《機械設計基礎》第10章聯(lián)接

1、第第10章章聯(lián)接聯(lián)接常見的連接：常見的連接：由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運輸?shù)确矫娴脑?，機器中很多零件需要彼運輸?shù)确矫娴脑?，機器中很多零件需要彼此連接。此連接。v連接的類型：連接的類型：螺紋連接螺紋連接鍵連接、花鍵連接、銷連接鍵連接、花鍵連接、銷連接彈性環(huán)連接等彈性環(huán)連接等焊接焊接鉚接鉚接粘接粘接連接連接可拆連接可拆連接不可拆連接不可拆連接本章介紹的內(nèi)容本章介紹的內(nèi)容一、螺紋及其主要參數(shù)一、螺紋及其主要參數(shù)10.1 10.1 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接1 1、螺紋的形成：、螺紋的形成：將一傾斜角為將一傾斜角為的直線繞在圓住體上便形成的直線繞在圓住體上便形成一條螺旋線。如用

2、平面圖形三角形一條螺旋線。如用平面圖形三角形K K 沿螺旋線運動并使沿螺旋線運動并使K K平面平面始終通過圓柱體軸線，就得到三角形螺紋。始終通過圓柱體軸線，就得到三角形螺紋。 同樣取平面圖形同樣取平面圖形K K的形狀如右上角任一圖形，可得到矩形、的形狀如右上角任一圖形，可得到矩形、梯形、鋸齒形、管螺紋等。梯形、鋸齒形、管螺紋等。2 2、螺紋的類型、螺紋的類型三角形螺紋：粗牙螺紋三角形螺紋：粗牙螺紋用于緊固件用于緊固件 細牙螺紋細牙螺紋同樣的公稱直徑下，螺距最小，同樣的公稱直徑下，螺距最小， 自鎖性好，適于薄壁細小零件和自鎖性好，適于薄壁細小零件和 沖擊變載等沖擊變載等按位置：按位置： 內(nèi)螺紋內(nèi)

3、螺紋在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋 外螺紋外螺紋在圓柱的外表面形成的螺紋在圓柱的外表面形成的螺紋按牙型按牙型: : 三角形螺紋、管螺紋三角形螺紋、管螺紋 聯(lián)接螺紋聯(lián)接螺紋 矩形、梯形、鋸齒形螺紋矩形、梯形、鋸齒形螺紋 傳動螺紋傳動螺紋外螺紋外螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋圓柱螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋圓錐螺紋管螺紋管螺紋根據(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）如圖如圖 多線螺紋（多線螺紋（n2n2）用于傳動用于傳動根據(jù)螺旋線繞方向：根據(jù)螺旋線繞方向： 左旋左旋如圖如圖 右旋右旋常用常用1 1）大徑）大徑d d（D

4、 D）與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑， 亦稱公稱直徑亦稱公稱直徑2 2）小徑）小徑d d1 1（D D1 1）與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑 常用于強度計算常用于強度計算3 3）中徑）中徑d d2 2（D D2 2）在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假 想圓柱面的直徑，想圓柱面的直徑，d d2 20.5(d+d0.5(d+d1 1) )3 3、螺紋的主要參數(shù)、螺紋的主要參數(shù)4）螺距）螺距P相鄰兩個牙型對應兩點間的軸向距離相鄰兩個牙型對應兩點間的軸向距離5）導程）導程S螺紋上任一點沿同一

5、螺旋線旋轉(zhuǎn)一周移動的軸螺紋上任一點沿同一螺旋線旋轉(zhuǎn)一周移動的軸 向距離向距離6）線數(shù)）線數(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、導程、線數(shù)之間關系：螺距、導程、線數(shù)之間關系：S=nP L=nP(n=2)hPd2dd1d1d2d單線螺紋單線螺紋PSS =P雙線螺紋雙線螺紋PSP7）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）牙側(cè)角）牙側(cè)角螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角螺紋牙的側(cè)邊與螺

6、紋軸線垂直平面的夾角22arctan/arctandnPdS字母字母公稱直徑公稱直徑螺距螺距左旋左旋M242-2-LHFFaF螺紋的擰松螺紋的擰松-螺母在螺母在F F和和F Fa a的聯(lián)的聯(lián)合作用下，順著合作用下，順著F Fa a等速向下運動。等速向下運動。螺紋的擰緊螺紋的擰緊-螺母在螺母在F F和和F Fa a的聯(lián)的聯(lián)合作用下，逆著合作用下，逆著F Fa a等速向上運動。等速向上運動。1 1、矩形螺紋、矩形螺紋二、二、螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副的受力分析、效率和自鎖展開中徑展開中徑d d2 2圓柱面得一斜面圓柱面得一斜面. .螺旋副在軸向載荷螺旋副在軸向載荷FaFa作用下相對運動，作

7、用下相對運動，可看作在中徑的水平力可看作在中徑的水平力F F推動滑塊推動滑塊( (重重物物) )沿螺紋運動沿螺紋運動d20nn2d s =n pvFRF 當螺紋擰緊當螺紋擰緊(滑塊上升滑塊上升)時：時：u擰緊力矩為：擰緊力矩為：22tg()22addTFFn擰緊力為：擰緊力為：a()FF tgnn2d s =n pvFRF FFR+當螺紋擰松當螺紋擰松(滑塊沿斜面等速下滑滑塊沿斜面等速下滑)時：時：自鎖條件：自鎖條件： 防松力矩為：防松力矩為：atg()FF22tg()22addTFF0)(tga FFu維持滑塊等速運動所需的平衡力（防松力）為：維持滑塊等速運動所需的平衡力（防松力）為：FFR

8、-nn2d s =n pvFRF 2 2、非矩形螺紋受力分析、非矩形螺紋受力分析(0(0) )如圖所示，非矩形螺紋的法向如圖所示，非矩形螺紋的法向力比矩形螺紋的大。力比矩形螺紋的大。若把若把法向力法向力的增加看作的增加看作摩擦系摩擦系數(shù)數(shù)的增加，則非矩形螺紋的摩的增加，則非矩形螺紋的摩擦阻力可寫為擦阻力可寫為aaaFfFffFcoscos式中式中f為當量摩擦系數(shù)，即為當量摩擦系數(shù)，即tan(10 4)cosff式中式中 為當量摩擦角，為當量摩擦角， 為牙側(cè)角。為牙側(cè)角。1）擰緊螺母擰緊螺母當滑塊沿非矩形螺紋等速上升時，可得水平推力：當滑塊沿非矩形螺紋等速上升時，可得水平推力： F=Fatg(+

9、)相應的擰緊力矩相應的擰緊力矩2）松開螺母）松開螺母當滑塊沿非矩形螺紋等速下滑時，可得：當滑塊沿非矩形螺紋等速下滑時，可得： F=Fatg(-) 相應的防松力矩為相應的防松力矩為22tg()22addTFF22tg()22addTFF 若螺紋升角若螺紋升角 小于當量摩擦角小于當量摩擦角 ，則螺旋具有自鎖特，則螺旋具有自鎖特性，如不施加驅(qū)動力矩，無論軸向驅(qū)動力性，如不施加驅(qū)動力矩，無論軸向驅(qū)動力Fa多大，都不能多大，都不能使螺旋副相對運動。使螺旋副相對運動。非矩形螺紋的自鎖條件可表示為非矩形螺紋的自鎖條件可表示為 為了防止螺母在軸向力作用下自動松開，用于連接的緊為了防止螺母在軸向力作用下自動松開

10、，用于連接的緊固螺紋必須滿足自鎖條件。固螺紋必須滿足自鎖條件。3 3、螺旋副的效率、螺旋副的效率螺旋副的效率是有效功與輸入功之比。螺旋副的效率是有效功與輸入功之比。螺旋轉(zhuǎn)動一圈時，有效功為螺旋轉(zhuǎn)動一圈時，有效功為F Fa aS S, , 輸入功為輸入功為2T2T。0 10 20 30 40 50 20406080100效率效率% 螺旋副的效率為：螺旋副的效率為：TSFa22)(dStgFFaa當當一定時，效率只是螺紋升角的函數(shù)，由此可以繪出效率曲線一定時，效率只是螺紋升角的函數(shù)，由此可以繪出效率曲線. .當當一定時，在一定時，在=45=45- -/2 /2 處效率曲線有極大值。處效率曲線有極大

11、值。對于傳動螺旋，一般?。簩τ趥鲃勇菪?，一般取：對于聯(lián)接螺紋，必須?。簩τ诼?lián)接螺紋，必須取：升角過大升角過大, , 制造困難，且效制造困難，且效率增高也不明顯。率增高也不明顯。f =tg=tg =0.1 =0.1自鎖極限自鎖極限緊固螺紋區(qū)緊固螺紋區(qū))(tgtg257 . 5滑塊沿斜面勻速上升（旋緊）滑塊沿斜面勻速上升（旋緊）滑塊沿斜面勻速下滑（松開）滑塊沿斜面勻速下滑（松開）水平推力水平推力 驅(qū)動力矩驅(qū)動力矩 效率效率 自鎖條件自鎖條件 ) (tgFFa) (22tgdFTa) (tgtg) (tgFFa) (22tgdFTa三、機械制造常用螺紋三、機械制造常用螺紋三角形螺紋三角形螺紋普通螺紋

12、普通螺紋 = = 60 普通螺紋以大徑普通螺紋以大徑d d為公稱直徑，同一公稱直徑可以有多種為公稱直徑，同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細牙螺紋。螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細牙螺紋。6060P Pd d粗牙粗牙d dP P細牙細牙d dP P細牙細牙粗牙螺紋應用最廣粗牙螺紋應用最廣細牙螺紋的優(yōu)點：升角小、小徑大、自鎖性好、強度高。細牙螺紋的優(yōu)點：升角小、小徑大、自鎖性好、強度高。缺點：不耐磨易滑扣。缺點：不耐磨易滑扣。應用：薄壁零件、受動載荷的聯(lián)接和微調(diào)機構(gòu)。應用：薄壁零件、受動載荷的聯(lián)接和微調(diào)機構(gòu)。用螺紋密封的管螺紋用螺紋密封的管螺紋管

13、螺紋管螺紋非螺紋密封管螺紋（圓柱管壁非螺紋密封管螺紋（圓柱管壁 = 55 = 55）用螺紋密封管螺紋（圓錐管壁用螺紋密封管螺紋（圓錐管壁 = 55 = 55）6060圓錐管螺紋圓錐管螺紋公稱直徑公稱直徑-管子的公稱通徑。（普通螺紋不同）管子的公稱通徑。（普通螺紋不同）55 55 55 55 非螺紋密封的管螺紋非螺紋密封的管螺紋d dd d2 2d d1 1P Pd dd d2 2d d1 1P P22梯形螺紋：梯形螺紋：鋸齒形鋸齒形30303 3梯梯 形形3030 為了減少摩擦和提高效率，這兩種螺紋的牙側(cè)角為了減少摩擦和提高效率，這兩種螺紋的牙側(cè)角比三角比三角形螺紋的要小得多。用于剖分螺母時，

14、梯形螺紋可消除因摩擦形螺紋的要小得多。用于剖分螺母時，梯形螺紋可消除因摩擦而產(chǎn)生的間隙，應用較廣。鋸齒形螺紋的效率比矩形螺紋高，而產(chǎn)生的間隙，應用較廣。鋸齒形螺紋的效率比矩形螺紋高，但只適合單向傳動。但只適合單向傳動。鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋: :常用于傳動。常用于傳動。= = 1515= = 3 3四、螺紋連接的基本類型及螺紋緊固件四、螺紋連接的基本類型及螺紋緊固件1 1、螺栓連接的基本類型、螺栓連接的基本類型（1 1）普通螺栓聯(lián)接）普通螺栓聯(lián)接 特點：特點：孔與桿間有間隙、被連接件上無需切制螺紋、孔與桿間有間隙、被連接件上無需切制螺紋、裝拆方便。裝拆方便。 適用場合：適用場合：經(jīng)常裝拆的一般場

15、合。經(jīng)常裝拆的一般場合?？沙惺軝M向載荷?？沙惺軝M向載荷。鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓d（2 2）螺釘聯(lián)接）螺釘聯(lián)接 特點：特點：孔與桿間有間隙、被連接件上需切制螺紋、孔與桿間有間隙、被連接件上需切制螺紋、裝拆方便。裝拆方便。 適用場合：適用場合：被連接件之一較厚，且不常裝拆的場合。被連接件之一較厚，且不常裝拆的場合。（3 3）雙頭螺栓聯(lián)接）雙頭螺栓聯(lián)接 特點：特點：孔與桿間有間隙、被連接件上需切制螺紋、裝拆孔與桿間有間隙、被連接件上需切制螺紋、裝拆方便。方便。 適用場合：適用場合：用于被連接件之一較厚、經(jīng)常裝拆的場合。用于被連接件之一較厚、經(jīng)常裝拆的場合。（4 4）緊定螺釘聯(lián)接）緊定螺釘聯(lián)接擰入后，利

16、用桿末端頂住另一零件擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應的缺口中以固定零件的相對位置?？杀砻婊蛐肓慵鄳娜笨谥幸怨潭慵南鄬ξ恢谩？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。傳遞不大的軸向力或扭矩。其他連接其他連接地腳螺栓連接、吊環(huán)螺栓連接、地腳螺栓連接、吊環(huán)螺栓連接、 T形槽螺栓連接形槽螺栓連接2 2、螺紋緊固件、螺紋緊固件（1 1）螺紋緊固件的種類繁多，有適應面廣、用量大的通）螺紋緊固件的種類繁多，有適應面廣、用量大的通用螺紋緊固件，還有適應某種需要、具有特殊結(jié)構(gòu)的專用用螺紋緊固件，還有適應某種需要、具有特殊結(jié)構(gòu)的專用螺紋緊固件。螺紋緊固件。（2 2）通用螺紋緊固件已）通用螺紋緊固件已標準

17、化標準化。常用的有。常用的有螺栓、雙頭螺螺栓、雙頭螺柱、螺釘、緊定螺釘、螺母和墊圈柱、螺釘、緊定螺釘、螺母和墊圈等，這類零件的結(jié)構(gòu)等，這類零件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已標準化，設計時可根據(jù)有關標準選用。型式和尺寸都已標準化，設計時可根據(jù)有關標準選用。墊圈墊圈螺母螺母螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱雙頭螺柱螺栓螺栓螺螺紋紋緊緊固固件件平墊圈平墊圈斜墊圈斜墊圈彈簧墊圈彈簧墊圈圓螺母用止動墊圈圓螺母用止動墊圈七、螺紋聯(lián)接的預緊和防松七、螺紋聯(lián)接的預緊和防松 1、預緊、預緊預緊目的預緊目的增大聯(lián)接剛度、緊密性和提高防松能力增大聯(lián)接剛度、緊密性和提高防松能力預緊力預緊力F0預先軸向作用力（拉力）預先軸向作

18、用力（拉力）螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接在裝配時不擰緊，只存受外載時才受在裝配時不擰緊，只存受外載時才受到力的作用到力的作用 緊聯(lián)接緊聯(lián)接在裝配時需擰緊，即在承載時，已預在裝配時需擰緊，即在承載時，已預先受力，預緊力先受力，預緊力F0預緊過緊預緊過緊擰緊力擰緊力F0過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強度過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強度 過松過松擰緊力擰緊力F0過小，工作不可靠過小，工作不可靠 0F扳手擰緊力矩扳手擰緊力矩T=FHL, 擰緊時螺母：擰緊時螺母：T=T1+T2T擰緊力矩擰緊力矩 T1螺紋摩擦阻力矩螺紋摩擦阻力矩 T2螺母端環(huán)形面與被聯(lián)接件間的摩擦力矩螺母端環(huán)形面與被聯(lián)接件間的摩擦

19、力矩FH作用于手柄上的力作用于手柄上的力，L力臂力臂2)tan(201dFTv)(312021303102dDdDFfTc )(32)tan(21 202130312021dDdDfdFTTTcv)(32)tan(21202130212dDdDdfddKcvdKFT0 一般一般 K=0.10.3 擰緊力矩系數(shù)擰緊力矩系數(shù)由于直徑過小的螺栓，容易在擰緊時過載拉斷，所以對于由于直徑過小的螺栓，容易在擰緊時過載拉斷，所以對于重要的聯(lián)接不宜小于重要的聯(lián)接不宜小于M10M14TT2T1TT2T1預緊力預緊力F0的控制：的控制：測力矩扳手測力矩扳手測出預緊力矩，測出預緊力矩， 定力矩扳手定力矩扳手達到固定

20、的擰緊力矩達到固定的擰緊力矩T T時，彈簧時，彈簧受壓將自動打滑，測量預緊前后受壓將自動打滑，測量預緊前后螺栓伸長量螺栓伸長量精度較高精度較高 12圖4-12 測力矩扳手123412圖4-12 測力矩扳手1234測力矩扳手測力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手（1 1）防松目的）防松目的實際工作中，在振動、沖擊或變載，螺紋副中正壓力可能減實際工作中，在振動、沖擊或變載，螺紋副中正壓力可能減小或瞬間消失，摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動，如經(jīng)反復小或瞬間消失，摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動，如經(jīng)反復作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進行防松，否則作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進行防松，否則

21、會影響正常工作，造成事故會影響正常工作，造成事故 （2 2）防松原理）防松原理消除（或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對運消除（或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。動的難度。（3 3）防松辦法及措施）防松辦法及措施 上螺母螺栓下螺母上螺母螺栓下螺母1 1）摩擦防松）摩擦防松 雙螺母、彈簧墊圈、尼雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等龍墊圈、自鎖螺母等 2、螺紋防松、螺紋防松 彈簧墊圈彈簧墊圈自鎖螺母自鎖螺母2 2）機械防松：）機械防松： 開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動墊圈，軸用帶翅墊片，開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動墊圈，軸用帶翅墊片，止動墊片，串聯(lián)鋼絲止動墊片，串聯(lián)鋼絲3

22、 3）永久防松：端鉚、沖點、點焊）永久防松：端鉚、沖點、點焊4 4）化學防松）化學防松粘合粘合 開槽螺母開槽螺母與開口銷與開口銷圓螺母圓螺母與止動墊圈與止動墊圈串聯(lián)鋼絲串聯(lián)鋼絲一 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設計1、聯(lián)接接合面的設計八、螺栓聯(lián)接的強度計算八、螺栓聯(lián)接的強度計算2、螺栓的數(shù)目及布置、螺栓的數(shù)目及布置（1）螺栓的布置應使各螺栓的受力合理）螺栓的布置應使各螺栓的受力合理對稱布置螺栓，使螺栓組的對稱中心和聯(lián)接接合面對稱布置螺栓，使螺栓組的對稱中心和聯(lián)接接合面的形心重合。的形心重合。對于鉸制孔螺栓聯(lián)接的受剪螺栓，在平行于工作載對于鉸制孔螺栓聯(lián)接的受剪螺栓，在平行于工作載荷方向上成排布置的螺栓數(shù)目不應

23、超過八個，以荷方向上成排布置的螺栓數(shù)目不應超過八個，以免載荷分布不均。免載荷分布不均。對于受彎矩或轉(zhuǎn)矩的螺栓聯(lián)接，應使螺栓盡量布置對于受彎矩或轉(zhuǎn)矩的螺栓聯(lián)接，應使螺栓盡量布置在靠近聯(lián)接接合面的邊緣上，以減少螺栓的受力。在靠近聯(lián)接接合面的邊緣上，以減少螺栓的受力。2 螺栓的布置應有合理的間距和邊距，以保證聯(lián)接的緊密性和裝配時扳手所需活動空間（2）螺栓的布置應有合理的間距和邊距，以保證聯(lián)接）螺栓的布置應有合理的間距和邊距，以保證聯(lián)接的緊密性和裝配時扳手所需活動空間的緊密性和裝配時扳手所需活動空間分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應取成分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應取成4,6,8等偶數(shù)，等偶數(shù)，以便于在圓

24、周上鉆孔時得分度和劃線。以便于在圓周上鉆孔時得分度和劃線。（3）螺栓的數(shù)目及布置應便于螺栓孔的加工）螺栓的數(shù)目及布置應便于螺栓孔的加工4、避免偏心載荷作用、避免偏心載荷作用 a）被聯(lián)接件支承面不平突起）被聯(lián)接件支承面不平突起 b）表面與孔不垂直）表面與孔不垂直 c）鉤頭螺栓聯(lián)接）鉤頭螺栓聯(lián)接防偏載措施：a）凸合；b）凹坑（魚眼坑）；c）斜墊片 n受拉螺栓的失效形式：受拉螺栓的失效形式：螺螺栓桿的塑性變形或斷裂。栓桿的塑性變形或斷裂。 其破壞部位及其出現(xiàn)的百其破壞部位及其出現(xiàn)的百分比見右圖。分比見右圖。n受剪螺栓的失效形式：受剪螺栓的失效形式：螺螺栓桿和孔壁間壓潰或螺栓栓桿和孔壁間壓潰或螺栓桿被

25、剪斷。桿被剪斷。 普通螺栓連接普通螺栓連接（受拉螺栓）（受拉螺栓） 鉸制孔螺栓連接鉸制孔螺栓連接（受剪螺栓）（受剪螺栓） 軸向拉力軸向拉力剪切力剪切力u螺栓連接螺栓連接松螺栓連接松螺栓連接 緊螺栓連接緊螺栓連接 65%20%15%2、螺栓連接的強度計算、螺栓連接的強度計算（1）螺栓的受力）螺栓的受力（2）螺栓的失效形式）螺栓的失效形式（3）松螺栓聯(lián)接）松螺栓聯(lián)接如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無F0，只有工作載荷只有工作載荷F F起拉伸作用起拉伸作用強度條件為：強度條件為：421dF41Fd 驗算用驗算用 設計用設計用 d d1 1螺桿危險截面直徑（螺桿危險截面直徑（mm

26、mm）許用拉應力許用拉應力 N/mmN/mm2 2 (MPa) (MPa) nS/s表表4-84-8 N N 安全系數(shù)，表安全系數(shù)，表4-94-9（4）緊螺栓聯(lián)接）緊螺栓聯(lián)接工作前有預緊力工作前有預緊力QP工作前擰緊，在擰緊力矩工作前擰緊，在擰緊力矩T作用下：作用下：預緊力預緊力F0 產(chǎn)生拉伸應力產(chǎn)生拉伸應力螺紋摩擦力矩螺紋摩擦力矩T1產(chǎn)生剪應力產(chǎn)生剪應力 復合應力狀態(tài)復合應力狀態(tài):21041dF)5 . 0(48. 0448. 0861042)tan(161)tan(2210210231201或當dFMMdFddddFWTPvvT按第四強度理論：按第四強度理論：（最大變形能）（最大變形能）3

27、 . 1322ca 強度條件為：強度條件為：43 . 1210dFca 43 . 1210dFca式中：式中： F0預緊力（預緊力（N） 1.31.3系數(shù)將外載荷提高系數(shù)將外載荷提高30%30%，以考慮螺紋力矩對，以考慮螺紋力矩對螺栓聯(lián)接強度的影響，這樣把拉扭的復合應力螺栓聯(lián)接強度的影響，這樣把拉扭的復合應力狀態(tài)簡化為純拉伸來處理，故又稱簡化計算法狀態(tài)簡化為純拉伸來處理，故又稱簡化計算法 0Fa a、橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接計算、橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接計算主要防止被聯(lián)接件錯動主要防止被聯(lián)接件錯動 靠擰緊的正壓力靠擰緊的正壓力( (F0) )產(chǎn)生摩擦力來產(chǎn)生摩擦力來傳遞外載荷傳遞外載荷不產(chǎn)生相對滑移的

28、條件為：不產(chǎn)生相對滑移的條件為：普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接FKFfiS0ifFKFS0f 接縫面間的摩擦系數(shù)接縫面間的摩擦系數(shù)，表表4-4 i接縫界面數(shù)目接縫界面數(shù)目 KS防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)）防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)） KS=1.11.3 FF0F0F分析：分析： 為增加可靠性，減小直徑，簡化結(jié)構(gòu)，提高為增加可靠性，減小直徑，簡化結(jié)構(gòu)，提高 承載能力承載能力,可采可采用如下減載裝置：用如下減載裝置： a)a)減載銷減載銷 b)b)減載套筒減載套筒 c)c)減載鍵減載鍵強度條件驗算公式：強度條件驗算公式： 43.1210dFca設計公式：設計公式： 43 . 101FdifFKFS0鉸制孔螺栓聯(lián)接鉸

29、制孔螺栓聯(lián)接防滑動防滑動螺桿直接承受擠壓和剪切來傳遞外螺桿直接承受擠壓和剪切來傳遞外載荷載荷R R進行工作進行工作420dF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： PPldFmin0 F 橫向載荷（橫向載荷（N） d0螺桿或孔的直徑（螺桿或孔的直徑（mm） Lmin 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（mm）螺栓許用剪應力，螺栓許用剪應力，MPaMPa，P螺栓或被聯(lián)接件中較弱者的許用擠壓應力，螺栓或被聯(lián)接件中較弱者的許用擠壓應力，MPa鉸制孔螺栓能承受較大的橫向載荷，但被加工件孔壁加工鉸制

30、孔螺栓能承受較大的橫向載荷，但被加工件孔壁加工精度較高，成本較高精度較高，成本較高FFb b、軸向載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算、軸向載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算工作特點：工作前擰緊，有工作特點：工作前擰緊，有F0 工作后加上工作載荷工作后加上工作載荷F F 工作前、工作中載荷變化工作前、工作中載荷變化工作原理：靠螺桿抗拉強度傳遞外載工作原理：靠螺桿抗拉強度傳遞外載F F解決問題：解決問題： a) a) 保證安全可靠的工作，保證安全可靠的工作，F(xiàn)0= =？ b) b) 工作時螺栓總載荷，工作時螺栓總載荷， Fa = =？ 分析：分析： 圖圖1 1，螺母未擰緊螺栓螺母松馳狀態(tài)，螺母未擰緊螺栓螺母松馳狀態(tài) Qp

31、QpQpQpQ pQ pQ pQ pFbmbm圖圖1 圖，擰緊圖，擰緊預緊狀態(tài)預緊狀態(tài) 凸緣凸緣壓壓m F0 栓桿栓桿拉拉b F0 F0F0F0F0F0FFFFabb00b 從 圖圖3 3，加載，加載F F后后工作狀態(tài)工作狀態(tài)栓桿栓桿繼續(xù)拉繼續(xù)拉凸緣凸緣 放松放松 00 FFmmm從殘余預緊力殘余預緊力 總載荷總載荷變形協(xié)調(diào)條件：變形協(xié)調(diào)條件：mbF0F0F0F00F0F0F0F 作圖作圖, ,受力變形圖受力變形圖設：材料變形在彈性極限內(nèi)，力與變形成正比設：材料變形在彈性極限內(nèi)，力與變形成正比 單個緊螺栓聯(lián)接受力變形圖單個緊螺栓聯(lián)接受力變形圖 左圖左圖擰緊螺母時擰緊螺母時, ,螺螺栓與被聯(lián)接件

32、的力與變形栓與被聯(lián)接件的力與變形 右圖右圖將上兩圖合并，將上兩圖合并，并施加工作載荷并施加工作載荷F從圖線可看出，螺栓受工作從圖線可看出，螺栓受工作載荷載荷F F時，螺栓總載荷：時，螺栓總載荷： 00FFFFFa0F0F0F0FaF由圖可知，螺栓剛度：由圖可知，螺栓剛度： FCFCbbbb0tan被聯(lián)接件剛度：被聯(lián)接件剛度： FFCFCammmm0tanmbbambmbaCCCFFCCFFFtantanacambbFKFCCCFmbbcCCCK稱螺栓的相對剛度稱螺栓的相對剛度 F 部分工作載荷部分工作載荷 0F0FaFFKFFFKFFFFFFFCc)1 ( 0000a0a又對殘余預緊力對殘余預

33、緊力的要求，為保的要求，為保證受載后接合面聯(lián)接的緊密證受載后接合面聯(lián)接的緊密性應使性應使00FF0的取法的取法: : F0 =（1.51.51.81.8）FF有密封要求有密封要求 一般聯(lián)接一般聯(lián)接 F0 =（0.20.6）F 載荷穩(wěn)定載荷穩(wěn)定 F0 =（0.61.0）F 載荷不穩(wěn)定載荷不穩(wěn)定 F0 F 地腳螺栓聯(lián)接地腳螺栓聯(lián)接 0F0FaFmbbcaCCCFFKFFFFFFF0000討論：討論： ） 最不利的情況最不利的情況 ) 1(0CambKFFFCC)0(0CambKFFCC） 最理想的情況最理想的情況 ）不允許的情況：有縫隙存在）不允許的情況：有縫隙存在FKFFc1, 000）降低螺栓

34、受力的措施：）降低螺栓受力的措施： a) a) 必須采用剛度小螺栓（空心、加長、細頸）必須采用剛度小螺栓（空心、加長、細頸）b) b) 加硬墊片或直接擰在凸緣上均可提高螺栓強度加硬墊片或直接擰在凸緣上均可提高螺栓強度 為聯(lián)接緊密、不漏氣，要求：為聯(lián)接緊密、不漏氣，要求： FKFFc1 , 000FFFFFFaa005 5）計算時可根據(jù)已知條件選擇其一進行計算）計算時可根據(jù)已知條件選擇其一進行計算軸向靜力緊螺栓聯(lián)接強度計算軸向靜力緊螺栓聯(lián)接強度計算 靜力靜力F不變不變， Fa為靜力，但考慮補充擰緊為靜力，但考慮補充擰緊防斷防斷 強度條件驗算公式：強度條件驗算公式： 43 . 121dFaca43

35、 . 11aFd設計公式：設計公式： 軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算 分析：當工作載荷，由分析：當工作載荷，由0F 21max4dFFaa 螺栓總載，由螺栓總載，由F0FaF0 210min04dFF部分載荷，由部分載荷，由0FF0 21212412/2dFKdFFCa變形力時間QQpQpFFbm螺栓中總拉力的變化當驗算不滿足時當驗算不滿足時措施：措施：add1b) b) 改善結(jié)構(gòu)、降低應力集中。改善結(jié)構(gòu)、降低應力集中。 C Cm mCCb ba)軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算 min=c 九、螺栓材料與許用應力計算九、螺栓材料與許用應力計算

36、 1 1、材料、材料 表、表、 螺母、螺栓強度級別：螺母、螺栓強度級別： 1 1）根據(jù)機械性能，把栓母分級并以數(shù)字表示，此為強度級別）根據(jù)機械性能，把栓母分級并以數(shù)字表示，此為強度級別 2 2）所依據(jù)機械性能為抗拉強度極限）所依據(jù)機械性能為抗拉強度極限Bmin和屈服極限和屈服極限Smin 螺栓級別螺栓級別: : 帶點數(shù)字表示帶點數(shù)字表示 ， 點前數(shù)字為點前數(shù)字為100/minB點后數(shù)字為點后數(shù)字為minmin/10Bs螺母級別螺母級別: : 100/minB注意：選擇對螺母的強度級別應低于螺栓材料的強度級別，螺注意：選擇對螺母的強度級別應低于螺栓材料的強度級別，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低

37、于母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB） 2 2、許用應力、許用應力 許用拉應力：許用拉應力： nS表：不控制表：不控制QP的緊螺栓聯(lián)接，易過載，設計時應取的緊螺栓聯(lián)接，易過載，設計時應取較大的安全系數(shù)較大的安全系數(shù)控制預緊力時可取較小的安全系數(shù)控制預緊力時可取較小的安全系數(shù)顯然顯然n，與與d 有關。有關。設計時，先假設設計時，先假設d，進行試算，選取一安全系數(shù)進行計算，進行試算，選取一安全系數(shù)進行計算，計算結(jié)果與估計直徑相比較，如在原先估計直徑所屬范計算結(jié)果與估計直徑相比較，如在原先估計直徑所屬范圍內(nèi)即可，否則需重新進行估算。圍內(nèi)即可，否則需重新進行估算。試算法試算法十、提高螺栓聯(lián)接

38、強度的措施十、提高螺栓聯(lián)接強度的措施影響聯(lián)接強度的因素很多，如材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、工藝、影響聯(lián)接強度的因素很多，如材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、工藝、螺紋牙間、載荷分布、應力幅度、機械性能，而螺栓聯(lián)接的強螺紋牙間、載荷分布、應力幅度、機械性能，而螺栓聯(lián)接的強度又主要取決于螺栓的強度。度又主要取決于螺栓的強度。 1、改善螺紋牙間載荷分布不均狀況、改善螺紋牙間載荷分布不均狀況 Q工作中螺栓牙抗拉伸長，螺母牙受壓工作中螺栓牙抗拉伸長，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面處第一圈為最大，應變最大，應力最大，處第一圈為最大，應變最大，應力最大，其余各圈依次遞減，旋合螺紋間

39、的載荷分其余各圈依次遞減，旋合螺紋間的載荷分布如圖所示。所以采用圈數(shù)過多的加厚螺布如圖所示。所以采用圈數(shù)過多的加厚螺母，并不能提高聯(lián)接的強度。母，并不能提高聯(lián)接的強度。 辦法：降低剛性，易變形、增加協(xié)調(diào)性，以緩和矛盾辦法：降低剛性，易變形、增加協(xié)調(diào)性，以緩和矛盾 a) 懸置螺母懸置螺母 b) 環(huán)槽螺母環(huán)槽螺母 c)c)內(nèi)斜螺母內(nèi)斜螺母 d d)環(huán)槽內(nèi)斜環(huán)槽內(nèi)斜1 01 51 01 52、降低螺栓應力幅、降低螺栓應力幅 1）降低螺栓剛性）降低螺栓剛性 abbFC,則F2b2b1QpQ2mQp2Qp1FFF1Q112bb1212,aaFF抗疲勞強度得到提高，可用豎心桿、細長桿、柔性螺栓聯(lián)接抗疲勞強

40、度得到提高，可用豎心桿、細長桿、柔性螺栓聯(lián)接 2）增大凸緣剛性）增大凸緣剛性 ammFC,則bQpQ2F2Qp2m2Qp1F1Q1m1FF12mm1212,aaFF提高了螺栓聯(lián)接疲勞強度，采用高硬度墊片或直接擰在鑄鐵提高了螺栓聯(lián)接疲勞強度，采用高硬度墊片或直接擰在鑄鐵 3）同時使用）同時使用Cb,Cm同時適當增加同時適當增加F0b2b1Qp1Qp2F2Qpm2QFF1m11212,mmbb12FF12aa提高被聯(lián)接件剛性提高被聯(lián)接件剛性Cm降低螺栓剛性降低螺栓剛性Cb , 同時同時F0 2 F0 2 理想方法理想方法 3、減小應力集中的影響、減小應力集中的影響drdr0.51.0dr2hr1r

41、= 0.2dr0.2dr10.15d ;r21.0d ;h0.5d ;1）加大過渡處圓角）加大過渡處圓角( 左圖左圖) 2）改用退刀槽）改用退刀槽3）卸載槽）卸載槽 (中圖中圖) 4）卸載過渡結(jié)構(gòu)（右圖）卸載過渡結(jié)構(gòu)（右圖） 4、采用合理的制造工藝、采用合理的制造工藝 松連接松連接緊連接緊連接鍵連接鍵連接平鍵平鍵半圓鍵半圓鍵斜鍵斜鍵切向鍵切向鍵鍵都是標準件，其尺寸和鍵槽尺寸都有國家標準。鍵都是標準件，其尺寸和鍵槽尺寸都有國家標準。10.2 鍵連接和花鍵聯(lián)接鍵連接和花鍵聯(lián)接鍵和花鍵連接是最常用的軸轂連接方式，屬于可拆連接。鍵鍵和花鍵連接是最常用的軸轂連接方式，屬于可拆連接。鍵主要用來實現(xiàn)軸和軸上

42、零件之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。有主要用來實現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。有些類型的鍵還可實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動。些類型的鍵還可實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動。一、鍵連接的類型一、鍵連接的類型鍵連接11平鍵連接平鍵連接v平鍵的兩側(cè)面是工作面，平鍵的兩側(cè)面是工作面，上表面與輪轂上的鍵槽底上表面與輪轂上的鍵槽底面之間留有間隙面之間留有間隙?？挎I與。靠鍵與鍵槽側(cè)面的相互擠壓來傳鍵槽側(cè)面的相互擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。遞轉(zhuǎn)矩。v特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，對中性好。便，對中性好。 平鍵平鍵普通平鍵普通平鍵：導向平鍵導向平鍵滑鍵滑鍵用于靜連接，用于靜連接，應用極為廣泛應用極

43、為廣泛。用于用于動連接動連接。普通普通平鍵平鍵結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)單圓頭單圓頭(C型型)圓頭圓頭(A型型)方頭方頭(B型型)用指狀銑刀加工，固定良好，軸槽應力集中大。用指狀銑刀加工，固定良好，軸槽應力集中大。用盤銑刀加工，軸的應力集中小。用盤銑刀加工，軸的應力集中小。用于軸端用于軸端普通平鍵應用最廣。普通平鍵應用最廣。A型型B型型C型型盤銑刀盤銑刀 導向平鍵導向平鍵零件可以在軸上移動，構(gòu)成動聯(lián)接。零件可以在軸上移動，構(gòu)成動聯(lián)接。結(jié)構(gòu)特點：長度較長，需用螺釘固定。結(jié)構(gòu)特點：長度較長，需用螺釘固定。為便于裝拆，制有起鍵螺孔。為便于裝拆，制有起鍵螺孔。起鍵螺孔起鍵螺孔固定螺釘固定螺釘起鍵螺孔起鍵螺孔固定螺釘固定

44、螺釘表表10-9 普通平鍵和鍵槽尺寸（普通平鍵和鍵槽尺寸（GB1095-79、GB1096-79） A型型B型型C型型bhR=b/2C 45或或r1LLLbhbtd- -tbt1d+t1標記實例：標記實例： 圓頭普通平鍵圓頭普通平鍵(A型型): 鍵鍵16100 GB1096-79 方頭普通平鍵方頭普通平鍵(B型型): 鍵鍵B16100 GB1096-79單圓頭普通平鍵單圓頭普通平鍵(C型型) : 鍵鍵C16100 GB1096-79d2. 半圓鍵半圓鍵聯(lián)接聯(lián)接優(yōu)點：定心好，裝配方便。優(yōu)點：定心好，裝配方便。因半圓鍵能在軸槽中擺動以適應輪轂槽底面。缺點：對軸的削弱較大，只適缺點：對軸的削弱較大，

45、只適 用于輕載聯(lián)接。用于輕載聯(lián)接。特別適用于錐形軸端的聯(lián)接。特別適用于錐形軸端的聯(lián)接。工作面工作面3. 楔鍵楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接結(jié)構(gòu)特點：鍵的上表面有結(jié)構(gòu)特點：鍵的上表面有1:100的斜度，的斜度， 輪轂槽的底面也有輪轂槽的底面也有1:100的斜度。的斜度。缺點：定心精度不高。缺點：定心精度不高。應用：只能應用于定心精度不高，載荷應用：只能應用于定心精度不高，載荷 平穩(wěn)和低速的聯(lián)接。平穩(wěn)和低速的聯(lián)接。安裝時用安裝時用力打入力打入工作面工作面dd類型：普通楔鍵、鉤頭楔鍵。類型：普通楔鍵、鉤頭楔鍵。鉤頭是用來拆卸用的斜度斜度1：100120 130 在重型機械中常采用切向鍵在重型機

46、械中常采用切向鍵-一對楔鍵組成。一對楔鍵組成。裝配時將兩楔鍵楔緊，鍵的窄面是工作面，所裝配時將兩楔鍵楔緊，鍵的窄面是工作面，所產(chǎn)生的壓力沿切向方向分布，當雙向傳遞扭矩產(chǎn)生的壓力沿切向方向分布，當雙向傳遞扭矩時，需要兩對切向鍵分布成時，需要兩對切向鍵分布成120130 。窄面窄面工作面工作面二、平鍵聯(lián)接的選擇和計算二、平鍵聯(lián)接的選擇和計算1鍵的尺寸選擇鍵的尺寸選擇平鍵的截面尺寸平鍵的截面尺寸 bh： 根據(jù)軸徑根據(jù)軸徑 d 由標準中查得；由標準中查得；鍵長鍵長 L：應略短于輪轂的寬度，并符合標準中規(guī)定的尺：應略短于輪轂的寬度，并符合標準中規(guī)定的尺寸系列。寸系列。導向平鍵的長度根據(jù)輪轂寬度及滑動距離確定。導向平鍵的長度根據(jù)輪轂寬度及滑動距離確定。鍵連接v普通普通平鍵連接平鍵連接（靜連接）（靜連接）工作時的主要失效形式工作時的主要失效形式為組成連接的鍵、軸和輪轂中強度較弱材料為組成連接的鍵、軸和輪轂中強度較弱材料表面表面的壓潰的壓潰，極個別情況下也會