螺紋及鍵連接

1、 開始擰緊開始擰緊 擰緊后擰緊后受工作載荷時受工作載荷時 工作載荷過大時工作載荷過大時 1 2 F 1 2 Fa F F F F Fa F A:A:圖圖1 1，螺母未擰緊，螺母未擰緊螺栓螺母松馳狀態(tài) B:B:圖，擰緊圖，擰緊預(yù)緊狀態(tài)預(yù)緊狀態(tài) 凸緣壓2 F 栓桿拉1 F C:C:圖圖3 3，加載，加載F F后后工作狀態(tài)工作狀態(tài) 栓桿繼續(xù)拉1 1 = =1 1 + +1 1 從 F F F Fa a = F + F = F + F 凸緣 放松 2 2 = =2 2 - -2 2 從 F F F F 總載荷 殘余預(yù)緊力 螺栓預(yù)緊力螺栓預(yù)緊力F 擠壓變形擠壓變形 剪切變形剪切變形 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 n

2、螺紋聯(lián)接的主要類型和標準聯(lián)接件螺紋聯(lián)接的主要類型和標準聯(lián)接件 n 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 n單個螺栓聯(lián)接的強度計算單個螺栓聯(lián)接的強度計算(本科本科) n螺栓組聯(lián)接的設(shè)計與受力分析螺栓組聯(lián)接的設(shè)計與受力分析(本科本科) n提高螺栓聯(lián)接強度的措施提高螺栓聯(lián)接強度的措施(本科本科) n鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接 n花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接 n銷聯(lián)接銷聯(lián)接 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接 鍵聯(lián)接與銷聯(lián)接鍵聯(lián)接與銷聯(lián)接 螺螺 紋聯(lián)接紋聯(lián)接 螺紋聯(lián)接的特點螺紋聯(lián)接的特點 (1)(1)螺紋擰緊時能產(chǎn)生很大的軸向力；螺紋擰緊時能產(chǎn)生很大的軸向力； (2)(2)它能方便地實現(xiàn)自鎖；它能方便地實現(xiàn)自鎖； (3)(3)外形尺寸小；外

3、形尺寸?。?(4)(4)制造簡單，能保持較高的精度。制造簡單，能保持較高的精度。 一、螺紋聯(lián)接主要類型和標準聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接主要類型和標準聯(lián)接件 （一）機械設(shè)備中的常用螺紋（一）機械設(shè)備中的常用螺紋 1、三角形螺紋、三角形螺紋 （2）管螺紋）管螺紋 （1）普通螺紋）普通螺紋 牙型為等邊三角形，牙型角牙型為等邊三角形，牙型角= 60；分為粗牙和細牙兩分為粗牙和細牙兩 種，種，粗牙螺紋用于一般聯(lián)接，細牙螺紋在相同公稱直徑時粗牙螺紋用于一般聯(lián)接，細牙螺紋在相同公稱直徑時, , 螺距小螺距小, ,螺紋深度淺螺紋深度淺, ,導(dǎo)程和升角也小，自鎖性能好，適合用導(dǎo)程和升角也小，自鎖性能好，適合用 于薄壁零

4、件和微調(diào)裝置于薄壁零件和微調(diào)裝置 專用于管件聯(lián)接的特殊細牙三角形螺紋，專用于管件聯(lián)接的特殊細牙三角形螺紋，牙型角牙型角= 55= 55 特點：聯(lián)接密封性好；特點：聯(lián)接密封性好； 2、矩形螺紋、矩形螺紋 3、梯形螺紋、梯形螺紋 4、鋸齒螺紋、鋸齒螺紋 牙型多為正方形，牙型角牙型多為正方形，牙型角= 0； 傳動效率高，但精加工困難，磨損傳動效率高，但精加工困難，磨損 后軸向間隙不易補償。后軸向間隙不易補償。 牙型為梯形，牙型角牙型為梯形，牙型角=30；傳傳 動效率比矩形稍低，但制造工藝性好，動效率比矩形稍低，但制造工藝性好， 牙根強度高，定心性好牙根強度高，定心性好 牙側(cè)角牙側(cè)角 兩邊不等兩邊不等

5、 ，工作邊為，工作邊為3非非 工作邊為工作邊為30；綜合了矩形螺紋的高效；綜合了矩形螺紋的高效 率和梯形螺紋牙根強度高的優(yōu)點，率和梯形螺紋牙根強度高的優(yōu)點，適用適用 于單向受載的傳動螺旋于單向受載的傳動螺旋。 （二）螺紋聯(lián)接的主要類型（二）螺紋聯(lián)接的主要類型 1、 普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接被聯(lián)接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔 不帶螺紋，螺桿穿過通孔與螺母配合 使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在 工作中不許消失，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方 便，可多個裝拆，應(yīng)用較廣。 2、 精密螺栓聯(lián)接精密螺栓聯(lián)接裝配后無間隙，主 要承受橫向載荷，也可作定位用， 采用基孔制配合鉸制孔螺栓聯(lián)接 螺紋聯(lián)接由螺紋緊固件和聯(lián)接件上的內(nèi)外

6、螺紋組成螺紋聯(lián)接由螺紋緊固件和聯(lián)接件上的內(nèi)外螺紋組成 3 3、雙頭螺栓聯(lián)接、雙頭螺栓聯(lián)接螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配 時一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。 適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時。折 裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被 聯(lián)接件中擰出。 4 4、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 5 5、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 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。 （三）

7、標準螺紋聯(lián)接件（三）標準螺紋聯(lián)接件 2 2、雙頭螺柱、雙頭螺柱兩端帶螺紋 A A型型有退刀槽 B B型型無退刀槽 1 1、螺栓、螺栓 普通螺栓普通螺栓 六角頭，小六角頭，標準六 角頭，大六角頭, 內(nèi)六角 鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓螺紋部分直徑較小螺母 4 4、緊定螺釘、緊定螺釘 錐錐 端端適于零件表面硬度較低不常拆卸常合 平平 端端接觸面積大、不傷零件表面，用于頂緊硬度 較大的平面，適于經(jīng)常拆卸 圓柱端圓柱端壓入軸上凹坑中，適于緊定空心軸上零件的 位置，輕材料和金屬薄板 3 3、螺釘、螺釘 與螺栓區(qū)別要求螺紋部分直徑較粗;要求全螺紋 6 6、螺母、螺母 六角螺母：標準，扁，厚 5 5、自攻螺釘、自攻

8、螺釘由螺釘攻出螺紋 圓螺母圓螺母+ +止退墊圈止退墊圈帶有缺口， 應(yīng)用時帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸 槽中，外舌嵌入圓螺母的槽 內(nèi)，螺母即被鎖緊 7 7、墊圈、墊圈 二、二、 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 預(yù)緊目的預(yù)緊目的目的是為了增強聯(lián)接的剛性，增加緊密性增加緊密性 和提高防松能力。對于受軸向拉力的螺栓聯(lián) 接，還可以提高螺栓的疲勞強度；對于受橫 向載荷的普通螺栓聯(lián)接，有利于增大聯(lián)接中 接合面間的摩擦 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(yù)先受力，預(yù)緊力F F （一）螺紋連接的預(yù)緊（一）螺紋連接的預(yù)緊 預(yù)緊

9、力預(yù)緊力F F 預(yù)先軸向作用力（拉力） 預(yù)緊過緊預(yù)緊過緊 F F 過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強度 過松過松 擰緊力F F 過小，工作不可靠 扳手擰緊力矩扳手擰緊力矩T=FHL FH作用于手柄上的力，L力臂 FH F預(yù)緊力(N)；c支承面摩擦因素，無潤滑時 c=0.15； rf 支承面摩擦半徑(mm)，rf =(D0+d0)/4 擰緊螺母時，加在扳手上的力矩T，用來克服螺紋牙間 的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2 1 1、確定擰緊力矩、確定擰緊力矩 T1 = Ftan(+v) d2 /2 T2 = F crf T=T1+T2 T擰緊力矩； T1螺紋摩擦阻力矩； T2螺母端環(huán)形面與被聯(lián)

10、接 件間的摩擦力矩 由于直徑過小的螺栓，容易在擰緊時過載拉斷，所以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)接不宜小于對于重要的聯(lián)接不宜小于M10M14 代入數(shù)據(jù)，最后得：代入數(shù)據(jù)，最后得： T0.2Fd (3-8) 當公稱直徑當公稱直徑d d一定的螺栓，當所要求的預(yù)緊力一定的螺栓，當所要求的預(yù)緊力F F已知已知 時，則時，則 可按可按(3-8)(3-8)確定扳手的擰緊力矩確定扳手的擰緊力矩 2 2、預(yù)緊力、預(yù)緊力F F 的控制：的控制： 測力矩板手測力矩板手測出預(yù)緊力矩，如左圖 定力矩板手定力矩板手達到固定的擰緊力矩T時，彈簧受壓 將自動打滑，如右圖 測量預(yù)緊前后螺栓伸長量

11、測量預(yù)緊前后螺栓伸長量精度較高 1 1、防松目的、防松目的 A、在沖擊、振動和變載荷作用下，螺紋之間的摩擦力 可能瞬時消失而影響正常工作； B、在高溫或溫度變化較大時，若螺栓與被聯(lián)接件的溫 度變形差或材料的蠕變，也可能導(dǎo)至聯(lián)接的松脫。因 此，必須進行防松，否則會影響正常工作，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 動的難度。 3 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 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 （二）螺紋的防松（二）螺紋的防松 雙螺母雙螺母 彈簧墊圈彈簧墊圈 自鎖螺母自

12、鎖螺母螺母一端做成非 圓形收口或開峰后徑面收口，螺母 擰緊后收口漲開，利用收口的彈力 使旋合螺紋間壓緊 開槽螺母開槽螺母 與開口銷與開口銷 螺母與螺母與 止動墊圈止動墊圈 串聯(lián)鋼絲串聯(lián)鋼絲 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，彈簧墊片，軸用 帶翅墊片，止動墊片，串聯(lián)鋼絲等 3 3）永久防松：）永久防松：端鉚、沖點、點焊 4 4）化學防松）化學防松粘合 2 2、許用應(yīng)力、許用應(yīng)力 許用拉應(yīng)力：由教材表3-3查取并計算 作作 業(yè)業(yè) n3-2 n3-3 n3-4 n3-7 n3-12(必作題） 一、鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接 鍵聯(lián)接與銷聯(lián)接鍵聯(lián)接與銷聯(lián)接 鍵是一種標準件，通常用

13、于聯(lián)接軸與軸上旋轉(zhuǎn)零件與 擺動零件，起周向固定零件的作用以傳遞旋轉(zhuǎn)運動成扭矩， 而導(dǎo)鍵、滑鍵、花鍵還可用作軸上移動的導(dǎo)向裝置。 （一）鍵聯(lián)接的類型與構(gòu)造（一）鍵聯(lián)接的類型與構(gòu)造 主要類型：平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵 1）普通平鍵）普通平鍵 1、平鍵、平鍵 作用：作用：用于靜聯(lián)接，即軸與輪轂間無相對軸向移動 構(gòu)造：構(gòu)造：兩側(cè)面為工作面，靠鍵與槽的擠壓和鍵的剪切傳 遞扭矩；軸上的槽用盤銑刀或指狀銑刀加工；輪 轂槽用拉刀或插刀加工 （如圖） 普通平鍵：普通平鍵： 圓圓 頭頭 A型型（常用）鍵頂上面與轂不接觸有間隙 方方 頭頭 B型型常用螺釘固定 半圓頭半圓頭C型型（端銑刀加工）用于軸端與輪轂聯(lián)接 2

14、）薄型平鍵）薄型平鍵 鍵高約為普通平鍵的60%70%：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 3）導(dǎo)向平鍵與滑鍵）導(dǎo)向平鍵與滑鍵 導(dǎo)向鍵：導(dǎo)向鍵：鍵不動，輪轂軸向移動滑鍵：滑鍵：鍵隨輪轂移動 用于動聯(lián)接，即軸與輪轂之間有相對軸向移動的聯(lián)接 2、半圓鍵、半圓鍵 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 壓來傳遞扭矩。 特點：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：缺點：軸槽對軸的強度削弱較大。只適宜輕載聯(lián)接。 上、下面為工作表面，有1：100斜度（側(cè)面有間隙）， 工作時打緊，靠上下面摩擦傳遞扭矩

15、，并可傳遞小部分單 向軸向力 3、楔鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接 楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵。普通楔鍵有圓頭（A型） 、方頭（B型）或單圓頭（C型）三種。鉤頭楔鍵的鉤頭是為 了拆鍵用的。 輪轂斜度 1：100 拆卸空間 安裝時用 力打入 普通楔鍵 普通楔鍵 勾頭楔鍵 斜度1：100 特特 點點 ：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，變載下易松動。 鉤頭只用于軸端聯(lián)接，如在中間用鍵槽應(yīng)比鍵長2倍才能裝 入。且要罩安全罩 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：兩個斜度為1：100的楔鍵聯(lián)接，上、下兩面 為工作面（打入），布置在圓周的切向 工作原理：工作原理：靠工作面與軸及輪轂相擠壓來傳遞扭

16、矩 特點：特點：能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩。當雙向傳遞轉(zhuǎn)矩時，需用 兩對切向鍵并分布成120130。 4、切向鍵、切向鍵 （二）鍵的選擇（二）鍵的選擇 類型選擇類型選擇：鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)、使用 特性及工作條件來選擇。選擇時應(yīng)考慮以下各方面的情況： 需要傳遞轉(zhuǎn)矩的大?。宦?lián)接于軸上的零件是否需要沿軸滑 動及滑動距離的長短；對于聯(lián)接的對中性要求；鍵是否需 要具有軸向固定的作用；以及鍵在軸上的位置（在軸的中 部還是端部）等。 尺寸選擇尺寸選擇： 鍵的剖面尺寸bh按軸的直徑d由標 準中選定。鍵的長度L一般按輪轂寬度定，要求鍵長比輪 轂略短510 mm，且符合長度系列值。 鍵一般采用抗拉強度極限ss 60

17、0 MPa的碳鋼制造， 通常用45鋼。 （三）鍵聯(lián)接的強度校核（三）鍵聯(lián)接的強度校核 失效形式：壓潰失效形式：壓潰（靜聯(lián)接鍵、軸、轂中較弱者） 磨損磨損（動聯(lián)接） 鍵的剪斷鍵的剪斷（很少，嚴重過載，沿aa面剪斷） 當平鍵聯(lián)接用于傳遞扭矩時，鍵的側(cè)面受擠壓，截面當平鍵聯(lián)接用于傳遞扭矩時，鍵的側(cè)面受擠壓，截面 a-aa-a受剪切受剪切 1、平鍵聯(lián)接的強度校核、平鍵聯(lián)接的強度校核 設(shè)載荷為均勻分布，可得平鍵聯(lián)接的擠壓強度條件： 1） 擠壓強度條件擠壓強度條件 2 PP kld T 允許傳遞的扭矩：允許傳遞的扭矩： P kldT 2 1 T扭矩（Nmm）k工作高度 k=h/2 d軸徑（mm） l工作長

18、度 A型鍵：l=L-b B型鍵：l=L C型鍵：l=L-b/2 L公稱長度 許用擠壓應(yīng)力(MPa)，教材表3-7 （319） p P d P kld T lk T lk N 2/ 2 2）剪切強度條件）剪切強度條件 2000 dbl T （320） 對于導(dǎo)向平鍵、滑鍵組成的動聯(lián)接，計算依據(jù)是 磨損，應(yīng)限制壓強，即 3）平鍵聯(lián)接的耐磨性條件）平鍵聯(lián)接的耐磨性條件 p 許用壓強(MPa)，教材表3-7 許用壓強(MPa)，教材表3-7 （321） 2000/1000 2 dbl T bl T bl N d 2000 p dkl T p 2、半圓鍵聯(lián)接強度校核、半圓鍵聯(lián)接強度校核 2000/1000

19、 2 bld T bl T bl N d 強度不夠時，措施：強度不夠時，措施：1）雙鍵，180布置（按1.5個鍵計算） 三鍵，120布置 2）增大軸徑d 3）增長L，但輪轂長受力不利 4）改用花鍵 二、花鍵聯(lián)接二、花鍵聯(lián)接 軸和輪轂孔周向均布多個凸齒和凹槽所構(gòu)成的聯(lián)接稱 為花鍵聯(lián)接。齒的側(cè)面是工作面。適用于動、靜聯(lián)接 如圖 1、特點：、特點： 1）齒較多、工作面積大、承載能力較高 2）鍵均勻分布，各鍵齒受力較均勻 3）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 5）導(dǎo)向性較好 6）加工需專用設(shè)備、制造成本高 （一）類型、特點和應(yīng)用 2、花鍵類型、花鍵類型 按齒形分： （

20、1）矩形花鍵）矩形花鍵 矩形花鍵聯(lián)接按新標準為內(nèi) 徑定心，定心精度高，定心穩(wěn)定 性好，配合面均要研磨，磨削消 除熱處理后變形，應(yīng)用廣泛 （2）漸開線花鍵）漸開線花鍵 定心方式為齒形定心，當 齒受載時，齒上的徑向力能自 動定心，有利于各齒均載，應(yīng) 用廣泛，優(yōu)先采用 齒數(shù)較多，齒較小，對軸 強度削弱小。適于輕載、直徑 較小時及軸與薄壁零件的聯(lián)接 應(yīng)用較少 （二）花鍵聯(lián)接的設(shè)計計算（二）花鍵聯(lián)接的設(shè)計計算 設(shè)計：設(shè)計：選花鍵類型按軸徑定花鍵尺寸驗算聯(lián)接強度 三角形花鍵三角形花鍵 失效形式：失效形式：鍵齒的壓潰（靜聯(lián)接） 磨損（動聯(lián)接） 齒根剪斷 設(shè)：工作載荷沿鍵的工作長度l均勻分布。 且各齒面上壓力

21、的合力N作用在平均 半徑dm處，如圖 擠壓強度條件：擠壓強度條件： P m P dlhz T 2000 動聯(lián)接（耐磨性條件）：動聯(lián)接（耐磨性條件）： 2000 P dlhz T P m T傳遞扭矩（N.m） Z花鍵齒數(shù) l 鍵齒工作長度（mm）dm花鍵的平均直徑 載荷分布不均系數(shù) h鍵齒側(cè)面工作高度（mm） 三、其它聯(lián)接三、其它聯(lián)接 （一）（一）銷聯(lián)接銷聯(lián)接 定位銷定位銷主要用于零件間位置定位，左圖，常用作組合加 工和裝配時的主要輔助零件。 聯(lián)接銷聯(lián)接銷主要用于零件間的聯(lián)接或鎖定，中圖，可傳遞不 大的載荷 安全銷安全銷主要用于安全保護裝置中的過載剪斷元件 ，右圖 圓柱銷圓柱銷不能多于裝拆（否則定位精度下降） 圓錐銷圓錐銷1：50錐度，可自鎖，定位精度較高，允許多于 裝拆，且便于拆卸 特殊型式銷特殊型式銷 便于裝拆， 可用于盲孔 適用于有沖 擊的場合 適用于承受振動 和變載荷的聯(lián)接 銷尾可分開，能防止松脫， 多用于振動沖擊場合 彈性圓柱銷：用彈簧鋼帶卷制而成， 具有彈性，用于沖擊振動場合 開口銷：是一種防松零