第11章螺紋聯(lián)接與銷連接

1、第11章 螺紋聯(lián)接 一、螺紋的形成一、螺紋的形成螺紋螺紋一平面圖形沿螺旋線運動，運動時保持該圖形和一平面圖形沿螺旋線運動，運動時保持該圖形和 圓柱體軸線共面，就得到螺紋。圓柱體軸線共面，就得到螺紋。螺旋線螺旋線一動點在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速一動點在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速 旋轉(zhuǎn)，同時沿軸線做等速移動的軌跡。旋轉(zhuǎn)，同時沿軸線做等速移動的軌跡。螺紋連接是利用具有螺紋的零件構(gòu)成的可拆式連接。螺紋連接是利用具有螺紋的零件構(gòu)成的可拆式連接。111 螺紋螺紋1.1.按位置：按位置： 內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋在圓柱體的內(nèi)表面形成的螺紋；在圓柱體的內(nèi)表面形成的螺紋； 外螺紋外螺紋在圓柱體的外表面形成的螺

2、紋；在圓柱體的外表面形成的螺紋；2.2.按牙型按牙型: : 三角形螺紋三角形螺紋( (普通螺紋、管螺紋普通螺紋、管螺紋) )用于用于聯(lián)接；聯(lián)接；螺紋螺紋牙型角較大傳動效率低牙型角較大傳動效率低 矩形、梯形、鋸齒形螺紋矩形、梯形、鋸齒形螺紋用于用于傳動；傳動；三角形螺紋：三角形螺紋： 粗牙螺紋粗牙螺紋用于一般連接；用于一般連接； 細牙螺紋細牙螺紋同樣的公稱直徑下，螺距較小，同樣的公稱直徑下，螺距較小，自鎖性好，適于薄壁細小零件和沖擊變載等。自鎖性好，適于薄壁細小零件和沖擊變載等。3.3.根據(jù)螺旋線繞行方向：根據(jù)螺旋線繞行方向： 左旋螺紋左旋螺紋 右旋螺紋右旋螺紋旋向判斷旋向判斷: :二、螺紋的類

3、型二、螺紋的類型軸線垂直放，右邊高軸線垂直放，右邊高右旋右旋 左左邊高邊高左旋左旋4.4.根據(jù)螺旋線頭數(shù)：根據(jù)螺旋線頭數(shù)：單頭螺紋（單頭螺紋（n=1n=1）用于聯(lián)接用于聯(lián)接雙頭螺紋（雙頭螺紋（n=2n=2）用于傳動用于傳動多線螺紋（多線螺紋（n2n2）用于傳動用于傳動機械制造常用螺紋機械制造常用螺紋1）大徑）大徑d與螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，亦稱公與螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，亦稱公 稱直徑；稱直徑；10mm10mm螺絲螺絲2）小徑）小徑d1 與螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑；與螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑； 3）中徑）中徑d2 在軸向剖面內(nèi)溝槽與凸起寬相等處的假想在軸向剖面內(nèi)溝槽

4、與凸起寬相等處的假想 圓柱面的直徑，圓柱面的直徑，d20.5(d+d1)三、螺紋的主要參數(shù)三、螺紋的主要參數(shù)4）螺）螺 距距 P 相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點間相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點間 的軸向距離；的軸向距離；5）導(dǎo)程）導(dǎo)程 S 同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母 線上的對應(yīng)兩點間的軸向距離；線上的對應(yīng)兩點間的軸向距離；6）線）線 數(shù)數(shù) n 螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n4 螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：S=nP 7）螺旋升角）螺旋升角中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋中徑圓柱面

5、上螺旋線的切線與垂直于螺旋 線軸線的平面的夾角：線軸線的平面的夾角：8）牙型角）牙型角 螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角;9）接觸高度接觸高度h h 內(nèi)外螺紋旋合后的接觸面的徑向高度，即內(nèi)外螺紋旋合后的接觸面的徑向高度，即 螺紋工作高度。螺紋工作高度。22arctan/arctannPSdd112 螺紋聯(lián)接的類型及標準聯(lián)接件螺紋聯(lián)接的類型及標準聯(lián)接件 一、螺紋聯(lián)接主要類型一、螺紋聯(lián)接主要類型1、螺栓聯(lián)接、螺栓聯(lián)接(螺栓一端有螺紋，一端有螺栓頭螺栓一端有螺紋，一端有螺栓頭)a) 普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接被聯(lián)接件不太厚，通孔不帶螺紋，螺桿穿被聯(lián)接件不太厚，通孔不

6、帶螺紋，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，桿間有間隙，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，可多次裝拆，應(yīng)用較廣?？啥啻窝b拆，應(yīng)用較廣。也稱受拉螺也稱受拉螺栓連接。栓連接。b)鉸制孔螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接裝配后無間隙，孔和裝配后無間隙，孔和螺栓采用基孔制過渡配合，螺栓采用基孔制過渡配合，主要承受橫向載荷，也可作主要承受橫向載荷，也可作定位用。定位用。也稱受剪螺栓聯(lián)接。也稱受剪螺栓聯(lián)接。3 3、雙頭螺柱聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接螺桿兩端無螺釘頭，但均有螺紋，裝配螺桿兩端無螺釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。時一端旋入被聯(lián)接件，另一

7、端配以螺母。適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時。拆適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時。拆裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯(lián)接件中擰出。聯(lián)接件中擰出。2 2、螺釘聯(lián)接、螺釘聯(lián)接適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況。裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況。特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接接 , 吊環(huán)螺釘聯(lián)接吊環(huán)螺釘聯(lián)接4 4、緊定螺釘聯(lián)接、緊定螺釘聯(lián)接擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應(yīng)的缺口中以固定零件的相

8、對旋入零件相應(yīng)的缺口中以固定零件的相對位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。二、螺紋聯(lián)接件二、螺紋聯(lián)接件 結(jié)構(gòu)特點、應(yīng)用場合結(jié)構(gòu)特點、應(yīng)用場合113 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 一、預(yù)緊一、預(yù)緊預(yù)緊目的預(yù)緊目的增強連接的可靠性和緊密性，防止受載后被連增強連接的可靠性和緊密性，防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對滑移。接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對滑移。預(yù)緊力的確定原則預(yù)緊力的確定原則擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限過其材料的屈服極限s s的的80%80%。 碳素鋼螺栓：碳素鋼螺栓：F F0 0=( (0.6-0

9、.7)s sA A1 1 合金鋼螺栓：合金鋼螺栓：F0=(0.5-0.6)sA1 A1:螺栓危險截面的面積，螺栓危險截面的面積，A1d124預(yù)緊力預(yù)緊力 絕大多數(shù)螺紋連接在裝配時通常都要擰緊，使之絕大多數(shù)螺紋連接在裝配時通常都要擰緊，使之在承受工作載荷前預(yù)先受到力的作用，這個預(yù)加在承受工作載荷前預(yù)先受到力的作用，這個預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。作用力稱為預(yù)緊力。預(yù)緊力的控制預(yù)緊力的控制利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的 大小。大小。二二擰緊力矩擰緊力矩螺母所受轉(zhuǎn)矩螺栓所受轉(zhuǎn)矩螺栓和被聯(lián)接件所受預(yù)緊力 T T1 1：螺紋副的摩擦力矩：螺紋副的摩擦力矩 T T2 2

10、：螺母的承壓面間摩擦力矩：螺母的承壓面間摩擦力矩T T3 3: :螺釘頭的承壓面間摩擦力矩螺釘頭的承壓面間摩擦力矩 T T4 4：夾持力矩：夾持力矩1.1. 擰緊力矩擰緊力矩T T：是用以克服螺紋副相對轉(zhuǎn)動的阻力矩是用以克服螺紋副相對轉(zhuǎn)動的阻力矩T1和螺母和螺母支承面上的摩擦阻力矩支承面上的摩擦阻力矩T2 ，它與預(yù)緊力，它與預(yù)緊力F0間的關(guān)系為：間的關(guān)系為：n對于對于M10M64的粗牙螺紋的粗牙螺紋dFT02 . 0sLF標準扳手的長度標準扳手的長度 L=15d FF750對于重要的連接，應(yīng)盡可能不采用對于重要的連接，應(yīng)盡可能不采用直徑過小直徑過小(M12)的螺栓。的螺栓。2020303020

11、32)tan(21dDdDfdFTcv 2.預(yù)緊力的控制方法預(yù)緊力的控制方法u測力矩板手測力矩板手測出預(yù)緊力矩。測出預(yù)緊力矩。u定力矩板手定力矩板手達到固定的擰緊力矩達到固定的擰緊力矩T T時，彈簧受時，彈簧受 壓將自動打滑。壓將自動打滑。u測量預(yù)緊前后螺栓伸長量測量預(yù)緊前后螺栓伸長量精度較高。精度較高。通常螺紋連接擰緊是憑工人的經(jīng)驗來決定通常螺紋連接擰緊是憑工人的經(jīng)驗來決定的，重要螺栓則必須預(yù)緊力進行精確控制。的，重要螺栓則必須預(yù)緊力進行精確控制。三、螺紋防松三、螺紋防松 1.為什么要防松？為什么要防松？n靜載荷：靜載荷：r rv(自鎖自鎖) + 預(yù)緊后摩擦力預(yù)緊后摩擦力防止松動防止松動n動

12、載荷：動載荷：摩擦力減小、消失摩擦力減小、消失不可靠不可靠n高溫、溫度變化大：高溫、溫度變化大：材料發(fā)生蠕變、應(yīng)力松弛材料發(fā)生蠕變、應(yīng)力松弛摩擦力減小摩擦力減小 2.防松原理防松原理 限制螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。限制螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。 3.防松辦法及措施防松辦法及措施 1)1)摩擦防松摩擦防松 主要是使螺紋副中有不隨連接載荷而變的壓力，因而始終有主要是使螺紋副中有不隨連接載荷而變的壓力，因而始終有摩擦力矩防止相對轉(zhuǎn)動。壓力可由螺紋副縱向或橫向壓緊而摩擦力矩防止相對轉(zhuǎn)動。壓力可由螺紋副縱向或橫向壓緊而產(chǎn)生。產(chǎn)生。v對頂螺母：適用于低速、平穩(wěn)、重載的固

13、定裝置對頂螺母：適用于低速、平穩(wěn)、重載的固定裝置v彈簧墊圈彈簧墊圈v自鎖螺母自鎖螺母螺母一端做成非圓螺母一端做成非圓形收口或開縫后徑向收口，螺母擰形收口或開縫后徑向收口，螺母擰緊后收口漲開，利用收口的彈力使緊后收口漲開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。旋合螺紋間壓緊。開口方向：開口方向：斜向右下方斜向右下方彈性增壓彈性增壓尖端抵住尖端抵住2 2）機械防松：）機械防松： 利用便于更換的金屬元件利用便于更換的金屬元件( (開槽螺母與開口銷，止動墊片，開槽螺母與開口銷，止動墊片，串聯(lián)鋼絲等串聯(lián)鋼絲等) )約束螺紋副。約束螺紋副。3 3）破壞螺旋副關(guān)系：）破壞螺旋副關(guān)系： 把螺紋副轉(zhuǎn)變?yōu)榉锹菁y副，從而

14、排除相對運動的可能。把螺紋副轉(zhuǎn)變?yōu)榉锹菁y副，從而排除相對運動的可能。點焊點焊沖點沖點粘合粘合11-4 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計螺栓組聯(lián)接的設(shè)計 工程中螺栓皆成組使用，單個使用極少。因此，必須研究螺工程中螺栓皆成組使用，單個使用極少。因此，必須研究螺 栓組栓組設(shè)計設(shè)計和和受力受力分析。它是單個螺栓計算基礎(chǔ)和前提條件。分析。它是單個螺栓計算基礎(chǔ)和前提條件。 螺栓組聯(lián)接螺栓組聯(lián)接設(shè)計的順序設(shè)計的順序選布局、定數(shù)目、力分析選布局、定數(shù)目、力分析 螺栓組聯(lián)接螺栓組聯(lián)接受力分析的目的受力分析的目的：求出受力最大的螺栓，便于進行：求出受力最大的螺栓，便于進行 螺栓強度的計算校核。螺栓強度的計算校核。 一、結(jié)構(gòu)設(shè)計原

15、則一、結(jié)構(gòu)設(shè)計原則 1、布局要盡量對稱分布，螺栓組對稱中心與聯(lián)接結(jié)合面形、布局要盡量對稱分布，螺栓組對稱中心與聯(lián)接結(jié)合面形心重合（有利于分度、劃線、鉆孔），以受力均勻。心重合（有利于分度、劃線、鉆孔），以受力均勻。 圓形圓形 圓環(huán)形圓環(huán)形 矩形矩形 矩形框矩形框 三角形三角形 2、螺栓的布置應(yīng)使各螺栓受力合理、螺栓的布置應(yīng)使各螺栓受力合理F F(1) (1) 對于鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向?qū)τ阢q制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置上成排地布置6 6個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均勻。個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均勻。(2)(2)當螺栓連接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩

16、時，應(yīng)使螺栓的位置適當靠當螺栓連接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時，應(yīng)使螺栓的位置適當靠近連接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。近連接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。潘存云教授研制潘存云教授研制不不合理合理合理合理(3)(3)當同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，采用抗剪零件來承受當同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，采用抗剪零件來承受 橫向載荷，比如減載鍵、減載銷和減橫向載荷，比如減載鍵、減載銷和減 載套筒。載套筒。3.3.螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距，以保證扳手空間螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距，以保證扳手空間4.4.為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通

17、常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成圓周上的螺栓數(shù)目取成 4 4、6 6、8 8等偶數(shù)。等偶數(shù)。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應(yīng)相同同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應(yīng)相同.5、避免承受附加的彎曲載荷、避免承受附加的彎曲載荷 a）鑄、鍛件等表面粗糙上安裝螺栓）鑄、鍛件等表面粗糙上安裝螺栓(盡量減少加工面盡量減少加工面) b）支撐面為傾斜時）支撐面為傾斜時防偏載措施：防偏載措施：a）凸臺；）凸臺；b）凹坑（沉頭座）；）凹坑（沉頭座）；c）斜墊圈）斜墊圈槽鋼或工字鋼槽鋼或工字鋼二、螺栓組受力分析二、螺栓組受力分析 受力分析時所作假設(shè)受力分析時所作假設(shè): : (1) (1)所有螺栓的材料、直徑、

18、長度和預(yù)緊力均相同；所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同； (2)(2)螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合；螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合；(3)(3)受載后連接接合面仍保持為平面。受載后連接接合面仍保持為平面。1 1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接 單個螺栓工作載荷為：單個螺栓工作載荷為： F=P/Z P軸向外載軸向外載 Z螺栓個數(shù)螺栓個數(shù) 各螺栓除承受軸向載荷外，還有預(yù)各螺栓除承受軸向載荷外，還有預(yù)緊力的作用。各螺栓在工作時受到緊力的作用。各螺栓在工作時受到的總拉力不等于外載荷與預(yù)緊力之的總拉力不等于外載荷與預(yù)緊力之和。和。（1 1）對于鉸制孔用螺栓連接，每個螺

19、栓所受工作剪力為）對于鉸制孔用螺栓連接，每個螺栓所受工作剪力為（2 2）對于普通螺栓連接）對于普通螺栓連接 ，按預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦，按預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有力必須大于或等于橫向載荷的要求，有式中式中, ,z為螺栓數(shù)目。為螺栓數(shù)目。2 2受橫向載荷的螺栓組連接受橫向載荷的螺栓組連接zRFK Ks s為防滑系數(shù)，設(shè)計中可取為防滑系數(shù)，設(shè)計中可取K Ks s =1.1 =1.11.31.3。或或RKzifFs0fziRKFs0i為接合面數(shù)，指參與提供摩擦力的剪切面。為接合面數(shù)，指參與提供摩擦力的剪切面。3、受旋轉(zhuǎn)力矩、受旋轉(zhuǎn)力矩T的螺栓組聯(lián)接的螺

20、栓組聯(lián)接(1).(1).普通螺栓聯(lián)接：普通螺栓聯(lián)接： 1）聯(lián)接的可靠性：滿足條件為）聯(lián)接的可靠性：滿足條件為 在轉(zhuǎn)矩在轉(zhuǎn)矩T的作用下，不產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。的作用下，不產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。（ri 螺栓中心與螺栓組形心之間的距離螺栓中心與螺栓組形心之間的距離 ） 2）螺栓工作能力計算。）螺栓工作能力計算。0 10 20 zff F rf F rf F rkT0121()ffzziikTkTFfrrrfrK(2).(2).鉸制孔螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接1）聯(lián)接可靠性：滿足條件為）聯(lián)接可靠性：滿足條件為Fs1r1+ Fs2r2+ + Fszrz= T （靜力平衡方程）即即F Fsisi與與r ri i成正比：成正

21、比：變形協(xié)調(diào)條件變形協(xié)調(diào)條件：底板視為剛體，：底板視為剛體，r ri i剪切變形量剪切變形量 ( (剛度相同剛度相同) )FFsisimaxmaxrrFFissi代入工作條件中：代入工作條件中：2）工作能力計算）工作能力計算12max12maxssszszFFFFrrrrKmaxmaxmax2222121szziiTrTrFrrrrL4、受翻轉(zhuǎn)力矩、受翻轉(zhuǎn)力矩M（傾覆力矩）的螺栓組聯(lián)接（傾覆力矩）的螺栓組聯(lián)接特點：特點：在在MM作用下，底板有作用下，底板有 繞螺栓組形心軸翻轉(zhuǎn)的趨勢。繞螺栓組形心軸翻轉(zhuǎn)的趨勢。作用作用MM前：各螺栓受相同前：各螺栓受相同F(xiàn) F0 0；作用作用MM后：左側(cè)：后：左

22、側(cè)：F F拉拉( (不均勻不均勻) )， 右側(cè)：右側(cè)：F F壓壓( (不均勻不均勻) F) F0工作條件：工作條件：變形協(xié)調(diào)條件：變形協(xié)調(diào)條件：其它條件：其它條件：附加校核附加校核討論：設(shè)計時，如何布置螺栓更合理？討論：設(shè)計時，如何布置螺栓更合理？遠離對稱中心遠離對稱中心 ri iFmaxmax左側(cè)不出現(xiàn)縫隙左側(cè)不出現(xiàn)縫隙右側(cè)邊緣不壓潰右側(cè)邊緣不壓潰maxmaxmax2222121zziiM rM rFrrrr說明：工程中受力情況很復(fù)雜，但均可轉(zhuǎn)化為幾種說明：工程中受力情況很復(fù)雜，但均可轉(zhuǎn)化為幾種典型情況進行解決。典型情況進行解決。 計算公式在對稱分布情況下推導(dǎo)，但不對稱計算公式在對稱分布情況

23、下推導(dǎo)，但不對稱也可以用。也可以用。 總設(shè)計思路：螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計（布局、數(shù)目）總設(shè)計思路：螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計（布局、數(shù)目）螺螺栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）求單個螺栓的最大工作載荷（判斷哪個最大）求單個螺栓的最大工作載荷（判斷哪個最大）按最大載荷的單個螺栓設(shè)計（求按最大載荷的單個螺栓設(shè)計（求d1標準）標準）全組采用同樣尺寸螺栓（互換的目的）全組采用同樣尺寸螺栓（互換的目的） 螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接受拉螺栓受拉螺栓受剪螺栓受剪螺栓松聯(lián)接：不擰緊，無預(yù)緊力松聯(lián)接：不擰緊，無預(yù)緊力F F0 0，僅受工作載荷，僅受工作載荷F F緊聯(lián)接：需擰緊緊聯(lián)接：需擰緊僅受預(yù)緊力僅受

24、預(yù)緊力F F0同時受預(yù)緊力同時受預(yù)緊力F F0和工作載荷和工作載荷F F一、受拉螺栓聯(lián)接一、受拉螺栓聯(lián)接對于受拉螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和對于受拉螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂以及滑扣。螺桿的疲勞斷裂以及滑扣。65%20%15%115 單個螺栓聯(lián)接的強度計算單個螺栓聯(lián)接的強度計算 1 1、松聯(lián)接、松聯(lián)接如：起重滑輪螺栓如：起重滑輪螺栓僅受軸向工作拉力僅受軸向工作拉力F F失效：拉斷。失效：拉斷。強度條件：強度條件：4/21dFMPa 校核式式中：式中：d d1 1危險截面計算直徑危險截面計算直徑許用應(yīng)力，許用應(yīng)力， = = s sS S，S=1.2S=

25、1.21.71.741Fd mm mm 設(shè)計式設(shè)計式查手冊，選螺栓查手冊，選螺栓螺紋聯(lián)接的強度計算螺紋聯(lián)接的強度計算2 2104dF預(yù)緊力引起的拉應(yīng)力：預(yù)緊力引起的拉應(yīng)力：5 . 0162)tan(312v0ddF螺紋牙間的摩擦力矩引螺紋牙間的摩擦力矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力： 210ca43 . 1dF強度條件：強度條件：3 . 1322ca根據(jù)第四強度理論，根據(jù)第四強度理論，螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的計算應(yīng)力計算應(yīng)力: :F0F0FF 2 2、緊聯(lián)接、緊聯(lián)接（1 1）只受預(yù)緊力）只受預(yù)緊力F F0 0的緊聯(lián)接的緊聯(lián)接1.31.3系數(shù)，將外載荷提高系數(shù)，將外載荷提高30%3

26、0%，以考慮螺紋力矩對螺栓聯(lián)接強度，以考慮螺紋力矩對螺栓聯(lián)接強度的影響，這樣把拉扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)簡化為純拉伸來處的影響，這樣把拉扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)簡化為純拉伸來處理，大大簡化了計算手續(xù)，故又稱簡化計算法理，大大簡化了計算手續(xù)，故又稱簡化計算法 。當聯(lián)接承受較大的橫向載荷當聯(lián)接承受較大的橫向載荷F時，由于要求時，由于要求F0Ff（f=0.2），），即即F05F ，因而需要大幅度地增加螺栓直徑。為減小螺栓直徑的增，因而需要大幅度地增加螺栓直徑。為減小螺栓直徑的增加，可采用減載措施。加，可采用減載措施。FSFsFFTF0F0FF螺紋聯(lián)接的強度計算3FDDp 螺栓受預(yù)緊力螺栓受預(yù)緊力F0后，在工作拉力后

27、，在工作拉力F 的的作用下，螺栓的總拉力作用下，螺栓的總拉力F2 = ?FFF12式中式中F1為殘余預(yù)緊力，為保證聯(lián)接的緊密性，應(yīng)使為殘余預(yù)緊力，為保證聯(lián)接的緊密性，應(yīng)使 F1 0，一般根據(jù)，一般根據(jù)聯(lián)接的性質(zhì)確定聯(lián)接的性質(zhì)確定F1的大小。的大小。 （2 2）受預(yù)緊力）受預(yù)緊力F F0和軸向工作載荷和軸向工作載荷F F的緊螺栓聯(lián)接的緊螺栓聯(lián)接問題：問題：1)1)、螺栓受到外加工作載荷以后如何、螺栓受到外加工作載荷以后如何保證不被拉斷？保證不被拉斷？ 2)2)、壓力容器內(nèi)的氣體或液體如何保證、壓力容器內(nèi)的氣體或液體如何保證不泄露？不泄露？工工況況有緊密性有緊密性 要求要求*沖擊載荷沖擊載荷不穩(wěn)定

28、載荷不穩(wěn)定載荷穩(wěn)定載荷穩(wěn)定載荷*地腳螺栓地腳螺栓F1(1.51.8)F(1.01.5)F(0.61.0)F(0.20.6)FF當螺栓承受工作載荷后，螺栓所受的拉力由預(yù)緊力當螺栓承受工作載荷后，螺栓所受的拉力由預(yù)緊力F0增加到增加到F2；被；被連接件的壓縮力由預(yù)緊力連接件的壓縮力由預(yù)緊力F0減至殘余預(yù)緊力減至殘余預(yù)緊力 F F1 1，此時的螺栓總拉力此時的螺栓總拉力F F2 2等于殘余預(yù)緊力與工作拉力之和等于殘余預(yù)緊力與工作拉力之和F F，即：，即： F F2 2= F+ F= F+ F1 120cFFFccbbm相對剛度 為使工作載荷作用后，連接結(jié)合面間有殘余預(yù)緊力F1存在，要求螺栓連接的預(yù)緊

29、力F0為：這時螺栓的總拉力為：01cFFFccmbm討論：討論：1、bbmccc螺栓相對剛度（螺栓相對剛度（0 01 1）：金屬墊片）：金屬墊片0.20.2 皮革墊片皮革墊片0.70.7 橡膠墊片橡膠墊片0.90.9當當F F、F F0 0一定時，一定時，2bbmcFcc為為螺栓受力螺栓受力選擇不同墊片選擇不同墊片bbmccc應(yīng)使應(yīng)使2 2、考慮扭轉(zhuǎn)作用，強度條件為：、考慮扭轉(zhuǎn)作用，強度條件為：校核式校核式4/3 . 1212dFc3 . 1421Fdmm 設(shè)計式設(shè)計式210bbmcFFFFFcc特點：螺桿與孔間緊密配合，無間隙，由光特點：螺桿與孔間緊密配合，無間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來

30、傳遞外載荷桿直接承受擠壓和剪切來傳遞外載荷R R進行工作。主要失效形式：螺栓桿被進行工作。主要失效形式：螺栓桿被剪斷、栓桿或孔壁被壓潰。剪斷、栓桿或孔壁被壓潰。420dR螺栓的剪切強度條件為：螺栓的剪切強度條件為：螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強度條件為：螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強度條件為： PPldRmin0 R R 橫向載荷（橫向載荷（N N），）， d d0 0螺桿或孔的直徑（螺桿或孔的直徑（mmmm），）， L Lmin min 被聯(lián)接件中受擠壓孔壁的最小長度（被聯(lián)接件中受擠壓孔壁的最小長度（mmmm），如圖所示），如圖所示 螺栓許用剪應(yīng)力，螺栓許用剪應(yīng)力，MPaMPa，P螺栓或被聯(lián)接件的許

31、用擠壓應(yīng)力，螺栓或被聯(lián)接件的許用擠壓應(yīng)力，MPaMPa?？紤]到各?？紤]到各 零件的材料和受壓高度可能不同，應(yīng)就連接中所有受壓零件的材料和受壓高度可能不同，應(yīng)就連接中所有受壓 件分別計算，或先判斷其中弱者作為計算對象。件分別計算，或先判斷其中弱者作為計算對象。二、受剪螺栓聯(lián)接二、受剪螺栓聯(lián)接1 1、機理、機理工作時，工作時，螺栓受拉，螺栓受拉，pp螺母受壓，螺母受壓，pp兩者產(chǎn)生螺距差兩者產(chǎn)生螺距差一、改善螺紋牙間受力分配一、改善螺紋牙間受力分配第一圈：第一圈：pp最大，受力最大最大，受力最大第第810810圈后幾乎不受力圈后幾乎不受力各圈受載不均各圈受載不均11-6 提高螺紋連接強度的措施提高

32、螺紋連接強度的措施 采用加高螺母不能 提高聯(lián)接強度。2 2、辦法、辦法采用采用受拉螺母受拉螺母（變形一致）（變形一致） 減小螺栓螺母的螺距變化差減小螺栓螺母的螺距變化差二、減小附加彎曲應(yīng)力二、減小附加彎曲應(yīng)力螺紋牙根彎曲應(yīng)力斷裂螺紋孔不正、被聯(lián)件表面不平、發(fā)生變形等。引起附加彎曲應(yīng)力因素：a)螺栓受偏心載荷eFb)被聯(lián)接件剛度不夠a)采用球面墊圈抗彎力偶e)采用環(huán)腰d)采用沉頭座b)采用斜墊圈c)采用凸臺措施：墊圈、凸臺、沉孔等。思考：采用凸臺、沉孔的目的？三、減輕應(yīng)力集中三、減輕應(yīng)力集中收尾：退刀槽； 增大牙根處過渡圓角半徑。四、降低應(yīng)力幅四、降低應(yīng)力幅 a amax 一定時：a疲勞強度當F

33、、F1不變時： cb 或 cm。措施： 1）螺栓長度 2）光桿直徑 3）采用柔性螺栓1、降低螺栓剛度cb CbCm平鍵、半圓鍵、平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵楔鍵、切向鍵1、平鍵連接、平鍵連接 1）普通平鍵）普通平鍵 用于靜聯(lián)接，即軸與輪用于靜聯(lián)接，即軸與輪 轂間無相對周向運動。轂間無相對周向運動。 目的：目的： 鍵是用來實現(xiàn)軸與軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩（靜聯(lián)接），鍵是用來實現(xiàn)軸與軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩（靜聯(lián)接），或?qū)崿F(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動（動聯(lián)接或?qū)崿F(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動（動聯(lián)接 ）。）。 它是標準件。它是標準件。 分類：分類：一、一、 鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接 11-7 其他連接

34、其他連接（2 2）失效形式：）失效形式：壓潰壓潰主要失效形式主要失效形式鍵剪斷鍵剪斷（1 1）工作面：）工作面：兩側(cè)面兩側(cè)面 工作時靠鍵與鍵槽側(cè)面的工作時靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓擠壓來傳遞扭矩來傳遞扭矩構(gòu)造：兩側(cè)面為工作面，上表面與輪轂上的鍵槽底面之間留有間隙。構(gòu)造：兩側(cè)面為工作面，上表面與輪轂上的鍵槽底面之間留有間隙。轂鍵被剪斷鍵被剪斷特點：結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方特點：結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方 便，對中性好。便，對中性好。應(yīng)用：適用于高精度、高速應(yīng)用：適用于高精度、高速 或沖擊、變載情況下或沖擊、變載情況下 的靜聯(lián)接的靜聯(lián)接 。 不能承受軸向力及用不能承受軸向力及用 于軸向固定。于軸向固定。普通平鍵分類：普通

35、平鍵分類： 圓頭圓頭(A(A型型)( )(常用常用)周向固定良好；軸上鍵槽端部應(yīng)力集中較大，用于軸中部；周向固定良好；軸上鍵槽端部應(yīng)力集中較大，用于軸中部； 方頭方頭(B(B型型)常用螺釘固定常用螺釘固定( (防止軸向移動防止軸向移動) )，軸上鍵槽端部應(yīng)力集中較小；，軸上鍵槽端部應(yīng)力集中較??； 半圓頭半圓頭(C(C型型)用于軸端與輪轂聯(lián)接用于軸端與輪轂聯(lián)接 。平鍵平鍵半圓鍵半圓鍵2）薄型平鍵）薄型平鍵鍵高約為普通平鍵的鍵高約為普通平鍵的60%70%：圓頭、：圓頭、方頭、單圓頭；方頭、單圓頭； 用于薄壁結(jié)構(gòu)、空心軸等徑向尺寸受限制的聯(lián)接。用于薄壁結(jié)構(gòu)、空心軸等徑向尺寸受限制的聯(lián)接。3）導(dǎo)向平鍵

36、與滑鍵）導(dǎo)向平鍵與滑鍵用于動聯(lián)接，即軸與輪轂之間有相用于動聯(lián)接，即軸與輪轂之間有相對軸向移動的聯(lián)接。對軸向移動的聯(lián)接。 導(dǎo)向鍵導(dǎo)向鍵鍵不動，輪轂軸向移動；鍵不動，輪轂軸向移動；滑鍵滑鍵鍵與輪轂固定，同時做軸向移動。鍵與輪轂固定，同時做軸向移動。雙鉤頭滑鍵雙鉤頭滑鍵潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制單園鉤頭滑鍵單園鉤頭滑鍵2、半圓鍵連接、半圓鍵連接 軸槽用與半圓鍵形狀相同的銑刀加工，鍵能在槽中繞幾何軸槽用與半圓鍵形狀相同的銑刀加工，鍵能在槽中繞幾何中心擺動，鍵的側(cè)面為工作面，工作時靠其側(cè)面的擠壓來傳遞中心擺動，鍵的側(cè)面

37、為工作面，工作時靠其側(cè)面的擠壓來傳遞扭矩。扭矩。 特點：工藝性好，裝配方便，適用于錐形軸與輪轂的聯(lián)接；特點：工藝性好，裝配方便，適用于錐形軸與輪轂的聯(lián)接；缺點：軸槽對軸的強度削弱較大，只適宜輕載聯(lián)接。缺點：軸槽對軸的強度削弱較大，只適宜輕載聯(lián)接。 工作面工作面普通楔鍵：上、下面為工作表面，有普通楔鍵：上、下面為工作表面，有1：100斜度（側(cè)面有間隙），斜度（側(cè)面有間隙）， 工作時打緊，靠上下面摩擦力和擠壓傳遞扭矩，并可工作時打緊，靠上下面摩擦力和擠壓傳遞扭矩，并可 傳遞小部分單向軸向力，對輪轂起單向軸向固定作用。傳遞小部分單向軸向力，對輪轂起單向軸向固定作用。 特特 點點 ：適用于低速輕載、精

38、度要求不高。對中性較差，力有偏：適用于低速輕載、精度要求不高。對中性較差，力有偏 心。不宜高速和精度要求高的聯(lián)接。心。不宜高速和精度要求高的聯(lián)接。3、楔鍵連接、楔鍵連接 普通楔鍵普通楔鍵 鉤頭楔鍵鉤頭楔鍵 4、平鍵的尺寸選擇和強度計算、平鍵的尺寸選擇和強度計算 1）.平鍵的選擇平鍵的選擇；（1）.根據(jù)軸的直徑查標準確定根據(jù)軸的直徑查標準確定鍵的橫截面尺寸鍵的橫截面尺寸；（2）.根據(jù)輪轂長度確定根據(jù)輪轂長度確定鍵的長度鍵的長度；由軸徑由軸徑d d從標準中選從標準中選b bh h由輪轂寬由輪轂寬選鍵長選鍵長L L（系列值）（系列值）類型尺寸：類型尺寸： （b bh h）L L普通平鍵的主要尺寸2）

39、.平鍵聯(lián)接的強度校核平鍵聯(lián)接的強度校核失效形式：壓潰（靜聯(lián)接失效形式：壓潰（靜聯(lián)接鍵、軸、轂中較弱者）鍵、軸、轂中較弱者） 磨損（動聯(lián)接）磨損（動聯(lián)接） 鍵的剪斷（較少）鍵的剪斷（較少） 2/hk 式中：式中： ；l：為鍵的接觸長度。：為鍵的接觸長度。2bLlbLlLl 圓頭平鍵：圓頭平鍵：平頭平鍵：平頭平鍵：單圓頭平鍵：單圓頭平鍵： 擠壓強度：擠壓強度：（靜連接）（靜連接）ppdlkT2 耐磨性計算：耐磨性計算：（動連接）（動連接）2pdlkTp 若若 p pp p ，可采用如下措施：，可采用如下措施：（1 1）增加鍵長）增加鍵長L L，但，但L Lmaxmax= =（1.61.8)d1.6

40、1.8)d，否則承載不均。，否則承載不均。（2 2）采用雙鍵，按）采用雙鍵，按180180布置，考慮布置，考慮承載不均承載不均，按，按1.51.5個計算。個計算。 但對軸削弱大。但對軸削弱大。 鋼鋼 125150 100120 6090表表11-5鍵連接的許用擠壓應(yīng)力、許用壓力鍵連接的許用擠壓應(yīng)力、許用壓力 輪轂材料輪轂材料靜載荷靜載荷 輕微沖擊輕微沖擊 沖沖 擊擊載載 荷荷 性性 質(zhì)質(zhì) 鑄鐵鑄鐵 7080 5060 3045 鋼鋼 50 40 30 p p 許用值許用值 聯(lián)接聯(lián)接工作方式工作方式 靜聯(lián)接靜聯(lián)接 動聯(lián)接動聯(lián)接 二、花鍵聯(lián)接二、花鍵聯(lián)接 花鍵聯(lián)接是由多個鍵齒與鍵槽在軸和輪轂孔的周

41、向均布而成?；ㄦI聯(lián)接是由多個鍵齒與鍵槽在軸和輪轂孔的周向均布而成?；ㄦI齒側(cè)面為工作面花鍵齒側(cè)面為工作面適用于動、靜聯(lián)接。適用于動、靜聯(lián)接。（一）、類型、特點和應(yīng)用（一）、類型、特點和應(yīng)用 1、特點：、特點：1）齒較多、工作面積大、承）齒較多、工作面積大、承 載能力較高；載能力較高；2）鍵均勻分布，各鍵齒受力）鍵均勻分布，各鍵齒受力 較均勻；較均勻；3）齒槽線、齒根應(yīng)力集中小，對軸的強度削弱減少；）齒槽線、齒根應(yīng)力集中小，對軸的強度削弱減少；4）軸上零件對中性好；）軸上零件對中性好；5）導(dǎo)向性較好；）導(dǎo)向性較好；6）加工需專用設(shè)備、制造成本高。）加工需專用設(shè)備、制造成本高。2、花鍵類型、花鍵類型

42、 按齒形分：按齒形分： 矩形花鍵矩形花鍵 矩形花鍵聯(lián)接為小徑定心，矩形花鍵聯(lián)接為小徑定心，定心精度高，定心穩(wěn)定性好，定心精度高，定心穩(wěn)定性好，配合面均要研磨，磨削消除配合面均要研磨，磨削消除熱處理后的變形，應(yīng)用廣泛。熱處理后的變形，應(yīng)用廣泛。 漸開線花鍵漸開線花鍵定心方式為定心方式為齒形定心，當齒齒形定心，當齒受載時，齒上的徑向力能自受載時，齒上的徑向力能自動定心，有利于各齒均載，動定心，有利于各齒均載，應(yīng)用廣泛，優(yōu)先采用。應(yīng)用廣泛，優(yōu)先采用。 壓力角壓力角30壓力角壓力角45漸開線花鍵漸開線花鍵（二）、花鍵聯(lián)接強度計算（二）、花鍵聯(lián)接強度計算失效形式：失效形式：工作面被壓潰（靜聯(lián)接）工作面被

43、壓潰（靜聯(lián)接） 工作面過度磨損（動聯(lián)接）工作面過度磨損（動聯(lián)接）花鍵聯(lián)接既可做成靜聯(lián)接，也可做成動聯(lián)接?；ㄦI聯(lián)接既可做成靜聯(lián)接，也可做成動聯(lián)接。一般只驗算擠壓強度和耐磨性。一般只驗算擠壓強度和耐磨性。三、三、 銷聯(lián)接銷聯(lián)接 開尾圓錐銷在聯(lián)接時的防松效果好，適用于有沖擊、振動的場合的聯(lián)接。 圓柱銷靠過盈配合固定在銷孔中，經(jīng)多次裝拆會降低定位精度和可靠性。 圓錐銷具有1:50的錐度，安裝方便，定位精度高。 端部帶螺紋的圓錐銷可用于盲孔或拆卸困難的場合； 槽銷上有輾壓或模鍛出的三條縱向溝槽，將槽銷打入銷孔后，由于材料的彈性使銷擠壓在銷孔中，不易松脫，因而能承受振動和變載荷。 銷軸用于兩零件的鉸接處，

44、構(gòu)成鉸鏈聯(lián)接。銷軸通常用于開口銷鎖定，工作可靠，裝拆方便。聯(lián)接銷：用于聯(lián)接，可傳遞不大的載荷聯(lián)接銷：用于聯(lián)接，可傳遞不大的載荷定位銷：確定相對位置定位銷：確定相對位置根據(jù)用途不同可分為：根據(jù)用途不同可分為：安全銷：安全裝置中的過載剪斷元件安全銷：安全裝置中的過載剪斷元件四、其他連接四、其他連接 型面連接是用非圓截面的柱面體或錐面體的軸與相同輪型面連接是用非圓截面的柱面體或錐面體的軸與相同輪廓的轂孔配合以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的可拆連接，它是無鍵連接的廓的轂孔配合以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的可拆連接，它是無鍵連接的一種型式。一種型式。1、型面連接、型面連接 軸和轂孔有柱形和圓錐形等。軸和轂孔有柱形和圓錐形等。 特

45、點特點：沒有應(yīng)力集中源，對中性好，承載能力強，裝拆方便，：沒有應(yīng)力集中源，對中性好，承載能力強，裝拆方便，但加工不方便，需用專用設(shè)備，應(yīng)用較少。另外成形面但加工不方便，需用專用設(shè)備，應(yīng)用較少。另外成形面還有方形、六邊形及切邊圓形等。還有方形、六邊形及切邊圓形等。 軸與轂的聯(lián)接不用鍵或花鍵時，統(tǒng)稱無鍵聯(lián)接。軸與轂的聯(lián)接不用鍵或花鍵時，統(tǒng)稱無鍵聯(lián)接。 2、脹緊聯(lián)接、脹緊聯(lián)接 如圖為彈性環(huán)聯(lián)接如圖為彈性環(huán)聯(lián)接利用錐面貼合并擠緊在軸轂之間用摩利用錐面貼合并擠緊在軸轂之間用摩擦力傳遞扭矩。擦力傳遞扭矩。彈性環(huán)的材料為高碳鋼或高碳合金鋼（彈性環(huán)的材料為高碳鋼或高碳合金鋼（65，70，55Cr2、60Cr2）并經(jīng)熱處理。錐角一般為）并經(jīng)熱處理。錐角一般為12.517，另外要求內(nèi)、外，另外要求內(nèi)、外環(huán)錐面配合良好。環(huán)錐面配合良好。特點：可傳遞較大扭矩和軸向力，無應(yīng)力集中，對中性好，特點：可傳遞較大扭矩和軸向力，無應(yīng)力集中，對中性好，應(yīng)用受結(jié)構(gòu)尺寸的限制。應(yīng)用受結(jié)構(gòu)尺寸的限制。工作原理：利用包容件與被包容件的徑向變形使配合面間產(chǎn)工作原理：利用包容件與被包容件的徑向