《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課件-第6章 聯(lián)接

第六章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動第五節(jié)提高螺栓聯(lián)接強度的措施第四節(jié)螺栓聯(lián)接的強度計算第三節(jié)螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計第二節(jié)螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和放松第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識

第八節(jié)花鍵聯(lián)接第六節(jié)螺旋傳動第七節(jié)鍵聯(lián)接第6章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動本章小結(jié)第十節(jié)其它常用聯(lián)接第九節(jié)銷聯(lián)接聯(lián)接可拆聯(lián)接:當拆開時,無須破壞或損傷聯(lián)接中的零件(如:鍵、花鍵、螺紋聯(lián)接等）不可拆聯(lián)接:當拆開時,至少要破壞或損傷聯(lián)接中的一個零件（如：焊接、鉚接等）過盈配合：介于以上兩種聯(lián)接之間，主要取決于過盈量的大??；大多數(shù)情況下是不可拆卸，但過盈量不大的配合，又可視為可拆聯(lián)接（如：滾動軸承內(nèi)圈與軸的配合）。本章主要介紹：螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接和銷聯(lián)接的設(shè)計理論和選用的方法第6章聯(lián)接第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識一、螺紋的類型

1.根據(jù)母體形狀，螺紋分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。2.根據(jù)牙型不同三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋——用于聯(lián)接主要用于傳動普通螺紋（粗牙、細牙）管螺紋圓弧螺紋第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識一、螺紋的類型

3.根據(jù)螺旋線的繞行方向，螺紋分為右旋螺紋和左旋螺紋，其中右旋螺紋應(yīng)用較為廣泛，左旋螺紋只用于有特殊要求的場合。右旋左旋第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識一、螺紋的類型

4.根據(jù)螺旋線的線數(shù)，螺紋分為單線螺紋、雙線螺紋和多線螺紋。第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識一、螺紋的類型

5.根據(jù)螺紋所處位置，可分為內(nèi)（陰）螺紋和外（陽）螺紋。

6.根據(jù)用途不同，螺紋分為聯(lián)接螺紋和傳動螺紋。

第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識二、螺紋的主要參數(shù)

用不同形狀的車刀沿螺旋線可切制出不同形狀的螺紋

將底邊為d2、高為S的直角三角形，其底邊所在的平面垂直于母體的軸線，將此三角形繞于母體上，三角形的斜邊在母體表面就形成了一條連續(xù)的螺旋線。

第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識二、螺紋的主要參數(shù)（1）大徑d

與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱體的直徑，是螺紋的最大直徑。在螺紋的標準中稱為公稱直徑。（2）小徑d1

與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱體的直徑，是螺紋的最小直徑。常作為強度計算直徑。（3）中徑d2

在螺紋的軸向剖面內(nèi)，牙厚和牙槽寬相等處的假想圓柱體的直徑。第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識二、螺紋的主要參數(shù)（4）螺距p

螺紋相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。（5）導(dǎo)程s

同一條螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。

設(shè)螺紋線數(shù)為n，單線螺紋s=p；多線螺紋s=np第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識6.1.1螺紋的形成和主要參數(shù)2.圓柱螺紋的主要參數(shù)（6）升角ψ

在中徑d2的圓柱面上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角

=

ψ=

=（7）牙型角α、牙型斜角β

在螺紋的軸向剖面內(nèi)，螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角稱為牙型角。牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙型斜角β，對稱牙型的β=α/2。（8）螺紋牙的高度h

內(nèi)外螺紋旋合后，螺紋接觸面在垂直于螺紋軸線方向上的距離。三、常見螺紋的特點及應(yīng)用1.普通螺紋普通螺紋即米制三角形螺紋，牙型角。同一直徑按螺距的大小分為粗牙和細牙兩種，螺距最大的一種是粗牙，其余的均為細牙。一般聯(lián)接多用粗牙螺紋。細牙螺紋的牙淺、升角小、自鎖性能好，多用于薄壁零件或細小零件，以及受沖擊、振動和變載荷的聯(lián)接中，也可用作微調(diào)機構(gòu)的調(diào)整螺紋。2.管螺紋最常用的管螺紋是英制細牙三角形螺紋，牙型角，牙頂有較大的圓角，內(nèi)、外螺紋旋合后牙型間無徑向間隙，公稱直徑近似為管子的內(nèi)徑。多用于有緊密性要求的管件聯(lián)接。3.矩形螺紋牙型為正方形，牙型角。傳動效率高，牙根強度弱，精加工困難，對中精度低，常用于傳力螺紋。4.梯形螺紋梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙型角。牙根強度高，工藝性好，螺紋副對中性好，采用部分螺母時可調(diào)整間隙，傳動效率略低于矩形螺紋，常用于傳動螺紋。5.鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋牙型角，牙的工作面傾斜，牙的非工作面傾斜。傳動效率及強度都比梯形螺紋高，外螺紋的牙底有相當大的圓角，以減小應(yīng)力集中。螺紋副的大徑處無間隙，對中性良好，多用于單向受力的傳動螺紋。

第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識四、螺紋聯(lián)接的主要類型1.螺栓聯(lián)接主要用于被聯(lián)接件不太厚并能從兩邊進行裝配的場合。螺栓連接的裝配過程第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識1.螺栓聯(lián)接（1）普通螺栓聯(lián)接用于被聯(lián)接件厚度不大并開有通孔，通孔和螺栓桿之間留有間隙的場合。（2）鉸制孔用螺栓聯(lián)接其被聯(lián)接件上為鉸制孔，螺栓桿和通孔之間為過渡配合，可對被聯(lián)接件進行準確的定位，主要用于傳遞橫向載荷。2.雙頭螺柱聯(lián)接主要用于被聯(lián)接件之一太厚而又需經(jīng)常裝拆或結(jié)構(gòu)上受限制不能采用螺栓聯(lián)接的場合。雙頭螺柱連接的裝配過程第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識3.螺釘聯(lián)接主要用于被聯(lián)接件之一太厚或結(jié)構(gòu)上受限制不能采用螺栓聯(lián)接，且不需經(jīng)常裝拆的場合。第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識4.緊定螺釘聯(lián)接用于軸與軸上零件的聯(lián)接，可以傳遞較小的軸向或周向載荷。第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識五、常見標準螺紋聯(lián)接件第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識點擊畫面觀看聯(lián)接件的種類五、標準螺紋聯(lián)接件

1.螺栓和螺釘?shù)谝还?jié)螺紋聯(lián)接的基本知識五、標準螺紋聯(lián)接件

2.螺母第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識五、標準螺紋聯(lián)接件

3.雙頭螺柱第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識五、標準螺紋聯(lián)接件

4.緊定螺釘

第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本知識5.墊圈一、

螺紋聯(lián)接的預(yù)緊

第二節(jié)螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松預(yù)緊目的：1）防止聯(lián)接在工作中松動；2）確保聯(lián)接在受到工作載荷后，仍能使被聯(lián)接的結(jié)合面具有足夠的緊密性；3）在被聯(lián)接件的結(jié)合面間產(chǎn)生正壓力，以便當被聯(lián)接件受到橫向載荷時，被聯(lián)接件間不產(chǎn)生相對滑動。預(yù)緊力：螺紋聯(lián)接在承受工作載荷之前預(yù)先受到的一個擰緊作用力。

1.螺紋聯(lián)接的預(yù)緊

第二節(jié)螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松T1——螺紋副間的螺紋力矩T2——螺母與被聯(lián)接件（或墊片）支承面間的摩擦力矩擰緊力矩T=T1+T2注：螺母傳給螺栓的螺紋力矩T1由施加在螺栓頭部的夾持力矩T4和螺栓頭支承面摩擦力矩T3平衡，即T1=T4+T3，因此螺栓受扭。擰緊螺母使螺栓受軸向力，而被聯(lián)接件則由螺栓頭和螺母以力夾緊，此力即為預(yù)緊力。工作原理：根據(jù)扳手的彈性元件在擰緊力的作用下產(chǎn)生的彈性變形來指示擰緊力矩的大小。對于重要的聯(lián)接，裝配時要嚴格控制預(yù)緊力——測力扳手第二節(jié)螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松第二節(jié)螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松定力矩扳手

螺紋聯(lián)接一般都能滿足自鎖條件。但在沖擊、振動或變載荷作用下，或在高溫或溫度變化較大的情況下，螺紋聯(lián)接中的預(yù)緊力和摩擦力會逐漸減小或可能瞬時消失，導(dǎo)致聯(lián)接失效。

防松的根本問題在于防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。按工作原理的不同，防松方法分為摩擦防松、機械防松和永久防松等。此外還有一些特殊的防松方法，例如鉚沖防松、在旋合螺紋間涂膠防松等。第二節(jié)螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松二、螺紋聯(lián)接的防松

摩擦力防松摩擦力防松機械防松機械防松沖邊法防松、粘合法防松

在工程實際中，多數(shù)情況下螺栓都是成組使用的，組成螺栓組聯(lián)接。螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是選擇合適的聯(lián)接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，確定螺栓的數(shù)目，選擇防松裝置等，以便使各螺栓和聯(lián)接結(jié)合面間受力均勻，以便加工和裝配。

第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、螺栓的位置在布置螺栓位置時，各螺栓間及螺栓中心線與機體壁之間應(yīng)留有扳手空間，以便于裝配(如教材圖6-10)，即圖中尺寸A、B、C、D、E應(yīng)足夠大。對壓力容器等緊密聯(lián)接，螺栓的間距不得大于教材表6-2推薦的數(shù)值第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計二、螺栓組的布置1.螺栓組的布置方式及接合面形狀螺栓組的布置應(yīng)盡可能對稱，以使結(jié)合面受力均勻；聯(lián)接接合面應(yīng)盡量設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀（如教材圖6-11），使螺栓組的幾何中心與接合面的形心重合，以便于加工和裝配，計算也較簡單。

圖6-11聯(lián)接接合面常用的形狀第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.承受彎矩和轉(zhuǎn)矩時的布置方式承受彎矩和轉(zhuǎn)矩時應(yīng)盡可能地把螺栓布置在靠近結(jié)合面邊緣，以減少螺栓的受力。對于承受較大橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接，應(yīng)采用銷、套筒、鍵等抗剪零件來承受橫向載荷（如圖6-12），以減小螺栓的預(yù)緊力及結(jié)構(gòu)尺寸。圖6-12螺栓承受橫向載荷時的減載裝置a）用減載銷b）用減載套筒c）用減載鍵第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.螺栓數(shù)目的確定

圓周分布的螺栓，通常取偶數(shù)，以便于加工。同組螺栓的材料、直徑和長度均應(yīng)相同。第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計三、螺栓組的受力分析1.受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接如圖6-13所示，橫向載荷通過螺栓組中心并與螺栓軸線垂直，載荷可通過兩種不同的方式傳遞。

圖6-13受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接a）用普通螺栓聯(lián)接b）用鉸制孔用螺栓聯(lián)接第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）用普通螺栓聯(lián)接如上圖6-13a所示，螺栓只受預(yù)緊力作用，橫向載荷靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面產(chǎn)生的摩擦力來傳遞。假設(shè)各螺栓聯(lián)接接合面的摩擦力相等并集中在螺栓中心處，由聯(lián)接件的平衡條件得每個螺栓所需的預(yù)緊力為或≥（6-3）式中，f為接合面間的摩擦系數(shù)，見表6-3；kn為可靠性系數(shù)，一般取1.1～1.3；m為接合面數(shù)目；z為螺栓數(shù)目。若z=1，m=1，f=0.15，kn

=1.2，則。由此可見，這種聯(lián)接的主要缺點是所需的預(yù)緊力很大，為橫向載荷的很多倍。若采用高強度螺栓摩擦聯(lián)接可在很大程度上克服這一缺點。第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）鉸制孔用螺栓聯(lián)接如圖6-13b所示，靠螺栓受剪和螺栓與被聯(lián)接件相互擠壓時的變形來傳遞載荷。此時螺栓所需預(yù)緊力不大，可不考慮。假設(shè)螺栓所受的橫向載荷為，則每個螺栓所受的工作剪力（6-4）實際上由于被聯(lián)接件是彈性體，兩端螺栓所受剪力比中間螺栓大，所以沿載荷方向布置的螺栓數(shù)目不易超過6個，以免受力嚴重不均。第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計2、受旋轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接如圖6-14所示，在旋轉(zhuǎn)力矩作用下，底板有繞螺栓組的幾何中心軸線旋轉(zhuǎn)的趨勢。仍可有兩種不同的載荷傳遞方式。圖6-14受旋轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接a）用普通螺栓聯(lián)接b）用鉸制孔用螺栓聯(lián)接第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）普通螺栓聯(lián)接如圖6-14a所示，靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力矩抵抗轉(zhuǎn)矩，假設(shè)各螺栓的預(yù)緊力均為，且摩擦力集中在各螺栓的中心處，與螺栓中心至底板旋轉(zhuǎn)中心O的連線垂直。根據(jù)底板的轉(zhuǎn)矩平衡條件，則于是可得各螺栓的預(yù)緊力為（6-5）式中，r1、r2、…rz、分別為各螺栓軸線至螺栓組幾何中心的距離；kn、f同前。

第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）鉸制孔用螺栓聯(lián)接如圖6-14b所示，各螺栓靠剪切和擠壓抵抗轉(zhuǎn)矩。設(shè)各螺栓受剪力為Fh1、Fh2、…、Fhn，則根據(jù)底板的力矩平衡條件得

根據(jù)螺栓的變形協(xié)調(diào)條件，各螺栓的剪切變形量與螺栓中心到底板旋轉(zhuǎn)中心的距離成正比。由于各螺栓的剪切剛度相同，則各螺栓受到的剪力也與此距離成正比，所以距底板旋轉(zhuǎn)中心最遠的螺栓所受剪力最大，即（6-6）’將式（6-6）’代入（6-6），求得受力最大的螺栓的工作剪力為

(6-7)第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接如圖6-15所示為汽缸蓋或壓力容器缸蓋的螺栓組聯(lián)接，載荷作用于螺栓組的對稱中心，設(shè)螺栓的數(shù)目為z，各螺栓所受到的工作載荷相同，即

（6-8）

圖6-15受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接如圖6-16所示螺栓組聯(lián)接，采用受拉螺栓。翻轉(zhuǎn)力矩作用在通過軸的縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)。假設(shè)底板為剛體而基礎(chǔ)為彈性體，此時在作用下，底板有繞接合面對稱軸翻轉(zhuǎn)的趨勢。軸線左側(cè)的螺栓將進一步被拉伸，軸向拉力增大；軸線右側(cè)的基礎(chǔ)被進一步壓縮，螺栓被放松，螺栓預(yù)緊力減小。

圖6-16受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接第三節(jié)螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于受傾覆力矩作用的螺栓組聯(lián)接，除螺栓應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)保證圖6-16所示左側(cè)接合面不出現(xiàn)間隙，右側(cè)接合面不被壓潰。接合面左側(cè)邊緣處擠壓應(yīng)力最小，不出現(xiàn)間隙條件為（6-12）接合面右側(cè)邊緣處擠壓應(yīng)力最大，不壓潰條件為≤

（6-13）式中，為有效接合面面積，單位為mm2；為接合面的抗彎截面系數(shù)，單位為mm3；為接合面材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa，其值查表6-4。

常見的螺栓失效形式有：①靜載荷作用下螺紋部分出現(xiàn)塑性變形和斷裂；②在變載荷作用下，螺栓在有應(yīng)力集中部位(如螺紋部分、釘頭與螺桿過渡處)易發(fā)生疲勞斷裂，③經(jīng)常裝拆而發(fā)生的滑扣等。第四節(jié)螺紋聯(lián)接的強度計算易發(fā)生斷裂部位的破壞概率百分數(shù)

松螺栓聯(lián)接在裝配時不擰緊螺母，螺栓不受預(yù)緊力的作用，工作時螺紋只受軸向工作載荷F作用一、普通螺栓聯(lián)接的強度計算1.松螺栓聯(lián)接

其中:d1—螺栓危險截面的直徑，mm；

[σ]—螺栓材料的許用應(yīng)力，MPa；

F—螺栓所受工作拉力，N。

第四節(jié)螺紋聯(lián)接的強度計算強度條件和設(shè)計公式

=/S,——螺栓材料的屈服點MPa，S——安全系數(shù)，一般取S=1.2～1.7；2.緊螺栓聯(lián)接（1）只受預(yù)緊力作用的螺栓聯(lián)接第四節(jié)螺紋聯(lián)接的強度計算其強度校核與設(shè)計計算公式為

擰緊螺母時，螺栓受到預(yù)緊力產(chǎn)生的拉應(yīng)力和螺紋副摩擦力矩產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的同時作用，根據(jù)材料力學(xué)的第四強度理論，可知相當應(yīng)力。式中——螺栓所受預(yù)緊力，N；

——緊螺栓聯(lián)接的許用拉應(yīng)力，MPa；——相當應(yīng)力，MPa；d1——螺栓小徑，mm。（2）受預(yù)緊力和靜工作拉力的螺栓聯(lián)接

第四節(jié)螺紋聯(lián)接的強度計算

螺栓所受外載荷作用線與螺栓軸線平行，螺栓同時受預(yù)緊力和工作載荷作用。

由于螺栓和被聯(lián)接件為相互約束的彈性體，工作時螺栓所受總載荷不等于，應(yīng)根據(jù)靜力平衡和變形協(xié)調(diào)條件求出。（2）受預(yù)緊力和靜工作拉力的螺栓聯(lián)接第四節(jié)螺紋聯(lián)接的強度計算螺栓聯(lián)接件未擰緊的情況

螺栓擰緊后工作前，螺栓受預(yù)緊力F0

而被拉伸，其拉伸變形量為δ1

；被聯(lián)接件受預(yù)緊力而被壓縮，其壓縮變形量為δ2。工作時的情況，螺栓又受到由被聯(lián)接件傳來的軸向工作載荷F作用，伸長增量為Δδ1

，螺栓所受總拉力增大為FΣ；而被聯(lián)接件隨之被放松，變形減量為Δδ2，所受的壓力減小為殘余預(yù)緊力F0‘，根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件Δδ1=Δδ2

。第四節(jié)螺紋聯(lián)接的強度計算

考慮擰緊螺母時螺紋副中的扭矩影響，同樣將總拉力增加30%來考慮扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的影響。則螺栓危險截面的強度條件和設(shè)計公式為（2）受預(yù)緊力和靜工作拉力的螺栓聯(lián)接螺栓所受軸向總拉力FΣ應(yīng)為其所受的工作載荷與殘余預(yù)緊力之和，即殘余預(yù)緊力通常按推薦值選用≤或≥

二、鉸制孔螺栓聯(lián)接（或稱配合螺栓聯(lián)接）第四節(jié)螺紋聯(lián)接的強度計算

螺栓桿與孔壁間擠壓、剪切強度條件

鉸制孔螺栓桿與孔壁間采用過渡配合、沒有間隙，螺母不必擰得很緊。橫向外載荷F靠螺栓桿與孔壁間的擠壓力和螺栓桿所受剪切力來平衡?！?/p>

≤

式中——鉸制孔用螺栓光桿部分的直徑，mm;；——螺桿與孔壁之間最小擠壓高度，mm；建議≥1.25d；——螺栓的許用擠壓應(yīng)力MPa；m——螺栓受剪工作面數(shù)；——螺栓的許用切應(yīng)力MPa；三、螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力1.螺紋聯(lián)接件的材料

第四節(jié)螺紋聯(lián)接的強度計算

一般條件下工作的螺紋聯(lián)接件的常用材料為低碳鋼和中碳鋼，如Q215、Q235、15、35和45鋼等；受沖擊、振動和變載荷作用的螺紋聯(lián)接件可采用合金鋼，如15Cr、40Cr、30CrMnSi和15CrVB等；有防腐、防磁、導(dǎo)電、耐高溫等特殊要求時采用1Cr13、2Cr13、CrNi2、1Cr18Ni9Ti和黃銅H62、H62防磁、HPb62、HPb62防磁及鋁合金2B11(原LY8)、2A10(原LY10)

鋼號Q215(A2)Q235(A3)354540Cr抗拉強度335～410375～460530600980屈服點≤6～100（mm)185～215205～2353153557852.螺紋聯(lián)接的許用應(yīng)力和安全因數(shù)

第四節(jié)螺紋聯(lián)接的強度計算聯(lián)接情況受載情況許用應(yīng)力和安全系數(shù)S松聯(lián)接軸向靜載荷S=1.2～1.7（未淬火鋼取小值）緊聯(lián)接軸向靜載荷橫向靜載荷控制預(yù)緊力時S=1.2～1.5不控制預(yù)緊力時，S查表6—5鉸制孔用螺栓聯(lián)接橫向靜載荷/2.5被聯(lián)接件為鋼時被聯(lián)接件為鑄鐵時，橫向變載荷/(3.5~5)按靜載荷的值降低70～80%計算如圖所示，氣缸蓋與氣缸體的凸緣厚度均為b=30mm，采用普通螺栓聯(lián)接。已知氣體的壓強P=1.5MPa，氣缸內(nèi)徑D=250mm，采用測力矩扳手裝配，試選擇螺栓的材料和強度級別，確定螺栓的數(shù)量和直徑。例題6—1解：(1)選擇螺栓材料和強度級別該聯(lián)接屬受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接，較重要，由表選45鋼，6.8級，其

(2)計算螺栓所受的總拉力每個螺栓所受工作載荷為由壓力容器或重要聯(lián)接，取可知，每個螺栓所受總拉力為例題6—1解：(1)選擇螺栓材料和強度級別(2)計算螺栓所受的總拉力(3)計算所需螺栓直徑和數(shù)量由表6-5查得，則初選，求得，查國家標準選取的螺栓。(4)校核螺栓分布間距為了保證聯(lián)接的緊密型，螺栓數(shù)z取為12，，能滿足間距要求，且強度更好，所以選用12個螺栓。如圖所示鋼制凸緣聯(lián)軸器，用均布在直徑為圓周上的z個螺栓將兩半凸緣聯(lián)軸器緊固在一起，凸緣厚均為。聯(lián)軸器需要傳遞的轉(zhuǎn)矩，接合面間摩擦因數(shù)，可靠性因數(shù)。試求：(1)若采用6個普通螺栓聯(lián)接，計算所需螺栓直徑；(2)若采用與上相同公稱直徑的3個鉸制孔用螺栓聯(lián)接，強度是否足夠?

例題6—2

解：(1)求普通螺栓直徑

①求螺栓所受預(yù)緊力該聯(lián)接屬受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接，每個螺栓所受橫向載荷

例題6—2

解：(1)求普通螺栓直徑

①求螺栓所受預(yù)緊力

②選擇螺栓材料，確定許用應(yīng)力③計算螺栓直徑選Q235，4.6級，其

查普通螺紋基本尺寸，取，，螺距

(2)校核鉸制孔用螺栓強度①求每個螺栓所受橫向載荷例題6—2

解：(1)求普通螺栓直徑

(2)校核鉸制孔用螺栓強度①求每個螺栓所受橫向載荷②選擇螺栓材料，確定許用應(yīng)力選Q235，4.6級，其，

③校核螺栓強度對M20的鉸制孔用螺栓，由標準中查得=21mm；螺栓長度=，取公稱長度

其中非螺紋段長度可查得為53mm，

因此，采用的鉸制孔用螺栓強度足夠。螺栓聯(lián)接的強度主要取決于螺栓的強度。影響螺栓強度的因素很多，主要有螺紋牙的載荷分配、應(yīng)力變化幅度、應(yīng)力集中、附加應(yīng)力、材料，機械性能和制造工藝等方面。下面來分析這些因素對螺栓強度的影響及提高強度的相應(yīng)措施。

一、改善螺紋牙間的載荷分布

即使是制造和裝配精確的螺栓和螺母，傳力時其旋合各圈螺紋牙的受力也不均勻的。各牙受力情況如圖所示，采用加高螺母以增加旋合圈數(shù)，對提高螺栓強度并沒有多大作用。第五節(jié)提高螺栓聯(lián)接強度的措施第五節(jié)提高螺栓聯(lián)接強度的措施一、改善螺紋牙間的載荷分布為了使螺紋牙受力比較均勻，可用下述方法改進螺母結(jié)構(gòu)：1）懸置螺母（如圖6-26a；2）內(nèi)斜螺母（如圖6-26b；3）環(huán)槽螺母（如圖6-26c）。且這些結(jié)構(gòu)特殊的螺母制造費工，一般只在重要的或大型的聯(lián)接中使用。a）懸置螺母b）內(nèi)斜螺母c）環(huán)槽螺母第五節(jié)提高螺栓聯(lián)接強度的措施二、減小螺栓的應(yīng)力變化幅度

對受變載荷作用的螺栓，當其最大應(yīng)力不變時，應(yīng)力幅愈小就愈不容易發(fā)生疲勞破壞。減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度，均能在保持工作載荷不變的前提下使應(yīng)力幅降低，從而提高疲勞強度。主要采用如下方法：柔性螺栓

汽缸密封

采取以上措施后，剩余預(yù)緊力將相應(yīng)減小，所以還應(yīng)適當增大預(yù)緊力，保證聯(lián)接的緊密性。

第五節(jié)提高螺栓聯(lián)接強度的措施三、減小應(yīng)力集中

螺紋的牙根和收尾、螺栓頭部與栓桿交接處，都有應(yīng)力集中，是產(chǎn)生斷裂的危險部位；特別是在旋合螺紋的牙根處，由于栓桿拉伸，牙受彎剪，而且受力不均，情況更為嚴重。減少應(yīng)力集中的方法如下圖所示。

減小螺栓頭部應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)a)增大過渡圓角b)卸荷槽c)卸載過渡結(jié)構(gòu)第五節(jié)提高螺栓聯(lián)接強度的措施四、避免附加彎曲應(yīng)力螺栓的附加應(yīng)力主要是附加彎曲應(yīng)力。為了減小附加彎曲應(yīng)力，要從工藝及結(jié)構(gòu)上采取措施。如在工藝上保證被聯(lián)接件、螺母和螺栓頭部的支承面平整，并與螺栓軸線垂直；避免產(chǎn)生附加載荷。

圖6-30凸臺和沉頭座a）凸臺b）沉頭座

圖6-31避免附加彎曲應(yīng)力的措施a）配置斜面墊圈b）配置球面墊圈c）配置帶有腰環(huán)的螺栓第五節(jié)提高螺栓聯(lián)接強度的措施五、采用合理的制造工藝方法

制造工藝對螺栓疲勞強度有重要影響。采用冷墩工藝和滾壓工藝輾制螺紋，由于冷作硬化的作用，表層有殘余壓應(yīng)力，金屬流線合理，螺栓疲勞強度比車制螺紋高30％～40％。若滾壓螺紋在熱處理后進行效果會更好。此外，對螺栓進行碳氮共滲、滲氮氰化及噴丸處理等都能有效提高其疲勞強度。受剪螺栓聯(lián)接其失效形式多為被聯(lián)接件孔壁的壓潰，提高其強度的主要措施是增強孔壁強度。近年發(fā)展的各種形式桿孔過盈配合和冷擠壓脹孔技術(shù)，能有效提高聯(lián)接的疲勞強度。第六節(jié)螺旋傳動螺旋傳動由螺桿和螺母組成，主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變換成直線運動，同時傳遞運動和動力，也可用于調(diào)整零件的相互位置。按相對運動關(guān)系，螺旋傳動常用的運動方式主要有以下四種：

圖6-32螺旋傳動的運動方式a）螺母不動，螺桿轉(zhuǎn)并移b）螺桿轉(zhuǎn)動，螺母直線動c）螺母轉(zhuǎn)并直線動d）螺母轉(zhuǎn)動，螺桿直線動螺旋傳動按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為滑動螺旋傳動、滾動螺旋傳動和靜壓螺旋傳動，其各自的特點和應(yīng)用見表6-11。

第六節(jié)螺旋傳動一、滑動螺旋傳動簡介1.螺桿和螺母的材料（1）螺桿材料應(yīng)具有高的強度和良好的加工性。不經(jīng)熱處理的螺桿，一般可選用45鋼、50鋼、Y40Mn鋼，用于受力不大、轉(zhuǎn)速較低的傳動。對于重載、轉(zhuǎn)速較高的重要傳動，要求耐磨性高，需進行熱處理，可選用T12、65Mn、40Cr、40WMn或20CrMnTi等鋼。對于精密的傳導(dǎo)螺旋，螺桿熱處理后還要求有較好的尺寸穩(wěn)定性，可選用9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl鋼。（2）螺母材料除要求有足夠的強度外，與螺桿配合后還應(yīng)具有較低的摩擦系數(shù)和較高的耐磨性。對一般傳動，可選用鑄造青銅ZcuAl10Fe3、ZcuAl10Fe3Mn2或鑄造黃銅ZCZ25Al6Fe3Mn3。重載調(diào)整螺旋的螺母可選用35鋼或球墨鑄鐵。低速輕載時也可選用耐磨鑄鐵。

第六節(jié)螺旋傳動2.滑動螺旋傳動的設(shè)計計算

滑動螺旋工作時要承受力矩和軸向力的聯(lián)合作用。由于旋合螺紋牙工作面上有較大的相對滑動，故螺紋磨損是滑動螺旋的主要失效形式。因此，螺桿直徑和螺母高度通常是根據(jù)耐磨性計算確定的。傳力螺旋應(yīng)校核螺桿的強度和螺母螺紋牙的強度。對長徑比很大的受壓螺桿應(yīng)校核其穩(wěn)定性。要求自瑣的螺桿應(yīng)校核其自鎖性。設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)具體工作要求進行有針對性的計算，不必逐項驗算。

第六節(jié)螺旋傳動強度計算內(nèi)容（1）耐磨性計算（2）自鎖性驗算（3）強度驗算1）螺桿的強度驗算2）螺紋牙的強度驗算3）螺桿的穩(wěn)定性驗算

圖6-33螺紋副的受力第六節(jié)螺旋傳動二、滾動螺旋傳動簡介

滾動螺旋傳動就是在具有螺旋槽的螺桿和螺母之間，連續(xù)填裝滾珠作為滾動體的螺旋傳動。圖6-35滾動螺旋傳動工作原理1—螺母2—滾珠3—導(dǎo)管（回程通道）4—螺桿第六節(jié)螺旋傳動滾珠螺旋傳動優(yōu)點：具有傳動效率高、起動力矩小、傳動靈敏、工作平穩(wěn)、壽命長等特點，故多用于汽車和拖拉機的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，數(shù)控精密機床及飛機起落架的控制機構(gòu)中。缺點：制造工藝比較復(fù)雜，特別是長螺桿更難保證熱處理及磨消質(zhì)量，剛性及抗振性較差。圖6-36滾珠的循環(huán)方式動a)內(nèi)循環(huán)b)外循環(huán)1—螺母2—螺桿3—滾珠第六節(jié)螺旋傳動三、靜壓螺旋機構(gòu)簡介靜壓螺旋機構(gòu)工作時(如圖6-37)，壓力油經(jīng)節(jié)流器進入螺母螺紋牙兩側(cè)的油腔，隨后經(jīng)回油路流出，從而在螺母與螺桿的螺紋牙表面之間產(chǎn)生壓力油膜，螺旋傳動便在液體摩擦狀態(tài)下工作，大大降低了其摩擦因數(shù)。圖6-37靜壓螺旋機構(gòu)的工作原理

a)受軸向力時b)受徑向力時第七節(jié)鍵聯(lián)接作用：用來聯(lián)接軸與帶轂零件，以實現(xiàn)周向固定，從而傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。有些還可實現(xiàn)軸向固定；有些則能構(gòu)成軸向動聯(lián)接。

鍵的尺寸已標準化，材料為45鋼，抗拉強度為600MPa精拔鋼；鍵槽的尺寸為標準的結(jié)構(gòu),花鍵為標準的結(jié)構(gòu)。6.6.1鍵聯(lián)接的類型、結(jié)構(gòu)和特點平鍵聯(lián)接半圓鍵聯(lián)接普通平鍵聯(lián)接導(dǎo)向平鍵和滑鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接切向鍵聯(lián)接普通楔鍵鉤頭楔鍵類型花鍵聯(lián)接1.平鍵聯(lián)接

平鍵的上下兩面和兩個側(cè)面都互相平行。平鍵的下面與軸上鍵槽貼緊，上面與輪轂鍵槽頂面留有間隙；工作時靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩，故平鍵的兩個側(cè)面是工作面。

第七節(jié)鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接的類型、特點和應(yīng)用平鍵聯(lián)接普通平鍵導(dǎo)向平鍵和滑鍵平鍵聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、裝拆方便、對中性好。但它不能承受軸向力，對軸上零件不能起到軸向固定的作用。（1）普通平鍵(用于靜聯(lián)接）A型圓頭鍵B型方頭鍵C型單圓頭鍵第七節(jié)鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接的類型、特點和應(yīng)用

1.平鍵聯(lián)接第七節(jié)鍵聯(lián)接

圓頭普通平鍵鍵槽由端銑刀加工，鍵在槽中軸向固定較好，但鍵的頭部側(cè)面與輪轂上的鍵槽并不接觸，因而鍵的圓頭部分不能充分利用，而且軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中較大。一、鍵聯(lián)接的類型、特點和應(yīng)用1.平鍵聯(lián)接（1）普通平鍵(用于靜聯(lián)接）A型圓頭鍵點擊此處觀看動畫第七節(jié)鍵聯(lián)接方頭普通平鍵鍵槽用盤銑刀加工，鍵槽兩端的應(yīng)力集中較小，但鍵在槽中的軸向固定不好，常用緊定螺釘緊固，以防松動。一、鍵聯(lián)接的類型、特點和應(yīng)用1.平鍵聯(lián)接（1）普通平鍵(用于靜聯(lián)接）B型平頭鍵點擊此處觀看動畫第七節(jié)鍵聯(lián)接單圓頭平鍵用于軸端聯(lián)接。輪轂上的鍵槽一般用插刀或拉刀加工。一、鍵聯(lián)接的類型、特點和應(yīng)用1.平鍵聯(lián)接（1）普通平鍵(用于靜聯(lián)接）C型單圓頭鍵點擊此處觀看動畫第七節(jié)鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接的類型、特點和應(yīng)用

1.平鍵聯(lián)接

（2）導(dǎo)向平鍵和滑鍵聯(lián)接(用于動聯(lián)接）

導(dǎo)向平鍵（用于滑移量不大的場合）利用螺釘固定在軸上，輪轂可以沿著鍵移動，為了使鍵拆卸方便在鍵的中部制有起鍵螺孔。點擊此處觀看動畫第七節(jié)鍵聯(lián)接一、

鍵聯(lián)接的類型、特點和應(yīng)用

1.平鍵聯(lián)接

（2）導(dǎo)向平鍵和滑鍵聯(lián)接(用于動聯(lián)接）滑鍵（用于滑移量較大的場合）滑鍵固定在輪轂上，隨輪轂一同沿著軸上鍵槽移動。當軸向移動距離較大時，宜采用滑鍵，如用導(dǎo)向鍵，鍵將很長，增加制造的困難。點擊此處觀看動畫2.半圓鍵聯(lián)接（工作面為兩側(cè)面）

半圓鍵的上表面為一平面，下表面為半圓形弧面，兩側(cè)面互相平行。軸上鍵槽用與半圓鍵半徑相同的盤狀銑刀銑出。因而鍵在鍵槽中可繞其幾何中心擺動，以適應(yīng)輪轂鍵槽底面的傾斜。

第七節(jié)鍵聯(lián)接點擊此處觀看動畫

半圓鍵結(jié)構(gòu)緊湊，裝拆方便，但軸上鍵槽較深，降低了軸的強度。半圓鍵聯(lián)接適用于輕載、輪轂寬度較窄和軸端處的聯(lián)接，尤其適用于圓錐形軸端的聯(lián)接。3.楔鍵聯(lián)接第七節(jié)鍵聯(lián)接

楔鍵的上、下面是工作面，鍵的上表面和輪轂鍵槽的底面均有1：100的斜度，兩側(cè)面互相平行。裝配時需將鍵打入軸和輪轂的鍵槽內(nèi)，工作時依靠鍵與軸及輪轂的槽底之間、軸與轂孔之間的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，并能軸向固定零件和傳遞單向軸向力。點擊此處觀看動畫4.切向鍵聯(lián)接

第七節(jié)鍵聯(lián)接

切向鍵由兩個斜度為1：100的普通楔鍵組成，其上下兩面為工作面，其中一個工作面在通過軸心線的平面內(nèi)，使工作面上的壓力沿軸的切向作用，因而能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩。裝配時兩個楔鍵從輪轂兩側(cè)打入。一個切向鍵只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩，若要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩則須用兩個切向鍵，并使兩鍵互成120～1350。

切向鍵主要用于軸徑大于100mm、對中性要求不高而載荷很大的重型機械中。點擊此處觀看動畫二、平鍵聯(lián)接的選擇和強度計算1.類型的選擇2.鍵的尺寸選擇斷面尺寸：b×h——根據(jù)軸的直徑從標準中選定鍵的長度:L——根據(jù)輪轂的長度從標準中選定（靜聯(lián)接一般應(yīng)略小于輪轂的長度5~10mm;動聯(lián)接根據(jù)移動量確定)第七節(jié)鍵聯(lián)接3.強度校核

普通平鍵聯(lián)接的主要失效形式是聯(lián)接中材料強度較弱的工作表面被擠壓破壞，其次是鍵的剪切破壞。在通常情況下，強度校核按擠壓強度條件進行。二、平鍵聯(lián)接的選擇和強度計算第七節(jié)鍵聯(lián)接3.強度校核

設(shè)軸傳遞的轉(zhuǎn)矩為T（N?mm）軸徑為d（mm），則鍵聯(lián)接的擠壓面上所承受的力為

設(shè)載荷沿鍵的工作長度均勻分布，則擠壓強度條件為式中σp——工作表面的擠壓應(yīng)力，MPa；——鍵與輪轂的接觸高度，mm；l——鍵的工作長度，mm,A型鍵l=L－b，B型鍵l=L，C型鍵l=L－b/2；[σp]——聯(lián)接中較弱材料的許用應(yīng)力，MPa.二、平鍵聯(lián)接的尺寸選擇及強度校核第七節(jié)鍵聯(lián)接3.強度校核

經(jīng)校核普通平鍵聯(lián)接的強度不夠時，可以采取下列措施：（1）適當增加鍵和輪轂的長度，但通常鍵長不得超過（1.6～1.8）d，否則擠壓應(yīng)力沿鍵長分布的不均勻性將增大。（2）采用雙鍵，在軸上相隔1800配置。考慮載荷分布的不均勻性，雙鍵聯(lián)接按1.5個鍵進行強度校核。導(dǎo)向平鍵聯(lián)接的主要失效形式為組成鍵聯(lián)接的軸或輪轂工作面部分的磨損，須按工作面上的壓強進行強度計算，強度條件為

≤

式中——較弱材料的許用壓強，MPa

選擇如圖所示的減速器輸出軸與齒輪的普通平鍵聯(lián)接。已知傳遞的轉(zhuǎn)矩T=600N.m,齒輪材料為鑄鋼，載荷有輕微沖擊。解：1）選擇鍵聯(lián)接的類型

例題2）選擇鍵的主要尺寸

為保證齒輪傳動嚙合良好，要求對中性好，故選用A型普通平鍵聯(lián)接。

根據(jù)軸的直徑d=75mm及輪轂長度80mm，按表選擇A型普通平鍵，其b=20mm，h=12mm，L=70mm，標記為GB/T1096鍵20×12×703）校核鍵聯(lián)接強度

按聯(lián)接結(jié)構(gòu)的材料（鋼）和工作的載荷有輕微沖擊，查表得=100MPa。鍵的工作長度l=L—b=70—20=50mm。＜[σp]=100MPa

故此鍵聯(lián)接的強度足夠

選擇如圖所示的減速器輸出軸與齒輪的普通平鍵聯(lián)接。已知傳遞的轉(zhuǎn)矩T=600N.m,齒輪材料為鑄鋼，載荷有輕微沖擊。解：1）選擇鍵聯(lián)接的類型

2）選擇鍵的主要尺寸

3）校核鍵聯(lián)接強度例題4）標注鍵槽的尺寸和公差一、花鍵聯(lián)接的類型和特點第八節(jié)花鍵聯(lián)接

花鍵也是一種主要的軸轂聯(lián)接件，軸和輪轂孔沿圓周方向均布的多個鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接稱為花鍵聯(lián)接，工作時靠鍵齒的側(cè)面互相擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩?；ㄦI聯(lián)接比平鍵聯(lián)接的承載能力大，內(nèi)花鍵和外花鍵定心性和導(dǎo)向性較好。又因鍵齒淺、應(yīng)力集中小，所以對軸的削弱小，適用于載荷較大、定心精度要求較高的靜聯(lián)接和動聯(lián)接中，但花鍵聯(lián)接的加工需專用設(shè)備，因而成本較高。一、花鍵聯(lián)接的類型和特點第八節(jié)花鍵聯(lián)接花鍵已標準化。按齒形的不同，花鍵可分為矩形花鍵，漸開線花鍵。第八節(jié)花鍵聯(lián)接二、花鍵聯(lián)接的選用和強度計算花鍵聯(lián)結(jié)的強度計算與鍵連接類似，一般先根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點、使用要求、工作條件選定花鍵類型和尺寸，然后進行必要的強度校核計算?；ㄦI聯(lián)接的受力情況如圖6-49所示。圖6-49花鍵聯(lián)接的受力花鍵聯(lián)接的主要失效形式：在靜聯(lián)接時主要是工作面被壓潰；動聯(lián)接時主要是工作面過度磨損。

第八節(jié)花鍵聯(lián)接二、花鍵聯(lián)接的選用和強度計算強度計算時，假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，各齒面上壓力的合力F作用在平均直徑dm處，如圖6-49所示，并用載荷分配不均系數(shù)來估計實際壓力分配的不均勻性，則其擠壓強度條件為靜聯(lián)接

動聯(lián)接

外花鍵和內(nèi)花鍵通常用屈服極限不低于600MPa的鋼制造，且常經(jīng)熱處理(特別是在載荷作用下需頻繁移動的花鍵聯(lián)接)以獲得足夠的硬度和耐磨性。作用：用于固定零、部件之間的相互位置（定位銷），是裝配機器時的重要輔件；同時也可用于軸與輪轂的聯(lián)接并傳遞不大的載荷。分類：圓柱銷、圓錐銷、開口銷、異形銷等第九節(jié)銷聯(lián)接一、銷聯(lián)接的作用第九節(jié)銷聯(lián)接二、銷的類型第九節(jié)銷聯(lián)接二、銷的類型第十節(jié)其它常用聯(lián)接一、鉚接

如圖6-54所示，鉚接是一種使用時間較長的簡單的機械聯(lián)接。將鉚釘穿入被聯(lián)接件的鉚釘孔中，用錘擊或壓力機壓縮鉚合而成的一種不可拆聯(lián)接。鉚接具有工藝設(shè)備簡單、抗振、耐沖擊和牢固可靠等優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)笨重，被聯(lián)接件(或被鉚件)由于制有釘