第16章 聯(lián)接z-x11

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)連接連接 連接連接是指被連接件與連接件之間的組合。 被連接件有軸與軸上零件（如齒輪、飛輪）、箱體與箱蓋、焊接零件中的鋼板與型鋼等。連接件有螺栓、螺母、銷、鉚釘?shù)龋B接件又稱緊固件緊固件。 主要內(nèi)容主要內(nèi)容機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)連接連接16-1 16-1 連接概述連接概述16-2 16-2 螺紋連接螺紋連接 16-3 16-3 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接16-4 16-4 銷連接銷連接 本章的重點(diǎn)、難點(diǎn)本章的重點(diǎn)、難點(diǎn)本章的重點(diǎn)：本章的重點(diǎn)： 掌握螺紋的類型、特點(diǎn)和螺紋的主要參數(shù)。掌握螺紋連接的基本類型、預(yù)緊和防松、失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，尤其要掌握螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算

2、。掌握鍵和花鍵連接的類型及強(qiáng)度計(jì)算。了解銷連接。初步練習(xí)使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和手冊(cè)。本章的難點(diǎn)：本章的難點(diǎn)： 螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算，尤其是緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)連接連接16-1 16-1 概述概述機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)連接與動(dòng)力與動(dòng)力源組合源組合零件零件構(gòu)件構(gòu)件機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)機(jī)器機(jī)器靜聯(lián)接靜聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接(運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副)動(dòng)連接動(dòng)連接：在機(jī)器工作時(shí)，零部件之間可以有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接。 例如：機(jī)構(gòu)中，各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)副連接。靜連接靜連接：在機(jī)器工作時(shí)，不允許零部件之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接。連接分類連接分類連接連接可拆連接可拆連接：允許多次裝拆而無損于使用性能的連接。 例如：螺紋連接、鍵連接、銷連接。

3、不可拆連接不可拆連接：不損壞組成零件就不能拆開的連接。 例如：鉚接、焊接、粘接。注意注意：有些連接沒有專門的緊固件，如過盈聯(lián)接、焊接、粘接等。 螺紋聯(lián)接是利用螺紋零件構(gòu)成的聯(lián)接，這種聯(lián)接構(gòu)螺紋聯(lián)接是利用螺紋零件構(gòu)成的聯(lián)接，這種聯(lián)接構(gòu)造簡(jiǎn)單、拆裝方便、工作可靠。大多數(shù)螺紋和螺紋零件均造簡(jiǎn)單、拆裝方便、工作可靠。大多數(shù)螺紋和螺紋零件均已標(biāo)準(zhǔn)化，并有專門工廠生產(chǎn)已標(biāo)準(zhǔn)化，并有專門工廠生產(chǎn)( (也稱螺紋緊固件也稱螺紋緊固件) )，購(gòu)買方，購(gòu)買方便，成本很低，故得到廣泛應(yīng)用。對(duì)螺紋聯(lián)接的主要工作便，成本很低，故得到廣泛應(yīng)用。對(duì)螺紋聯(lián)接的主要工作要求是要求是不松動(dòng)并有足夠的強(qiáng)度不松動(dòng)并有足夠的強(qiáng)度。機(jī)械設(shè)

4、計(jì)基礎(chǔ)連接16-2 16-2 螺紋連接螺紋連接主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、螺紋及其基本參數(shù)一、螺紋及其基本參數(shù) 二、螺紋連接的基本類型及螺紋緊固件二、螺紋連接的基本類型及螺紋緊固件 三、螺旋副的受力分析、效率和自鎖三、螺旋副的受力分析、效率和自鎖 四、螺紋連接的預(yù)緊和防松四、螺紋連接的預(yù)緊和防松五、螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算五、螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)連接連接d1螺紋螺紋一、螺紋及其基本參數(shù)一、螺紋及其基本參數(shù) 螺旋線形成螺旋線形成將一傾斜角為的直線繞在圓柱體上便形成一條螺旋線（將直角三角形ABC（ AB=d1 、 BCS）卷在直徑為d1圓柱體上，并使AB邊繞在圓柱體底面上，則斜邊 AC在圓

5、柱體上就形成螺旋線）。螺紋的形成螺紋的形成任取一平面圖形( 、) 使其沿螺旋線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)保持此圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)連接連接2. 螺紋的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用螺紋的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用螺紋按平面圖形形狀分螺紋按平面圖形形狀分：三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)連接連接螺紋旋向判斷螺紋旋向判斷 旋向旋向(螺旋線方向螺旋線方向)：常用右旋，特殊常用右旋，特殊要求時(shí)用左旋要求時(shí)用左旋 旋向判斷旋向判斷:(1)軸線垂直放，右邊高軸線垂直放，右邊高右旋右旋 左邊高左邊高左旋左旋機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)連接(2)右手旋，前進(jìn)右手旋，前進(jìn)右旋右旋 左手旋左

6、手旋，前進(jìn)，前進(jìn)左旋左旋雙線螺紋雙線螺紋單線螺紋單線螺紋PSS = 2PPSPS =P2. 螺紋的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用螺紋的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用螺紋按螺旋線的數(shù)目分：?jiǎn)尉€螺紋、等距排列的多線螺紋。為便于制造其線數(shù)一般4。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)連接連接2. 螺紋的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用螺紋的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用螺紋分：外螺紋和內(nèi)螺紋，它們共同組成螺旋副。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)連接連接2. 螺紋的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用螺紋的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用螺紋按母體形狀分：圓柱螺紋、圓錐螺紋。螺紋分：米制和英制（螺距以每英寸牙數(shù)表示）兩類，我國(guó)除管螺紋外，多采用米制螺紋。國(guó)際上原來采用英制螺紋的國(guó)家也正逐步向米制螺紋過渡。 凡牙型、

7、外徑及螺距符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的螺紋稱為標(biāo)準(zhǔn)螺紋，除矩形螺紋外，都已標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)螺紋的基本尺寸可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。圓柱螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋圓錐螺紋機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)連接連接按應(yīng)用可分：連接螺紋：三角形螺紋按應(yīng)用可分：連接螺紋：三角形螺紋 傳動(dòng)螺紋：梯形螺紋；鋸齒形螺紋；矩形螺紋傳動(dòng)螺紋：梯形螺紋；鋸齒形螺紋；矩形螺紋。 普通三角形螺紋普通三角形螺紋 （=60）管螺紋管螺紋非螺紋密封的管螺紋非螺紋密封的管螺紋(圓柱圓柱=55，標(biāo)記G1/2)粗牙螺紋粗牙螺紋（螺距最大的螺紋）細(xì)牙螺紋細(xì)牙螺紋螺紋密封的管螺紋螺紋密封的管螺紋(圓錐=55標(biāo)記R1/2RC1/2)6060圓錐管螺紋圓錐管螺紋 =60，標(biāo)記Z1

8、/2米制錐螺紋米制錐螺紋 =60，標(biāo)記ZM10(起連接作用)(起傳動(dòng)作用)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)連接連接n螺紋螺紋螺紋螺紋大徑大徑d d（D D） 與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱體與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱體直徑，定為螺紋直徑，定為螺紋公稱直徑公稱直徑。小徑小徑d d1 1(D(D1 1) ) 與外螺紋牙底相重合的假想圓與外螺紋牙底相重合的假想圓柱體直徑。柱體直徑。強(qiáng)度計(jì)算直徑強(qiáng)度計(jì)算直徑。中徑中徑d d2 2（D D2 2） 在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱體的直徑。處的假想圓柱體的直徑。螺螺 距距 P P 相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)相鄰兩牙在中徑線上對(duì)

9、應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。間的軸向距離。導(dǎo)程導(dǎo)程S S 同一條螺旋線上的相鄰兩牙在同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上的對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。中徑線上的對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。升角升角 中徑圓柱面上，螺旋線的切線中徑圓柱面上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。牙型角牙型角 螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。邊的夾角。牙型斜角牙型斜角 螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角。面的夾角。SnP 2tannPd 螺紋的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用螺紋的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用梯形螺紋梯形螺紋結(jié)構(gòu)：牙形角特點(diǎn)：效率較高、牙根強(qiáng)度較大、工藝性

10、好 應(yīng)用：用于傳動(dòng) 矩形螺紋矩形螺紋 結(jié)構(gòu)：牙形角性能：效率較高、牙根強(qiáng)度小、工藝性差 應(yīng)用：用于傳動(dòng) 鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋 結(jié)構(gòu)：工作面的牙型斜角為3 非工作面的牙型斜角為30 性能：效率較高、牙根強(qiáng)度較大、工藝性好 應(yīng)用：用于單向傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)：牙形角特點(diǎn)：連接緊密，內(nèi)外螺紋無間隙 應(yīng)用：密封性要求較高的場(chǎng)合 管管 螺螺 紋紋結(jié)構(gòu)：牙形角性能：自鎖性好,牙根強(qiáng)度高，工藝性好 應(yīng)用：用于連接 普通三角形普通三角形螺紋螺紋oo60o55o30o0o(10 )二、螺紋連接的基本類型及螺紋緊固件二、螺紋連接的基本類型及螺紋緊固件1. 螺紋螺紋連接的基本類型連接的基本類型2.螺紋緊固件螺紋緊固件 螺釘連

11、接螺釘連接 雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接 緊定螺釘連接緊定螺釘連接 螺栓連接螺栓連接 常用的螺紋緊固件螺紋緊固件有：螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母和墊片等。 這些零件都是標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸都制定有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。螺栓連接螺栓連接 無需在被連接件上切制螺紋，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，使用時(shí)不受被連接件材料的限制，應(yīng)用極廣。普通螺栓連接普通螺栓連接鉸制孔用螺栓連接鉸制孔用螺栓連接 普通螺栓連接普通螺栓連接 被連接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔無螺紋，螺栓桿與被連接件孔壁之間有間隙。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通孔加工精度低，成本低，應(yīng)用最廣。鉸制孔用螺栓連接鉸制孔用螺栓連接 螺栓桿與被連接件孔壁之間無間隙。

12、孔和螺栓桿多采用基孔制過渡配合，能精確定位，能承受橫向載荷，被連接件需鉆孔、鉸孔，成本高。螺釘連接螺釘連接 被連接件之一為光孔、另一個(gè)為螺紋孔。只用螺釘，不用螺母，直接把螺釘擰進(jìn)被連接件的螺釘孔中。 適用于受力不大，不需要經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。螺釘連接螺釘連接雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接雙頭螺柱聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接 用兩頭均有螺紋的螺柱和螺母把被連接件聯(lián)接起來，螺栓受拉力。 雙頭螺柱連接多用于較厚的被連接件或?yàn)榱私Y(jié)構(gòu)緊湊而采用盲孔的連接。雙頭螺柱連接允許多次裝拆。 緊定螺釘連接緊定螺釘連接 利用擰入被連接件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件的表面或頂入相應(yīng)的凹坑中，來固定兩零件的相對(duì)位置，它可傳遞不大的力或扭矩

13、。常用于薄壁件與軸的連接常用于薄壁件與軸的連接三、螺旋副的受力分析、效率和自鎖三、螺旋副的受力分析、效率和自鎖1. 矩形螺紋矩形螺紋 螺旋副在力矩和軸向載荷作用下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可看作作用在中徑上的水平力推動(dòng)滑塊（重物）沿螺紋運(yùn)動(dòng)，若將矩形螺紋沿中徑d2展開可得一斜面，設(shè)Fa為軸向載荷，F(xiàn)為作用于中徑處的水平推力，F(xiàn)n為法向反力，F(xiàn)R為總反力，f 為摩擦系數(shù)，為摩擦角， 為螺紋升角。aF三、螺旋副的受力分析、效率和自鎖三、螺旋副的受力分析、效率和自鎖1. 矩形螺紋矩形螺紋當(dāng)滑塊沿斜面等速上升時(shí)，F(xiàn)a為阻力，F(xiàn)為驅(qū)動(dòng)力，由力平衡條件可得驅(qū)動(dòng)力F為：作用在螺旋副上的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)力矩T為：當(dāng)滑塊沿斜面等速下

14、滑時(shí)，F(xiàn)a為驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)為維持滑塊等速運(yùn)動(dòng)所需的平衡力。由力平衡條件可得F為：作用在螺旋副上的相應(yīng)力矩T為：由 看出，F(xiàn)可正可負(fù)。當(dāng)大于時(shí)，F(xiàn)為正，它阻止滑塊加速下滑，使滑塊保持等速下滑，F(xiàn)為阻力；當(dāng)小于時(shí)，F(xiàn)為負(fù)，滑塊不能在重力的作用下自行下滑，處于自鎖狀態(tài)，若要使滑塊等速下滑必須施加力F，F(xiàn)為驅(qū)動(dòng)力。 2222addTFFtgaFF tg2222addTFFtgaFF tg)(tgFFa螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副的受力分析、效率和自鎖2. 非非矩形螺紋矩形螺紋 非矩形螺紋是指牙側(cè)角0 的三角形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。 若略去螺紋升角的影響，在同樣軸向載荷Fa 的作用下，非矩形螺紋

15、的法向力比矩形螺紋的大為： 非矩形螺紋的摩擦力為： 若設(shè) ，則非矩形螺紋的摩擦力為： 非矩形螺紋可看作是摩擦系數(shù)為非矩形螺紋可看作是摩擦系數(shù)為f f的矩形螺紋或摩擦角為的矩形螺紋或摩擦角為的矩形螺紋。的矩形螺紋。 滑塊沿非矩形螺紋等速上升時(shí)的水平推力F和驅(qū)動(dòng)力矩T為： 滑塊沿非矩形螺紋等速下滑時(shí)，力F和力矩T為：cosanFF2222addTFFtgaFF tg2222addTFFtgaFF tgcosanf Ff Fcosfftgaf F 螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副的受力分析、效率和自鎖 由式 看出，當(dāng)小于時(shí)，F(xiàn)為負(fù)，滑塊不能在重力的作用下自行下滑，非矩形螺紋處于自鎖狀態(tài)。非矩形螺紋

16、的自鎖條件為：非矩形螺紋的自鎖條件為： 說明：為防止螺母在軸向力作用下自動(dòng)松開，用于聯(lián)接的緊固螺紋必須滿足自鎖條件。 以上分析適用于各種螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)。aFF tg螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副的效率螺旋副的效率：指有效功與輸入功之比。若按螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)一圈計(jì)算，輸入功為2T，升舉滑塊（重物）所作的有效功為Fa S，故螺旋副的效率為 由上式可知，當(dāng)當(dāng)量摩擦角一定時(shí)，效率只是螺紋升角的函數(shù)。由此可繪出效率曲線（見右圖）。 取d/d=0，得=45/2時(shí)效率最高。因過大螺紋升角制造困難，效率提高不顯著，故一般角不大于25。2aF StgTtg分析自鎖自鎖 三角形螺紋自鎖

17、性好，用于聯(lián)接。三角形螺紋自鎖性好，用于聯(lián)接。矩形、梯形螺紋傳動(dòng)效率高，用于傳動(dòng)矩形、梯形螺紋傳動(dòng)效率高，用于傳動(dòng)。 螺紋副自鎖條件螺紋副自鎖條件螺紋副效率螺紋副效率tgtg() farctg cosff 1. 自鎖自鎖三角形梯形鋸齒形矩形()tgtg 單線螺紋自鎖性好，常用于聯(lián)接。單線螺紋自鎖性好，常用于聯(lián)接。 多線螺紋效率高，常用于傳動(dòng)。多線螺紋效率高，常用于傳動(dòng)。n自鎖自鎖n自鎖自鎖2.2.螺旋線數(shù)螺旋線數(shù)n n 已知一普通螺栓大徑d=20 mm，中徑d2=18.376 mm，小徑d1=17.294 mm，螺距P=2.5 mm，螺紋線數(shù)n=2，牙型角=60，牙側(cè)角=/2 ，螺紋副的摩擦系

18、數(shù)f=0.14，試求：（1）螺栓的導(dǎo)程S；（2）螺紋升角；（3）當(dāng)以螺紋副作傳動(dòng)時(shí)，其升舉滑塊（重物）的效率；（4）此螺旋副是否具有自鎖性？例題例題1 125arctanarctan4.9518.376Sd0.140.1617coscos30ffarctanarctan0.16179.18f4.9534.4%4.959.18tgtgtgtg4.959.18 解（1）螺栓的導(dǎo)程S= nP = 22.5 = 5 mm；（2）螺紋升角 （3） （4） 該螺旋副具有自鎖性。四、四、螺紋連接的預(yù)緊和防松螺紋連接的預(yù)緊和防松1. 螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊 除個(gè)別情況外，螺紋連接在裝配時(shí)都必須擰緊，使連

19、接在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加的作用力稱為預(yù)緊力預(yù)緊力，通常用 表示。預(yù)緊的目的：預(yù)緊的目的：增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)滑移。 經(jīng)驗(yàn)證明，適當(dāng)選用較大的預(yù)緊力對(duì)螺紋連接的可靠性是有利的，如氣缸蓋、管路凸緣等。但過大的預(yù)緊力會(huì)導(dǎo)致整個(gè)連接的結(jié)構(gòu)尺寸增大，也會(huì)使連接件在裝配時(shí)因偶然過載而被拉斷。因此，設(shè)計(jì)時(shí)既要保證連接所需要的預(yù)緊力，又不應(yīng)使螺紋連接件過載。0F四、四、螺紋連接的預(yù)緊和防松螺紋連接的預(yù)緊和防松 裝配時(shí)預(yù)緊力的大小是通過擰緊力矩來控制的。擰緊力矩：擰緊力矩：擰緊力矩等于克服螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦阻力矩T1和螺母端面與被連接件間的摩

20、擦阻力矩T2之和 。 d2 為螺紋中徑； fc 為螺母端面與被連接件間摩擦系數(shù)，無潤(rùn)滑時(shí)可取fc =0.15； rf 為摩擦半徑，rf（dw+d0）/4 ， dw為螺母支承面的外徑， d0為螺栓孔的直徑。 F0 為預(yù)緊力，單位N 。021202cfF dTTTtgf F r螺紋連接的預(yù)緊和防松螺紋連接的預(yù)緊和防松 F0 值是由螺紋連接的要求來決定的，為了充分發(fā)揮螺栓的工作能力和保證預(yù)緊可靠，通常規(guī)定擰緊后螺栓的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料屈服極限的通常規(guī)定擰緊后螺栓的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料屈服極限的80% 。 通常在擰緊力矩?zé)o法控制的情況下，一般不采用小于M12的螺栓，若必須使用時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制其擰緊

21、力矩，常用測(cè)力矩扳手測(cè)力矩扳手和定力矩扳手定力矩扳手（如風(fēng)扳手）控制擰緊力矩。 在實(shí)際中，螺紋連接的擰緊程度通常是憑工人的經(jīng)驗(yàn)來決定的。 測(cè)力矩扳手測(cè)力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手 為防止將螺栓擰斷，對(duì)于要求擰緊的強(qiáng)度螺栓聯(lián)接應(yīng)嚴(yán)格控制其適度的擰緊力，為防止將螺栓擰斷，對(duì)于要求擰緊的強(qiáng)度螺栓聯(lián)接應(yīng)嚴(yán)格控制其適度的擰緊力，并不宜用小于并不宜用小于M12 M16M12 M16的螺栓。的螺栓。螺紋連接的預(yù)緊和防松螺紋連接的預(yù)緊和防松2. 螺紋連接的防松螺紋連接的防松 在沖擊、振動(dòng)或變載荷的作用下預(yù)緊力可能在某一瞬時(shí)減小或消失，使連接松脫。在高溫或溫度變化較大的情況下，由于螺紋連接件和被連接件材料變形的

22、差異等，也會(huì)使預(yù)緊力減小，最終導(dǎo)致連接失效。 螺紋連接一旦出現(xiàn)松脫，輕者會(huì)影響機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，重者會(huì)造成嚴(yán)重事故。因此必須防止螺紋連接的松脫。 螺紋連接防松的根本問題在于防止螺旋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 螺紋連接的預(yù)緊和防松螺紋連接的預(yù)緊和防松 防松的方法很多，按其工作原理可分為： 摩擦防松（對(duì)頂螺母、彈簧墊圈、自鎖螺母等）； 機(jī)械防松（開口銷與槽形螺母、止動(dòng)墊片、圓螺母用帶翅墊片、串聯(lián)金屬鋼絲）； 永久防松（鉚沖防松、粘合防松、焊接防松等）。 摩擦防松摩擦防松使螺紋接觸面間始終保持一定的壓力，始終有阻止螺旋副轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦阻力矩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。對(duì)頂螺母防松對(duì)頂螺母防松自鎖螺母防松自鎖螺母防松彈簧墊圈防

23、松彈簧墊圈防松止動(dòng)墊片防松止動(dòng)墊片防松螺栓裝配圖開槽螺母開口銷機(jī)械防松機(jī)械防松適用于沖擊振動(dòng)載荷，重要場(chǎng)合使用，成本高。焊接焊接防松防松 鉚沖鉚沖防松防松永久防松永久防松粘合防松粘合防松五、螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算五、螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算1. 失效形式失效形式2. 松螺栓連接松螺栓連接3. 緊螺栓連接緊螺栓連接4. 螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力5. 提高螺栓連接強(qiáng)度的措施提高螺栓連接強(qiáng)度的措施1. 1. 失效形式與設(shè)計(jì)步驟失效形式與設(shè)計(jì)步驟 一般螺栓所受載荷為軸向載荷和橫向載荷。 對(duì)于受軸向載荷的螺栓，其主要失效形式為斷裂； 對(duì)于受橫向載荷的螺栓，其主要失效形式為壓潰或剪斷。

24、除此之外，若經(jīng)常裝拆還會(huì)因磨損而發(fā)生滑扣。一般設(shè)計(jì)步驟：一般設(shè)計(jì)步驟： 螺栓組受力和失效分析螺栓組受力和失效分析找出受力最大的螺栓找出受力最大的螺栓 單個(gè)螺栓單個(gè)螺栓受力分析和失效分析受力分析和失效分析 單個(gè)螺栓強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺栓強(qiáng)度計(jì)算確定螺栓的尺確定螺栓的尺寸（直徑、長(zhǎng)度）寸（直徑、長(zhǎng)度） 試算法：試算法：先選定一個(gè)螺栓直徑先選定一個(gè)螺栓直徑d 查查 計(jì)算計(jì)算d1。 若若d1與與d1（假定的小徑）相近，則選用；否則再選（假定的小徑）相近，則選用；否則再選1. 1. 失效形式與設(shè)計(jì)步驟失效形式與設(shè)計(jì)步驟2. 2. 松螺栓連接松螺栓連接 松螺栓連接在裝配時(shí)不需要把螺母擰緊裝配時(shí)不需要把螺母擰緊，

25、在承受工作載荷前，除有關(guān)零件的自重（一般較小，可略去）外，連接并不受力。當(dāng)承受軸向工作載荷F Fa a 時(shí)，其強(qiáng)度條件為：為許用拉應(yīng)力，單位Mpa ； 214aFd 14aFd起起重重釣釣鉤鉤末末端端螺螺栓栓聯(lián)聯(lián)接接或1d為螺紋小徑，mm。Fa3. 3. 緊螺栓連接緊螺栓連接僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接（僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接（如減速器箱體與箱蓋的連接）受橫向工作載荷的緊螺栓連接受橫向工作載荷的緊螺栓連接受軸向工作載荷的緊螺栓連接受軸向工作載荷的緊螺栓連接緊螺栓連接在裝配時(shí)需要把螺母擰緊裝配時(shí)需要把螺母擰緊。1 1）僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接）僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接螺栓受由預(yù)緊力螺栓受由預(yù)緊力 產(chǎn)生的產(chǎn)

26、生的拉應(yīng)力拉應(yīng)力對(duì)對(duì)M10M10M68M68的普通螺紋，取的普通螺紋，取d d2 2、d d1 1和和的平均值，的平均值，f=tg=0.15, f=tg=0.15, 得：得：0F2104dF200123211122164ndFtgFTdtgWddd5 . 0螺栓材料為塑性，根據(jù)材料力學(xué)第四強(qiáng)度理論可得其當(dāng)量應(yīng)力：螺栓材料為塑性，根據(jù)材料力學(xué)第四強(qiáng)度理論可得其當(dāng)量應(yīng)力：2222e33 0.51.3強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：0e211.34Fd2.501Fd結(jié)論：扭轉(zhuǎn)的影響可用增大拉伸力的結(jié)論：扭轉(zhuǎn)的影響可用增大拉伸力的3030來考慮，不再單獨(dú)考慮扭矩。來考慮，不再單獨(dú)考慮扭矩。 擰緊力矩?cái)Q緊力矩T螺栓

27、受螺紋副間的摩擦力矩產(chǎn)生的螺栓受螺紋副間的摩擦力矩產(chǎn)生的扭切應(yīng)力扭切應(yīng)力（危險(xiǎn)截面）（危險(xiǎn)截面）或或?yàn)槁菟ǖ脑S用應(yīng)力，單位Mpa2 2）受橫向工作載荷的緊螺栓連接）受橫向工作載荷的緊螺栓連接e211.34aFd 當(dāng)螺栓連接承受垂直于螺栓軸線的橫向工作載荷當(dāng)螺栓連接承受垂直于螺栓軸線的橫向工作載荷 F F 時(shí)，若要使被連接件間不發(fā)時(shí)，若要使被連接件間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，接合面處的摩擦力必須大于等于橫向工作載荷生相對(duì)滑動(dòng)，接合面處的摩擦力必須大于等于橫向工作載荷 F F，這時(shí)螺栓所受的軸，這時(shí)螺栓所受的軸向力向力 F Fa a為為 式中式中 F F0 0 為預(yù)緊力；為預(yù)緊力；C C為可靠性系數(shù)，通常取

28、為可靠性系數(shù)，通常取C=1.1C=1.11.31.3；m m為接合面數(shù)目；為接合面數(shù)目；f f為接合面摩擦系數(shù)，對(duì)鋼或鑄鐵被連接件可取為接合面摩擦系數(shù)，對(duì)鋼或鑄鐵被連接件可取f=0.1f=0.10.150.15。 由上式求出由上式求出F Fa a值后，即可按值后，即可按 式計(jì)算螺栓強(qiáng)度。式計(jì)算螺栓強(qiáng)度。 當(dāng)當(dāng)f=0.15f=0.15，C=1.2C=1.2，m=1m=1時(shí)，由上可得時(shí)，由上可得F F0 0 8F 8F 即螺栓所受的軸向力即螺栓所受的軸向力 F Fa a為橫向工為橫向工作載荷作載荷F F的的8 8倍，由此看出，靠摩擦力來承擔(dān)橫向工作載荷所需螺栓的尺寸較大。倍，由此看出，靠摩擦力來承

29、擔(dān)橫向工作載荷所需螺栓的尺寸較大。 0aC FFFm f2 2）受橫向工作載荷的緊螺栓連接）受橫向工作載荷的緊螺栓連接 為避免上述缺點(diǎn)，常用鍵、套筒或銷來承擔(dān)橫向工作載荷，而螺栓僅起連接作為避免上述缺點(diǎn)，常用鍵、套筒或銷來承擔(dān)橫向工作載荷，而螺栓僅起連接作用。也可采用鉸制孔用螺栓來承擔(dān)橫向工作載荷。這些結(jié)構(gòu)中的鍵、套筒、銷和鉸用。也可采用鉸制孔用螺栓來承擔(dān)橫向工作載荷。這些結(jié)構(gòu)中的鍵、套筒、銷和鉸制孔用螺栓可按受剪切和擠壓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。制孔用螺栓可按受剪切和擠壓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。例例1 如圖所示的緊螺栓聯(lián)接如圖所示的緊螺栓聯(lián)接,已知該聯(lián)接承已知該聯(lián)接承受橫向載荷受橫向載荷 ,許用應(yīng)力許用應(yīng)力 ,摩

30、擦系數(shù)摩擦系數(shù) ,螺栓數(shù)螺栓數(shù) ,聯(lián)接的可聯(lián)接的可靠性系數(shù)靠性系數(shù), .試確定螺栓的直徑試確定螺栓的直徑 。NFR20000 MPa7615. 0f4z1 2 .c 1dRFRFRFRF解：解： 此例為工作時(shí)只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接此例為工作時(shí)只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接.1、計(jì)算螺栓的預(yù)緊力，結(jié)合面對(duì)數(shù)、計(jì)算螺栓的預(yù)緊力，結(jié)合面對(duì)數(shù)N400004115. 0200002 . 1fmzCFFRs1m2、計(jì)算螺紋小徑、計(jì)算螺紋小徑1d mm52.297614. 3400002 . 52 . 501Fd3 3）受橫向工作載荷的鉸制孔用螺栓連接）受橫向工作載荷的鉸制孔用螺栓連接Pmin0PLdF dF204

31、擠壓強(qiáng)度條件擠壓強(qiáng)度條件剪切強(qiáng)度條件剪切強(qiáng)度條件F0dminLP 螺栓所受的工作剪力；螺栓剪切面的直徑(可取螺栓孔的直徑) ；螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度；螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力；螺栓材料許用剪切應(yīng)力。4) 4) 受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接 受載荷形式受載荷形式擰緊過程中擰緊過程中: 軸向拉伸軸向拉伸F0 、扭力扭力T 工作時(shí)，工作時(shí)，再承受工作載荷再承受工作載荷F 此時(shí)，螺栓所受的總拉力此時(shí)，螺栓所受的總拉力: Fa = F0+FE ?TF0F0FEFEFaFa 須根據(jù)靜力平衡方程和變形協(xié)調(diào)條件求解須根據(jù)靜力平衡方程和變形協(xié)調(diào)條件求解受力和變形關(guān)系受力和變形關(guān)系變形協(xié)

32、調(diào)條件變形協(xié)調(diào)條件: l l1 1 l lb l lFaF0+FEFa=FE+FRl l1l lb l l1 l lbTF0F0FEFEFaFaF0F0FRFR預(yù)緊預(yù)緊F0受載受載FE螺栓螺栓被聯(lián)接件被聯(lián)接件拉力拉力F0，伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)l l1壓力壓力F0，壓縮，壓縮l lb拉力拉力Fa, 伸長(zhǎng)伸長(zhǎng)l l1 1 l l1 1壓力壓力FR, 壓縮壓縮l lb - l lb未預(yù)緊未預(yù)緊 未受力、無變形未受力、無變形未受力、無變形未受力、無變形FEFE受力變形線圖受力變形線圖FR：殘余預(yù)緊力：殘余預(yù)緊力,防止受載后接合面防止受載后接合面產(chǎn)生縫隙。產(chǎn)生縫隙。預(yù)緊預(yù)緊F0受載受載FE螺螺栓栓被聯(lián)接件被聯(lián)接件

33、拉力拉力F0，伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)l l1壓力壓力F0，壓縮，壓縮l lb拉力拉力FE, 伸長(zhǎng)伸長(zhǎng)l l1 1 l l壓力壓力FR, 壓縮壓縮l lb - l l未預(yù)緊未預(yù)緊未受力、無變形未受力、無變形未受力、無變形未受力、無變形形變形變l l力力Fl l1l lbllFRFEFaF0被聯(lián)接件被聯(lián)接件螺栓螺栓l lb受軸向工作載荷的緊螺栓連接受軸向工作載荷的緊螺栓連接 由上圖可導(dǎo)出各力之間的關(guān)系： 因FE =Fb+Fc =k b +k c 即 =FE /（k b +k c），故式中 稱為螺栓的相對(duì)剛度系數(shù)。其大小與螺栓和被連接件的材料、尺寸、結(jié)構(gòu)及墊片有關(guān)，一般在01之間。為降低螺栓的受力，提高螺栓連接

34、的承載能力，應(yīng)使螺栓的相對(duì)剛度系數(shù)盡量小些。Fa = F0 +Fb = F0 + k b FR=F0 Fc = F0 k c 0baEbckFFFkk01bREbckFFFkkbbckkk0b0cbbtgkcctgk0b0ccaFEFRFbFcF螺栓的剛度: k b = F0 / b0 被連接件的剛度:k c = F0 / c0 受軸向工作載荷的緊螺栓連接受軸向工作載荷的緊螺栓連接螺栓危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件為 ca211.34aFd15.2aFd當(dāng)工作載荷沒有變化時(shí)，取當(dāng)工作載荷有變化時(shí)， 取對(duì)有緊密性要求的連接，取0.2 0.6REFF 緊螺栓連接為保證被連接件的接合面不出現(xiàn)縫隙，殘余預(yù)

35、緊力FR應(yīng)大于零。在一般計(jì)算中，可先根據(jù)連接的工作要求規(guī)定殘余預(yù)緊力FR，按式Fa = FE + FR 計(jì)算出螺栓的總拉伸載荷Fa ，再計(jì)算螺栓強(qiáng)度。0.6 1.0REFF1.51.8REFF或或 若軸向工作載荷FE 在0FE 間周期性變化，則螺栓所受的總拉伸載荷應(yīng)在F0 F a 間變化。受變載荷螺栓的粗略計(jì)算仍可按總拉伸載荷 F a 進(jìn)行。 一螺栓所受軸向工作載荷為FE=6000N，螺栓受載后被連接件間的殘余預(yù)緊力FR為工作載荷的1.2倍。已知螺栓的相對(duì)剛性系數(shù)kb/（kb+kc）=0.8，許用拉應(yīng)力 。求：（1）螺栓小徑d1的計(jì)算值。（2）預(yù)緊力F0的大小。例題例題2 2 MPa905.

36、提高螺栓連接強(qiáng)度的措施提高螺栓連接強(qiáng)度的措施 分析影響螺栓連接強(qiáng)度的因素，從而提出提高連接強(qiáng)度的措施，對(duì)設(shè)計(jì)和使用螺栓連接具有重要的意義。 影響螺栓連接強(qiáng)度的主要因素及提高其連接強(qiáng)度的措施：影響螺栓連接強(qiáng)度的主要因素及提高其連接強(qiáng)度的措施： 1 1）降低螺栓總拉伸載荷）降低螺栓總拉伸載荷 F Fa a 的變化范圍的變化范圍 由前述知，當(dāng)螺栓所受軸向工作載荷FE 在0FE 間變化時(shí)，螺栓所受的總拉伸載荷Fa在F0 F0 + FEk b /（k b +k c）間變化，若減小螺栓剛度kb 或增大被連接件剛度kc都可減小Fa的變化范圍。這對(duì)防止螺栓的疲勞損壞是十分有利的。 為了減小螺栓剛度，可減小螺栓

37、光桿部分直徑或采用空心螺桿。 被連接件本身的剛度是較大的，但被連接件的接合面因需要密封而采用軟墊片時(shí)，將降低其剛度。若采用金屬薄墊片或O形密封圈，仍可保持被連接件原來的剛度值。 提高螺栓連接強(qiáng)度的措施提高螺栓連接強(qiáng)度的措施 2 2）改善螺紋牙間的載荷分布）改善螺紋牙間的載荷分布 原理：減小螺栓和螺母螺距變化差。 方法：用懸置螺母、內(nèi)斜螺母、環(huán)槽螺母等。 懸置螺母懸置螺母使母體和栓桿的變形一致以減少螺距變化差。內(nèi)斜螺母內(nèi)斜螺母可減小原受力大的螺栓螺紋牙的剛度而把力分移到原受力小的螺紋牙上。環(huán)槽螺母環(huán)槽螺母螺母下部受拉，作用和懸置螺母相似。 即使是制造和裝配精確的螺栓和螺母，受力時(shí)其旋合各圈螺紋牙

38、的受力也不是均勻的。當(dāng)連接受載時(shí)，從螺母支承面算起，螺栓桿拉力自下而上由F遞減為零，螺母體壓力則自上而下由零遞增為F。螺栓受拉，螺距增大；而螺母受壓，螺距減小。從螺母支承面算起，第一圈受載最大，螺紋螺距的變化差以旋合的第一圈最大；以后各圈由于受載的遞減，螺距變化差也遞減。實(shí)驗(yàn)證明，旋合圈數(shù)越多，載荷分布不均勻的程度也越顯著，到第810圈以后，螺紋牙幾乎不受載荷。因此，采用加高螺母以增加旋合圈數(shù)，對(duì)提高螺栓連接強(qiáng)度并沒有多少作用。提高螺栓連接強(qiáng)度的措施提高螺栓連接強(qiáng)度的措施 3 3）減小應(yīng)力集中）減小應(yīng)力集中 螺栓上的螺紋（特別是螺紋的收尾）、螺栓頭和螺栓桿的過渡處以及螺栓橫剖面面積發(fā)生變化的部

39、位，都要產(chǎn)生應(yīng)力集中。為了減小應(yīng)力集中的程度，可采用較大的圓角、卸載結(jié)構(gòu)、將螺紋收尾改為退刀槽等。為降低成本，對(duì)一般用途的連接，不要隨便采用卸載結(jié)構(gòu)。 提高螺栓連接強(qiáng)度的措施提高螺栓連接強(qiáng)度的措施4 4）避免或減小附加應(yīng)力避免或減小附加應(yīng)力 在設(shè)計(jì)、制造和裝配上應(yīng)力求避免螺紋連接產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，以免嚴(yán)重降低螺栓的強(qiáng)度。為了減小附加彎曲應(yīng)力，應(yīng)從結(jié)構(gòu)、制造和裝配等方面采取措施。常采用凸臺(tái)、沉頭座（魚眼坑）、特殊墊圈（如球面墊圈）等。支承面不平支承面不平螺母孔不正螺母孔不正被聯(lián)接件剛度小被聯(lián)接件剛度小鉤頭螺栓聯(lián)接鉤頭螺栓聯(lián)接 凸臺(tái)凸臺(tái) 沉頭座沉頭座 球面墊圈球面墊圈 斜墊圈斜墊圈 提高螺栓連接強(qiáng)

40、度的措施提高螺栓連接強(qiáng)度的措施 5 5）采用合理的制造工藝方法）采用合理的制造工藝方法 采用冷鐓螺栓頭部和滾壓螺紋的工藝方法，可顯著提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。 此外，在工藝上采用氮化、氰化、噴丸等表面硬化處理也能提高螺紋連接件的疲勞強(qiáng)度。 相鄰螺栓的中心距一般應(yīng)小于 （d為螺栓的公稱直徑），具有密封要求的螺栓中心距一般不應(yīng)大于 。 螺栓之間及螺栓與機(jī)體之間要留有足夠的扳手空間，扳手轉(zhuǎn)動(dòng)角度應(yīng)大于 。d10d7o60補(bǔ)充：合理安排成組螺栓的平面位置補(bǔ)充：合理安排成組螺栓的平面位置 安排一組螺栓的平面位置和數(shù)目時(shí)， 力求各螺栓受力均勻，便于加工和裝配。同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)采用3、4、6、8、12等數(shù)

41、，以便分度和劃線。10-2 10-2 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接一、鍵連接一、鍵連接 二、花鍵連接二、花鍵連接 一、鍵連接一、鍵連接1. 鍵連接鍵連接的類型的類型半圓鍵 鍵 鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)件，主要用來實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞扭矩；有些類型的鍵，還可用于軸上零件的軸向固定或軸向移動(dòng)的導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向平鍵 普通平鍵楔 鍵 切向鍵 平 鍵 滑鍵 普通平鍵普通平鍵圓頭（圓頭（A型）型）方頭（方頭（B型）型） 用于靜連接，用于靜連接，按鍵端形狀分為三種按鍵端形狀分為三種 單圓頭（單圓頭（C型）型） 鍵的兩側(cè)面是工作面，工作時(shí)，靠鍵同鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞扭矩。鍵的上表面和輪轂上鍵槽的底面間留有間隙。 平鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，對(duì)中性較好等優(yōu)點(diǎn)。這種鍵連接不能承受軸向力，對(duì)軸上的零件起不到軸向固定的作用。導(dǎo)向平鍵導(dǎo)向平鍵用于動(dòng)連接，用于動(dòng)連接，軸上的傳動(dòng)零件可沿鍵作軸向滑移。 當(dāng)被連接的零件在工作過程中必