a机械设计联接

第十章联接§10—1螺纹参数§10—2螺旋副的受力分析、效率和自锁§10—4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件概述§10—3机械制造常用螺纹§10—5螺纹联接的预紧和防松§10—6螺纹联接的强度计算§10—7螺纹的材料和许用应力§10—9螺旋传动（不讲）§10—8提高螺纹联接强度的措施§10—10滚动螺旋简介（不讲）§10—11键联接和花键联接§10—12销联接（简介）

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：一是机械动联接，如运动副；二是机械静联接，本章所学习内容是机械静联接问题。联接不可拆联接—装拆方便，多次装拆无损于使用性能。如螺纹联接、键联接、销联接—在拆开联接时会损坏联接中的零件或使用性能。如焊接、铆接、粘接概述可拆联接（永久性联接）一、螺纹线、螺纹、螺纹副二、螺纹分类三、螺纹的主要几何参数§10—1螺纹参数一、螺纹线、螺纹、螺纹副1、螺纹线：将一倾斜角为Ψ的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。2、螺纹：平面始终通过圆柱体轴线就得到螺纹。若改变平面图形的形状，可得到三角形、梯形、锯齿形、矩形螺纹。取一个平面图形沿螺旋线运动并使3、螺纹副：内外螺纹旋合组成螺旋副或称螺纹副。二、螺纹分类1、螺纹的牙型：2、螺纹的旋向：3、螺纹的线数（头数）：4、母体形状：6、按位置：三角形、梯形、锯齿形；左旋、右旋；单线、等距排列多线；圆柱螺纹、圆锥螺纹；内螺纹、外螺纹；5、按作用：联接螺纹、传动螺纹；1、将螺纹轴线竖直放置，螺旋线自左向右逐渐升高的是右旋螺纹。反之也成立。2、从端部沿轴线看去，当螺纹顺时针方向旋转为旋进时，此螺纹为右旋螺纹。左旋右旋旋向判断方法：双线螺纹单线螺纹三、螺纹的主要几何参数：1）大径（外径）d（D）—与外（内）螺纹牙顶（底）相重合的假想圆柱体直径，亦称公称直径。2）小径（内径）d1(D1)—与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径。3）中径d2—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。4）螺距P—相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离。5）导程（S）—同一螺旋线上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。6）线数n—螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4。螺距、导程、线数之间关系：S=nP7）螺旋升角ψ—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。tgψ

=nP/πd28）牙型角α—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（牙型斜角）β。对称牙侧角β＝α/2一、矩形螺纹二、非矩形螺纹§10—2螺旋副的受力分析、

效率和自锁三、螺旋副效率一、矩形螺纹（=0)1、螺纹受力分析摩擦角ρ：滑块在水平面上，受到外力R（F+Fa）作用，同时还受到法向反力Fn与摩擦力Ff的作用，令法向反力与摩擦力的总反力为Fr，则FR与Fn方向之间所夹的锐角ρ被称为摩擦角。FnFrFfRFaFρtgρ=Ff/Fn；Ff=Fntgρ=Fnff=tgρ称为摩擦系数。FaFFnFrfFnλρ（1）把螺旋副在力矩和轴向载荷作用下的运动，看成作用在中径的水平力推动滑块沿螺纹运动。（2）将矩形螺纹沿中径d2展开得一斜面。ψ

图中ψ为螺旋升角，Fa为轴向载荷，

F为水平推力，Fn为法向反力，Ff为摩擦力，f为摩擦系数，ρ为摩擦角，法向反力Fn与摩擦力Ff的总反力为Fr。F=Fatg(ψ+)（3）其受力状况可以理解为：作用在滑块上F为一驱动力，轴向载荷Fa为一阻力，总反力为Fr。FaFFnFrfFnψ

ρψ

v若使滑块等速沿斜面上升，滑块所受三力平衡：可得：ψ+ρFaFFrF+Fa

+Fr=0拧紧时：F=Fatg(ψ-)松开时：相当于使滑块等速沿斜面下滑，轴向载荷Fa变为驱动力，F变为维持滑块等速运动所需的平衡力。FaFFrfFnvψ

Fnρψ

FFrFaψ-ρ

可得：（1）ψ->0，ψ>，F>0分析：<F=Fatg(ψ-)（1）ψ->0，ψ>，F>0分析：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。（2）ψ-0，ψ，F0<<<说明滑块不能在重力作用下下滑。这一现象称为自锁现象。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。2、螺纹自锁：二、非矩形螺纹（=0)三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹1、螺纹受力分析：唯一差别是：法向力比矩形螺纹大。（忽略升角λ的影响）这时螺纹的摩擦阻力为：在Fa的作用下，法向反力比矩形螺纹大为：f'称为当量摩擦系数ρ'称为当量摩擦角这时把法向力的增加看成摩擦系数的增加。为牙型斜角用f'取代f，屡用ρ'取代ρ，就可惨像矩形拜螺纹那踏样对非矩形螺逗纹进行受忍力分析上升：F=Fatg(ψ+')下滑：F=Fatg(ψ-逃')2、螺纹自锁条件为林：

ψ<三、螺港旋副效排率为：螺旋副雪的效率悦问题是袜由于摩顽擦引起父的：上升：在同样肆的载荷Fa，同样的著牵引速唤度V，笋走过同宏样的距信离S情滔况下：F=Fatg(ψ)若不考鸽虑摩擦演时：若考虑廉摩擦时况：F=Fatg(ψ+')没有摩性擦时，棋需要的袜输入功=FS=FaStg(ψ)考虑摩蹲擦时，执需要的旺输入功=FS=FaStg(ψ+')理论上实际上ψ

FaFFrψ+ρFaFFr所以：从上式剃可以看办出：当'不变时向，η与ψ的关刻系如右图泛所示。取：可得：当ψ=45º-'时效率落最高。ψ常取25º左。ψ太大会引查起制造困料难，且效际率增高也碑不显著。一、三角形始螺纹二、梯形和锯机齿形螺纹§10访—3机械制愚造常用吧螺纹三、螺纹标刮注四、例题1三角形搅螺纹，狐主要有普通螺贷纹和管螺纹，前者山多用于紧固联壳接和后者膨用于紧密联接。三角形螺狡纹1、普区通螺纹在我国巨的国家嗽标准中茂，把牙满型角α=60º的三角辨形米制区螺纹称烦为普通委螺纹，以大径谎d为公称烟直径。（1）带普通螺帐纹种类因为同一公己称直径雄可以有保多种螺队距的螺纹，其中螺距最太大的称为粗牙螺纹，其余躺的称为细牙螺纹。一、三角旺形螺纹（2）铅粗、细悔螺纹特燥点、适效用范围细牙螺沃纹：升角小禾，小径贩大，自腔锁性能鲜好，强述度高，固但不耐抬磨损，广易滑扣序，用于放薄壁零撇件、受伍动载荷抛的联接役和微调欢机构的左调整。粗牙螺孔纹：应用最而广。粗牙螺纹细牙螺欲纹2、管螺替纹管螺纹种还类：管螺纹除传普通细牙穷螺纹外，潜还有60º、55º的圆柱管共螺纹和6黄0º、55º的圆锥管语螺纹。管螺纹广邀泛用于水某、汽、油积管路联接划中。管螺纹公更称直径是榴管子的公柳称通径。二、梯形（双向）和锯齿形（单向）螺纹梯形螺旬纹与锯胡齿形螺气纹一般务用于传动，效率高。它们落的牙侧角比三角绝形螺纹胜小的多菌，可以减少摩擦和提高效风率。梯形螺纹牙侧角=15º效率比锯齿港形螺纹低。锯齿形螺纹梯形螺纹锯齿形枣螺纹牙侧角=3º。锯齿形螺阔纹只能用截于承受单向贿轴向载荷。M10—过6g三、螺纹取标注M20×酸2LH—5异g6g—方40M20×旋2LH—布6G5骂H—4倍0Tr20×肆12（侦P6）叨—6g养—50B20×唇12（P造6）—5宵HG1/职2AG1/2越—LHRc1/线2有粗牙普锁通螺纹M思10和M歼68，请抓说明在静颜载荷下这歇两种螺纹乔能否自锁游（已知摩棉擦系数f勉=0暗.1~0爷.15）例题11、首锡先求螺继纹升角ψ。解：M10铲螺纹：M68螺损纹：由P13订5表10馒-1查得但：螺距P=沾1.5m础m，中径印d2=9.揭026厅mm；螺距P郑=6m红m，站中顿径d2=64蜘.10虾3mm戏。M10螺雷纹升角：M68石螺纹升仁角：2、求棕当量摩振擦角'。则当量摩年擦角'为：普通螺纹植牙型角α=60o牙侧角=30o摩擦系数f取为：0.1因为:同理:ψ10=3.0浑3o<ρ'，所以能乐够自锁。ψ68=1.替707o<ρ'，所以能摔够自锁。一、螺纹联网结基本去类型二、螺纹紧固枣件§10—狐4静螺纹联脂接的基本派类泉型及螺纹曲紧固件一、螺显纹联接芦的基本类型a)普通螺怕栓联接：1、螺栓联艇接被连接件焦通孔不带植螺纹，被繁联接件不盏太厚，装拆方座便。螺杆带厚钉头，虚螺杆穿以过通孔葛与螺母败配合使用。装救配后孔与熊杆间有间洽隙，并在陈工作中不旱许消失，结际构简单助，可多喘次装拆圆，应用雷较广。b)抓精密螺围栓联接接：装配后奥无间隙婚，主要承受垂直滤于螺栓轴瞧线的横向载荷浸，也可忘作定位劳用，采用基孔制诊过渡配篇合铰制孔螺栓联使接2、螺钉联接螺钉直丸接旋入钥被连接播的螺孔羞，结构钓比较简链单，这仪种连接不宜经常乌装拆，以潮免被连件膜的螺纹孔矮磨损而修想复困难。3、双头螺柱西联接多用于宅较厚的雹被连接思件或为碑了结构献紧凑而告采用盲隶孔的连谈接。允贱许多次辩装拆，劫而不会睬损坏被罩连接零著件。其柜中一被粥连接件结需要切蕉制螺纹腰螺杆，螺柱两端无钉吃头，但均疮有螺纹，阿装配时一厌端旋入被崇联接件，虎另一端配甚以螺母。技拆装时只夺需拆螺母信，而不将痒双头螺栓拦从被联接流件中拧出端。4、紧定螺些钉联接常用来固暑定两零件亮的相对位足置，并可街用来传递夜不大的力携和力矩。二、螺纹紧固勇件1、螺带栓2、双犹头螺柱3、螺钉耕、紧定螺俗钉4、螺靠母5、垫业圈垫圈作钱用：增加被连蛇接件的支王撑面积以震减少接触伯处的压强煌和避免拧研紧螺母时啊擦伤被连凶接件的表剩面。平垫圈接弹簧垫棉圈长圆杏螺母用嫂止动垫宜圈竖圆螺母六角头同螺栓双头螺影柱六角螺母六角开槽花螺母内六角友圆柱头差螺钉开槽圆补柱头螺潜钉开槽沉头菊螺钉紧定螺钉一、拧紧力浆矩二、螺纹连海接的防朝松§10-5螺纹联接友的预紧和沉防松三、例题2一、拧鸣紧力矩T=路T1+T2=一般情壁况下，正螺纹联税接都需各要拧紧巨，对重捷要的螺驼纹，必篇须控制印预紧力尖的大小争，以保柴证工作平的可靠易性。拧紧力矩倘T主要包退括：螺纹副泽相对转渣动的阻品力矩T1;螺母支承穴面上的摩涛擦阻力矩居T2。T1T2T对于M1默0~M6高8的普通动粗牙螺纹留：取访f'=tg它ρ'=0.陆15，fc=0.1无5则上式陕简化为嘱：T=0.拒2Fad(肉N.m港m)式中，洞d为螺绒纹公称莲直径；FaFa为预紧毁力。Fa由螺纹联什接的要求桶决定。一冲般是取螺型栓材料屈少服极限的有50%~羊70%。重要的螺相纹（大于点M12~百M16)萌应采用有耳效的措施狱控制预紧揉力。测力矩板区手二、螺纹跌联接的防卖松螺纹防凶松是防脖止螺纹躬副的相尾对转动因。常用查的方法报见表1膝0-3行。实际工合作中，虎外载荷旋有振动珍、变化贷、材料荐高温蠕煎变等会惜造成摩毙擦力减幸少，螺欺纹副中悼正压力迟在某一妇瞬间消表失，摩牧擦力为劣零，从附而使螺姿纹联接皱松动，拨如经反谨复作用劳，螺纹性联接就沿会松驰喉而失效轨。因此室，必须鼻进行防田松，否餐则会影旧响正常绑工作，伞造成事标故1、防书松目的消除（或顷限制）螺层纹副之间勿的相对运僵动，或增逼大相对运眯动的难度漂。2、防陶松原理3、防卸松办法企及措施1）利用音附加摩擦耐力防松2）采用倚专门防松核元件防松脾：槽形螺追母与开抓口销圆螺母滚用带翅嗽垫片止动垫暑片3）其他挖方法防松嫂：已知梯注形螺纹肝Fa=30饶KN,遍n=1名,d=更36m焰m,国P=6病mm,已f=妄0.0坟8,杏fc=0.1作,rf=20满mm求：1诸.能否冈自锁，2.举起呜重物的驱鞋动力矩3.起拾重例题趟器的总伍效率。例题2解：一、松螺栓肠联接二、紧螺栓需联接连接松§10-调6螺栓录联接的强沈度计算螺栓的伴强度计乖算就是俩确定小出径d1。1.螺栓涉杆拉断；撞2.螺纹们的压溃和宽剪断；3尘.磨损后支的滑扣螺栓的主辨要失效形式有：一、松做螺栓联洞接工作时不临需要将螺遥母拧紧。如吊钩呼螺栓.螺栓所受概拉力工作载吼荷=松螺栓艘联接强度条件：其中：[]—许用康拉应力潜,MP像ad1—螺纹小阀径例题3例题3如下图所领示，起重坝吊钩的起械吊重量是贡25kN免，吊钩材丸料为35帮钢，许用倒应力为6谋0MPa针，求吊钩核尾部螺纹狡直径。根据：有解：查出的d1比根据强劝度计算求炒得的d1值略大房诚，强度违合适。胀故吊钩严尾部螺同纹可采速用M2讯7。由P13首5表10挤-1查得变：d=27绿mm时，存d1=23罢.75反2mmd1=23径.03进3mm二、紧著螺栓联捞接螺栓在盟工作前拧紧，便受料到预紧挠力F0（等于眉Fa）和螺纹摩巨擦力矩T1的作用娘。预紧力F0→产生拉伸瞧应力σ：螺纹摩擦攀力矩T1→产生剪应道力τ拉、扭漆联合作傲用时，根据材料蒙力学的第锣四强度理草论，其当踩量应力为乖：∴剃螺栓螺烂纹部分转的强度箭条件为命：拧紧1、受横辽向工作载采荷的螺栓优强度杆孔间有兔间隙，为工保证联接宿可靠即被翠连接件之趋间不产生健相对滑移染，应满足哪的条件为吧：使接合咱面摩擦鼠力大于打工作载右荷F摩擦力：fFaFC≥特点：m—兰接合面旅数目f—摩糠擦系数巾（0.踢1~0双.15测）C—可靠唇性系数编（1.手1~1青.3）F0—预米紧力m螺栓预紧喝力为：分析：当f=0碰.15显,C=迈1.2脊,m=需1时,F08F，这说明螺栓联接更靠摩擦力袭来承担横坑向载荷时,其直拆径尺寸较翠大。为了减小直径立，简化结耕构，提高浮联接承载检能力,可出以采用以嚷下减载装斗置:c)减载添销a)减载艘键b)减爬载套筒d)采状用铰制翅孔用螺脂栓联接δ这些减载达装置中的别键、套筒焦、销和铰吼制孔用螺世栓可按受剪串切和受挤涉压进行强千度计算。螺杆与孔歪间紧密配窗合，无间坝隙，由光睬杆直接承赴受挤压和芝剪切来传茅递外载荷膀F进行工拥作FFδd0补充：铰制孔螺抓栓联接强润度螺栓的灭剪切强础度条件坚为：m——忙螺栓剪切择面数[τ]眼——两螺栓许锹用剪应访力，M悄Pam特点：螺栓与孔吗壁接触表涌面的挤压召强度条件缘瑞为：铰制孔螺凡栓能承受帽较大的横慌向载荷，袜但被加工分件孔壁加铅工精度较泛高，成本蚊较高FFδd0F伶——横公向载荷巩（N）d0——螺以栓剪切缘瑞面直径共（mm酬）δ——螺栓勇杆与被联刮接件孔壁余间接触受压挪的最小轴好向长度（异mm）2、受烟轴向工插作载荷家的紧螺蚊栓强度猪：工作特点悉：工作前拧顷紧，有预饶紧力F0工作后加蜡上工作载雾荷FE工作前、担工作中螺陵栓所受总镜载荷发生窜变化下面以渔气缸为柿例进行戴分析：右图所示家的缸体中避，设流体压没强为p，施螺栓数为z颈，则缸房诚体周围孙每个螺栓平刘均承受的航轴向工作载脉荷为：FEFE在受轴慌向工作日载荷的五螺栓中追，螺栓痛实际承船受的总佣拉伸载盟荷Fa并不等于姑预紧力F0与轴向工购作载荷FE之和。1、如右讲图所示，梅当螺母未康拧紧时，寄螺栓螺母掘松驰状态诊.２、拧紧—预紧状爹态凸缘—F0—压—δc0栓杆—F0—拉—λb0δb0δc0F0F0F0F0FaFa载荷与变羡形的关系螺栓载裹荷与变育形被连接梢件载荷帝与变形螺栓杆受力变染形图被联接骗件受力变尊形图螺栓杆假—凸缘—3、加载FE后→工作杜状态δb0δc0Dδl'F0F0F0F0FaFaδb0+DδDδδc0—DδFEFRFRFEFaFa凸缘→变形缩天小Δ拉力增加—变形增农加Δ继续拉长胞—压力减赚小—FEFE加载合成受爸力变形亏图从图线泻可看出析，螺栓樱受工作熔载荷F踏时，螺栓总载晴荷：FR—残余预暖紧力为保证颤联接的俯紧密性妄（即结用合面不猛出现间夕隙）：残余预紧哄力FR必须大于吐零；对FE没有变化把时，FR=(0蔽.2~刑0.6符)FE;对FE有变化时舞，FR=(0.赶6~1.狱0)FE;对重要的谷有紧密性摊要求的联手接，FR=(1.耀5~1.贷8)FE;在一般计骑算中，先咽根据联接悠的工作要怒求定出FR,再计算Fa=FE+FR,最后带入贺强度计算谋式：变形力时间DF螺栓中总拉力的变化FaF0FRFEKbKc若轴向工秘作载荷FE在0～恋FE眠间周期海性变化荷，则螺栓所梅受总拉弯伸载荷但应在F0～草Fa努间变化除。受变载乔荷螺栓婶的计算裤也按总拉伸载证荷Fa进行，带入强度搁计算式，不同的灶是许用毒应力应雷按表1型0—6和10—钱7选取。螺栓刚度诵和被联接钳件刚度对呼螺栓受力店的影响：变形力FaF0FRFEb0c0D螺栓刚度腥Kb=F0/b0被联接肆件刚度你Kc=F0/c0DFbDFc又因为：称为螺窃栓的相租对刚度皇系数。螺栓的相妇对刚度系勉数与螺栓酒及被联接易件的材料荐、尺寸和貌结构有关到，其值在蚂0~1变费化，可按刻表10-汪5查取。式中：一、螺栓的孕常用材哗料（P搅145跪）§10-兼7螺栓讽的材料和粉许用应力二、螺肥栓联接栽的许用易应力三、紧螺书栓联接的践安全系数足系数一般用途霉：碳素钢朝；重要联皱接：合章金钢许用应力肝：见表1贝0-6安全系数榨：见表1顽0-7螺栓联接泽承受轴向爷变载荷时脑，螺栓的瞧损坏多为他螺栓杆部寄分的疲劳帽断裂，通赌常发生在拌应力集中术较严重的迫地方，如派：螺栓头丹部、螺纹句收尾部和构螺母支撑省平面所在住处的螺纹渔。§10-8怜提高螺锅栓联接强唉度的措施下面说明丸影响螺栓落强度的因近素和提高韵强度的措祥施。65%20%15%一、降低严螺栓总拉肌伸载荷Fa的变化涂范围F0F0FaminFRFaFamaxFamaxFamin减小螺就栓刚度kb；增大被联掌接件刚度kc；措施：二、改古善螺纹拿牙间的牢载荷分朵布三、避肯免或减泄少应力合集中四、避傅免或减促少附加稍应力引起附桃加应力本的原因毅：避免附加满应力的措欣施：一、键联接拜的类型梳：（P15街1）§10党-11键联接和追花键联接二、平键团联接的强琴度校核三、花梢键联接一、键拿联接的胁类型：键联接是可拆谦联结。键种类麦：键作用：1、平键核联接（1）主满要用来实估现轴和轴蔽上零件之膊间的周向缎固定以传遣递转矩；（2）有腾些键还可炎实现轴上脱零件的轴材向固定或甚轴向移动晶；是标准件矩，分为平撒键、半圆宏键、楔键籍和切向键平键:分为普通平涛键和导向平跪键两种。特点:定心性离较好、薪装拆方召便，应闯用最广浩。2、半圆键联接3、楔键联接和切向键联接普通平樱键的端委部有A单型（圆思头）、B型（巩方头）绢和C型仰（单圆燃头）三秀种。轴上键槽销用指形铣躺刀加工，丑键在槽中搁固定良好恋，但轴上俯键槽端部箭的应力集惠中较大。用盘形岛铣刀加月工，轴惰的应力种集中较让小。常用于浪轴端。作用：实现轴上用零件的轴奥向移动，轰构成动联接。定心性里较好、锻装拆方担便。能在键然槽中摆衰动，开炮较深的扣键槽，扫对键的险强度有臂所装配挂方便，宪但需削犯弱，只榴适用于绕轻载联驶结，一拥般用于相锥形轴茎端。两侧面摸为工作途面，定招心性较制好。键的上表客面是斜面敌，将键打绣入后，有花很大的预印紧力，迫赔使轴与轮匆毂产生偏东心。主要益靠摩擦力梯传递转矩盯。fFaFafFaFa由于轴苗与轮毂慌产生偏砖心，仅泪适用于网