牙:牙高,d1小,ψ大细牙:牙浅,d1大,ψ小,更易自锁管螺纹:α＝55°，紧密,无径向间隙2.梯形螺纹(Tr)：α＝30°、β＝15°3.锯齿形螺纹(S)：α＝33、β工＝3°4.矩形螺纹

：α＝０°从使用划分：联接螺纹：普通三角螺纹、锥螺纹、管螺纹(英制)（ψ小，单线，自锁好）传动螺纹：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹（α小、ψ大，多线，效率高）10-4、螺纹联接基本类型及螺纹紧固件一、

标准螺纹联接件螺栓： 普通螺栓 铰制孔螺栓双头螺栓螺钉： 联接螺钉 紧定螺钉 自攻螺钉螺母：六角螺母圆螺母垫圈：平垫圈弹簧垫片斜垫圈止动垫圈螺纹联接件通过组合形成螺纹联接二、螺纹联接的基本类型普通螺栓联接特点：孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：经常装拆的一般场合铰制孔螺栓联接特点：孔与杆间无间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：承受横向载荷的场合1、螺栓联接2、双头螺栓联接特点：孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：用于被联接件之一较厚、经常装拆的场合机械设计基础——联接3、螺钉联接特点：孔与杆间无间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：被联接件之一较厚，且不常装拆的场合4、紧定螺钉联接适用场合：多用于轴上零件的固定，传递较小的力锥端螺钉联接平端螺钉联接圆柱端螺钉联接5、其他联接地脚螺栓联接、吊环螺栓联接、T形槽螺栓联接一、拧紧力矩拧紧力矩T：

？螺旋副间的摩擦力矩T1

螺母与支承面间摩擦力矩T2

施加在扳手上的力FTT1T210-5、螺纹联接的预紧和防松控制拧紧力矩的扳手定力矩扳手测力矩扳手二、螺纹联接的防松为什么要防松:

静载荷：ψ<rv(自锁)+预紧后摩擦力→防止松动 动载荷：摩擦力减小、消失→不可靠防松的实质:

限制螺旋副的相对转动分类(按工作原理分):

摩擦防松 机械防松 其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）1、

摩擦防松使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩弹簧垫圈尼龙圈锁紧螺母对顶螺母防松2、机械防松用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性开口销螺栓开槽螺母开口销装配图止动垫片、带翘垫片防松串联钢丝防松3、其它：焊接铆冲粘结10-6、螺栓联接的强度计算松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力紧螺栓联接：有预紧力，还有工作拉力螺栓组联接失效形式：

1.螺栓杆拉断（普通螺栓主要失效形式）

2.螺纹压溃和剪断（受剪螺栓主要失效形式）

3.经常装拆因磨损而发生滑扣一、松螺栓联接受载形式——轴向拉伸(工作拉力Fa)失效形式——螺栓拉断(静、疲劳)设计准则——保证螺栓拉伸强度强度条件：

s≤[s]设计计算方法：校核式:设计式:FaFa二、紧螺栓联接强度设计1、受横向工作载荷的紧螺栓联接1）普通螺栓受载形式—预紧力

Fa

、扭矩T失效形式—螺栓拉断(拉、扭综合作用)设计准则—保证螺栓拉伸强度强度条件：

se≤[s]FaFFTFaFa设计计算方法：校核式:预紧拉力FS→拉应力σ，由第四强度理论：设计式:拧紧力矩T→剪应力τ，对M10到M68：预紧力Fa应为多大？被联接件不滑移——界面摩擦力≥FFaFaFFTFaFaC可靠性系数C=1.1-1.3多板多螺栓时，预紧力Fs应为多大？

设螺栓数目为Nb,接合面数为Ni讨论：横向载荷过大时，不宜用普通螺栓；必须采用普通螺栓时，应配合： 减载销 键或减 载套筒FaFaFFT2）铰制孔螺栓受载荷形式—

拧紧过程中:

Fa、T(计算时可忽略)

工作时：横向载荷F失效形式—侧面压溃及螺栓剪切设计准则—保证挤压、剪切强度强度条件：sp≤[sp]、t≤[t]设计计算方法：挤压强度：剪切强度：2、

受轴向载荷的紧螺栓联接受载荷形式—

拧紧过程中:预紧力

F0

、扭力T

工作时：再承受工作载荷FE

螺栓所受的总拉力:Fa=F0+FE?

TF0F0FEFEFaFaFEFEF0F0受力和变形关系—变形协调条件:l1=lb=lFa=FE+FR1bD1DbTF0F0FEFEFaFaF0F0FRFRFR—残余预紧力：防止受载后接合面产生缝隙具体数值根据紧密性要求选取，见p147强度计算—螺栓受到的总拉力Fa=FE+FR校核式:设计式:10-7、螺栓的材料和许用应力材料：一般用途：低碳钢或中碳钢(35~45及Q235~Q275)重要联接：合金钢（40Cr、30CrMnTi

）性能等级： 国标(GB/T3098.1_2000)规定螺栓按材料的力学性能分出十个等级：

3.6,4.6,4.8,5.6,5.8,6.8,8.8,9.8,10.9,12.9规则：小数点前数字表示sB/100,小数点后数字表示10sS/sB

如：5.8级：表示sB=500MPa，sS=400MPa许用应力：

[]=s/SS—安全系数控制预紧力：表10-6不控制预紧力：表10-7螺栓直径6--1616--3030--606--1616--30碳素钢4-33-210-6.56.5合金钢5-44-2.57.6-55载荷类型静载荷变载荷材料表10-7试算法：先选定一个螺栓直径d——查[]——计算d1。若d1与d1’（假定的小径）相近，则合用；否则再选1、减小螺栓的应力变化幅度为减少螺栓应力变化幅度：

（1）减小螺栓刚度a.柔性螺栓b.弹性元件10-8、提高螺纹连接强度的措施（2）增大被联接件刚度a.金属垫片b.密封环2、改善螺纹牙间的载荷分配内斜螺母环槽螺母悬置螺母3、减小应力集中4、避免附加弯曲应力10-11键联接一、键联接的类型二、平键连接的强度校核三、花键联接一、键联接的类型目的： 用来实现轴与轴上零件的周向固定以传递转矩；实现轴上零件的轴向固定实现轴上零件轴向移动它是标准件分类：键联接松联接紧联接—楔键平键半圆键普通平键导向平键花键松联接

1、平键 结构:

安装：静联接为过渡配合,动联接间隙配合 工作原理:两侧面是工作面

失效形式:

静联接：工作面挤溃，键剪断 动联接：工作面磨损 特点：结构简单，装折方便，对中性好，承载能力大，应用广泛成对使用:承载能力不够时采用,按180°布置两个键。一对平键按1.5个键计算分类：普通平键——

Ａ(圆头)型：立铣刀，键定位好，轴应力集中大 Ｂ(平头)型：盘铣刀，轴向键无定位，应力集中小 Ｃ(单圆头)型：立铣刀加工，用于轴端

导向平键——

键固定于轴上,滑移距离小起键螺孔固定螺钉潘存云教授研制起键螺孔固定螺钉2、半圆键联接结构:工作原理:两侧面是工作面，侧面挤压传递转矩。失效形式:

键剪断,工作面压溃特点:

便于安装,对中好,用于锥形轴端,但对轴削弱大成对使用:

承载能力不够时用,沿同一母线布置紧联接

1、楔键联接 结构:

安装：键侧与键槽有间隙,上下面楔紧 工作原理:上下面为工作面，靠摩擦力传递转矩

分类：方头楔键、钩头楔键、圆头楔键失效形式:

工作面压溃特点:

简单,且可实现轮毂在轴上单向轴向固定

楔紧产生偏心,不适于高速及对中要求高的场合二、平键连接的强度校核1、平键的选择

材料：多采用碳素钢

尺寸：

平键是标准零件，表10-9按d选b、h；

选键长L(短于轮毂宽度)2、

键的强度校核静联接:

压溃→挤压强度圆头:

ls=L-b平头:

ls=L单圆头:

ls=L-b/2[sp]查表10-10

一般不会发生键的剪断，故一般不作剪断强度校核Lls动联接:

磨损→压强[p]查表10-10三、花键联接结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。组成：外花键、内花键。潘存云教授研制潘存云教授研制1)均匀受力；优点：2)对轴的削弱程度小;3)载能力高;4)轴上零件与轴的对中性好；5)导向性好;6)可用磨削方法提高加工精度及联接质量。缺点：齿根仍有应力集中、需专用设备制造，成本高。应用：定心精度要求高、载荷大、或经常滑移的联接。类型