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1、第六章 联接第1页，共108页，编辑于2022年，星期三1.1.螺纹的类型、参数及应用；螺纹的类型、参数及应用；2.2.螺纹副的效率与自锁；螺纹副的效率与自锁；3.3.螺纹联结及其预紧和防松；螺纹联结及其预紧和防松；4.4.单个螺栓联结的强度计算单个螺栓联结的强度计算5.5.螺栓联结；螺栓联结；6.提高螺栓连接强度的措施；提高螺栓连接强度的措施；7.键联结。键联结。1.1.螺纹的类型、参数及应用；螺纹的类型、参数及应用；2.2.螺纹联结及其预紧和防松；螺纹联结及其预紧和防松；3.3.提高螺栓连接强度的措施；提高螺栓连接强度的措施；本章主要教学内容本章主要教学内容本章教学重点本章教学重点基本要求
2、基本要求了解机械连接的类型、特点及应用；了解机械连接的类型、特点及应用；掌握螺纹联接和平键联接的设计计算；掌握螺纹联接和平键联接的设计计算；学会销联接和联轴器、离合器的选用学会销联接和联轴器、离合器的选用第2页，共108页，编辑于2022年，星期三第3页，共108页，编辑于2022年，星期三在机械中，为了便于机器的制造安装、运输、维修等，广泛的应在机械中，为了便于机器的制造安装、运输、维修等，广泛的应用各种链接联接。用各种链接联接。机机械械静静联联接接又又分分为为可拆联接可拆联接不可拆联接不可拆联接螺纹联接螺纹联接键联接（平键、花键和楔键）键联接（平键、花键和楔键）销销弹性环弹性环成形成形夹紧
3、联接夹紧联接动联接；动联接；静联接；静联接；焊接焊接铆接铆接粘结粘结过盈配合过盈配合机械中的联接分为两大类：机械中的联接分为两大类：第4页，共108页，编辑于2022年，星期三 1、螺纹的形成、螺纹的形成如图所示，将直角三角形如图所示，将直角三角形ABC绕到直径为绕到直径为d的圆柱体上，并使一直的圆柱体上，并使一直角边与圆柱体底面圆周重合，则斜边就在圆柱体表面形成一条螺旋角边与圆柱体底面圆周重合，则斜边就在圆柱体表面形成一条螺旋线。线。如用车刀沿螺旋线切制出近似于三角形的沟槽，便得到三角形螺纹图如用车刀沿螺旋线切制出近似于三角形的沟槽，便得到三角形螺纹图(a)。同理，也可切制出矩形螺纹图同理，
4、也可切制出矩形螺纹图(b)和梯形螺纹图和梯形螺纹图(c)。6.1 螺纹螺纹一、一、螺纹的形成和类型及主要参数螺纹的形成和类型及主要参数第5页，共108页，编辑于2022年，星期三1）按螺纹所在表面分为）按螺纹所在表面分为内内螺纹和螺纹和外外螺纹；螺纹；2）按螺纹的头数分为）按螺纹的头数分为单线单线螺纹、螺纹、双线双线螺纹和螺纹和多线多线螺纹；螺纹；3）按螺纹的旋向可分为）按螺纹的旋向可分为左旋左旋螺纹和螺纹和右旋右旋螺纹，常用右旋螺纹；螺纹，常用右旋螺纹；4）按螺纹的直径是否变化分为）按螺纹的直径是否变化分为圆柱圆柱螺纹和螺纹和圆锥圆锥螺纹；螺纹；5）按单位不同又可分为）按单位不同又可分为米制
5、米制和和英制英制螺纹；螺纹；6）按所起的作用的不同分为）按所起的作用的不同分为联接螺纹联接螺纹和和传动螺纹传动螺纹等。等。常用的螺常用的螺纹主要有纹主要有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普通螺纹普通螺纹管螺纹管螺纹主要用于联接主要用于联接主要用于传动主要用于传动普通螺纹普通螺纹粗牙螺纹粗牙螺纹细牙螺纹细牙螺纹2、螺纹的类型、螺纹的类型第6页，共108页，编辑于2022年，星期三按轴向剖面形状（螺纹的牙型）三角形螺纹：三角形螺纹：常用于联接常用于联接梯形螺纹：梯形螺纹：常用于传动常用于传动锯齿形螺纹：锯齿形螺纹：常用于传动，单向受载常用于传动，单向受载第7页，共108页，编辑
6、于2022年，星期三按螺旋线数目单头螺纹：用于联接，易自锁单头螺纹：用于联接，易自锁多头螺纹：多头螺纹：用于传动，效率高用于传动，效率高第8页，共108页，编辑于2022年，星期三按螺旋线绕行方向分左旋右旋（常用）左旋右旋第9页，共108页，编辑于2022年，星期三第10页，共108页，编辑于2022年，星期三第11页，共108页，编辑于2022年，星期三3、螺纹的主要参数螺纹的主要参数包括螺纹的大径包括螺纹的大径d、小径小径d1、中径、中径d2、螺距、螺距P、导程导程S、升角升角、牙型角、牙型角a 、牙型斜角、牙型斜角；第12页，共108页，编辑于2022年，星期三1 1）螺纹的大径）螺纹的
7、大径d d：与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径：与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径,该直径该直径为螺纹的公称直径为螺纹的公称直径2）小径）小径d1：与外螺纹牙底相重合的假想圆柱：与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径（计算用）体直径（计算用）3）中径）中径d2：一假想圆柱的直径，该圆柱：一假想圆柱的直径，该圆柱母线上的沟槽和凸起宽度相等。母线上的沟槽和凸起宽度相等。4）螺距）螺距P：相邻两牙在中径线上对应两：相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离。点的轴向距离。5）导程）导程S ：同一条螺线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向：同一条螺线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离距离 s=nP。第13
8、页，共108页，编辑于2022年，星期三6）升角）升角：在：在 d2 圆柱上，螺线切线与垂直于螺线轴线平面间圆柱上，螺线切线与垂直于螺线轴线平面间的夹角的夹角8）牙型半角）牙型半角：牙型侧边与螺纹轴线垂线间的夹角称为牙：牙型侧边与螺纹轴线垂线间的夹角称为牙 型半角型半角。7）牙型角）牙型角：轴向剖面内牙型相邻两侧边的夹角，称为牙：轴向剖面内牙型相邻两侧边的夹角，称为牙 型角型角。第14页，共108页，编辑于2022年，星期三4、螺纹的应用螺纹的应用 螺纹的用途主要是螺纹的用途主要是传动传动和和联接。联接。1、由螺纹实现的传动又称为螺旋传动，一般用来将旋转运动、由螺纹实现的传动又称为螺旋传动，一
9、般用来将旋转运动 转变为直线运动，要求传动的效率较高。转变为直线运动，要求传动的效率较高。2、由螺纹实现的联接称为螺纹联接，效率较低。螺纹联接是、由螺纹实现的联接称为螺纹联接，效率较低。螺纹联接是 应用最广的可拆联接。特点是结构简单、拆装方便、成本应用最广的可拆联接。特点是结构简单、拆装方便、成本 低廉。低廉。第15页，共108页，编辑于2022年，星期三二、二、螺纹联接的主要类型螺纹联接的主要类型（一）常用螺纹联接件（一）常用螺纹联接件1、螺栓：、螺栓：有六角头螺栓、有六角头螺栓、T型螺栓和地型螺栓和地脚螺栓。脚螺栓。2、双头螺柱、双头螺柱双头螺柱没有头部。其两端均加双头螺柱没有头部。其两端
10、均加工有螺纹。工有螺纹。第16页，共108页，编辑于2022年，星期三3、螺钉、螺钉螺钉头部有多种形状，如螺钉头部有多种形状，如图图8.11。4、螺母、螺母常用的螺母有六角形的，常用的螺母有六角形的，也有圆形的。也有圆形的。根据厚度的不同又有标根据厚度的不同又有标准、厚、薄等三种。准、厚、薄等三种。5、垫圈、垫圈目的是增加被联接件的支目的是增加被联接件的支承面积。承面积。常用的垫圈有常用的垫圈有平平垫圈与垫圈与斜斜垫圈、垫圈、止动止动垫圈及垫圈及弹簧弹簧垫圈等。垫圈等。第17页，共108页，编辑于2022年，星期三螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫圈都是标准件第18页，共108页，编辑于2022年
11、，星期三1、螺栓联接、螺栓联接螺栓联接有螺栓联接有普通普通螺栓联接和螺栓联接和铰制孔铰制孔螺栓联接两种螺栓联接两种。普通螺栓联接：普通螺栓联接：在工作时主要承受在工作时主要承受轴向轴向载荷。特点是在螺栓与被联载荷。特点是在螺栓与被联接件上的通孔之间留有接件上的通孔之间留有间隙间隙。对孔的加工精度要求较低，一般用于被。对孔的加工精度要求较低，一般用于被联接的两个零件之间厚度不大、且易于钻出通孔，可从两边装配的场联接的两个零件之间厚度不大、且易于钻出通孔，可从两边装配的场合。合。铰制孔螺栓联接：铰制孔螺栓联接：螺栓杆与螺栓孔之间螺栓杆与螺栓孔之间没有间隙没有间隙，对孔的加工精度要对孔的加工精度要求
12、较高。该类螺栓适用于承受垂直于螺栓轴线方向的横向载荷，或需要求较高。该类螺栓适用于承受垂直于螺栓轴线方向的横向载荷，或需要精确固定被联接件的相互位置。精确固定被联接件的相互位置。（二）螺纹联接的主要类型（二）螺纹联接的主要类型第19页，共108页，编辑于2022年，星期三第20页，共108页，编辑于2022年，星期三第21页，共108页，编辑于2022年，星期三2、螺钉联接、螺钉联接螺钉联接多用于被联接的两个零件之一较螺钉联接多用于被联接的两个零件之一较厚、受力不大且不经常拆卸的场合。厚、受力不大且不经常拆卸的场合。3、双头螺柱联接、双头螺柱联接双头螺柱联接由双头螺柱联接由双头螺柱、螺母和双头
13、螺柱、螺母和垫圈垫圈组成。多用于被联接的两个零组成。多用于被联接的两个零件之一件之一较薄较薄，而另一零件，而另一零件较厚不能钻较厚不能钻成通孔成通孔，或为了结构紧凑，或为了结构紧凑不允许钻不允许钻成通孔的盲孔成通孔的盲孔联接。这种联接允许联接。这种联接允许多次拆卸而不会损坏被联接件上的螺多次拆卸而不会损坏被联接件上的螺纹孔。纹孔。第22页，共108页，编辑于2022年，星期三工作原理：工作原理：螺栓承受外载为拉力。螺栓承受外载为拉力。应用：应用：一被联件较厚，但不常拆卸处。一被联件较厚，但不常拆卸处。工作原理工作原理:螺栓受拉力，承受外载螺栓受拉力，承受外载应用应用:被联接件较厚，且常拆卸处被
14、联接件较厚，且常拆卸处第23页，共108页，编辑于2022年，星期三第24页，共108页，编辑于2022年，星期三4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接紧定螺钉联接大多用于轮毂与轴之间的固定，可传递不大的力或转矩。紧定螺钉联接大多用于轮毂与轴之间的固定，可传递不大的力或转矩。通常在轴上加工出小凹坑。通常在轴上加工出小凹坑。第25页，共108页，编辑于2022年，星期三应用：应用：薄壁件联接薄壁件联接第26页，共108页，编辑于2022年，星期三双头螺柱联接螺钉联接螺栓联接紧定螺钉联接第27页，共108页，编辑于2022年，星期三三、螺纹副的受力分析、效率和自锁三、螺纹副的受力分析、效率和自锁矩形螺纹副
15、的受力情况如图所示矩形螺纹副的受力情况如图所示螺母上移时的力学模型螺母上移时的力学模型则圆周力则圆周力Ft为：为：驱动螺母的力矩：驱动螺母的力矩：1、滑块上移的情况、滑块上移的情况此时螺纹副效率为：此时螺纹副效率为：第28页，共108页，编辑于2022年，星期三矩形螺纹的自锁条件为：矩形螺纹的自锁条件为：螺母下降时的力学模型螺母下降时的力学模型2、滑块下降的情况、滑块下降的情况则圆周力则圆周力Ft为：为：驱动螺母的力矩：驱动螺母的力矩：此时螺纹副效率为：此时螺纹副效率为：当当 则：则：Ft 0第29页，共108页，编辑于2022年，星期三三角形螺纹副的受力情况如图所示三角形螺纹副的受力情况如图
16、所示驱动力为：驱动力为：驱动力矩为：驱动力矩为：其中其中第30页，共108页，编辑于2022年，星期三 螺纹联接在装配时一般需要拧紧，使联接件在承受载荷之前，预先受到螺纹联接在装配时一般需要拧紧，使联接件在承受载荷之前，预先受到力的作用，这个力称为力的作用，这个力称为预紧力预紧力。目的：目的：是为了增强连接的刚性，提高紧密性和防止松脱。预紧力的是为了增强连接的刚性，提高紧密性和防止松脱。预紧力的大小对螺纹连接的可靠性、强度和密封性均有很大影响。大小对螺纹连接的可靠性、强度和密封性均有很大影响。6.2 螺纹联接的预紧与防松螺纹联接的预紧与防松对于对于M10M68的普通粗牙螺纹，的普通粗牙螺纹，无
17、润滑时，作用在螺母上的拧紧力无润滑时，作用在螺母上的拧紧力矩可取矩可取 M0.2Fd一、螺纹联接的柠紧一、螺纹联接的柠紧第31页，共108页，编辑于2022年，星期三 为了保证装配质量，重要的螺纹连接应严格控制拧紧力矩。控为了保证装配质量，重要的螺纹连接应严格控制拧紧力矩。控制拧紧力矩的方法，可以采用制拧紧力矩的方法，可以采用测力矩扳手测力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手来拧紧螺纹。来拧紧螺纹。要求较精确控制时，则可采用要求较精确控制时，则可采用测量螺栓伸长变形量测量螺栓伸长变形量等方法来拧紧螺等方法来拧紧螺纹。纹。第32页，共108页，编辑于2022年，星期三 连接用螺纹一般采用单线普通螺纹，
18、其螺纹升角较小，能满足连接用螺纹一般采用单线普通螺纹，其螺纹升角较小，能满足自锁条件。此外，拧紧以后的螺母和螺栓头部与支承面间的摩擦自锁条件。此外，拧紧以后的螺母和螺栓头部与支承面间的摩擦力也有防松的作用。所以在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹力也有防松的作用。所以在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹连接不会自动松脱。连接不会自动松脱。防松的原因：防松的原因：1、在冲击、振动或变载荷的作用下，螺纹副间的摩擦力可能、在冲击、振动或变载荷的作用下，螺纹副间的摩擦力可能 减小或瞬时消失，连接就可能松脱。减小或瞬时消失，连接就可能松脱。2、高温下工作的螺纹连接，由于温度、变形等原因，也可能、高温下工作的
19、螺纹连接，由于温度、变形等原因，也可能 产生松脱。因此，设计时必须考虑螺纹连接的防松。产生松脱。因此，设计时必须考虑螺纹连接的防松。螺纹防松的根本问题：螺纹防松的根本问题：在于防止螺纹副的相对转动。防松方法很多，在于防止螺纹副的相对转动。防松方法很多，常用的防松方法主要有以下几种：常用的防松方法主要有以下几种：1、利用摩擦力防松：、利用摩擦力防松：主要有主要有弹簧垫圈、对顶螺母、尼龙圈锁紧螺母等。特点是特点是:简便，但不可靠。简便，但不可靠。二、螺纹联接的防松二、螺纹联接的防松第33页，共108页，编辑于2022年，星期三第34页，共108页，编辑于2022年，星期三第35页，共108页，编辑
20、于2022年，星期三2、机械防松、机械防松:开口销开口销、止动垫片止动垫片、串联钢丝、串联钢丝第36页，共108页，编辑于2022年，星期三3、破坏螺纹副：、破坏螺纹副：可靠，但不能拆卸可靠，但不能拆卸4、涂粘合剂防松：、涂粘合剂防松：简单可靠，防松效果好。简单可靠，防松效果好。第37页，共108页，编辑于2022年，星期三弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺母测力矩扳手第38页，共108页，编辑于2022年，星期三开口销带翅垫片止动垫片冲点法第39页，共108页，编辑于2022年，星期三焊点法串联钢丝粘合法第40页，共108页，编辑于2022年，星期三三、螺纹联接的材料和精度1、性能等级：按机械性能
21、分10级（螺母等级低于螺栓）常用低碳钢和中碳钢变载、冲击用合金钢（特殊场合用有色金属）2、螺纹公差和精度螺纹公差和精度内螺纹 G、H外螺纹 e、f、g、h3、精度：中等 一般用途粗糙：精度要求低精密 精度要求高1、螺纹的材料螺纹的材料2、公差：、公差：第41页，共108页，编辑于2022年，星期三第42页，共108页，编辑于2022年，星期三6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算螺栓联接的主要失效形式是：螺栓联接的主要失效形式是：螺栓杆部拉断；螺纹的压溃和剪螺栓杆部拉断；螺纹的压溃和剪断；因磨损而产生的滑扣。断；因磨损而产生的滑扣。设计准则：设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应针对
22、具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位进行相应部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）强度条件的设计计算（或强度校核）螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照，然后按照标准选定螺纹的公标准选定螺纹的公称直径（大径）称直径（大径）d d 等。等。单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。螺栓联接的单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。螺栓联接的形式不同，计算的方式也不同。形式不同，计算的方式也不同。第43页，共108页，编辑于2022年，星期三受拉螺栓按工作前拧紧否按受力情况紧联接松联接受拉螺栓(受轴向载荷）受剪螺栓(受横向载荷）受横向载荷）根据联
23、接的的工作情况根据联接的的工作情况第44页，共108页，编辑于2022年，星期三1、松螺栓联接强度计算强度条件：一、普通螺栓联接强度计算式中 为松联接螺栓的许用拉应力（MPa）(6-10)设计公式：设计公式：第45页，共108页，编辑于2022年，星期三2、紧螺栓联接的强度计算由由M1产生的切应力为：产生的切应力为：1）只受预紧力作用的螺栓）只受预紧力作用的螺栓紧螺栓连接时需要预紧，螺杆所受轴向为紧螺栓连接时需要预紧，螺杆所受轴向为Fa预紧力和拧紧力矩预紧力和拧紧力矩M1的作用。的作用。由由预紧力作预紧力作产生的拉应力为：产生的拉应力为：第46页，共108页，编辑于2022年，星期三如右图所示
24、的汽缸盖螺栓联接，螺如右图所示的汽缸盖螺栓联接，螺栓预紧后，再承受轴向工作载荷。栓预紧后，再承受轴向工作载荷。螺栓联接螺栓联接和被连接件的弹和被连接件的弹性变形，螺栓所受的总载性变形，螺栓所受的总载荷并不等于预紧力和轴向荷并不等于预紧力和轴向工作载荷之和。其大小取工作载荷之和。其大小取决于预紧力、轴向工作载决于预紧力、轴向工作载荷、螺栓和被连接件的刚荷、螺栓和被连接件的刚度。度。2）承受预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接）承受预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接第47页，共108页，编辑于2022年，星期三(1)受力变形图（伸长量）（压缩量）a：螺栓未预紧b：螺栓预紧c：螺栓受工作载荷被联接件不受载螺栓
25、不受载螺栓被联接件F（拉力）（压力）（压缩量）螺栓被联接被联接件件（拉力）（压力）1（伸长量）（伸长量）第48页，共108页，编辑于2022年，星期三由1=2 可得：式中：称相对刚度第49页，共108页，编辑于2022年，星期三为了联接紧固和具有紧密性，残余预紧力为了联接紧固和具有紧密性，残余预紧力F 应大于零。下列数据应大于零。下列数据可作选取可作选取F时的参考；时的参考；选定选定F后，可按相关公式求得螺栓总载荷。考虑到这种螺栓工作时后，可按相关公式求得螺栓总载荷。考虑到这种螺栓工作时可能需要补充拧紧，为安全起见，仍按式可能需要补充拧紧，为安全起见，仍按式(9-11)的强度条件进行计算，的强
26、度条件进行计算，即：即：第50页，共108页，编辑于2022年，星期三第51页，共108页，编辑于2022年，星期三第52页，共108页，编辑于2022年，星期三第53页，共108页，编辑于2022年，星期三如螺栓受轴向载荷较大时，一般采用图如螺栓受轴向载荷较大时，一般采用图8.22措施措施第54页，共108页，编辑于2022年，星期三二、铰制孔用二、铰制孔用 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算第55页，共108页，编辑于2022年，星期三（1）抗剪切强度条件（单个螺栓联接）受剪螺栓组联接螺杆受剪力侧壁受挤压螺杆受剪力侧壁受挤压条件：各螺栓受载均等条件：各螺栓受载均等分析：分析：d可减小；各
27、螺栓可减小；各螺栓受载不均，故受载不均，故z不宜多于不宜多于6个个第56页，共108页，编辑于2022年，星期三（2）挤压强度条件第57页，共108页，编辑于2022年，星期三3）许用应力静：许用拉应力变载：应力幅许用剪应力许用挤压应力受剪螺栓受拉螺栓第58页，共108页，编辑于2022年，星期三第59页，共108页，编辑于2022年，星期三第60页，共108页，编辑于2022年，星期三6.4 螺栓组联接的设计和受力分析四种典型情况：1 1、受横向载荷的螺栓组联接、受横向载荷的螺栓组联接2、受旋转力矩的螺栓组联接、受旋转力矩的螺栓组联接3、受轴向载荷的螺栓组联接、受轴向载荷的螺栓组联接4、受翻
28、转力矩的螺栓组联接、受翻转力矩的螺栓组联接螺栓组联接的失效形式：螺栓组联接的失效形式：螺牙的压溃、剪断、塑性变形和拉断。螺牙的压溃、剪断、塑性变形和拉断。第61页，共108页，编辑于2022年，星期三一、螺栓组联接的结构设计一、螺栓组联接的结构设计 螺栓组的布置应考虑以下几个问题螺栓组的布置应考虑以下几个问题 1、同一组螺拴要对称布置，使螺栓组的形心与被连接件、同一组螺拴要对称布置，使螺栓组的形心与被连接件 的形心重合。的形心重合。2、受横向载荷的螺栓组，应避免沿横向方向布置过多的、受横向载荷的螺栓组，应避免沿横向方向布置过多的 螺拴（一般不超过螺拴（一般不超过8个个)，以免各螺栓受力不均勾。
29、还应，以免各螺栓受力不均勾。还应 防止过分削弱被连接件的强度。防止过分削弱被连接件的强度。3、在同一圆周上螺栓数目取、在同一圆周上螺栓数目取3、4、6、8、12等，以使每个等，以使每个 螺栓受力均匀，同时便于画线利分度。螺栓受力均匀，同时便于画线利分度。4、螺栓组排列应有一定的间距，螺栓中心线与机体壁之间、螺栓组排列应有一定的间距，螺栓中心线与机体壁之间、螺栓相互之间的距离应根据扳手空间大小和密封性要求螺栓相互之间的距离应根据扳手空间大小和密封性要求 确定。板手空间尺寸可查看有关于册，有密封要求的间确定。板手空间尺寸可查看有关于册，有密封要求的间 距可按表距可按表9-8选取。选取。第62页，共
30、108页，编辑于2022年，星期三第63页，共108页，编辑于2022年，星期三第64页，共108页，编辑于2022年，星期三二、螺栓组联接的受力分析二、螺栓组联接的受力分析受力分析的目的：找出受力最大的螺栓，求出其所受力的大小和方受力分析的目的：找出受力最大的螺栓，求出其所受力的大小和方向，再按单个螺栓进行强度计算，从而确定螺栓尺寸。向，再按单个螺栓进行强度计算，从而确定螺栓尺寸。几点假设：几点假设：（1）被联接件为刚体；）被联接件为刚体；（2）各螺栓材料、尺寸和拧紧力均相同；）各螺栓材料、尺寸和拧紧力均相同；（3）螺栓受力后材料变形在弹性范围内；）螺栓受力后材料变形在弹性范围内；（4）两心
31、重合，受力后其接缝面依旧保持平面。）两心重合，受力后其接缝面依旧保持平面。第65页，共108页，编辑于2022年，星期三1、受轴向载荷的螺栓组联接。、受轴向载荷的螺栓组联接。特点：特点：只能用普通螺栓联接，有间隙，外载荷与螺栓同轴线，螺只能用普通螺栓联接，有间隙，外载荷与螺栓同轴线，螺栓杆受栓杆受F拉伸作用。单个螺栓工作载荷为：拉伸作用。单个螺栓工作载荷为：2、受横向载荷的螺栓组联接、受横向载荷的螺栓组联接特点：特点：普通螺栓和铰制孔螺栓联接皆可用，外载荷与螺普通螺栓和铰制孔螺栓联接皆可用，外载荷与螺 栓同轴线、防滑。栓同轴线、防滑。条件：条件：F通过螺栓组的对称中心，且平行于螺栓轴线。通过螺
32、栓组的对称中心，且平行于螺栓轴线。工作载荷：工作载荷：第66页，共108页，编辑于2022年，星期三1）普通螺栓普通螺栓受横向载荷FR式中：用受拉螺栓联接第67页，共108页，编辑于2022年，星期三2）铰制孔用螺栓连接）铰制孔用螺栓连接受横向载荷剪切、挤压作用，每个螺栓受横向载荷相等。受横向载荷剪切、挤压作用，每个螺栓受横向载荷相等。第68页，共108页，编辑于2022年，星期三1）普通螺栓组联接（图b）由力矩平衡（6-19）式中 ri第i螺栓的回旋半径；Kf=1.11.3，为安全系数。(b)用受拉螺栓联接3、受旋转力矩、受旋转力矩T的螺栓组联接的螺栓组联接(a)联接受旋转力矩T第69页，共
33、108页，编辑于2022年，星期三2）铰制孔螺栓组联接各螺栓受Fs不同：由变形协调条件：（甲）（1）、（2）联立，得：（6-22）(c)用受剪螺栓联接（1）（2）Fs 与位移成正比第70页，共108页，编辑于2022年，星期三4、受翻转力矩、受翻转力矩M的螺栓组联接的螺栓组联接特点：在铅直平面内，绕O-O回转，只能用普通螺栓。左边：受螺栓拉伸后反力右边：地基压缩后反力1.10 2.94.7 5.6M底板受M与阻力矩相等（1）研究地座表面研究地座表面第71页，共108页，编辑于2022年，星期三由（1）、（2）联立，得：（6-22）式中 rmax受 Fmax螺栓至螺栓至OO之距；之距；ri第第i
34、螺栓至螺栓至OO距离距离由变形协调条件：（2）第72页，共108页，编辑于2022年，星期三提高螺栓联接强度的措施一、降低应力幅度一、降低应力幅度通过降低螺栓刚度，提高被联件刚度，通过降低螺栓刚度，提高被联件刚度，措施：作柔性螺栓；提高被联件刚度。措施：作柔性螺栓；提高被联件刚度。减小减小螺栓螺栓刚度刚度的方的方法法a.柔性螺栓柔性螺栓b.弹性元件第73页，共108页，编辑于2022年，星期三为了增大被连接件的刚度，可以采用刚度较大的金属垫片或密封环，如为了增大被连接件的刚度，可以采用刚度较大的金属垫片或密封环，如图图(a),而不宜采用如图而不宜采用如图(b)所示的软垫片。所示的软垫片。第74
35、页，共108页，编辑于2022年，星期三 增大被联接件刚度的方法a.金属垫片b.密封环第75页，共108页，编辑于2022年，星期三内斜螺母内斜螺母环槽环槽螺母螺母悬置螺母悬置螺母2、改善螺纹牙间载荷分布、改善螺纹牙间载荷分布第76页，共108页，编辑于2022年，星期三3 3、减轻应力集中减轻应力集中主要在加工和结构处理时考虑第77页，共108页，编辑于2022年，星期三4 4、减小附加应力、减小附加应力由于设计、制造和安装的不当，有时会造成螺栓受附加弯曲应力的作用。特采取如图所示措施。第78页，共108页，编辑于2022年，星期三避免附加弯曲应力避免附加弯曲应力第79页，共108页，编辑于
36、2022年，星期三6.5 键联接键联接键联接的功用：键联接的功用：通常是用来实现轴和轴上零件（如带轮、齿轮、凸通常是用来实现轴和轴上零件（如带轮、齿轮、凸轮等）之间的轮等）之间的周向固定以传递运动和转矩周向固定以传递运动和转矩。有些类型的键还可以实现。有些类型的键还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动等。轴上零件的轴向固定或轴向移动等。键联接的特点：键联接的特点：结构简单，工作可靠，装拆方便，因此获得了广泛的应结构简单，工作可靠，装拆方便，因此获得了广泛的应用。用。键联接的设计：键联接的设计：一般是先根据使用要求选择适当的类型；再根据轴的一般是先根据使用要求选择适当的类型；再根据轴的直径及轮毂
37、的长度选择键的相关尺寸；最后进行校核强度。直径及轮毂的长度选择键的相关尺寸；最后进行校核强度。一、键联接的类型及应用一、键联接的类型及应用第80页，共108页，编辑于2022年，星期三键联接的类型：键联接的类型：键联接分为两类：键联接分为两类：松键联接和紧键联接松键联接和紧键联接。1、松键联接松键联接1）平键联接）平键联接平键的两侧面为工作面，上表面与轮毂键槽底面间有间隙，工作时平键的两侧面为工作面，上表面与轮毂键槽底面间有间隙，工作时靠键的两侧面与轴及轮毂上键槽侧面的挤压来传递运动和转矩。靠键的两侧面与轴及轮毂上键槽侧面的挤压来传递运动和转矩。平键联接结构简单、装拆方便、对中性好，但不能承受
38、轴向载荷。平键联接结构简单、装拆方便、对中性好，但不能承受轴向载荷。平键联接适用于高速及精密机械上。平键联接适用于高速及精密机械上。松键联接包括：松键联接包括：普通平键、导向平键、滑键、花键和半圆键普通平键、导向平键、滑键、花键和半圆键 五种联接。五种联接。紧键联接包括：紧键联接包括：楔键和切向键两种联接。楔键和切向键两种联接。第81页，共108页，编辑于2022年，星期三根据平键与被联接的轴及轮毂的相对运动形式：平键可分为根据平键与被联接的轴及轮毂的相对运动形式：平键可分为普通平普通平键键、导向平键（导键）和滑动平键（滑键）导向平键（导键）和滑动平键（滑键）。普通平键按端部形状可分为普通平键
39、按端部形状可分为A型型(圆头圆头)、B型型(方头方头)和和c型型(单圆头单圆头)三种。三种。第82页，共108页，编辑于2022年，星期三 图10-2 轴上键槽的加工（a）指状铣刀加工；(b)盘形铣刀加工。A型和型和C型键的轴上键槽需要用指状铣刀加工，键在槽中能实现较好的轴向型键的轴上键槽需要用指状铣刀加工，键在槽中能实现较好的轴向定位，但由于键的端部圆头与轮毂键槽不接触，不能承担载荷，使键联接定位，但由于键的端部圆头与轮毂键槽不接触，不能承担载荷，使键联接沿长度方向的承载能力不能充分发挥。同时轴槽端部的弯曲应力集中较大。沿长度方向的承载能力不能充分发挥。同时轴槽端部的弯曲应力集中较大。B型键
40、的轴槽用盘形铣型键的轴槽用盘形铣刀加工，轴槽端部的刀加工，轴槽端部的应力集中较小，但键应力集中较小，但键在轴上的轴向定位不在轴上的轴向定位不好，需用螺钉把键固好，需用螺钉把键固定在键槽中。其中定在键槽中。其中A型型键应用最多，键应用最多，C型键适型键适用于轴端与轮毂的联用于轴端与轮毂的联接。接。第83页，共108页，编辑于2022年，星期三图10-3 导向平键联接与滑动平键联接(a)导向平键联接；（b）滑动平键联接.。2)导向平键和滑键导向平键和滑键 当被联接的轮毂在工作中必须相对于轴作轴向移动时则应采用导键联接或滑键当被联接的轮毂在工作中必须相对于轴作轴向移动时则应采用导键联接或滑键联接联接
41、,它们都属于动联接。它们都属于动联接。当相对移动距离较小时可采用当相对移动距离较小时可采用导键联接导键联接。这种键用螺钉将其固定在轴上的键槽中，。这种键用螺钉将其固定在轴上的键槽中，键和轮毂的键槽采用间隙配合，键的长度要大于轮毂长度与移动距离之和。为了方便键的拆键和轮毂的键槽采用间隙配合，键的长度要大于轮毂长度与移动距离之和。为了方便键的拆卸，在导键上会留有起键螺钉孔。卸，在导键上会留有起键螺钉孔。当移动距离较大时可采用当移动距离较大时可采用滑键滑键，其工作时与轮毂一起沿轴向移动，此时若采用导，其工作时与轮毂一起沿轴向移动，此时若采用导键联接则需要导键过长，会给制造带来困难。为使键容易装配，键
42、联接则需要导键过长，会给制造带来困难。为使键容易装配，轴上的键槽至少有轴上的键槽至少有一端需开通。导向一端需开通。导向平键和滑键常用于平键和滑键常用于变速箱内滑移齿轮变速箱内滑移齿轮与轴的联接。与轴的联接。第84页，共108页，编辑于2022年，星期三2.半圆键联接半圆键联接 半圆键联接用于轴与轮毂之间的静联接，键的上表面与轮毂键半圆键联接用于轴与轮毂之间的静联接，键的上表面与轮毂键槽底面间有间隙，两侧面为半圆形，键在轴槽中能绕其几何中心槽底面间有间隙，两侧面为半圆形，键在轴槽中能绕其几何中心摆动，以适应轮毂键槽底面的方向。其工作时，也是靠键的侧面摆动，以适应轮毂键槽底面的方向。其工作时，也是
43、靠键的侧面受挤压传递运动和转矩的。受挤压传递运动和转矩的。轴与轮毂同心精度好，但轴上的键槽较深，对轴的强度削弱较大。轴与轮毂同心精度好，但轴上的键槽较深，对轴的强度削弱较大。图10-7 半圆键联接 主要用于传递转矩不大的锥形轴或轴端的轴与轮毂的联接。轴主要用于传递转矩不大的锥形轴或轴端的轴与轮毂的联接。轴上的键槽用与键宽度和直径均相同的半圆键槽专用铣刀加工。上的键槽用与键宽度和直径均相同的半圆键槽专用铣刀加工。第85页，共108页，编辑于2022年，星期三3.楔键联接楔键联接 楔键的上表面与轮毂槽底面都有楔键的上表面与轮毂槽底面都有1：100的斜度。在工作中键的的斜度。在工作中键的上下表面是工
44、作面，依靠键与键槽之间和轴与轮毂孔之间的摩擦上下表面是工作面，依靠键与键槽之间和轴与轮毂孔之间的摩擦力传递运动和转矩，并可承受单方向的轴向载荷，其中键与键槽力传递运动和转矩，并可承受单方向的轴向载荷，其中键与键槽的侧面有间隙。的侧面有间隙。楔键按形状可分为楔键按形状可分为普通楔键普通楔键和和钩头楔键钩头楔键。普通楔键按其端部形状可分为普通楔键按其端部形状可分为圆头楔键和方头楔键圆头楔键和方头楔键。圆头楔键联接装配时先将键装入轴上键槽中，然后打紧轮毂，圆头楔键联接装配时先将键装入轴上键槽中，然后打紧轮毂，但当轮毂零件较大时该装配方式不方便。方头楔键与钩头楔键联但当轮毂零件较大时该装配方式不方便。
45、方头楔键与钩头楔键联接装配时先将轮毂装到轴上适当位置，然后将键装入并打紧。接装配时先将轮毂装到轴上适当位置，然后将键装入并打紧。楔键联接楔键联接(a)圆头楔键联接圆头楔键联接(b)方头楔键联接方头楔键联接(c)钩头楔键联接钩头楔键联接第86页，共108页，编辑于2022年，星期三 这种装配方式用于轴端联接时很方便，如果用于轴的中部时轴上键这种装配方式用于轴端联接时很方便，如果用于轴的中部时轴上键槽长度应大于键长的两倍，否则无法装配到位。槽长度应大于键长的两倍，否则无法装配到位。楔键联接由于楔紧作用使轴与轮毂的间隙偏向一侧，破坏了轴与轮毂楔键联接由于楔紧作用使轴与轮毂的间隙偏向一侧，破坏了轴与轮
46、毂的对中性。的对中性。楔键联接主要用于低速、轻载、对同心精度要求不高的联接。楔键楔键联接主要用于低速、轻载、对同心精度要求不高的联接。楔键联接因为结构简单，轮毂的轴向固定不需要其他零件。所以在农业机联接因为结构简单，轮毂的轴向固定不需要其他零件。所以在农业机械、建筑机械中使用较多。械、建筑机械中使用较多。第87页，共108页，编辑于2022年，星期三4.切向键联接切向键联接 切向键由两个普通的楔键组成。切向键的工作面是两个键拼合后切向键由两个普通的楔键组成。切向键的工作面是两个键拼合后上下两个平行的平面，依靠工作面间的挤压传递运动和转矩。装配上下两个平行的平面，依靠工作面间的挤压传递运动和转矩
47、。装配时两键分别从轮毂两端打入，拼合后沿轴的切线方向楔紧。单个切时两键分别从轮毂两端打入，拼合后沿轴的切线方向楔紧。单个切向键只能传递单向转矩，若需要传递双向转矩，可装两个互成向键只能传递单向转矩，若需要传递双向转矩，可装两个互成120135的切向键。的切向键。切向键的键槽对轴的强度削弱较大，所以常用于直径大于切向键的键槽对轴的强度削弱较大，所以常用于直径大于100mm的轴（载荷较大，对同心精度要求不高）。的轴（载荷较大，对同心精度要求不高）。第88页，共108页，编辑于2022年，星期三二、平键联接的强度计算二、平键联接的强度计算平键联接计算与选择的一般步骤平键联接计算与选择的一般步骤1、选
48、择平键的类型；、选择平键的类型；2、确定键的截面尺寸；、确定键的截面尺寸；3、确定键的长度；、确定键的长度；4、校核平键联接的强度。、校核平键联接的强度。平键的材料选择：一般选择抗拉强度平键的材料选择：一般选择抗拉强度b600MPa的碳素钢，常用的碳素钢，常用45号号钢。当轮毂材料为有色金属或非金属时，键的材料可用钢。当轮毂材料为有色金属或非金属时，键的材料可用20号钢和号钢和Q235钢。钢。1.尺寸选择尺寸选择 设计时，普通平键的宽度设计时，普通平键的宽度b及高度及高度h根据轴径根据轴径d从手册中查得，键长可根从手册中查得，键长可根据轮毂宽度据轮毂宽度B选定，通常选定，通常L=B-(510)
49、mm，并按标准值圆整。，并按标准值圆整。第89页，共108页，编辑于2022年，星期三2.强度校核强度校核 平键的两侧面是工作面，工作时两侧平键的两侧面是工作面，工作时两侧面受到挤压，剖面受剪切。对于按标准面受到挤压，剖面受剪切。对于按标准选择尺寸及键为常用材料的普通平键联选择尺寸及键为常用材料的普通平键联接，其接，其主要失效形式是：主要失效形式是：键、轴槽和键、轴槽和轮毂槽三者中强度最弱的工作面被轮毂槽三者中强度最弱的工作面被压馈压馈（由于轮毂上键槽深度较浅，轮毂（由于轮毂上键槽深度较浅，轮毂的材料强度也最弱，所以平键联接的强的材料强度也最弱，所以平键联接的强度计算通常以轮毂为计算对象）。度
50、计算通常以轮毂为计算对象）。设计时，按工作面的平均挤压力设计时，按工作面的平均挤压力 p进行条件性计算。进行条件性计算。如果键联接传递的转矩为如果键联接传递的转矩为T,轴的直径为轴的直径为d，则键工作面所受的，则键工作面所受的力为：力为：挤压强度条件为：挤压强度条件为：p=p=第90页，共108页，编辑于2022年，星期三计算后如强度不够，可适当增加轮毂和键的长度，但不宜超过计算后如强度不够，可适当增加轮毂和键的长度，但不宜超过2.5d。如强度仍不够，可用双键，按如强度仍不够，可用双键，按180布置，计算时，为考虑载荷分布布置，计算时，为考虑载荷分布的不均匀性，按的不均匀性，按1.5个键计算。