機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件第11章聯(lián)接

第十一章連接第一節(jié)螺紋連接第二節(jié)鍵連接第三節(jié)銷和過盈連接連接的分類動連接：機(jī)器工作時，零部件之間可以有相對運(yùn)動。例如：機(jī)械原理中，各種運(yùn)動副之間的連接。靜連接：在機(jī)器工作中，不允許零部件之間存在相對運(yùn)動的連接。靜連接可拆連接：不須毀壞連接中的任何一個零件就可拆開的連接。例如：螺紋連接、鍵連接。不可拆連接：至少毀壞連接中的一部分才能拆開的連接。例如：鉚接、焊接等。第一節(jié)

螺紋連接一、螺紋及基本參數(shù)

二、螺紋連接的類型和螺紋連接件三、螺紋連接的預(yù)緊和防松四、單個螺栓的強(qiáng)度計(jì)算五、螺栓組連接受力分析六、提高螺栓強(qiáng)度的措施

按應(yīng)用可分：連接螺紋：普通三角形傳動螺紋：梯形；鋸齒形；矩形。

一、螺紋及基本參數(shù)1.常用的螺紋牙型、特點(diǎn)及應(yīng)用

將直角三角形ABC（

AB＝πd1

、

BC＝S）卷在直徑為d1圓柱體上，并使AB邊繞在圓柱體底面上，則斜邊AC在圓柱體上就形成螺旋線。螺旋線形成螺紋形成

任取一平面圖(△、□、)形使其一邊緊靠在圓柱體母線上，將該圖形沿螺旋線移動，并保持平面圖形始終通過圓柱體軸線，即可形成螺紋。2.基本參數(shù)1.常用的螺紋牙型、特點(diǎn)及應(yīng)用梯形螺紋結(jié)構(gòu)：牙形角＝特點(diǎn)：效率較高、牙根強(qiáng)度較大、工藝性好應(yīng)用：用于傳動

矩形螺紋結(jié)構(gòu)：牙形角＝性能：效率較高、牙根強(qiáng)度小、工藝性差應(yīng)用：用于傳動

鋸齒形螺紋結(jié)構(gòu)：工作面的牙型斜角為3°

非工作面的牙型斜角為30°性能：效率較高、牙根強(qiáng)度較大、工藝性好應(yīng)用：用于單向傳動

結(jié)構(gòu)：牙形角＝特點(diǎn)：連接緊密，內(nèi)外螺紋無間隙應(yīng)用：密封性要求較高的場合

管螺紋結(jié)構(gòu)：牙形角＝性能：自鎖性好,牙根強(qiáng)度高，工藝性好應(yīng)用：用于連接

三角形螺紋

大徑（D）

螺紋的公稱直徑。

小徑（D1）

用于強(qiáng)度計(jì)算。

中徑(D2)

用于幾何尺寸計(jì)算。

線數(shù)

也稱頭數(shù)，螺紋的螺旋線數(shù)目。

=l，2，3，4，

=l，自鎖性好，用于連接；

=2，3，4效率高，用于傳動。

螺距螺紋相鄰兩牙在中徑上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。

導(dǎo)程

螺紋上任一點(diǎn)沿同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動的軸向距離。

升角

在中徑圓柱面上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。

牙型角

螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。

牙型斜角

軸向剖面內(nèi)，螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。對三角形、梯形等對稱牙型，。2.基本參數(shù)二、螺紋連接的類型和螺紋連接件1.普通螺紋連接的類型雙頭螺柱連接螺釘連接緊定螺釘連接螺栓連接

常用的螺紋連接件有：螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母和墊片等。這些零件都是標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸都制定有國家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。2.常見螺紋連接件3.螺紋連接零件常用材料和機(jī)械性能3.螺紋連接零件常用材料和機(jī)械性能一般工況：為中低碳鋼，如Q215、Q235、10、

15、35和45鋼等。變載荷或有沖擊、振動的重要連接中：合金鋼，如

40Gr、15MnVB和30CrMnSi等。機(jī)械性能等級常用材料國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定螺紋連接件按材料的機(jī)械性能分級。螺栓、螺柱、螺釘?shù)臋C(jī)械性能等級分為十級，自3.6至１2.9；螺母的性能等級分為七級，從4到12。

／100圓螺母帶翅墊片墊圈六角螺母緊定螺釘螺釘雙頭螺柱常見螺紋連接件圖六角頭螺栓螺栓連接

在被連接件上開有通孔，被連接件孔中不加工螺紋。結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，使用時不受被連接件材料的限制，應(yīng)用極

廣

。

普通螺栓連接鉸制孔用螺栓連接

①普通螺栓連接

螺栓桿與被連接件孔壁之間有間隙。通孔加工精度低，成本低，應(yīng)用最廣。②鉸制孔用螺栓連接

螺栓桿與被連接件孔壁之間無間隙?？缀吐菟U多采用基孔制過渡配合(H7／m6、H7／n6)，能精確定位，能承受橫向載荷被連接件需鉆孔、鉸孔，成本高。2.雙頭螺柱連接3.螺釘連接螺釘連接

被連接件之一為光孔、另一個為螺紋孔。只用螺釘，不用螺母，直接把螺釘擰進(jìn)被連接件的螺釘孔中。

適用于載荷較輕，且不經(jīng)常裝拆的場合。

螺釘連接雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接

用兩頭均有螺紋的螺柱和螺母把被連接件連接起來,被連接件之一為光孔、另一個為螺紋孔。適用于被連接件之一厚度很大，而又不宜鉆通孔，但又經(jīng)常拆卸的地方。緊定螺釘連接

利用擰入被連接件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件的表面，以固定零件的相對位置，可傳遞不大的力或扭矩。三、螺紋連接的預(yù)緊和防松1．螺紋連接的預(yù)緊

②防松方法

1.摩擦防松（保證螺紋副間有足夠的軸向壓力和摩擦力矩）

對頂螺母，彈簧墊圈。結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。

2.機(jī)械防松（在連接中加入其它機(jī)械元件)

開口銷、止動墊圈，串聯(lián)鐵絲等。

適用于沖擊振動載荷，重要場合使用，成本高。3.永久防松粘、鉚、焊等。2．螺紋連接的防松

限制螺旋副的相對轉(zhuǎn)動；以防止連接的松動，影響正常工作。1.提高連接的緊密性2.防止連接松動3.提高連接件強(qiáng)度①防松的原理測力矩板手：測出預(yù)緊力矩定力矩板手：達(dá)到固定的擰緊力矩T時，彈簧受壓將自動打滑。①目的②方法1.摩擦防松對頂螺母防松自鎖螺母防松彈簧墊圈防松止動墊片防松2.機(jī)械防松串聯(lián)鋼絲防松

焊接鉚沖3.永久防松受剪螺栓四單個螺栓的強(qiáng)度計(jì)算受載形式

軸向受拉和橫向受剪

受力性質(zhì)

靜載荷和變載荷

失效形式（工程中螺栓連接90%為疲勞失效）

靜載荷：螺紋部分發(fā)生塑性變形或斷裂受拉螺栓

變載荷：疲勞斷裂。失效部位設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則螺栓桿和孔壁間可能發(fā)生壓潰或被剪斷。受拉螺栓：疲勞拉伸強(qiáng)度和靜強(qiáng)度合格。受剪螺栓：擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度合格。下一頁1.受拉螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件

(1)松連接螺栓強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)公式F為螺栓承受的工作拉力（N）；d1為螺紋小徑（mm）；[s]為松螺栓連接的許用拉應(yīng)力（MPa）,[s]=ss/S，S=1.2~1.7。下一頁上一頁T1(螺紋副摩擦力矩)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力

按第四強(qiáng)度理論,螺紋部分的計(jì)算應(yīng)力為

(2)緊連接螺栓強(qiáng)度計(jì)算(預(yù)緊力)產(chǎn)生拉應(yīng)力常用的M10~M64鋼制普通螺紋

下一頁上一頁下一頁上一頁1）僅承受預(yù)緊力的緊連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算

強(qiáng)度條件為設(shè)計(jì)公式為

套筒減載鍵減載銷釘減載止口減載

為增加可靠性，減小直徑，可采用減載裝置為螺栓材料的許用應(yīng)力（MPa）,見表11-7。下一頁上一頁2）承受預(yù)緊力F’和工作拉力F的緊連接螺栓強(qiáng)度計(jì)算

圖(c)為受軸向工作載荷F后的情況。

螺栓

被連接件螺栓

被連接件圖(a)螺母剛好擰到和被連接件相接觸，但螺母尚未擰緊。圖(b)為螺母已擰緊，但尚未承受工作載荷。，下一頁上一頁對于有密封性要求的連接

工作載荷穩(wěn)定時

工作載荷不穩(wěn)定時

對于地腳螺栓連接

對于一般連接下一頁上一頁——螺栓的相對剛度金屬墊片(或無墊片)0.2~0.3皮革墊片0.7銅皮石棉墊片0.8橡膠墊片0.9強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)公式①軸向載荷為靜載荷為緊螺栓連接的許用應(yīng)力，見表11-7。

下一頁上一頁②軸向載荷為變載荷，在0→F之間變化

螺栓的總拉力

應(yīng)力幅拉力變化幅度

設(shè)計(jì)公式疲勞強(qiáng)度的校核公式為

為螺栓的許用應(yīng)力幅（MPa），見表11-7。上一頁2.受剪螺栓連接（受橫向載荷的鉸制孔用螺栓連接）強(qiáng)度計(jì)算主要失效形式：螺栓桿被剪斷螺栓桿或孔壁被壓潰強(qiáng)度條件：擠壓剪切

見表11-10。下一頁（１）接合面設(shè)計(jì)成軸對稱的簡單幾何形狀，如圓形、環(huán)形、矩形、三角形等。便于加工制造（有利于分度、劃線、鉆孔），使各個螺栓受力合理，接合面受力均勻。五、螺栓組連接受力分析１．螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目的：合理確定連接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，力求各螺栓和連接接合面間受力均勻，便于加工和裝配。下一頁上一頁

（2）

鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置八個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均。當(dāng)螺栓連接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近連接接合面的邊緣，以減小螺栓的受力。如果同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷，應(yīng)采用銷、套筒、鍵等抗剪零件來承受橫向載荷，以減小螺栓的預(yù)緊力及其結(jié)構(gòu)尺寸。(a)合理(b)不合理TT（6）連接件、螺母和螺栓頭部的支承面平整，并與螺栓軸線相垂直。在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時，應(yīng)制成凸臺或沉頭座等。下一頁上一頁（3）合理間距，適當(dāng)邊距，以利用扳手裝拆。（4）同一螺栓組中螺栓的材料、直徑和長度均應(yīng)相同，以簡化結(jié)構(gòu)和便于加工裝配。（5）分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)取成4、6、8等偶數(shù)，以便在圓周上鉆孔時的分度和畫線。下一頁上一頁２．螺栓組連接的受力分析

（1）受橫向載荷的螺栓組連接

普通螺栓連接

Kn為可靠性系數(shù)，一般取鉸制孔用螺栓連接

每個螺栓所受的橫向工作剪力為f為接合面間的摩擦系數(shù)

m為摩擦工作面數(shù)

下一頁上一頁（2）受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接普通螺栓連接

鉸制孔用螺栓連接上一頁（3）受軸向載荷的螺栓組連接

下一頁影響聯(lián)接強(qiáng)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(yīng)力幅度、機(jī)械性能，而螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度又主要取決于螺栓的強(qiáng)度。

六、提高螺栓強(qiáng)度的措施（1）保持預(yù)緊力不變降低螺栓剛度途經(jīng)：腰狀桿螺栓空心螺栓。螺母下面安裝彈性元件。

１．降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅

下一頁上一頁（2）保持預(yù)緊力不變增大被連接件剛度（3）同時降低螺栓剛性，增大被連接件剛度

可以不用墊片或采用剛度較大的墊片。有緊密性要求的連接，采用剛度較大的金屬墊片或密封環(huán)。下一頁上一頁２．改善螺紋牙間載荷分布不均狀況

螺栓螺紋牙受拉伸長，螺母螺紋牙受壓縮短，螺距變化差以緊靠支承面處第一圈為最大，應(yīng)變最大，應(yīng)力最大，其余各圈依次遞減。圈數(shù)過多的螺母，并不能提高聯(lián)接的強(qiáng)度。懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母改善螺紋牙上的載荷分布不均的措施上一頁３．減小應(yīng)力集中和避免附加彎曲應(yīng)力

(a)加大圓角（１）減小應(yīng)力集中（2）避免附加彎曲應(yīng)力原因如何避免４．采用合理的制造工藝方法采用冷鐓螺栓頭部和滾壓螺紋的工藝方法。(b)卸載槽(c)卸載過渡結(jié)構(gòu)鉤頭螺栓連接支承面不平被連接件剛度小螺母孔不正(a)斜墊圈(b)球面墊圈第二節(jié)鍵連接一、鍵連接的類型和結(jié)構(gòu)

1.平鍵連接工作面為側(cè)面，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，對中性好，不能承受軸向力。①普通平鍵②導(dǎo)向鍵與滑鍵

2.半圓鍵連接

3.楔鍵

4.切向鍵二、平鍵的選擇和平鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算三、花鍵連接普通平鍵普通平鍵圓頭（A型）方頭（B型）

用于靜連接，按鍵端形狀分為三種

單圓頭（C型）導(dǎo)向鍵與滑鍵用于動連接導(dǎo)向鍵連接滑鍵連接2.半圓鍵連接工作面圓頭楔鍵連接

平頭楔鍵連接

鉤頭楔鍵連接

3.楔鍵工作面為上下兩面，靠摩擦傳動，適用于對中精度要求低的靜載。4.切向鍵

兩楔鍵擠壓后的上下面為工作面，沿軸的切線方向楔緊；只能傳遞單方向扭矩。適用于大載荷，對中要求不嚴(yán)的場合。二、平鍵的選擇和平鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算1.選擇①根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件選擇鍵的類型。②根據(jù)軸的直徑從標(biāo)準(zhǔn)中選出鍵的截面尺寸b×h③根據(jù)輪轂寬度確定鍵的長度L，導(dǎo)向平鍵按滑動距離確定L

。2.失效形式

①靜連接：工作面被壓潰②動連接：工作面過度磨損。3.校核計(jì)算①靜連接：擠壓強(qiáng)度

②動連接：工作面壓強(qiáng)