第15章螺紋連接§15-1概述§15-2螺紋連接§15-5鍵連接、銷連接及型面連接§15-3螺紋連接的預(yù)緊和防松§15-4螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算§15-1概述在機(jī)械中，許多零件、部件之間以一定的方式組合成一個(gè)整體，這就需要使用各種連接。連接的分類：1、按連接工作原理的不同分類：形鎖合連接：它是依靠被連接件或附加零件的形狀互相嵌合，使其產(chǎn)生連接作用的。如鉸制孔用螺栓連接、平鍵連接、型面連接等。摩擦鎖合連接：它是依靠被連接件的壓緊，在接觸面間產(chǎn)生摩擦力面阻止被連接件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到連接的目的，如有橫向載荷的普通螺栓連接、過盈配合連接等。材料鎖合連接：在被連接件之間涂敷附加材料，靠其分子間的分子力將零件連接在一起。如膠接、釬焊等。2、按連接是不可拆分類：可拆連接：可經(jīng)多次拆裝，拆裝時(shí)無需損壞連接中的任何零件，且其工作能力不遭受破壞。如螺紋連接、鍵連接、型面連接等。不可拆連接：是在拆開連接時(shí)，至少損壞連接中的一個(gè)零件。如鉚釘連接、焊接、膠接等。一、螺紋的形成、類型⒈螺紋的形成A●A1●導(dǎo)程螺旋線一個(gè)與軸線共面的平面圖形（三角形、梯形等），繞圓柱面作螺旋運(yùn)動(dòng)，則得到一圓柱螺旋體

——螺紋。制在圓柱體外表面上的螺紋叫外螺紋。制在圓柱體內(nèi)表面上的螺紋叫內(nèi)螺紋?！?5-2螺紋連接3、螺紋的主要參數(shù)（1）大徑d

——是螺紋的公稱直徑，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。（2）小徑d1——常用于強(qiáng)度計(jì)算，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。（3）中徑d2——常用于幾何計(jì)算，一個(gè)假想圓柱體的直徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。（4）螺距P——相鄰兩螺紋牙在中徑線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離。線數(shù)n

：螺紋的螺旋線數(shù)目。導(dǎo)程S

：沿螺紋上同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動(dòng)的軸向距離，S=nP。螺紋升角ψ：中徑d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角,如上圖。牙型角a：在軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。牙側(cè)角β：在軸向截面內(nèi)，螺紋牙型一側(cè)邊與螺紋軸線的垂線之間的夾角。4、螺栓連接的基本類型普通螺栓連接特點(diǎn)：孔與桿間有間隙、被連接件上無需切制螺紋、裝拆方便。適用場(chǎng)合：經(jīng)常裝拆的一般場(chǎng)合。螺釘連接特點(diǎn)：孔與桿間有間隙、被連接件上需切制螺紋、裝拆方便。適用場(chǎng)合：被連接件之一較厚，且不常裝拆的場(chǎng)合。雙頭螺柱連接特點(diǎn)：孔與桿間有間隙、被連接件上需切制螺紋、裝拆方便。適用場(chǎng)合：用于被連接件之一較厚、經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合?！?5-3螺紋連接的預(yù)緊和防松基本概念預(yù)緊：螺紋連接在裝配時(shí)通常都要擰緊，這種擰緊稱之為預(yù)緊。緊螺栓連接：裝配時(shí)預(yù)緊的螺栓連接。松螺栓連接：不預(yù)緊的螺栓連接。預(yù)緊的目的：增加連接的剛度、緊密性，以防止螺紋連接的松脫。擰緊螺母時(shí)要克服螺紋副的阻力矩和螺母支承面間的摩擦力矩。對(duì)于緊螺栓連接，在裝配時(shí)都要預(yù)緊，預(yù)緊的目的在于增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)滑移。預(yù)緊后，螺栓受到的預(yù)緊力是通過擰緊力矩獲得的。因?yàn)轭A(yù)緊力的大小對(duì)螺紋連接的可靠性、強(qiáng)度和密封性均有很大的影響，因此對(duì)于重要的螺紋連接，應(yīng)控制其預(yù)緊力。

擰緊力矩?cái)Q緊力矩T：是用以克服螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2

，它與預(yù)緊力F0間的關(guān)系為：式中：rf為支承面摩擦半徑，rf≈(dw+d0)/4，其中dw為螺母支承面的外徑，d0為螺栓孔直徑(如圖所示)。對(duì)于M10~M68的粗牙螺紋預(yù)緊F0值的確定：是由螺紋連接的要求來決定的。為了充分發(fā)揮緊固件的工作能力，保證預(yù)緊的可靠，擰緊后螺紋緊固件的預(yù)緊應(yīng)力一般可達(dá)到材料屈服極限σS的50％~70%，但不得超過σS的80％。對(duì)于一般連接用鋼螺栓，預(yù)緊力可參考下式確定：螺紋大徑螺紋危險(xiǎn)截面面積螺紋連接的防松1、防松目的（原因）：連接用的三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)不會(huì)自動(dòng)松脫。但是①在沖擊、振動(dòng)和變載的作用下，預(yù)緊力可能在某一瞬間消失，連接仍有可能松脫。②在高溫或溫度變化較大時(shí)，由于溫度變形差異等原因，也可能導(dǎo)致連接的松脫。螺栓連接一旦松脫，輕者會(huì)影響機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，重者會(huì)造成重大事故。因此，為了保證連接可靠，必須采取有效的防松措施。防松原理（防松的實(shí)質(zhì)、根本問題）

防止螺紋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松方法螺紋連接防松的方法按工作原理可分為:⑴摩擦防松：彈簧墊圈對(duì)頂螺母尼龍圈鎖緊螺母開口銷和槽形螺母圓螺母用帶翅墊片止動(dòng)墊片⑵機(jī)械防松：⑶其它：破壞螺紋副關(guān)系（鉚沖、粘接、焊接），排除了螺母相對(duì)螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)的可能。串聯(lián)金屬絲自鎖螺母彈簧墊圈防松（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(duì)頂螺母，彈簧墊圈。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。

對(duì)頂螺母防松焊接鉚沖

（3）、永久防松螺紋聯(lián)接中螺栓聯(lián)接最具典型性。主要討論螺栓組聯(lián)接，單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算是螺紋聯(lián)接設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。螺栓受力橫向受拉（普通螺栓）橫向受剪切（鉸制孔用螺栓）螺栓桿螺紋部分發(fā)生斷裂螺栓桿剪斷或者孔壁發(fā)生壓潰主要失效方式實(shí)際工程應(yīng)用中，普通場(chǎng)合，螺栓直徑的選擇用類比法或經(jīng)驗(yàn)法重要場(chǎng)合，必須根據(jù)強(qiáng)度條件進(jìn)行選用計(jì)算。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：針對(duì)具體的失效形式，通過對(duì)螺栓的相應(yīng)部位進(jìn)行相應(yīng)強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)計(jì)算（或強(qiáng)度校核）。螺栓聯(lián)接的計(jì)算主要是確定螺紋小徑d1,然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋的公稱直徑（大經(jīng)）d等?！?5-4螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算如圖所示為普通螺栓連接，僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接－結(jié)合面的摩擦力來承受橫向載荷F，防止被聯(lián)接件錯(cuò)動(dòng)。保證聯(lián)接面不滑移的螺栓預(yù)緊力強(qiáng)度條件摩擦系數(shù)螺栓數(shù)接合面數(shù)可靠性系數(shù)1、受橫向載荷的緊螺栓連接2、受軸向載荷的緊螺栓連接受力分析如右圖所示的氣缸蓋螺栓連接,即承受軸向外載荷的緊螺栓連接。未擰緊時(shí),螺栓與被連接件皆不受力。擰緊后,螺栓受預(yù)緊力,而被連接件則受預(yù)緊壓力

的作用,且產(chǎn)生壓縮變形。當(dāng)氣缸內(nèi)通入氣體后,螺栓又受到軸向外載荷F的作用,由于螺栓中總拉力由增至FQ,螺栓比預(yù)緊狀態(tài)時(shí)增加伸長(zhǎng)變形δ2,被連接件則要回彈變形δ2。由于被連接件壓縮變形量減小,故其所受壓力將減小,不是原來的預(yù)緊力了,而變成減小后的剩余預(yù)緊力,由此可知,螺栓受軸向載荷F后,螺栓所受的總拉力為:或螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為:對(duì)于有密封性要求的聯(lián)接，一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定時(shí)：工作載荷不穩(wěn)定時(shí)：為保證聯(lián)接的緊密性，應(yīng)使＞0，一般根據(jù)聯(lián)接的性質(zhì)確定

的大小。例2已知汽缸工作壓力p=1.2Mpa，汽缸內(nèi)徑D2=250mm，螺栓數(shù)目z=12，采用銅皮石棉墊。試計(jì)算汽缸蓋螺栓直徑。擰緊時(shí)控制預(yù)緊力。解：1.汽缸蓋受氣體壓力：P=p·πD22/4=1.2×3.14×2502/4=58875(N)2.單個(gè)螺栓工作載荷：F=P/z=58875/12=4906.25(N)3.螺栓所受總拉力FQ=F+FP‘=2.7×4906.25=13246.88(N)4.選擇螺栓材料，計(jì)算需用應(yīng)力查表，選擇Q215,屈服極限σs=215Mpa，安全因數(shù)S＝1.4，許用應(yīng)力[σ]=σs/S=215/1.4=153.57(Mpa)5.確定螺栓小徑：查標(biāo)準(zhǔn)，取M16，其d1＝13.84>11.95，其公稱直徑16mm。三、設(shè)計(jì)螺栓連接的幾個(gè)問題1、螺栓材料的許用應(yīng)力對(duì)于受拉螺栓，其許用應(yīng)力為對(duì)于鉸制孔用螺栓連接，其許用應(yīng)力為為螺栓材料的屈服極限（MPa）；S為安全系數(shù)，松螺栓連接，S=1.2～1.7；緊螺栓連接，S=1.2～1.5，不控制預(yù)緊力時(shí)，S查表11-4。為螺栓材料的屈服極限（MPa）；為安全系數(shù)，靜載荷時(shí)，=2.5；緊螺栓連接，=3.5～5。被連接件為鋼時(shí):被連接件為鑄鐵時(shí):2、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)分析1）聯(lián)接接合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀，如圓形，環(huán)形，矩形，框形，三角形等。這樣不但便于加工制造，而且便于對(duì)稱布置螺栓，使螺栓組的對(duì)稱中心和聯(lián)接接合面的形心重合，從而保證接合面受力比較均勻。2）如果同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，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3)避免螺栓承受附加的彎曲載荷。凸臺(tái)沉頭座斜面墊圈4)為了便于在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。5)螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。最小距離由扳手所需要的活動(dòng)空間來定§15-5鍵連接、銷連接及型面連接一、鍵連接的類型鍵主要用來實(shí)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(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動(dòng)。鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，分為平鍵、半圓鍵、楔鍵和花鍵等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)各類鍵的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)迸行選擇。

1、平鍵聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便，應(yīng)用廣泛。按用途不同分為：普通平鍵導(dǎo)向平鍵滑鍵工作面間隙（1）普通平鍵兩側(cè)面為工作面■普通平鍵的類型單圓頭(C型)：用于軸端圓頭(A型)：端銑刀加工，固定良好平頭(B型)：盤銑刀加工，應(yīng)力集中小盤銑刀

（2）導(dǎo)向平鍵

加長(zhǎng)平鍵，軸向移動(dòng)量不大的動(dòng)聯(lián)接，用螺釘固定在軸上（3）滑鍵聯(lián)接

軸向移動(dòng)量大的動(dòng)聯(lián)接，滑鍵在輪轂上，與輪轂一起在軸上移動(dòng)2.半圓鍵聯(lián)接

3.楔鍵聯(lián)接

結(jié)構(gòu)：楔鍵的上、下面為工作面，鍵的上表面及輪轂鍵槽底面均有1:100的斜度。

特點(diǎn)：能承受單向軸向力。但對(duì)中性很差。

應(yīng)用：用于低速、輕載和對(duì)中性要求不高的場(chǎng)合。二、花鍵聯(lián)接

結(jié)構(gòu)：外花鍵（花鍵軸）和內(nèi)花鍵（花鍵孔）組成。鍵齒側(cè)面是工作面。

特點(diǎn)：承載能力高，對(duì)中性好;但制造要采用專用設(shè)備，成本較高。

應(yīng)用：用于定心精度要求高、載荷較大的場(chǎng)合。1、矩形花鍵加工方便（可通過磨削獲得高精度），應(yīng)用廣泛。

2、漸開線花鍵工藝性好，強(qiáng)度高，承載能力大。用于重載、定心精度要求高的聯(lián)接壓力角α＝30°壓力角α＝45°漸開線花鍵三、平鍵的選用和強(qiáng)度校核1、平鍵的選用（1）鍵的尺寸選擇斷面尺寸b×h：根據(jù)軸徑d查標(biāo)準(zhǔn)確定，表11-5。鍵長(zhǎng)L：應(yīng)略短于輪轂的寬度，并符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列。附：鍵的長(zhǎng)度系列：

1012141618202225323640455063708090100110125140160…..（2）鍵的標(biāo)記B型平鍵b×h×L=10×16×125→鍵B10×125

A型鍵可不標(biāo)型號(hào)（3）平鍵的主要失效形式普通平鍵：壓潰——按擠壓強(qiáng)度計(jì)算?！魳O個(gè)別情況會(huì)出現(xiàn)鍵被剪斷；◆導(dǎo)向平鍵的主要失效形式是工作面的磨損。擠壓強(qiáng)度條件：擠壓應(yīng)力：MPasbs——工作面所受擠壓應(yīng)力T——轉(zhuǎn)矩(N.mm)A——擠壓面積(mm)h——鍵高，mmd——軸段的直徑，mm鋼125~150100~12060~90表鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力、許用壓力

許用值

輪轂材料靜載荷輕微沖擊沖

擊載荷性質(zhì)鑄鐵70~8050~6030~45鋼504030[p][σ]bsl——鍵的接觸長(zhǎng)度，mm圓頭平鍵：平頭平鍵：?jiǎn)螆A頭平鍵：[σ]bs——材料的許用擠壓應(yīng)力，MPa

作用：銷的主要用途是固定零件之間的相互位置，并可傳遞不大的載荷。銷的基本形式為圓柱銷和圓錐銷。還有大端具有外螺紋的圓錐銷或小端帶外螺紋的圓錐銷等許多特殊形式。四、銷聯(lián)接銷的常用材料為35、45鋼。五、型面聯(lián)接型面連接是用非圓截面的柱面體或錐面體的軸與相同輪廓的輪轂孔配合傳遞轉(zhuǎn)矩的可拆連接，它是無鍵連接的一種型式。

型面聯(lián)接加工困難，限制了型面連接的應(yīng)用。

判斷題(正確的在括號(hào)內(nèi)填“√”，錯(cuò)誤的填“×”)1、在機(jī)械制造中廣泛采用的是右旋螺紋。()2、三角形螺紋比梯形螺紋效率高、自鎖性差。()3、受相同橫向工作載荷的聯(lián)接采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接通常直徑比采用普通緊螺栓聯(lián)接可小一些。()4、鉸制孔用螺栓聯(lián)接的尺寸精度要求較高，不適合用于受軸向工作載荷的螺栓聯(lián)接。()5、雙頭螺柱聯(lián)接不適用于被聯(lián)接件厚度大、且需經(jīng)常裝拆的聯(lián)接。()6、松螺栓聯(lián)接只宜承受靜載荷。()

7、受靜載拉伸螺栓的損壞多為螺紋部分的塑性變形和斷裂，受變載拉伸螺栓的損壞多為栓桿部分有應(yīng)力集中處的疲勞斷裂。()8、緊螺栓聯(lián)接在按拉伸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，將拉伸載荷增加到原來的1.3倍，這是考慮螺紋應(yīng)力集中的影響。()9、螺栓強(qiáng)度等級(jí)為6.8級(jí)，則該螺栓材料的最小屈服極限近似為680N／mm2。