《機(jī)械基礎(chǔ)》課件第8章 螺紋聯(lián)接和鍵聯(lián)接

第8章螺紋聯(lián)接和鍵聯(lián)接8.1螺紋的分類與主要參數(shù)8.2螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松8.3鍵聯(lián)接的分類及選用習(xí)題88.1螺紋的分類與主要參數(shù)8.1.1螺紋的分類根據(jù)螺紋軸向剖面的形狀即螺紋的牙型，可將螺紋分為三角形、矩形、梯形和鋸齒形螺紋，如圖8-1所示。其中三角形螺紋主要用于聯(lián)接，其余多用于傳動(dòng)。除矩形螺紋外，其他螺紋已標(biāo)準(zhǔn)化了。圖8-1螺紋的牙形(a)三角形螺紋；(b)矩形螺紋；(c)梯形螺紋；(d)鋸齒形螺紋

根據(jù)螺紋的螺旋線繞行方向的不同，螺紋可分為右旋螺紋和左旋螺紋，如圖8-2所示。常用的為右旋螺紋，左旋螺紋只用于有特殊要求的場(chǎng)合。根據(jù)螺紋螺旋線的數(shù)目，還可將螺紋分為單線（單頭）螺紋和多線螺紋，如圖8-3所示。單線螺紋主要用于聯(lián)接，多線螺紋主要用于傳動(dòng)。

圖8-2螺紋的旋向(a)右旋螺紋；(b)左旋螺紋

圖8-3不同線數(shù)的螺紋

(a)單線螺紋；(b)雙線螺紋；(c)三線螺紋

螺紋還可分為內(nèi)螺紋和外螺紋。圓柱體的外表面上形成的螺紋為外螺紋，而圓孔的表面上形成的螺紋為內(nèi)螺紋，見圖8-4。螺紋還可分為普通螺紋、管螺紋、錐螺紋等。普通螺紋又有粗牙和細(xì)牙兩種。螺紋有米制和英制兩種，我國(guó)除管螺紋外，其他都采用米制螺紋。8.1.2螺紋的主要參數(shù)現(xiàn)以圓柱普通螺紋為例，說明螺紋的主要參數(shù)。見圖8-4。圖8-4圓柱普通螺紋的主要參數(shù)

（1）大徑d、D（外螺紋用小寫，內(nèi)螺紋用大寫）螺紋的最大直徑，即與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱直徑，是螺紋的公稱直徑。

(2)小徑d1、D1

螺紋的最小直徑，即與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱直徑。（3）中徑d2、D2

一個(gè)假想圓柱的直徑，其母線通過牙型上牙厚和牙間寬度相等的地方。

（4）螺紋線數(shù)n

螺紋的螺旋線數(shù)目。（5）螺距P螺紋相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。（6）導(dǎo)程L

同一條螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。單線螺紋，L=p；多線螺紋，L=np。

(7)螺紋升角λ在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角，（8-1）(8)牙型角α

軸向剖面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)面的夾角。

(9)牙型斜角β

軸向剖面內(nèi)螺紋牙型一側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。8.2螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松8.2.1螺紋聯(lián)接的基本類型螺紋聯(lián)接的基本類型、特點(diǎn)和應(yīng)用見表8-1。表8-1螺紋聯(lián)接的基本類型、特點(diǎn)及應(yīng)用8.2.2螺紋的預(yù)緊大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)就已經(jīng)擰緊，稱為預(yù)緊。預(yù)緊的螺栓聯(lián)接稱為緊聯(lián)接，不預(yù)緊的螺栓聯(lián)接稱為松聯(lián)接。預(yù)緊的目的是增強(qiáng)螺栓聯(lián)接的可靠性，提高緊密性和防止松脫。對(duì)于受拉力作用的螺栓聯(lián)接，還可提高螺栓的疲勞強(qiáng)度；對(duì)于受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接，有利于增大聯(lián)接中的摩擦力。

預(yù)緊使螺栓所受到的拉力稱為預(yù)緊力。如果預(yù)緊力過小，則會(huì)使聯(lián)接不可靠；若預(yù)緊力過大，則會(huì)導(dǎo)致聯(lián)接件的損壞。對(duì)于一般的聯(lián)接，可憑經(jīng)驗(yàn)來控制預(yù)緊力的大小，但對(duì)重要的聯(lián)接就要嚴(yán)格控制其預(yù)緊力，可通過控制擰緊力矩來實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)中常用測(cè)力矩扳手（見圖8-5（a））和定力矩扳手（見圖8-5（b））來控制擰緊力矩。要求較精確控制時(shí)，則可采用測(cè)螺栓伸長(zhǎng)變形的方法，見圖8-6。

圖8-5力矩扳手

(a)測(cè)力矩扳手；(b)定力矩扳手

圖8-6測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量的方法8.2.3螺紋的防松聯(lián)接中常用的單線螺紋和管螺紋都能滿足自鎖條件，即螺紋升角λ小于當(dāng)量摩擦角φ，在靜載荷或沖擊振動(dòng)不大、溫度變化不大時(shí)，不會(huì)自行松脫。但在沖擊、振動(dòng)載荷或變載荷下，當(dāng)溫度變化大時(shí)，聯(lián)接有可能松動(dòng)，甚至松脫，這就可能發(fā)生事故。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮防松問題。具體的防松方法和防松裝置很多，工作原理可分為摩擦防松、機(jī)械防松和永遠(yuǎn)止動(dòng)三類，見表8-2。表8-2螺紋聯(lián)接常用防松方法8.2.4螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是確定螺栓聯(lián)接接合面的幾何形狀和螺栓的數(shù)目與布置形式，力求各螺栓和聯(lián)接接合面間受力均勻，使其便于加工和裝配。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮以下幾方面的問題。

(1)接合面的幾何形狀通常設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀（見圖8-7），使螺栓組的幾何中心與接合面的形心重合，保證接合面受力均勻，且便于制造。圖8-7螺栓組聯(lián)接接合面常用形狀(2)受橫向載荷的螺栓組，應(yīng)避免沿橫向載荷方向布置過多的螺栓（一般不超過8個(gè)）,以免受力不均勻。

(3)在同一圓周上螺栓數(shù)目取3、4、6、8、12等,便于畫線和分度。

(4)同一組螺栓在聯(lián)接中，各螺栓的直徑和材料均應(yīng)相同。

(5)螺栓組排列應(yīng)有一定的間距，螺栓中心線與機(jī)體壁之間、螺栓相互之間的距離應(yīng)根據(jù)扳手空間大小和聯(lián)接的密封性要求確定。圖8-8所示的扳手空間尺寸可查手冊(cè)，對(duì)壓力容器密封性要求較高的重要聯(lián)接的螺栓排列的間距不得大于表8-3的推薦值。圖8-8扳手空間尺寸示意圖表8-3螺栓間距(6)若螺栓組同時(shí)承受較大的橫向和軸向載荷，應(yīng)采用銷、套筒、鍵等零件來承受橫向載荷，以減小螺栓的結(jié)構(gòu)尺寸，如圖8-9所示。圖8-9承受橫向載荷的減載裝置(a)用減載銷；(b)用減載套筒；(c)用減載鍵圖8-10螺栓承受的偏心載荷(7)應(yīng)避免螺栓承受偏心載荷（見圖8-10）。為減小載荷相對(duì)于螺栓軸心的偏距，以保證螺栓頭部支承面平整并與螺栓軸線相垂直，被聯(lián)接件上應(yīng)采用凸臺(tái)、沉頭座或斜面墊圈（見圖8-11）結(jié)構(gòu)。圖8-11凸臺(tái)、沉頭座和斜面墊圈的應(yīng)用

(a)凸臺(tái)；(b)沉頭座；(c)斜面墊圈8.3鍵聯(lián)接的分類及選用8.3.1鍵聯(lián)接的類型鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，按裝配方式的不同可分為兩大類：松鍵聯(lián)接（平鍵和半圓鍵）和緊鍵聯(lián)接（楔鍵和切向鍵）。1.松鍵聯(lián)接松鍵聯(lián)接分為平鍵聯(lián)接和半圓鍵聯(lián)接兩類。

1）平鍵聯(lián)接平鍵的側(cè)面為工作面。平鍵的上表面和輪轂之間留有間隙。工作時(shí)，靠鍵側(cè)面與鍵槽的相互擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。這種鍵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、對(duì)中性好，因而得到廣泛的應(yīng)用。這種鍵不能用來傳遞軸向力，因而對(duì)軸上零件不能起到軸向固定作用。

根據(jù)用途的不同，平鍵分為普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵。

(1)普通平鍵用于靜聯(lián)接，其端部形狀分為圓頭（A型）、方頭(B型)和半圓頭(C型)。A型和C型用指狀銑刀加工軸上鍵槽，軸上鍵槽部應(yīng)力集中較大，B型用盤銑刀加工軸上鍵槽，槽部應(yīng)力集中較小。普通平鍵聯(lián)接見圖8-12。圖8-12普通平鍵聯(lián)接(2)導(dǎo)向平鍵和滑鍵導(dǎo)向平鍵是加長(zhǎng)的普通平鍵，其端部形狀有A型和B型兩種。導(dǎo)向平鍵聯(lián)接是將鍵用螺釘固定在軸上的鍵槽中，轉(zhuǎn)動(dòng)零件的輪轂可在軸上沿軸向滑動(dòng)。為了拆卸方便，在鍵的中部加工有為起鍵用的螺釘孔。導(dǎo)向平鍵聯(lián)接適用于軸上零件的軸向移動(dòng)量較小的場(chǎng)合。當(dāng)軸上零件的軸向移動(dòng)量要求很大時(shí)，導(dǎo)向平鍵將很長(zhǎng)，不易制造，這時(shí)可采用滑鍵?；I聯(lián)接是將鍵固定在輪轂上，與輪轂一起在軸的鍵槽中滑動(dòng)。導(dǎo)向平鍵與滑鍵的聯(lián)接如圖8-13所示。圖8-13導(dǎo)向平鍵與滑鍵的聯(lián)接2)半圓鍵聯(lián)接半圓鍵用于靜聯(lián)接，鍵的側(cè)面是工作面，見圖8-14。半圓鍵在軸的鍵槽中能夠擺動(dòng)，以適應(yīng)輪轂鍵槽槽底的斜度。由于軸上鍵槽較深，對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大，因此一般用于輕載聯(lián)接，常用于軸的錐形端部。圖8-14半圓鍵聯(lián)接2.緊鍵聯(lián)接緊鍵聯(lián)接分為楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接兩類。

1)楔鍵聯(lián)接楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵，用于靜聯(lián)接，鍵的上下兩面為工作面，如圖8-15所示。鍵的上表面和輪轂槽底面制成1∶100的斜度，鍵工作時(shí)楔緊在軸轂之間，使鍵、軸、轂之間產(chǎn)生摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，也能傳遞單向軸向力。

圖8-15楔鍵聯(lián)接（a）普通楔鍵聯(lián)接；（b）鉤頭楔鍵聯(lián)接2)切向鍵聯(lián)接切向鍵用于靜聯(lián)接，是由兩個(gè)具有1∶100斜度的楔鍵組成的。裝配后兩楔以其斜面相互貼合，共同楔緊在軸轂之間，如圖8-16所示。鍵的上、下平面是工作面。工作時(shí)主要靠工作面上的擠壓力來傳遞扭矩。傳遞單向扭矩時(shí)用一個(gè)切向鍵(見圖8-16（a）)，傳遞雙向扭矩時(shí)，用兩個(gè)切向鍵，且兩個(gè)切向鍵之間夾角為120°～135°(見圖8-16（b）)。由于切向鍵的鍵槽對(duì)軸的削弱較大，故只用于直徑大于100mm的軸上。切向鍵能傳遞很大的扭矩，主要用于對(duì)中性要求不高的重型機(jī)械中。

圖8-16切向鍵聯(lián)接（a）一對(duì)切向鍵；（b）兩對(duì)切向鍵8.3.2鍵的選用鍵已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況選擇鍵的類型和尺寸。

1.類型選擇鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)、使用要求和工作狀況來選擇。選擇時(shí)考慮傳遞轉(zhuǎn)矩的大小，聯(lián)接的對(duì)中性要求，是否要求軸向固定，聯(lián)接軸上的零件是否需要沿軸向滑移及滑動(dòng)距離的長(zhǎng)短，以及鍵在軸上的位置等。2.尺寸選擇尺寸選擇主要是選擇鍵的寬度b、高度h和長(zhǎng)度尺寸L。由表8-4可見，這些尺寸是按軸徑d的大小選取的。鍵的長(zhǎng)度L一般略短于輪轂的尺寸，且應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的長(zhǎng)度系列。導(dǎo)向平鍵的長(zhǎng)度按輪轂的長(zhǎng)度及其滑動(dòng)距離確定。軸和輪轂的鍵槽尺寸也可由表8-4查取。

圖8-17鍵和鍵槽的截面尺寸圖8-18普通平鍵的型式與尺寸表8-4鍵的尺寸選擇

習(xí)題88-1常用的螺紋聯(lián)接有哪些主要類型？其特點(diǎn)和應(yīng)用如何？

8-2螺紋聯(lián)接為什么要采用防松措施？

8-3設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)，為什么常將被聯(lián)接件的支承表面加工成平面?