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1、第十章第十章 联联 接接联联接接机械动机械动联接联接运动副运动副机械静机械静联接联接可可拆卸联接拆卸联接不可拆卸联接不可拆卸联接螺纹联接螺纹联接键、花键、销联接键、花键、销联接无键联接无键联接铆接铆接焊接焊接胶接胶接过盈过盈联接联接%联接的基本类型联接的基本类型 螺纹联接1.1.了解联接的基本分类；了解联接的基本分类；2.2.掌握螺纹联接的主要类型；掌握螺纹联接的主要类型；3.3.了解螺栓拧紧时联接中各零件的受力及螺栓的防松原了解螺栓拧紧时联接中各零件的受力及螺栓的防松原 理、装置和方法；理、装置和方法；4.4.提高螺栓联接强度的措施；提高螺栓联接强度的措施；5.5.掌握螺栓组联接的受力分析及
2、单个螺栓联接的强度计算掌握螺栓组联接的受力分析及单个螺栓联接的强度计算；基本要求基本要求:Pd2一一.螺纹的形成螺纹的形成用于联接用于传动单单线线螺螺纹纹Sd2多多线线螺螺纹纹10 1 螺 纹二二.螺纹的分类：螺纹的分类：1）按牙形分：）按牙形分：2）按螺旋的线数分：）按螺旋的线数分：单线、多单线、多 线（一般不超过线（一般不超过4线），线线），线 数越多，导程越大。单线用数越多，导程越大。单线用 于联接，多线用于传动。于联接，多线用于传动。3 3）按旋向分：）按旋向分：右旋、左旋。一般用右旋。右旋、左旋。一般用右旋。4 4）内、外螺纹之分：）内、外螺纹之分：二者旋合组成螺旋副（螺纹副）二者旋
3、合组成螺旋副（螺纹副）5）按母体的形状分：）按母体的形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹圆柱螺纹、圆锥螺纹6 6）按采取标准制度的不同：）按采取标准制度的不同：公制、英制公制、英制注：注：除了矩形螺纹外，其它螺纹都已标除了矩形螺纹外，其它螺纹都已标 准化了，设计时应按国家标准设计。准化了，设计时应按国家标准设计。三角形：三角形：锯齿形：锯齿形：矩矩 形：形：梯梯 形：形：机械制造常用螺纹：机械制造常用螺纹：常用螺纹常用螺纹（按按牙形牙形分）分）三角螺纹三角螺纹矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹圆螺纹圆螺纹普通螺纹普通螺纹管管螺纹螺纹粗牙粗牙螺纹螺纹细牙螺纹细牙螺纹普通细牙普通细牙非非螺
4、纹密封螺纹密封螺纹密封螺纹密封圆锥管螺纹圆锥管螺纹用于传动用于传动用于用于联接联接 常用螺纹的特点及应用常用螺纹的特点及应用1.普通螺纹：普通螺纹：是牙型角是牙型角=60=60的三角形米制螺纹，大径的三角形米制螺纹，大径d d为其公称直径。同一公称直为其公称直径。同一公称直径可以有多种螺距。其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的均称为径可以有多种螺距。其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的均称为细牙螺纹。细牙螺纹因螺细牙螺纹。细牙螺纹因螺距小，升角小，因此自锁距小，升角小，因此自锁性好、强度高，但不耐磨、性好、强度高，但不耐磨、易滑扣。细牙螺纹用于薄易滑扣。细牙螺纹用于薄壁零件以及受振动载荷的壁零件以
5、及受振动载荷的联接、微调机构中。联接、微调机构中。2.管螺纹：管螺纹：公称直径为管子的公称公称直径为管子的公称通经。通经。3.用于传动的螺纹：用于传动的螺纹：三三.螺纹的基本参数：螺纹的基本参数：1 1）大径）大径d d：（公称直径）公称直径）h8 8）螺纹升角）螺纹升角：中径圆柱上，螺旋线切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。中径圆柱上，螺旋线切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。tgtg=nP/=nP/d d2 29 9）接触高度）接触高度h h：内外螺纹旋合后接触面的径向高度。内外螺纹旋合后接触面的径向高度。2 2）小径）小径d d1 1：（强度计算用）强度计算用）3 3）中径）中径d d2 2
6、：（分析效率时用）分析效率时用）4 4）螺距）螺距P P：相邻两牙在中径线上相邻两牙在中径线上 对应点间的轴向距离。对应点间的轴向距离。5 5）导程）导程S S：同一螺旋线上相邻两牙在同一螺旋线上相邻两牙在 中径线上对应点间的轴向中径线上对应点间的轴向 距离。距离。S=S=nPnP6 6）牙形角）牙形角：螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。7 7）牙形斜角）牙形斜角：牙型侧边牙型侧边与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。对于对称牙型与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。对于对称牙型 =/2/2。10-2 10-2 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型 及螺纹标准件及螺纹
7、标准件一一.螺纹联接的基本类型：螺纹联接的基本类型：1.螺栓联接：螺栓联接：1）被联接件的孔不用加工螺纹，装拆方便，用于经常）被联接件的孔不用加工螺纹，装拆方便，用于经常 拆装的场合。拆装的场合。2）只适用于被联接件都较薄的情况。）只适用于被联接件都较薄的情况。（1）普通螺栓联接（2）铰制孔螺栓联接螺栓联接螺栓联接、螺钉联接螺钉联接、双头螺柱联接双头螺柱联接、紧定螺钉联接紧定螺钉联接。2.双头螺柱联接：双头螺柱联接：特点及应用：特点及应用：被联接件之一需加工螺纹孔。被联接件之一需加工螺纹孔。用于被联接件之一比较厚，需经用于被联接件之一比较厚，需经常拆装的情况。常拆装的情况。3.螺钉联接：螺钉联
8、接：特点及应用：特点及应用：被联接件之一需加工螺纹孔，被联接件之一需加工螺纹孔，省去了螺母，结构简单。用于被省去了螺母，结构简单。用于被联接件之一比较厚，不宜经常拆联接件之一比较厚，不宜经常拆装的场合。装的场合。4.紧定螺钉联接：紧定螺钉联接：用于固定两零件用于固定两零件的相对位置，并传递的相对位置，并传递不大的力或力矩。不大的力或力矩。地脚螺栓地脚螺栓吊环螺栓吊环螺栓T T形槽螺栓形槽螺栓其它常用的螺纹联接其它常用的螺纹联接二二.螺纹紧固件螺纹紧固件1.1.螺栓螺栓 螺栓的形状较多，螺栓的形状较多，用途也很广泛。如右用途也很广泛。如右图所示为各种不同形图所示为各种不同形式的螺栓。螺栓联接式的
9、螺栓。螺栓联接也可以用于螺钉联接也可以用于螺钉联接中。中。2.2.双头螺柱双头螺柱3.3.螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉 螺钉的头部和端螺钉的头部和端部有多种形式，以适部有多种形式，以适应不同场合的需要。应不同场合的需要。4.4.螺母螺母 普通用的螺纹紧固件，按制造精度分粗制、精制两类。普通用的螺纹紧固件，按制造精度分粗制、精制两类。前者多用于建筑、木结构及其它次要场合，精制的广泛用于前者多用于建筑、木结构及其它次要场合，精制的广泛用于机器设备中。机器设备中。螺纹联接件分三个精度等级：螺纹联接件分三个精度等级：A A、B B、C C（高高底），底），C C级级最常用。精度等级要配套使用。最常用。
10、精度等级要配套使用。5.5.垫圈垫圈10-3 10-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧 在装配时，螺纹联接都必须预紧。对于重要的螺纹在装配时，螺纹联接都必须预紧。对于重要的螺纹联接，还应控制其预紧力的大小。联接，还应控制其预紧力的大小。1.预紧力：预紧力：2.预紧的目的：预紧的目的：1）增加联接的可靠性；）增加联接的可靠性；2）增加联接的刚性；）增加联接的刚性；3）防松；）防松；4）受横向载荷作用时，增大摩擦力，防止相对滑动；）受横向载荷作用时，增大摩擦力，防止相对滑动；5）增大疲劳强度。）增大疲劳强度。使联接在承受工作载荷之前预先受到力的作用，使联接在承受工作载荷之前预先受到力的作用，这个力称
11、为这个力称为预紧力预紧力。预紧力不能太大，太大易过载拉断，因此，预紧力要预紧力不能太大，太大易过载拉断，因此，预紧力要保证且又不使其过载。保证且又不使其过载。3.3.拧紧力矩拧紧力矩T=T1+T2001）螺旋副间的摩擦力矩）螺旋副间的摩擦力矩T1：设设F0为为螺栓所受的预紧力螺栓所受的预紧力,则则:2）螺母与支撑面间的摩擦力矩：）螺母与支撑面间的摩擦力矩：式式中中:fc为螺母与被联接件支撑面间的摩擦系数。为螺母与被联接件支撑面间的摩擦系数。无润滑时无润滑时fc=0.15拧紧力矩拧紧力矩:拧紧力矩拧紧力矩:T 0.2F0 d Nmm 为为使使联接有足够的预紧力又不使螺栓联接有足够的预紧力又不使螺
12、栓拧断，预紧力可按屈服极限取：拧断，预紧力可按屈服极限取：碳素钢：碳素钢：F0（0.6 0.7）SA1 合金钢：合金钢：F0（0.5 0.6）SA1 对对M12M12以下的螺栓，应注意控制预以下的螺栓，应注意控制预紧力，以防过载拉断。紧力，以防过载拉断。00对于对于M10 M68的的普通螺纹，普通螺纹，fc=0.15，f 为螺旋副的间的为螺旋副的间的摩擦系数摩擦系数,无润滑时无润滑时 f=0.10.2，则：则：4.控制预紧力的方法：控制预紧力的方法：1）控制拧紧力矩；）控制拧紧力矩；b.定力矩板手；定力矩板手；2）测量螺栓的深长量；）测量螺栓的深长量；a.测力矩板手；测力矩板手；3）螺母转角法
13、。）螺母转角法。1）在冲击、振动、变载荷作用下，螺旋副间的摩擦阻力极不稳定，）在冲击、振动、变载荷作用下，螺旋副间的摩擦阻力极不稳定，在某一瞬间会急剧减少以致消失，失去自锁能力，联接就可能松脱；在某一瞬间会急剧减少以致消失，失去自锁能力，联接就可能松脱；2）螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作，材料发生蠕变和应力）螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作，材料发生蠕变和应力松弛，也会使预紧力和摩擦力逐渐减少，最终导致联接失效。松弛，也会使预紧力和摩擦力逐渐减少，最终导致联接失效。1.1.防松的根本原理：防松的根本原理：防止螺旋副的相对转动防止螺旋副的相对转动。3.3.防松的方法：防松的方法：摩擦防
14、松：摩擦防松：摩擦防松简单方便，不如以下两种方法可靠。摩擦防松简单方便，不如以下两种方法可靠。机械防松：机械防松：机械防松可靠，可和摩擦防松联合使用。机械防松可靠，可和摩擦防松联合使用。用于不再拆卸联接。这种方法是将螺旋副变成非运动副，用于不再拆卸联接。这种方法是将螺旋副变成非运动副，从而排除了相对运动的可能性。从而排除了相对运动的可能性。永久防松：永久防松：2.2.防松的原因：防松的原因：10-4 10-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松1 1）摩擦防松：）摩擦防松：弹簧垫圈防松弹簧垫圈防松 自锁螺母防松自锁螺母防松对顶螺母防松对顶螺母防松2 2）机械防松：）机械防松：开口销防松开口销防松止动
15、垫片防松止动垫片防松串联钢丝防松串联钢丝防松3 3）永久防松：）永久防松：1.1.在轴向载荷作用下，螺栓杆或螺纹部分发生塑性变形或拉断；在轴向载荷作用下，螺栓杆或螺纹部分发生塑性变形或拉断；10-5 10-5 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算一一.螺栓联接的失效形式：螺栓联接的失效形式：v普通螺栓联接：普通螺栓联接：松螺栓联接松螺栓联接 紧螺栓联接紧螺栓联接v铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接受横向工作载荷受横向工作载荷F的的紧螺栓联接紧螺栓联接受轴向工作拉力受轴向工作拉力F F的紧螺栓联接的紧螺栓联接螺纹联接的失效往往是由于螺栓的失效而引起。螺纹联接的失效往往是由于螺栓的失效而引起。对对单
16、个螺栓来说受力的形式不外乎是单个螺栓来说受力的形式不外乎是轴向力轴向力或或横向力横向力。2.2.在横向载荷作用下，铰制孔螺栓联接的失效形式是：螺拴杆在横向载荷作用下，铰制孔螺栓联接的失效形式是：螺拴杆 和孔壁的贴合上可能的压溃或螺栓杆被剪断；和孔壁的贴合上可能的压溃或螺栓杆被剪断；3.3.螺纹牙的磨损。螺纹牙的磨损。%螺栓联接大多工作之前应螺栓联接大多工作之前应 预紧，称为紧螺栓联接预紧，称为紧螺栓联接二二.设计准则：设计准则：对受拉对受拉螺栓：螺栓：保证螺栓的静力或疲劳强度。保证螺栓的静力或疲劳强度。三三.螺栓联接的强度计算：螺栓联接的强度计算：对受剪对受剪螺栓：螺栓：保证螺栓的挤压强度和螺
17、栓的保证螺栓的挤压强度和螺栓的 剪切强度剪切强度。1.松螺栓联接的强度计算：松螺栓联接的强度计算：许用应力，校核公式校核公式设计公式设计公式2.2.紧螺栓联接紧螺栓联接的强度计算的强度计算1 1）受横向工作载荷受横向工作载荷F的的紧螺栓联接紧螺栓联接 仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接 螺栓上的作用力：螺栓上的作用力：F0、T1对于对于M10-M68的螺纹，的螺纹，d1、d2、取平均值，并取取平均值，并取tg v=f=0.15得：得：F0F0FFF0 F/f，当，当f=0.15,F0=8F，螺栓的尺寸可能较大。螺栓的尺寸可能较大。可用减载零件来承受横向力，此时螺栓只起联接作用，不可用
18、减载零件来承受横向力，此时螺栓只起联接作用，不承载，强度计算按减载零件计算。承载，强度计算按减载零件计算。2 2）受轴向工作拉力）受轴向工作拉力F F的紧螺栓联接的紧螺栓联接由于螺栓由于螺栓和被联接和被联接件都是弹件都是弹性体，满性体，满足虎克定足虎克定律。律。bmF0F0F0F0F2F2FFF1F1螺栓上的总拉力：螺栓上的总拉力：F2 F0+F=螺栓上的作用力：螺栓上的作用力：预紧后，受外载预紧后，受外载F前：前：F0、T1 受受外载外载F后：后：F0、T1、F预紧前：预紧前：螺栓不受力螺栓不受力 F2F2bmF0F0F0F0F2F2FFF1F1 bF0F0bmm螺栓被联接件残余预紧力返回
19、FFbmF0F0F0F0F2FFFF1F1F-FF2F2F2F20.90.80.70.2 0.3橡胶垫片橡胶垫片铜皮或石棉垫片铜皮或石棉垫片皮革垫片皮革垫片金属垫片或无垫片金属垫片或无垫片垫类别垫类别 为了保证联接的紧密性，防止联接受载后结合面间产生为了保证联接的紧密性，防止联接受载后结合面间产生缝隙，应使缝隙，应使F10。推荐：推荐：（2）对于一般联接，工作载荷稳定时，对于一般联接，工作载荷稳定时，（3）工作载荷不稳定时，工作载荷不稳定时，（4）对于地脚螺栓联接，对于地脚螺栓联接，（1）对于有紧密性要求的联接，对于有紧密性要求的联接，校核公式校核公式设计公式设计公式失效形式有：失效形式有：1
20、 1）螺栓杆剪断螺栓杆剪断，2 2）螺栓杆和孔壁两者中的弱者被）螺栓杆和孔壁两者中的弱者被压溃压溃。a.a.螺栓杆孔壁表面间的压力分布均匀；螺栓杆孔壁表面间的压力分布均匀；b.b.因因F F0 0很小，忽略了很小，忽略了F F0 0与与T T1 1的影响。的影响。3.承受工作剪力的紧螺栓联接承受工作剪力的紧螺栓联接%假设：假设：挤压强度：挤压强度：剪切强度计算：剪切强度计算：许用切应力，10-6 螺栓 组联接的设计一一.螺栓组螺栓组联接的联接的结构设计结构设计1.1.被联接件结合面形状应简单对称：被联接件结合面形状应简单对称：便于加工，便于螺栓对称布置，使便于加工，便于螺栓对称布置，使螺栓组的
21、对称中心与结合面形心重合螺栓组的对称中心与结合面形心重合2.2.螺栓的布置应使螺栓受力合理：螺栓的布置应使螺栓受力合理：受横向力的螺栓组受力方向不超受横向力的螺栓组受力方向不超过过8 8个；受力矩作用时应适当远离个；受力矩作用时应适当远离对称轴；对称轴；3.3.布置螺栓应留有合理的间距、边距，布置螺栓应留有合理的间距、边距，方便装配方便装配 扳手空间尺寸，查标准扳手空间尺寸，查标准 压力容器螺栓间距压力容器螺栓间距4.4.分分布布在在同同一一圆圆周周上上的的螺螺栓栓数数目目应应取偶数取偶数5.5.避免螺栓偏心承载，而避免螺栓偏心承载，而产生附加弯曲载荷产生附加弯曲载荷6.6.同一螺栓组紧固件形
22、状、尺寸、材同一螺栓组紧固件形状、尺寸、材料应尽量一致料应尽量一致 螺栓组联接设计计算的一般步骤：螺栓组联接设计计算的一般步骤：螺栓组受力分析螺栓组受力分析 找出受力最大的螺栓找出受力最大的螺栓,及其力的大小及其力的大小；单个螺栓受力和失效分析单个螺栓受力和失效分析 单个螺栓强度计算；单个螺栓强度计算；确定螺栓的尺寸（直径、长度）。确定螺栓的尺寸（直径、长度）。二二.螺栓组联接的受力分析：螺栓组联接的受力分析：两种情况的工作原理不同！两种情况的工作原理不同！%普通螺栓联接%铰制孔用螺栓联接1.承受横向载荷作用的螺栓组联接承受横向载荷作用的螺栓组联接为了简化计算，假设：为了简化计算，假设：1）所
23、有螺栓的）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同材料、直径、长度和预紧力均相同；2）螺栓组的）螺栓组的几何中心几何中心与联接与联接结合面的形心重合结合面的形心重合；3）受载后联接）受载后联接结合面仍保持为平面结合面仍保持为平面。单个螺栓受力单个螺栓受力螺栓组受力螺栓组受力1）普通螺栓组联接单个螺栓受力单个螺栓受力螺栓组受力螺栓组受力剪切强度计算：剪切强度计算：挤压强度：挤压强度：2）铰制孔用螺栓联接2.2.受转矩的螺栓组联接受转矩的螺栓组联接1 1）普通螺栓联接）普通螺栓联接2）铰制孔用螺栓联接）铰制孔用螺栓联接变形量越大，则工作剪力越大变形量越大，则工作剪力越大 剪切强度计算：剪切强度计算
24、：挤压强度：挤压强度：F03.3.受轴向载荷的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接单个螺栓的受力：预紧力单个螺栓的受力：预紧力F F0 0 工作力工作力F F:对于有紧密性要求的联接，对于有紧密性要求的联接，4.4.受翻转力矩的螺栓组联接受翻转力矩的螺栓组联接假定假定:1)1)底板为刚体；底板为刚体；2)2)翻转力矩作用在螺栓组联接的翻转力矩作用在螺栓组联接的形心；形心；3)3)受载后绕受载后绕O-OO-O转动仍保持平面。转动仍保持平面。在在M的作用下：的作用下：左侧：左侧：螺栓拉力增大；螺栓拉力增大；右侧：右侧：螺栓拉力减小而地面压螺栓拉力减小而地面压 力增大力增大失效分析：失效分析：1.1.螺
25、栓拉断；螺栓拉断；2.2.底板左侧出现间隙；底板左侧出现间隙；3.3.底板右侧压溃。底板右侧压溃。%螺螺栓栓所所受受的的工工作作拉拉力力与与距距离成正比离成正比%螺栓所受的工作拉力螺栓所受的工作拉力受翻转力矩前，接合面挤压应力分布图受翻转力矩前，接合面挤压应力分布图F0%底板受力分析底板受力分析在翻转力矩作用下，接合面挤压应力分布图在翻转力矩作用下，接合面挤压应力分布图验算接合面的强度验算接合面的强度左侧不出现间隙：左侧不出现间隙：右侧不压溃：右侧不压溃：-许用挤压应力，许用挤压应力，P82P82表表5-75-7%小结：小结：1.1.在实际工作中，螺栓所受的工作载荷往往是以上四中在实际工作中，
26、螺栓所受的工作载荷往往是以上四中 简单形式的不同组合，但不论受力多复杂，都可以将简单形式的不同组合，但不论受力多复杂，都可以将 复杂状态简化成以上四中简单的受力状况，先分别求复杂状态简化成以上四中简单的受力状况，先分别求 螺栓的工作载荷，然后向量迭加，就可求出螺栓所受螺栓的工作载荷，然后向量迭加，就可求出螺栓所受 的总工作载荷；的总工作载荷；横向荷载横向荷载+轴向载荷轴向载荷+翻转力矩翻转力矩横向载荷横向载荷+旋转力矩旋转力矩FT=Fe2.2.虽然前面讲了螺栓的四种不同外载（横向、转矩、轴虽然前面讲了螺栓的四种不同外载（横向、转矩、轴 向、倾覆力矩），但对单个螺栓而言，受力只有两种：向、倾覆力
27、矩），但对单个螺栓而言，受力只有两种：拉力、剪力；拉力、剪力；3.3.为了保证落栓联接的可靠性，还要考虑综合条件：不为了保证落栓联接的可靠性，还要考虑综合条件：不 出现间隙、不压溃等。出现间隙、不压溃等。10-7 10-7 螺纹联接件的材料和许用应力螺纹联接件的材料和许用应力一、常用材料一、常用材料：碳素钢：碳素钢：Q215、Q235、10、35、45等等 合金钢：合金钢：15Cr、40Cr、30CrMnSi等等特殊用途（防蚀、防磁、导电、耐高温）：特殊用途（防蚀、防磁、导电、耐高温）：特种钢（如不锈钢）、铜合金、铝合金等特种钢（如不锈钢）、铜合金、铝合金等 螺栓联接的性能等级：螺栓联接的性能
28、等级：3.6 12.9 铰制孔用螺铰制孔用螺栓受横向载荷栓受横向载荷 控制预紧力时控制预紧力时S=1.21.5；不能严格控制预紧力时不能严格控制预紧力时S查查 表表10-7 受轴向载荷、横向载荷的受轴向载荷、横向载荷的普通螺栓联接普通螺栓联接许用应力许用应力 联接的受载情况联接的受载情况二、许用应力二、许用应力：安全系数见表安全系数见表10-710-8 10-8 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施 一一.降低影响螺栓疲劳强度的应力幅降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 应力变化幅度过大是疲劳断裂的根本原因。应力变化幅度过大是疲劳断裂的根本原因。FF2F1F F0 0和和F F保保持持不不变变
29、FF2F1 二二.改善螺纹牙的受力不均改善螺纹牙的受力不均:变形不谐调是螺纹牙受力变形不谐调是螺纹牙受力不均的根本原因。不均的根本原因。三三.减少应力集中减少应力集中:对螺纹来讲，形状突变是对螺纹来讲，形状突变是产生应力集中的主要原因。产生应力集中的主要原因。四四.减小附加应力减小附加应力:偏心拉伸对螺栓十分不利。偏心拉伸对螺栓十分不利。五五.采用合理的制造工艺方法：采用合理的制造工艺方法：1 1）冷墩头部、滚压螺纹）冷墩头部、滚压螺纹 2 2）氮化、氰化、喷丸等处理。）氮化、氰化、喷丸等处理。-例例 题题-例例1 1：一钢制液压缸有关尺寸如图：一钢制液压缸有关尺寸如图 示，油压示，油压 P=
30、3N/mmP=3N/mm2 2，为保证为保证 密封性要求，螺栓间距密封性要求，螺栓间距L L不得不得 大于大于4.54.5倍螺栓公称直径，试倍螺栓公称直径，试 设计该双头螺柱联接（确定设计该双头螺柱联接（确定 螺柱直径、个数及分布圆直径螺柱直径、个数及分布圆直径D D0 0）。）。解：解：1 1、求螺柱总拉力、求螺柱总拉力 显然，显然，F F 不变，螺柱直径大则数目不变，螺柱直径大则数目Z Z小；反之小；反之Z Z大则螺柱直径小。因大则螺柱直径小。因此此Z Z取值不同本题可有多解。考虑到油缸是压力容器，有紧密性要求，取值不同本题可有多解。考虑到油缸是压力容器，有紧密性要求，故故Z Z应适当大些
31、。另外，数目应适当大些。另外，数目Z Z最好是偶数，而且要便于分度。综上：取最好是偶数，而且要便于分度。综上：取Z=12Z=12螺柱工作拉力为：螺柱工作拉力为：取螺柱总拉力为：螺柱总拉力为：由强度条件得：由强度条件得：用用4.64.6级的级的Q235Q235螺柱，拧紧时控制予紧力螺柱，拧紧时控制予紧力,取取S=1.5 S=1.5，于是于是（表（表9-19-1）2 2、求螺柱直径、求螺柱直径:查手册，查手册，取取M16M16可矣（其可矣（其d d1 1=13.835=13.835计算值计算值12.0712.07）。）。3 3、确定螺栓分布圆直径、确定螺栓分布圆直径D D0 0：暂定暂定而临界许用
32、值为：而临界许用值为：因此，最终取分布圆直径因此，最终取分布圆直径 。于是螺栓间距为：于是螺栓间距为：注：注：根据题意，本题确定根据题意，本题确定Z=12Z=12，d=16d=16，D D0 0=200mm=200mm后就算解后就算解 毕，但对于有密封性要求的螺栓联接，一般应确定必毕，但对于有密封性要求的螺栓联接，一般应确定必 须的予紧力。现确定如下：须的予紧力。现确定如下：由结构示意图知，缸盖与缸体间无软垫片，查手册或教材可由结构示意图知，缸盖与缸体间无软垫片，查手册或教材可得相对刚度为：得相对刚度为：于是预紧力为：于是预紧力为：最终取预紧力为：最终取预紧力为：例例2.2.图示支架用图示支架
33、用6 6个螺栓联接在砖墙上。已知砖墙为水泥个螺栓联接在砖墙上。已知砖墙为水泥 砂浆缝，载荷砂浆缝，载荷F =10KN=10KN，螺栓材料螺栓材料Q235Q235，强度级别强度级别4.64.6 级，支架底板与砖墙间摩擦系数级，支架底板与砖墙间摩擦系数f f=0.3=0.3，底板材料为底板材料为 ZG270-500ZG270-500，试设计该螺栓联接。试设计该螺栓联接。分析：分析：支架正常工作支架正常工作 的条件是：的条件是：在倾覆力矩在倾覆力矩M和水和水 平力平力F H作用下作用下,上上 侧螺栓不被拉断；侧螺栓不被拉断；在铅垂力在铅垂力F V作用下作用下 底板不下滑；底板不下滑；底板上侧与砖墙底
34、板上侧与砖墙 不能有间隙；不能有间隙；底板下侧或砖墙底板下侧或砖墙 不能被压溃。考虑到不能被压溃。考虑到 便于安装和制造，采用普通受拉螺栓为好。便于安装和制造，采用普通受拉螺栓为好。F F HF VF HF V解：解：根据力的分解和简化原理，载荷对螺栓组联接的作用可用根据力的分解和简化原理，载荷对螺栓组联接的作用可用轴向力轴向力F H 、横向力横向力F V及及倾覆力矩倾覆力矩M的联合作用来代替，其中：的联合作用来代替，其中：F F HF VF HF V1 1、由、由F H引起的每个螺栓的工作拉力：引起的每个螺栓的工作拉力：2 2、由力矩、由力矩M引起的受力最大螺栓的工作拉力：引起的受力最大螺栓
35、的工作拉力：4 4、在在F V作用下，作用下，由不下滑条件确定螺栓予紧力：由不下滑条件确定螺栓予紧力：3 3、受力最大螺栓的总工作拉力为：、受力最大螺栓的总工作拉力为：5 5、由下侧不被压溃、上侧不出现间隙条件确定预紧力：、由下侧不被压溃、上侧不出现间隙条件确定预紧力：底板接触面积底板接触面积 A=(500-300)300=610A=(500-300)300=6104 4mmmm2 2底板抗弯截面模量底板抗弯截面模量 W=300(500W=300(5002 2-300-3002 2)/6=810)/6=8106 6mmmm3 3取由下侧不被压溃条件得：由下侧不被压溃条件得：由由上侧不出现间隙的
36、条件可得：上侧不出现间隙的条件可得：可知，满足工作要求的预紧力范围为可知，满足工作要求的预紧力范围为:最终取最终取6 6、根据螺栓不被拉断的强度条件确定螺栓直径、根据螺栓不被拉断的强度条件确定螺栓直径d d：3 3、受力最大螺栓的总拉力为：、受力最大螺栓的总拉力为：根据题意，螺栓的屈服极限根据题意，螺栓的屈服极限 ，为确保，为确保安全，装配时应控制予紧力，取安全系数安全，装配时应控制予紧力，取安全系数 ,于是：于是：由强度条件有：由强度条件有：查手册取查手册取M12即可（其即可（其d d1 1=10.106=10.106 计算值计算值9.3889.388）。）。注注 如拧紧力不加控制，由着工人
37、尽可能地拧紧，为避免如拧紧力不加控制，由着工人尽可能地拧紧，为避免 螺栓拧断，应适当增大螺栓直径。计算表明，在这种螺栓拧断，应适当增大螺栓直径。计算表明，在这种 情况下，至少应采用情况下，至少应采用M12M12的螺栓。的螺栓。思思考考题题1.1.如何判定螺旋线的旋向是左旋还是右旋？如何判定螺旋线的旋向是左旋还是右旋？2.2.为什么联接常用三角形螺纹而传动常用梯形或锯齿形螺纹？为什么联接常用三角形螺纹而传动常用梯形或锯齿形螺纹？3.3.铰制孔用螺栓与普通受拉螺栓的工作原理和结构有何不同？铰制孔用螺栓与普通受拉螺栓的工作原理和结构有何不同？4.4.“只要制造和装配精度足够高，则螺纹旋合后螺纹牙各圈
38、的受只要制造和装配精度足够高，则螺纹旋合后螺纹牙各圈的受 力就相等力就相等”。这种说法正确吗？为什么？。这种说法正确吗？为什么？键、花键、无键键、花键、无键 联接和销联接联接和销联接主要内容主要内容键、花键联接的类型、结构、特点和应用，失效形键、花键联接的类型、结构、特点和应用，失效形式和强度计算。式和强度计算。基本要求基本要求1.1.了解键联接的主要类型、结构和应用特点，掌握了解键联接的主要类型、结构和应用特点，掌握键的类型及尺寸选择方法，并能对平键联接进行强键的类型及尺寸选择方法，并能对平键联接进行强度校核计算。度校核计算。2.2.了解花键联接的类型、结构和应用特点。掌握花了解花键联接的类
39、型、结构和应用特点。掌握花键联接强度校核计算。对无键联接、销联接的类型、键联接强度校核计算。对无键联接、销联接的类型、特点及应用有一定的了解。特点及应用有一定的了解。重重 点点键、花键的类型、尺寸选择方法及强度校核计算。键、花键的类型、尺寸选择方法及强度校核计算。概概 述述1.1.轴毂联接轴毂联接：支撑回转件的零件称为轴，回转零件的孔及其周边部分称为轮毂，所谓轴毂联接，指的是轴与毂孔圆周方向的固定。2.2.轴毂联接的分类轴毂联接的分类形锁合圆轴（平键，半圆键，花键，切向键,销）异形轴（成形联接）力锁合有中间元件（楔键，弹性环）无中间元件（过盈配合）功用：功用：1)1)实现轴和轴上零件之间的周向
40、固定；实现轴和轴上零件之间的周向固定；2)2)传递扭矩；传递扭矩；3)3)有些键还可实现轴上零件的轴向固定或移动。有些键还可实现轴上零件的轴向固定或移动。键是标准件键是标准件一一.键联接的功用和类型键联接的功用和类型类类型型v平键平键v半圆键半圆键v楔楔 键键v切向键切向键v普通平键普通平键v导导 向向 键：键：v滑滑 键：键：实现静联接实现静联接实现动联接实现动联接用于轴向移动位移不大的情况用于轴向移动位移不大的情况用于轴向移动位移大的情况用于轴向移动位移大的情况构成紧联接构成紧联接v薄型平键薄型平键 10-9 10-9 键联接键联接键联接的类型、工作原理及特点键联接的类型、工作原理及特点1
41、.1.平键联接平键联接圆头（圆头（A A型）型）方头（方头（B B型）型）单圆头（单圆头（C C型）型）工作面：工作面：两侧面两侧面1 1）普通平键）普通平键A A型型 B B型型 C C型型工作原理：工作原理：靠键与键槽两侧面的相互挤压传递转矩。靠键与键槽两侧面的相互挤压传递转矩。特点及应用：特点及应用：平键联接结构简单，装拆方便，平键联接结构简单，装拆方便，对中性较好，应用最广。对中性较好，应用最广。2 2）薄型平键）薄型平键 高度是高度是普通平键的普通平键的6060 70%70%，传递能力较低，常用于，传递能力较低，常用于薄壁结构、空心轴或径向尺寸受到限制的场合。薄壁结构、空心轴或径向尺
42、寸受到限制的场合。分为：圆头（分为：圆头（A A型）、方头（型）、方头（B B型）、单圆头（型）、单圆头（C C型）型）3 3）导向键）导向键是是一种比较长的平键一种比较长的平键4 4）滑键）滑键2.2.半圆键联接半圆键联接工作面工作面工作面：工作面：键的两侧面键的两侧面工作原理：工作原理：靠键与键槽的互压传递转矩。靠键与键槽的互压传递转矩。特点及应用：特点及应用：工艺性较好，装拆方便，但键槽较深，对轴的强度工艺性较好，装拆方便，但键槽较深，对轴的强度 削弱较大。适用于锥形轴端，轻载的场合。削弱较大。适用于锥形轴端，轻载的场合。3.3.楔键楔键方头楔键方头楔键 钩头楔键钩头楔键 圆头楔键圆头楔
43、键工作面：工作面：键的键的上下表面上下表面工作原理：工作原理：靠上下表面的摩擦力传递转矩，同时可承受单向靠上下表面的摩擦力传递转矩，同时可承受单向 的轴向力，起单向轴向固定。的轴向力，起单向轴向固定。特点及应用：特点及应用：联接可靠，但对中精度差。适用于定心精度联接可靠，但对中精度差。适用于定心精度 要求不高，低转速的场合。要求不高，低转速的场合。对轴的强度削弱较大。一般用于轴径大于对轴的强度削弱较大。一般用于轴径大于100mm100mm的轴的轴上上 。4.4.切向键切向键：两个楔键成对布置在轴断面的切线上，一个切向键两个楔键成对布置在轴断面的切线上，一个切向键可承受很大的单向转矩。当要传递双
44、向转矩时，需可承受很大的单向转矩。当要传递双向转矩时，需采用两个切向键。采用两个切向键。工作面：工作面：相互平行的两个窄面相互平行的两个窄面工作原理：工作原理：靠工作面的挤压力和轴与轮毂的摩擦力传递转矩靠工作面的挤压力和轴与轮毂的摩擦力传递转矩特点及应用：特点及应用：1.类型的选择：类型的选择：据联接的结构、使用特性、工作条件来选择。选据联接的结构、使用特性、工作条件来选择。选2.择时应考虑的因素有：择时应考虑的因素有：1）需传递扭矩的大小；）需传递扭矩的大小；2）是否有相对运动；）是否有相对运动；3）滑动距离的长短；）滑动距离的长短；4）联接中对心性的要求；）联接中对心性的要求；5）是否有轴
45、向定位；）是否有轴向定位；6）键在轴上的位置（中、端）等。）键在轴上的位置（中、端）等。2.2.尺寸的选择：尺寸的选择：Lbh主要尺寸主要尺寸 b h与长度与长度L由轴的直径按标准选由轴的直径按标准选,见表见表10-11 由轮毂的长度定：略由轮毂的长度定：略小于轮毂的长度小于轮毂的长度 所选长度应符合国标所选长度应符合国标中规定的长度系列。中规定的长度系列。二二.键的选择键的选择3.3.标注：标注：键键 b b h GB 三三.键联接的强度计算键联接的强度计算1.1.平键联接的平键联接的强度计算强度计算失效形式：失效形式：1 1）键与键槽的弱者被键与键槽的弱者被压溃压溃（静联接）；（静联接）；
46、2 2）键与键槽工作面的键与键槽工作面的磨损磨损（动联接）。（动联接）。静联接：静联接：挤压条件挤压条件动联接：动联接：耐磨条件耐磨条件k注意：注意：式中式中 为接触长度。为接触长度。查表10-10圆头键圆头键方头键方头键半圆头键半圆头键2.2.半圆键联接的强度计算半圆键联接的强度计算失效形式：失效形式：键的工作面被压溃键的工作面被压溃Lbl 当当采采用用单单键键强强度度不不满满足足时时，应应采采用用双双键键，考考虑虑到到载载荷荷分分配配不不均均的的问问题题，双双键键只只能能按按1.51.5个个键键计计算算。此此外外，采采用用双双键键时时，布布置置是是有有讲讲究究的的：平平键键应应间间隔隔18
47、0180，半半圆圆键键应应位位于于同一同一母线上母线上，楔键和切向键楔键和切向键应间隔应间隔120120 左右。左右。说说明明10-10 10-10 花键联接花键联接1.组成：组成：外花键、内花键外花键、内花键一一.花键联接的类型、特点和应用花键联接的类型、特点和应用内花键内花键外外花键花键2.2.花键联接特点及应用：花键联接特点及应用：1 1）各花键齿）各花键齿受力较均匀；受力较均匀；2 2）轴和轮毂应力集中小；）轴和轮毂应力集中小；3 3）花键齿数多，花键齿数多，承载能力大；承载能力大；4 4）对中性好；）对中性好；5 5）导向性好，）导向性好，6 6）加工精度高；）加工精度高；7 7）需
48、专门设备和工具。成本高。）需专门设备和工具。成本高。适用于定心精度要求高，载荷大或需经常滑移的联接适用于定心精度要求高，载荷大或需经常滑移的联接3.3.常用类型有：常用类型有：矩形花键联接矩形花键联接 渐开线花键联接渐开线花键联接花键亦标准化，由国标可查花键亦标准化，由国标可查的的D、d、B、z。1 1）矩形花键）矩形花键 ：小径小径d d定心：定心：定心精度高、定心精度高、定心稳定性好。内、外花定心稳定性好。内、外花键均可用磨削方法消除热键均可用磨削方法消除热处理引起的变形。矩形花处理引起的变形。矩形花键最为常用。键最为常用。轻系列轻系列中系列中系列2 2）渐开线花键联接）渐开线花键联接 渐
49、开线花键承载能力最大，可用制造齿轮的方法来加渐开线花键承载能力最大，可用制造齿轮的方法来加工，工艺性好，精度也高，齿根强度高，应力集中小，易工，工艺性好，精度也高，齿根强度高，应力集中小，易 于定心。多用于重要场合或适用于薄壁零件；于定心。多用于重要场合或适用于薄壁零件；齿形定心齿形定心二二.花键联接的强度计算花键联接的强度计算1.1.失效形式：失效形式：压溃压溃静联接静联接 磨损磨损动联接动联接静联接：静联接：挤压条件挤压条件动联接：动联接：耐磨条件耐磨条件式中：式中：载荷系数，载荷系数，=0.7=0.7 0.80.8；查P108表6-3-为齿的工作长度，为齿的工作长度，mmmm；假设各齿的
50、压力的合力作用在平均半径假设各齿的压力的合力作用在平均半径dm处：处：h-为齿的工作高度为齿的工作高度,，2.强度计算：强度计算：1010-11 无键联接1.1.形面联接：形面联接：光滑的非圆形截面光滑的非圆形截面 装拆方便；对中性好；应力集中小，但加工复杂。装拆方便；对中性好；应力集中小，但加工复杂。2.2.胀紧联接胀紧联接一一.销联接的作用：销联接的作用：固定零件间的相对位置，并传递不大的载荷。固定零件间的相对位置，并传递不大的载荷。有时也作安全装置中的过载保护元件（安全销）。有时也作安全装置中的过载保护元件（安全销）。1010-12 销联接二二.销联接的基本形式：销联接的基本形式：三三.