第十二章螺紋連接與螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)

1、第十章第十章 聯(lián)接設(shè)計(jì)聯(lián)接設(shè)計(jì) 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)1）了解螺紋的類(lèi)型及主要參數(shù)；）了解螺紋的類(lèi)型及主要參數(shù)；2）掌握螺紋聯(lián)接、預(yù)緊和防松措施、螺栓組）掌握螺紋聯(lián)接、預(yù)緊和防松措施、螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)；聯(lián)接的設(shè)計(jì)；3）掌握提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施；）掌握提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施；4）了解鍵聯(lián)接的類(lèi)型、特點(diǎn)，掌握鍵聯(lián)接的）了解鍵聯(lián)接的類(lèi)型、特點(diǎn)，掌握鍵聯(lián)接的選擇及強(qiáng)度計(jì)算；選擇及強(qiáng)度計(jì)算；5）了解花鍵聯(lián)接、無(wú)鍵聯(lián)接、銷(xiāo)聯(lián)接等知識(shí)。）了解花鍵聯(lián)接、無(wú)鍵聯(lián)接、銷(xiāo)聯(lián)接等知識(shí)。10.1 概述概述 在機(jī)器的設(shè)計(jì)和制造中，為了減少制造、安在機(jī)器的設(shè)計(jì)和制造中，為了減少制造、安裝、維修和運(yùn)輸費(fèi)用，以及盡可能減輕機(jī)器重量

2、、裝、維修和運(yùn)輸費(fèi)用，以及盡可能減輕機(jī)器重量、節(jié)約貴重金屬、降低生產(chǎn)成本和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約貴重金屬、降低生產(chǎn)成本和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，在一部機(jī)器中我們經(jīng)常可以看到使用了不同的材在一部機(jī)器中我們經(jīng)?？梢钥吹绞褂昧瞬煌牟牧蟻?lái)制造不同的零件，然后通過(guò)一定的方式和聯(lián)料來(lái)制造不同的零件，然后通過(guò)一定的方式和聯(lián)接手段把這些零件聯(lián)接成一個(gè)整體，來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期接手段把這些零件聯(lián)接成一個(gè)整體，來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的性能要求。因此，作為一個(gè)工程技術(shù)人員，無(wú)的性能要求。因此，作為一個(gè)工程技術(shù)人員，無(wú)論從事那一個(gè)行業(yè)的工作，都必須了解機(jī)械中常論從事那一個(gè)行業(yè)的工作，都必須了解機(jī)械中常用的各種聯(lián)接方法、特點(diǎn)和應(yīng)用情況，掌握一定用的

3、各種聯(lián)接方法、特點(diǎn)和應(yīng)用情況，掌握一定的常用聯(lián)接的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和方法，熟悉各種常用聯(lián)的常用聯(lián)接的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和方法，熟悉各種常用聯(lián)接零件的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)與使用條件。接零件的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)與使用條件。 常用的機(jī)械聯(lián)接方法分類(lèi)如下：常用的機(jī)械聯(lián)接方法分類(lèi)如下：鍵及無(wú)鍵聯(lián)接螺紋聯(lián)接楔聯(lián)接銷(xiāo)聯(lián)接可拆卸聯(lián)接會(huì)損壞其中一個(gè)零件）（這種聯(lián)接拆卸時(shí)鉚接、焊接、膠接等不可拆卸聯(lián)接機(jī)械靜聯(lián)接機(jī)械動(dòng)聯(lián)接機(jī)械聯(lián)接 除以上的聯(lián)接方式外，常用的還有過(guò)盈配合除以上的聯(lián)接方式外，常用的還有過(guò)盈配合聯(lián)接、型聯(lián)接等。聯(lián)接、型聯(lián)接等。機(jī)械動(dòng)聯(lián)接機(jī)械動(dòng)聯(lián)接：被聯(lián)接的各個(gè)零部件之間可以有相被聯(lián)接的各個(gè)零部件之間可以有相對(duì)位置變化，例如我們前面介紹的各

4、類(lèi)運(yùn)動(dòng)副；對(duì)位置變化，例如我們前面介紹的各類(lèi)運(yùn)動(dòng)副；機(jī)械靜聯(lián)接：機(jī)械靜聯(lián)接：被聯(lián)接起來(lái)的各個(gè)零部件之間的位被聯(lián)接起來(lái)的各個(gè)零部件之間的位置固定，不允許產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。置固定，不允許產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。 機(jī)械靜聯(lián)接是我們本章介紹的主要內(nèi)容，機(jī)械靜聯(lián)接是我們本章介紹的主要內(nèi)容，而螺紋聯(lián)接是機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛的靜聯(lián)接方式而螺紋聯(lián)接是機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛的靜聯(lián)接方式之一，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、裝拆方便、之一，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、裝拆方便、形式多樣、能滿足各種要求等優(yōu)點(diǎn)。所以，我們形式多樣、能滿足各種要求等優(yōu)點(diǎn)。所以，我們本章主要介紹螺紋聯(lián)接，同時(shí)對(duì)常用的鍵聯(lián)接和本章主要介紹螺紋聯(lián)接，同時(shí)對(duì)

5、常用的鍵聯(lián)接和不可拆卸聯(lián)接進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕榻B。不可拆卸聯(lián)接進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕榻B。 顧名思義，螺紋聯(lián)接是采用螺紋和顧名思義，螺紋聯(lián)接是采用螺紋和螺紋聯(lián)接件來(lái)實(shí)現(xiàn)的聯(lián)接。這類(lèi)聯(lián)接有螺紋聯(lián)接件來(lái)實(shí)現(xiàn)的聯(lián)接。這類(lèi)聯(lián)接有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、工作可靠等特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、工作可靠等特點(diǎn)，在各個(gè)行業(yè)及日常生活中得到了廣泛使在各個(gè)行業(yè)及日常生活中得到了廣泛使用。用。 同時(shí)，螺紋和螺紋緊固件絕大多數(shù)同時(shí)，螺紋和螺紋緊固件絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了。這種聯(lián)接的設(shè)計(jì)，其主已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了。這種聯(lián)接的設(shè)計(jì)，其主要任務(wù)就是正確的選用。在重要的場(chǎng)合要任務(wù)就是正確的選用。在重要的場(chǎng)合進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。當(dāng)然在工程上，為了滿進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。當(dāng)然在

6、工程上，為了滿足一些特殊的工程要求，有時(shí)也需要自足一些特殊的工程要求，有時(shí)也需要自制一些特殊的螺紋緊固件。為了全面了制一些特殊的螺紋緊固件。為了全面了解和研究螺紋聯(lián)接，我們首先需要了解解和研究螺紋聯(lián)接，我們首先需要了解螺紋。螺紋。 10.2 螺螺 紋紋一螺紋的主要幾何尺寸在機(jī)械制圖中，我們已經(jīng)接觸過(guò)螺紋和螺紋聯(lián)接件?，F(xiàn)在我們就以圖10-1來(lái)說(shuō)明螺紋的主要幾何參數(shù)，該圖是GB192-81標(biāo)準(zhǔn)化的螺紋牙型圖。標(biāo)準(zhǔn)化的螺紋牙型圖。圖圖101（1）大徑）大徑d（D）：）：螺紋的最大直徑，在螺紋的最大直徑，在標(biāo)準(zhǔn)中也作公稱(chēng)直徑。標(biāo)準(zhǔn)中也作公稱(chēng)直徑。（2）中徑）中徑 （ ） 通過(guò)螺紋軸向剖面內(nèi)通過(guò)螺紋軸向

7、剖面內(nèi)牙型上的溝槽和凸起牙型上的溝槽和凸起寬度相等處的假想圓寬度相等處的假想圓柱面的直徑，近似等柱面的直徑，近似等于螺紋的平均直徑，于螺紋的平均直徑，是確定螺紋幾何參數(shù)是確定螺紋幾何參數(shù)的直徑。的直徑。 2d2D（3）小徑）小徑 （ ）：即）：即螺紋的最小直徑，螺紋的最小直徑，在強(qiáng)度計(jì)算中常作為危險(xiǎn)剖面的計(jì)算直徑。1d1D（4）螺距）螺距 ：螺紋：螺紋相鄰兩牙在中徑上相鄰兩牙在中徑上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)的軸向距對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)的軸向距離。離。（5）線數(shù)）線數(shù)n：螺紋：螺紋的螺旋線數(shù)量，也的螺旋線數(shù)量，也稱(chēng)螺紋頭數(shù)。稱(chēng)螺紋頭數(shù)。（6）導(dǎo)程）導(dǎo)程s：同一：同一螺旋線上的相鄰兩螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)牙在中徑線

8、上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。兩點(diǎn)間的軸向距離。對(duì)于單線螺紋對(duì)于單線螺紋s=p；對(duì)于多線螺紋對(duì)于多線螺紋s=np。 p（7）升角）升角 ：中徑：中徑 圓圓柱上，螺旋線的切線與垂柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾直于螺紋軸線的平面的夾角。角。 2d 對(duì)于這些幾何參數(shù)值的規(guī)定，國(guó)際上對(duì)于這些幾何參數(shù)值的規(guī)定，國(guó)際上和國(guó)內(nèi)都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。規(guī)定的值不同，就和國(guó)內(nèi)都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。規(guī)定的值不同，就會(huì)形成不同的螺紋，需要時(shí)可以查閱相關(guān)會(huì)形成不同的螺紋，需要時(shí)可以查閱相關(guān)的手冊(cè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。的手冊(cè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。(8)牙型角牙型角 ：螺：螺紋牙型兩側(cè)邊的夾紋牙型兩側(cè)邊的夾角。角。(9)螺紋的工作高螺紋的工作高度度h

9、：表示內(nèi)外螺：表示內(nèi)外螺紋沿徑向的接觸高紋沿徑向的接觸高度。度。二螺紋分類(lèi)二螺紋分類(lèi) 螺紋主要尺寸的不同，其性能、用途也不螺紋主要尺寸的不同，其性能、用途也不同。常用的螺紋牙型有普通螺紋、管螺紋、矩形同。常用的螺紋牙型有普通螺紋、管螺紋、矩形螺螺 紋、梯形螺紋和矩形螺紋（其中除矩形螺紋外紋、梯形螺紋和矩形螺紋（其中除矩形螺紋外鋸齒型螺紋：?jiǎn)蜗?；梯形螺紋：雙向傳動(dòng)傳動(dòng)螺紋：有矩形螺紋與圓錐管螺紋相似）圓錐螺紋：管路聯(lián)接（高壓管路。性。高溫、圓錐管螺紋：具有自封圓柱管螺紋：管路聯(lián)接管螺紋自鎖性好。構(gòu)。細(xì)牙：小載荷、調(diào)整機(jī)粗牙：普通聯(lián)接使用普通螺紋聯(lián)接螺紋螺紋都已經(jīng)標(biāo)都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化）。準(zhǔn)化）。 詳細(xì)詳

10、細(xì)的分類(lèi)、的分類(lèi)、性能可以性能可以參見(jiàn)教材參見(jiàn)教材 1）三角形螺紋（普）三角形螺紋（普通螺紋）通螺紋） 牙型角為牙型角為60 ，可，可以分為粗牙和細(xì)牙，以分為粗牙和細(xì)牙，粗牙用于一般聯(lián)接；粗牙用于一般聯(lián)接；與粗牙螺紋相比，細(xì)與粗牙螺紋相比，細(xì)牙由于在相同公稱(chēng)直牙由于在相同公稱(chēng)直徑時(shí)，螺距小，螺紋徑時(shí)，螺距小，螺紋深度淺，導(dǎo)程和升角深度淺，導(dǎo)程和升角也小，自鎖性能好，也小，自鎖性能好，宜用于薄壁零件和微宜用于薄壁零件和微調(diào)裝置。調(diào)裝置。 2）管螺紋）管螺紋 多用多用于有緊密性要求于有緊密性要求的管件聯(lián)接，牙的管件聯(lián)接，牙型角為型角為55，公稱(chēng)，公稱(chēng)直徑近似于管子直徑近似于管子內(nèi)徑，屬于細(xì)牙內(nèi)徑，

11、屬于細(xì)牙三角螺紋。三角螺紋。 3）梯形螺紋）梯形螺紋 牙型角為30，是應(yīng)用最為廣泛的傳動(dòng)螺紋。4）鋸齒型螺紋）鋸齒型螺紋 兩側(cè)牙型角分別為3和30，3的一側(cè)用來(lái)承受載荷,可得到較高效率；30一側(cè)用來(lái)增加牙根強(qiáng)度,適用于單向受載的傳動(dòng)螺紋。5）矩形螺紋）矩形螺紋 牙型角為0，適于作傳動(dòng)螺紋。 以上以上5種常見(jiàn)螺紋牙型如圖種常見(jiàn)螺紋牙型如圖10-2所示。所示。 圖圖102 另外，螺紋可另外，螺紋可以根據(jù)需要制成左以根據(jù)需要制成左旋或右旋（通常螺旋或右旋（通常螺紋為右旋）。紋為右旋）。 沿螺紋軸線方沿螺紋軸線方向看，螺旋線自下向看，螺旋線自下而上向右傾斜為右而上向右傾斜為右旋（如圖旋（如圖a），向）

12、，向左傾斜為左旋（如左傾斜為左旋（如圖圖b）。左旋螺紋）。左旋螺紋的標(biāo)準(zhǔn)緊固件通常的標(biāo)準(zhǔn)緊固件通常制有左旋標(biāo)記。制有左旋標(biāo)記。 圖圖103 按制訂的螺紋標(biāo)準(zhǔn)不同，現(xiàn)在常見(jiàn)的有米制按制訂的螺紋標(biāo)準(zhǔn)不同，現(xiàn)在常見(jiàn)的有米制和英制兩大類(lèi)。我國(guó)除管螺紋外，一般采用米制。和英制兩大類(lèi)。我國(guó)除管螺紋外，一般采用米制。 要注意要注意：在實(shí)際工作中，特別是從事維修行：在實(shí)際工作中，特別是從事維修行業(yè)時(shí)要注意一些進(jìn)口機(jī)器中螺紋的單位制。業(yè)時(shí)要注意一些進(jìn)口機(jī)器中螺紋的單位制。 凡是牙型、大徑和螺距符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的螺紋凡是牙型、大徑和螺距符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的螺紋都稱(chēng)為都稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)螺紋標(biāo)準(zhǔn)螺紋。除機(jī)械制造中常用的標(biāo)準(zhǔn)螺紋。除機(jī)械

13、制造中常用的標(biāo)準(zhǔn)螺紋外，還有適用于某些特殊行業(yè)的專(zhuān)用螺紋標(biāo)準(zhǔn)，外，還有適用于某些特殊行業(yè)的專(zhuān)用螺紋標(biāo)準(zhǔn)，在需要的時(shí)候可以查閱有關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)。在需要的時(shí)候可以查閱有關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)。 雖說(shuō)螺紋并不陌生，但為了從理論的高度來(lái)雖說(shuō)螺紋并不陌生，但為了從理論的高度來(lái)理解和研究螺紋聯(lián)接，接下來(lái)我們就需要對(duì)螺紋理解和研究螺紋聯(lián)接，接下來(lái)我們就需要對(duì)螺紋聯(lián)接的基本類(lèi)型和螺紋常用緊固件進(jìn)行了解。聯(lián)接的基本類(lèi)型和螺紋常用緊固件進(jìn)行了解。 10.3 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 為了便于分析，我們根據(jù)牙型角不同常把為了便于分析，我們根據(jù)牙型角不同常把螺紋分為矩形螺紋和非矩形螺紋兩種情況。螺

14、紋分為矩形螺紋和非矩形螺紋兩種情況。 一、矩形螺紋一、矩形螺紋 圖圖104 螺旋副是由外螺螺旋副是由外螺紋（螺桿）和內(nèi)螺紋（螺桿）和內(nèi)螺紋組成的運(yùn)動(dòng)副，紋組成的運(yùn)動(dòng)副，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化可以看作經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化可以看作推動(dòng)滑塊（重物）推動(dòng)滑塊（重物）沿螺紋表面運(yùn)動(dòng)沿螺紋表面運(yùn)動(dòng)（如圖所示）（如圖所示）。 圖圖104 將矩形螺紋沿中徑將矩形螺紋沿中徑d d2 2處展開(kāi)，得一傾斜角處展開(kāi)，得一傾斜角為為（即螺紋升角）的斜面，斜面上的滑塊代（即螺紋升角）的斜面，斜面上的滑塊代表螺母，螺母和螺桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以看作滑塊表螺母，螺母和螺桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以看作滑塊在斜面上的運(yùn)動(dòng)。在斜面上的運(yùn)動(dòng)。 圖圖b所示為滑所示為滑塊在斜面

15、上塊在斜面上高速上升時(shí)高速上升時(shí)的受力圖。的受力圖。 為軸向載荷，為軸向載荷，F(xiàn)相當(dāng)于螺轉(zhuǎn)螺母時(shí)作用在螺相當(dāng)于螺轉(zhuǎn)螺母時(shí)作用在螺紋中徑上的水平推力，紋中徑上的水平推力， 為法向反力，摩擦力為法向反力，摩擦力 ， 為摩擦系數(shù)，為摩擦系數(shù)， 為為 與與 的合的合力，為力，為 與與 的夾角，稱(chēng)為的夾角，稱(chēng)為摩擦角摩擦角圖圖104QFNFNfFfFfRFNFfFRFNFfarctan根據(jù)平衡條件根據(jù)平衡條件作力封閉圖得：作力封閉圖得： )tan(QFF所以，轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋所需的轉(zhuǎn)矩為：所以，轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋所需的轉(zhuǎn)矩為： )tan(22221dFdFTQ螺母旋轉(zhuǎn)一周所需的輸入功為：螺母旋轉(zhuǎn)一周所需的輸入功為： ；此

16、；此時(shí)螺母上升一個(gè)導(dǎo)程時(shí)螺母上升一個(gè)導(dǎo)程s，其有效功為：，其有效功為： 。因此螺旋副的效率為：因此螺旋副的效率為： 112 TWsFWQ2)tan(tan)tan(22tan222112dFdFTsFWWQQQ圖圖105 將效率公式繪制成曲線，如圖所示?？梢?jiàn)當(dāng)將效率公式繪制成曲線，如圖所示?？梢?jiàn)當(dāng) 時(shí)效率最高，但過(guò)大的升角使制造困難。時(shí)效率最高，但過(guò)大的升角使制造困難。并且由曲線圖可以看出：當(dāng)并且由曲線圖可以看出：當(dāng) 之后，效率的之后，效率的40 25增加不明顯，所以增加不明顯，所以通常取通常取不超過(guò)不超過(guò)25。圖圖106 當(dāng)滑塊沿斜面等速下降時(shí)，摩擦力向上，當(dāng)滑塊沿斜面等速下降時(shí)，摩擦力向上

17、，軸向載荷軸向載荷 變成驅(qū)動(dòng)滑塊等速下滑的驅(qū)動(dòng)力，變成驅(qū)動(dòng)滑塊等速下滑的驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)為阻礙滑塊下降的支持力，由如圖所示的力封閉為阻礙滑塊下降的支持力，由如圖所示的力封閉圖可知：圖可知： QF)tan(QFF 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，輸入功率為當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，輸入功率為 輸輸出功率為出功率為 ，此時(shí)螺旋副的效率為：，此時(shí)螺旋副的效率為： sFWQ122dFWtan)tan(由公式可知，若由公式可知，若 ，則，則 0，說(shuō)明此時(shí)無(wú)論軸向，說(shuō)明此時(shí)無(wú)論軸向載荷載荷 有多大，滑塊（即螺母）都不能沿斜面運(yùn)動(dòng)，有多大，滑塊（即螺母）都不能沿斜面運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為這種現(xiàn)象稱(chēng)為自鎖自鎖。 0表明螺旋副處于臨界自鎖狀表明螺旋副

18、處于臨界自鎖狀態(tài)。態(tài)。 0。在沒(méi)有資料時(shí)，可按下面推薦值選用：在沒(méi)有資料時(shí)，可按下面推薦值選用： =（0.20.6）F 一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定；一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定； =（0.61.0）F 一般載荷，工作載荷不穩(wěn)一般載荷，工作載荷不穩(wěn)定；定； =（1.51.8）F 要求由密封性的聯(lián)接；要求由密封性的聯(lián)接； F 地腳螺栓聯(lián)接地腳螺栓聯(lián)接pQpQpQpQpQpQ由圖由圖10-41的幾何關(guān)系得到關(guān)系式：的幾何關(guān)系得到關(guān)系式： ； 我們把我們把 、 分別稱(chēng)為螺栓和被聯(lián)接件的剛分別稱(chēng)為螺栓和被聯(lián)接件的剛度，即產(chǎn)生單位變形所需力的大小。一旦材料度，即產(chǎn)生單位變形所需力的大小。一旦材料和結(jié)構(gòu)確定后，和結(jié)構(gòu)

19、確定后， 、 可視為常數(shù)。可視為常數(shù)。 圖圖10-41bbbpCQtanmmmpCQtanbCmCbCmC圖圖10-41同樣，由幾何關(guān)系可導(dǎo)出下面的關(guān)系式：同樣，由幾何關(guān)系可導(dǎo)出下面的關(guān)系式：bbCFtanmmCFFtan所以得到：所以得到： mbCCFFF故： FCCCFmbb從而可以得到：從而可以得到： FCCCQQmbbp為保證有足夠的殘余預(yù)緊力為保證有足夠的殘余預(yù)緊力 ,就要保證：就要保證：pQFCCCQFFQQmbmppp)(其中：其中： mbbCCC稱(chēng)作螺栓的相對(duì)剛度；稱(chēng)作螺栓的相對(duì)剛度； mbmCCC稱(chēng)作被聯(lián)接件的相對(duì)剛度。稱(chēng)作被聯(lián)接件的相對(duì)剛度。 常數(shù)常數(shù) 的值是通過(guò)試驗(yàn)獲得的

20、，可的值是通過(guò)試驗(yàn)獲得的，可以以參閱（教材）參閱（教材）。mbbCCC由式由式 可以看出，當(dāng)可以看出，當(dāng) 時(shí)，時(shí)，外載施加在螺栓上的載荷將很小。在其它條件外載施加在螺栓上的載荷將很小。在其它條件不變的情況下，不變的情況下，Q、 將減小。所以，在一般將減小。所以，在一般聯(lián)接件中采用較硬的金屬墊片以減小螺栓直徑。聯(lián)接件中采用較硬的金屬墊片以減小螺栓直徑。密封性要求較高時(shí)，采用軟金屬作墊片。密封性要求較高時(shí)，采用軟金屬作墊片。 我們知道，理論計(jì)算和工程實(shí)際是有差別我們知道，理論計(jì)算和工程實(shí)際是有差別的，為了保證可靠預(yù)緊，在求得的，為了保證可靠預(yù)緊，在求得Q以后，考慮以后，考慮到其它因素（如扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)

21、力等）的影響，應(yīng)到其它因素（如扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力等）的影響，應(yīng)將將Q增加增加30%。 所以：所以： FCCCFmbbbCmCpQ43 . 121dQca10.9 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度主要取決于螺栓強(qiáng)度，而影螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度主要取決于螺栓強(qiáng)度，而影響螺栓強(qiáng)度的因素有許多。那么如何提高螺栓響螺栓強(qiáng)度的因素有許多。那么如何提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度呢？聯(lián)接強(qiáng)度呢？一降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅一降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅圖圖10-41圖圖10-411)由圖由圖10-41可以看出，隨著外載在可以看出，隨著外載在0F之間的之間的變化，螺栓總拉力將在變化，螺栓總拉力將在Q和和 之間

22、變化，其變之間變化，其變動(dòng)幅度為動(dòng)幅度為 ，而，而 ，顯然隨著，顯然隨著 的增加，的增加，在在 不變的條件下，不變的條件下， 會(huì)下降，就可以使螺栓會(huì)下降，就可以使螺栓承受的變應(yīng)力相對(duì)減小，載荷趨于平穩(wěn)。承受的變應(yīng)力相對(duì)減小，載荷趨于平穩(wěn)。 pQFFCCCFmbbpQFpQF2）由）由 可知，可知， 與螺栓和被聯(lián)接件的與螺栓和被聯(lián)接件的剛度有關(guān)，增大剛度有關(guān)，增大 或減小或減小 都可以使都可以使 減減小，也可以減小變應(yīng)力對(duì)強(qiáng)度的影響。為達(dá)此小，也可以減小變應(yīng)力對(duì)強(qiáng)度的影響。為達(dá)此目的，可以：目的，可以：FCCCFmbbFmCbCF圖圖10-42（1）改變螺栓的長(zhǎng)）改變螺栓的長(zhǎng)度或形狀，如圖度或形

23、狀，如圖10-42所示，以降低螺栓所示，以降低螺栓的剛度；的剛度；（2）利用一定的方法提高）利用一定的方法提高 ，例如圖，例如圖9-22所示，采用剛度較大的金屬墊片或采用所示，采用剛度較大的金屬墊片或采用密封圈進(jìn)行密封。密封圈進(jìn)行密封。mC圖圖10-43二改善螺紋牙間的載荷分布不均現(xiàn)象二改善螺紋牙間的載荷分布不均現(xiàn)象在聯(lián)接承受軸向載荷作用時(shí)，在整個(gè)螺紋長(zhǎng)度上，其承受的載荷是不同的，而是逐圈遞減的。試驗(yàn)試驗(yàn)證明證明：約有三分之一的載荷集中在第一圈螺紋上，以后各圈遞減，在第八圈以后螺紋幾乎不圖圖10-44圖圖10-45承受載荷，如圖10-44和10-45所示。所以希望利用增加螺母厚度來(lái)提高聯(lián)接強(qiáng)度

24、，其效果不大。 改善載荷不均勻的措施，原則上是減小螺栓與螺母二者承受載荷時(shí)螺距的變化差，盡可能使螺紋各圈承受載荷接近均等。常用的方法常用的方法有：有：1）將螺母設(shè)計(jì)成受拉伸的；2）在螺母的旋入端最初螺紋上制出倒角，如圖10-46；圖圖10-463）采用均載鋼絲套，利用鋼絲螺套的膨脹作用起到均載的用。圖圖10-47三避免或減小附加應(yīng)力三避免或減小附加應(yīng)力 附加應(yīng)力是指由于制造、裝配或不正確設(shè)計(jì)附加應(yīng)力是指由于制造、裝配或不正確設(shè)計(jì)而在螺栓中產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力。為此，聯(lián)接的而在螺栓中產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力。為此，聯(lián)接的支承面必須進(jìn)行加工，設(shè)計(jì)時(shí)常將支承面設(shè)計(jì)成支承面必須進(jìn)行加工，設(shè)計(jì)時(shí)常將支承面設(shè)計(jì)成

25、單個(gè)凸臺(tái)锪（單個(gè)凸臺(tái)锪（huo）平或采用沉頭座（又稱(chēng)魚(yú)眼）平或采用沉頭座（又稱(chēng)魚(yú)眼坑），保證設(shè)計(jì)、坑），保證設(shè)計(jì)、制造、安裝時(shí)螺栓制造、安裝時(shí)螺栓軸線與被聯(lián)接件的軸線與被聯(lián)接件的接合面垂直，如圖接合面垂直，如圖10-47。圖圖10-48四減小應(yīng)力集中的影響四減小應(yīng)力集中的影響 我們知道應(yīng)力集中是十分有害的。螺栓的我們知道應(yīng)力集中是十分有害的。螺栓的斷裂也最容易在應(yīng)力集中處產(chǎn)生。為了減少應(yīng)斷裂也最容易在應(yīng)力集中處產(chǎn)生。為了減少應(yīng)力集中，可以采用如圖力集中，可以采用如圖10-48所示的卸載結(jié)構(gòu)。所示的卸載結(jié)構(gòu)。五采用合理的制造工藝五采用合理的制造工藝采用合理的制造工藝方法，也可以提高螺栓的采用合理

26、的制造工藝方法，也可以提高螺栓的疲勞強(qiáng)度，例如采用冷墩、滾壓或利用氮化和疲勞強(qiáng)度，例如采用冷墩、滾壓或利用氮化和氰化的熱處理工藝，可以極大地提高螺栓的疲氰化的熱處理工藝，可以極大地提高螺栓的疲勞強(qiáng)度（滾壓大約勞強(qiáng)度（滾壓大約可以提高可以提高3040%，如果經(jīng)過(guò)熱，如果經(jīng)過(guò)熱處理再滾壓甚至可處理再滾壓甚至可以提高大約以提高大約70100%）。）。 至此，螺栓聯(lián)接的內(nèi)容我們就講解完畢，至此，螺栓聯(lián)接的內(nèi)容我們就講解完畢，那么我們?cè)趯?shí)際工作中應(yīng)如何利用這些知識(shí)呢？那么我們?cè)趯?shí)際工作中應(yīng)如何利用這些知識(shí)呢？下面我們就來(lái)看書(shū)上給我們提供的例題。下面我們就來(lái)看書(shū)上給我們提供的例題。例：例：(略略) 在聯(lián)接

27、中，除了螺紋聯(lián)接外，還有一些無(wú)在聯(lián)接中，除了螺紋聯(lián)接外，還有一些無(wú)法利用螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)接的場(chǎng)合，例如安裝在軸法利用螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)接的場(chǎng)合，例如安裝在軸上的零件（齒輪、鏈輪、帶輪等），這種聯(lián)接上的零件（齒輪、鏈輪、帶輪等），這種聯(lián)接（輪轂與軸）統(tǒng)稱(chēng)為軸轂聯(lián)接，其主要方式有（輪轂與軸）統(tǒng)稱(chēng)為軸轂聯(lián)接，其主要方式有鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、無(wú)鍵聯(lián)接等等。接下來(lái)我鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、無(wú)鍵聯(lián)接等等。接下來(lái)我們就開(kāi)始逐步進(jìn)行介紹。們就開(kāi)始逐步進(jìn)行介紹。10.10 鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接一鍵聯(lián)接的類(lèi)型、特點(diǎn)及應(yīng)用一鍵聯(lián)接的類(lèi)型、特點(diǎn)及應(yīng)用 鍵聯(lián)接是是應(yīng)用最廣泛的一直中軸轂聯(lián)接。這種聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、工作可靠等特點(diǎn)。其主要

28、類(lèi)型有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。1 1平鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接 其特點(diǎn)是：鍵的兩側(cè)面是工作面，靠鍵與鍵槽的側(cè)面擠壓來(lái)傳遞扭矩；平鍵聯(lián)接不能承受軸向力，因而對(duì)軸上的零件不能起到軸向固定作用。常用的平鍵有常用的平鍵有：普通平鍵和導(dǎo)向平鍵。平鍵聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、對(duì)中良好等優(yōu)點(diǎn)。 普通平鍵主要用于靜聯(lián)接。普通平鍵普通平鍵主要用于靜聯(lián)接。普通平鍵按端部形狀不同分為按端部形狀不同分為A A型（圓頭）、型（圓頭）、B B型型（平頭）、（平頭）、C C型（半圓頭）三種型式型（半圓頭）三種型式, ,如圖如圖所示。所示。 采用采用A A、C C型平鍵時(shí)，軸上的鍵槽用鍵槽銑型平鍵時(shí)，軸上的鍵槽

29、用鍵槽銑刀銑出，鍵在槽中固定良好，但當(dāng)軸工作時(shí)，刀銑出，鍵在槽中固定良好，但當(dāng)軸工作時(shí)，軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中較大。采用軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中較大。采用B B型平鍵型平鍵時(shí)，軸上的鍵槽用盤(pán)銑刀銑出，鍵槽兩端的應(yīng)時(shí)，軸上的鍵槽用盤(pán)銑刀銑出，鍵槽兩端的應(yīng)力集中較小。力集中較小。C C型平鍵常用于軸端的聯(lián)接。輪型平鍵常用于軸端的聯(lián)接。輪轂上的鍵槽一般用插刀或拉刀加工。轂上的鍵槽一般用插刀或拉刀加工。圖圖10-50 導(dǎo)向平鍵用于動(dòng)聯(lián)接，如圖導(dǎo)向平鍵用于動(dòng)聯(lián)接，如圖10-5110-51所示。按端所示。按端部形狀分部形狀分A A型和型和B B型兩種型式，其特點(diǎn)是鍵較長(zhǎng)，型兩種型式，其特點(diǎn)是鍵較長(zhǎng)，鍵與輪轂

30、的鍵槽采用間隙配合，故輪轂可以沿鍵鍵與輪轂的鍵槽采用間隙配合，故輪轂可以沿鍵作軸向滑動(dòng)（例如變速箱中滑移齒輪與軸的動(dòng)聯(lián)作軸向滑動(dòng)（例如變速箱中滑移齒輪與軸的動(dòng)聯(lián)接）。為了防止鍵松動(dòng)，需要用螺釘將鍵固定在接）。為了防止鍵松動(dòng)，需要用螺釘將鍵固定在軸上的鍵槽中。為了便于拆卸，鍵上制有起鍵螺軸上的鍵槽中。為了便于拆卸，鍵上制有起鍵螺孔?？?。 圖圖10-51 當(dāng)零件需要滑移的距離較大時(shí)，因所需的導(dǎo)向平鍵長(zhǎng)度過(guò)大，制造困難，一般度采用滑鍵，如圖所示?；I固定在輪轂上，輪轂帶動(dòng)滑鍵在軸上的鍵槽中坐軸向滑移。這樣，只需要在軸上銑出較長(zhǎng)的鍵槽，而鍵可以做的很短。 圖圖10-532、半圓鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接半圓鍵

31、聯(lián)接如圖10-53所示。軸上鍵槽用尺寸與半圓鍵相同的半圓鍵銑刀銑出，因而鍵在槽中能繞其幾何中心擺動(dòng)以適應(yīng)轂上鍵槽的傾斜度。半圓鍵用于靜聯(lián)接，其兩側(cè)面是工作面。其優(yōu)點(diǎn)是工藝性好，缺點(diǎn)是軸上的鍵槽較深，對(duì)軸的強(qiáng)度影響較大，所以一般多用于輕載情況的錐形軸端聯(lián)接。圖圖10-543 3楔鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接 楔鍵聯(lián)接的特點(diǎn)是：鍵的上下兩面是工作面，鍵的上表面和輪轂鍵槽底部各有1：100的斜度。裝配時(shí)，通常是先將輪轂裝好后，在把鍵放入并打緊，使鍵楔緊在軸與轂的鍵槽中。 工作時(shí)，主要靠鍵、軸和轂之間的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，同時(shí)還可以承受單向的軸向載荷，對(duì)輪轂起到單向軸向定位作用。其缺點(diǎn)：是楔緊后，軸和輪轂的配合產(chǎn)生偏心

32、和傾斜。因此主要用于定心精度要求不高和低速的場(chǎng)合。圖圖10-54 楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵兩種，如圖10-54。普通楔鍵也有A型、B型、C型三種型式。鉤頭鍵的鉤頭供拆卸用，如果安裝在外露的軸端時(shí)，應(yīng)注意加裝防護(hù)罩。圖圖10-544 4切向鍵聯(lián)接切向鍵聯(lián)接 切向鍵聯(lián)接如圖10-55所示。是由一對(duì)斜度為1：100的楔鍵組成。裝配時(shí)，先將輪轂裝好，然后將兩楔鍵從輪轂兩端裝入鍵槽并打緊，使鍵楔緊在軸與轂的鍵槽中。圖圖10-55 切向鍵的上下兩面為工作面，工作時(shí)，靠工作面上的擠壓應(yīng)力及軸與轂間的摩擦力來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。 用一個(gè)切向鍵時(shí)只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩，當(dāng)要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，必須使用兩個(gè)切向鍵，兩個(gè)切向鍵之間的

33、夾角為 。 圖圖10-55135120 由于切向鍵的鍵槽對(duì)軸的削弱較大，因而只用于直徑大于100mm的軸上。切向鍵聯(lián)接能傳遞很大的扭矩，主要用于對(duì)中要求不高的重型機(jī)械中。 二鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算二鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 在各種類(lèi)型的鍵聯(lián)接中，以平鍵聯(lián)接應(yīng)用最廣。故我們只討論平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。 鍵聯(lián)接的設(shè)計(jì)首先需要根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來(lái)選擇平鍵類(lèi)型，再根據(jù)軸徑大小從標(biāo)準(zhǔn)中選出鍵的剖面尺寸bxh(b為鍵寬，h為鍵高)，然后參考輪轂寬度選取鍵的長(zhǎng)度L，鍵的長(zhǎng)度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸系列。最后進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。 - 圖圖10-56 平鍵聯(lián)接傳遞扭矩時(shí)的受力情況如圖10-56所示，對(duì)于常見(jiàn)的材料

34、組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平鍵聯(lián)接（靜聯(lián)接），其主要的失效型式是工作面被壓壞。除非有嚴(yán)重過(guò)載，一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，普通平鍵聯(lián)接通常只按工作面的擠壓強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。導(dǎo)向鍵為動(dòng)聯(lián)接，其主要的失效形式為工作面的過(guò)度磨損，因此通常只按工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度校核計(jì)算。 假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件式為： ppkldT1023（MPa） 導(dǎo)向平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為： 1023pkldTp（MPa） 和 分別稱(chēng)作許用擠壓應(yīng)力和許用壓力。 pp 鍵的材料沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定，但是一般都采用抗拉強(qiáng)度不小于600MPa的鋼，多為45鋼。 在平鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算中，如強(qiáng)度不足時(shí)，可采

35、用雙鍵，相隔布置。但在強(qiáng)度計(jì)算中，考慮到鍵聯(lián)接載荷分配的不均勻性，在強(qiáng)度校核中只按1.5個(gè)鍵計(jì)算。 鍵的標(biāo)記為鍵的標(biāo)記為：鍵bxL GB1096-79（對(duì)于A型鍵可不標(biāo)出，但對(duì)于B、C型，必須標(biāo)注“鍵B”或“鍵C”）。 10.11 花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接 一花鍵聯(lián)接的類(lèi)型、特點(diǎn)及應(yīng)用一花鍵聯(lián)接的類(lèi)型、特點(diǎn)及應(yīng)用由軸和輪轂孔周向均布的多個(gè)鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接稱(chēng)為花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接。與平鍵相類(lèi)似，在工作時(shí)，齒的工作面為齒的側(cè)面，靠工作面的擠壓傳遞扭矩。由于是多齒傳遞載荷，所以與普通平鍵相比具有承載力高、軸和轂受力均勻、定心性和導(dǎo)向性好等優(yōu)點(diǎn)。但加工需要專(zhuān)用設(shè)備和工具，成本較高。 花鍵聯(lián)接可用于靜聯(lián)接或動(dòng)聯(lián)接。按

36、其齒型的不同，可以分為矩形花鍵和漸開(kāi)線花鍵兩類(lèi)。 定心，利于均載。合。其定心方式為齒型尺寸較大的場(chǎng)載荷大、對(duì)心精度高、中，穩(wěn)定性好，適宜于。工藝性好，易于對(duì)或力角為漸開(kāi)線花鍵：分度圓壓外徑定心側(cè)面定心：重載時(shí)使用、易加工，多用內(nèi)徑定心：定心精度高重型中型輕型矩形花鍵花鍵聯(lián)接4530 對(duì)于花鍵聯(lián)接，其定心面的粗糙度要求1.6以上。 對(duì)于大徑為14125mm的矩形花鍵，GB1144-87規(guī)定用小徑定心，可以通過(guò)磨削消除熱處理變形，獲得較高的定心精度。 漸開(kāi)線花鍵的兩側(cè)曲線為漸開(kāi)線，其壓力角規(guī)定有30和45兩種。漸開(kāi)線花鍵根部強(qiáng)度較大，應(yīng)力集中小，承載能力大。 這兩種花鍵的規(guī)格尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，在設(shè)

37、計(jì)時(shí)可以參考相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行。 二花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算二花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 實(shí)踐證明：對(duì)于花鍵聯(lián)接，擠壓破壞是其主要的失效形式。因此靜聯(lián)接通常按工作面上的擠壓強(qiáng)度進(jìn)行校核，動(dòng)聯(lián)接按工作面上的壓力進(jìn)行條件性強(qiáng)度校核。 圖圖10-58 如圖10-58所示，假定載荷在齒的工作面上均勻分布，各齒面壓力的合力作用在平均值處，并引入系數(shù)來(lái)考慮載荷在各齒上的分配不均，于是花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件式為：靜聯(lián)接： pmpzhldT1023動(dòng)聯(lián)接： 1023pzhldTpm其中：其中：T傳遞的扭矩（Nm） 載荷分配不均勻系數(shù)，按花鍵齒數(shù)的多少取為0.70.8。 z 花鍵的齒數(shù)。 花鍵齒側(cè)面的工作長(zhǎng)度（mm）。 h 花

38、鍵齒側(cè)面的工作高度(mm)，矩形花鍵 ，D為外花鍵的大徑，d為小徑，C為倒角尺寸；漸開(kāi)線花鍵 時(shí)，h=m；時(shí)，h=0.8m，m為模數(shù)lCdDh2230 dm 花鍵的平均直徑(mm)，矩形花鍵 ；漸開(kāi)線花鍵 ， 為分度圓直徑（mm）。 許用擠壓應(yīng)力（MPa）。 許用壓力（MPa）。 花鍵聯(lián)接的零件多用強(qiáng)度極限不低于600MPa的鋼制造，多數(shù)要經(jīng)過(guò)熱處理（特別是用于動(dòng)聯(lián)接），以獲得足夠的硬度和耐磨性。 2dDdmfmddfdpp9.11 銷(xiāo)聯(lián)接 銷(xiāo)聯(lián)接也是工程中常用的一種重要聯(lián)接形式，主要用來(lái)固定零件之間的相對(duì)位置，當(dāng)載荷不大時(shí)也可以用作傳遞載荷的聯(lián)接，同時(shí)可以作為安全裝置中的過(guò)載剪斷元件。圖圖10-59 銷(xiāo)的主要形式由圓柱銷(xiāo)和圓錐銷(xiāo)（1：50錐度）。聯(lián)接銷(xiāo)孔一般需要經(jīng)過(guò)鉸制。同時(shí)還有許多特殊的形式，例如開(kāi)口銷(xiāo)、槽銷(xiāo)等，如圖所示。圖圖10-60圖