1、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,第一節(jié)螺紋連接,一、螺紋及基本參數(shù) 常用的螺紋主要有普通螺紋、管螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋和矩形螺紋。前二種主要用于連接，后三種主要用于傳動。其中除矩形螺紋外，都已標準化。標準螺紋的基本尺寸可查閱有關標準)常用螺紋的類型、特點和應用見表11一1 螺紋的主要幾何參數(shù)(圖11一1) 二、螺紋連接的類型和螺紋緊固件 1.螺紋連接類型 螺紋緊固件連接的主要類型有:螺栓連接、雙頭螺柱連接、螺釘連接和緊定螺釘連接，其用途和特點見表11一2,下一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,2.常用螺紋緊固件 機械制造中常用的螺紋緊固件有螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母

2、和墊片等，這些零件都是標準件，設計時可根據(jù)有關標準選用。它們的結構、特點及應用見表11一3 3.螺紋緊固件常用材料和機械性能等級 國家標準規(guī)定螺紋緊固件按材料的機械性能分級。螺栓、螺釘、雙頭螺柱及螺母機械性能等級見表11一4。螺栓、螺柱、螺釘?shù)臋C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。,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,螺紋緊固件常用材料一般為中低碳鋼，如Q215 , Q235 ,10 ,15 ,35和45鋼等。在承受變載荷或有沖擊、振動的重要連接中、可用合金鋼，如40Gr ,15 MnVB和30CrMnSi等。螺母材料一般比配合螺栓的硬度低204

3、0HB5，以減輕螺栓磨損。隨著生產技術的不斷發(fā)展，高強度螺栓的應用日益增多。當有防腐蝕或導電要求時，螺紋緊固件可用銅及其合金或其他有色金屬。近年來還發(fā)展了塑料螺栓、螺母)螺紋緊固件常用材料的疲勞性能見表11一5,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,三、螺紋連接的預緊和防松 1.螺紋連接的預緊 通常通過控制擰緊力矩等方法來控制預緊力的大小。圖11一2、圖11 -3分別是控制擰緊力矩的測力矩扳手和定力矩扳手。測力矩扳手的工作原理是根據(jù)扳手上的彈性元件1，在擰緊力的作用下所產生的彈性變形來指示擰緊力矩的大小。為方便計量，可將指示刻度2直接以力矩值標出。定力矩扳手的工作原理是當擰緊力矩超過規(guī)定值時，

4、彈簧3被壓縮，扳手卡盤1與圓柱銷2之間打滑，如果繼續(xù)轉動手柄，卡盤將不再轉動。 對于常用M10一M68粗牙普通鋼制螺紋，擰緊力矩,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,2.螺紋連接的防松 連接螺紋都能滿足自鎖條件，在靜載荷和工作溫度變化不大時，一般不會自動松脫。但在振動或變載荷的作用下，螺旋副間的摩擦力可能減小或瞬時消失，使連接松脫。連接一旦出現(xiàn)松脫，輕者會影響機器的正常運轉，重者會造成嚴重事故。因此，為了防止連接松脫，保證連接安全可靠，設計時必須采取有效的防松措施。,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,四、單個螺栓的強度計算 對單個螺栓而言，螺栓受載形式不外乎軸向受拉和橫向受剪兩類，受力的

5、性質分靜載荷和變載荷兩種。 受拉螺栓的失效形式主要是螺栓桿部的損壞:在軸向靜載荷的作用下，螺栓的失效多為螺紋部分的塑性變形和斷裂;在軸向變載荷的作用下，螺栓的失效多為螺栓的疲勞斷裂，毀壞的地方都是截面有劇烈變化因而有應力集中之處。根據(jù)統(tǒng)計分析，在靜載荷下螺栓連接是很少發(fā)生破壞的，只有在嚴重過載的情況下才會發(fā)生。就破壞性質而言，約有90%的螺栓屬于疲勞破壞。統(tǒng)計資料表明變載荷受拉螺栓(如圖11一4所示)在從螺母支撐面算起第一圈或第二圈螺紋處毀壞的約占65，在光桿與螺紋部分交界處毀壞的約占20 %，在螺栓頭與桿交界處毀壞的約占15%。如果螺紋精度較低或經常裝拆，還可能經常發(fā)生滑扣失效。,下一頁,上

6、一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,受剪螺栓連接(如受橫向載荷的鉸制孔用螺栓連接)的主要失效形式為:螺栓桿和孔壁相接觸的表面被壓潰。 螺栓連接的強度計算方法同樣也適用雙頭螺柱連接和螺釘連接。 1.受拉螺檢連接的強度計算 (1)松連接螺栓強度計算松連接螺栓裝配時，螺母不需要擰緊。在承受工作載荷之前，螺栓不受力。這種連接應用范圍有限，圖11一5所示為起重吊鉤的螺栓連接。 一般機械用的松螺栓連接，其螺紋部分的強度條件為,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,(2)緊螺栓連接強度計算緊連接螺栓在安裝時必須將螺母擰緊，所以螺紋部分不僅受預緊力F所產生的拉伸應力的作用，還受螺紋副摩擦力矩T1產生的扭轉切應力作用。

7、螺栓危險截面的拉伸應力 螺栓危險截面的扭轉切應力為,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,由于螺栓材料是塑性的，故可根據(jù)第四強度理論來確定螺紋部分的計算應力 2.受剪螺檢連接(受橫向載荷的鉸制孔用螺檢連接)強度計算 如圖11-11所示的鉸制孔用螺栓連接，螺栓桿與孔壁之間無間隙。在橫向載荷F作用下連接失效的主要形式為螺栓桿被剪斷、螺栓桿或孔壁被壓潰。因此，應分別按擠壓及剪切強度條件計算。計算時，假設螺栓桿與孔壁表面上的壓力分布是均勻的，又因這種連接所受的預緊力很小，所以不考慮預緊力和螺紋摩擦力矩的影響。,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為 螺栓桿的剪切強度條件為,

8、下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,五、螺栓組連接受力分析 1.螺檢組連接的結構設計 螺栓組連接結構設計的主要目的是合理地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。為此，設計時應綜合考慮以下幾方面的問題。 (1)連接接合面的幾何形狀通常都設計成軸對稱的簡單幾何形狀，如圓形、環(huán)形、矩形、三角形等。這樣不但便于加工制造，而且便于對稱合理地布置螺栓，使各個螺栓受力合理，連接接合面受力也比較均勻，如圖11一12所示。,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,(2)螺栓的布置應使各螺栓的受力合理。對于鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布

9、置八個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均。當螺栓連接承受彎矩或轉矩時，應使螺栓的位置適當靠近連接接合面的邊緣，以減小螺栓的受力(圖11一13)。如果同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷，應采用銷、套筒、鍵等抗剪零件來承受橫向載荷，以減小螺栓的預緊力及其結構尺寸。,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,(3)螺栓的排列應有合理的間距、邊距。布置螺栓時，各螺栓軸線間以及螺栓軸線和機體壁間的最小距離，應根據(jù)扳手所需活動空間的大小來決定。扳手空間的尺寸可查閱有關標準。對于壓力容器等緊密性要求較高的重要連接，螺栓的間距t0不得大于表11一11所推薦的數(shù)值。 (4)同一螺栓組中螺栓的材料、直徑和長度均應相同，以

10、簡化結構和便于加工裝配。 (5)分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應取成4 ,6 ,8等偶數(shù)，以便在圓周上鉆孔時的分度和畫線。 (6)工藝上保證被連接件、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，應制成凸臺或沉頭座(圖11一14)等。,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,2.螺檢組連接的受力分析 (1)受橫向載荷的螺栓組連接圖11-15所示為一由四個螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。橫向載荷的作用線與螺栓軸線垂直，并通過螺栓組的對稱中心。當采用螺栓桿與孔壁間留有間隙的普通螺栓連接時(圖11-15(a),靠連接預緊后在接合面間產生的摩擦力來抵抗橫向載荷;當采

11、用鉸制孔用螺栓連接時(圖11一15(b),靠螺栓桿受剪切及螺栓桿與孔壁的擠壓來抵抗橫向載荷。雖然兩者的傳力方式不同，但計算時可近似地認為，在橫向總載荷F的作用下，各螺栓所承擔的工作載荷是均等的。因此，對于鉸制孔用螺栓連接，每個螺栓所受的橫向工作切力為,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,(2)受轉矩的螺栓組連接如圖11 - 16所示，轉矩T作用在連接接合面內，在轉矩T的作用下，底板有繞通過螺栓組中心O并與接合面相垂直的軸線轉動的趨勢。為了防止底板轉動，可以采用普通螺栓連接，也可采用鉸制孔用螺栓連接。其傳力方式和受橫向載荷的螺栓組連接相同。 采用鉸制孔用螺栓時，在轉矩T的作用下，各螺栓受到剪切

12、和擠壓作用，假定底板為剛體，受載后接合面仍保持為平面。忽略連接中的預緊力和摩擦力，則各螺栓的剪切變形量與其軸線到螺栓組中心O的距離成正比，即距螺栓組中心O越遠，螺栓的剪切變形量越大，其所受的工作切力也越大。,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,根據(jù)作用在底板上的力矩平衡的條件得 因此受力最大的螺栓的工作切力為,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,采用普通螺栓時，靠連接預緊后在接合面間產生的摩擦力矩來抵抗轉矩T(圖11一16(a)。假設各螺栓的預緊程度相同，即各螺栓的預緊力均為F，則各螺栓連接處產生的摩擦力均相等，并假設此摩擦力集中作用在螺栓中心處，并且各摩擦力應與各螺栓的軸線到螺栓組中心的

13、連線相垂直。根據(jù)作用在底板上的力矩平衡條件，應有 由上式可得各螺栓所需的預緊力為,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,(3)受軸向載荷的螺栓組連接圖11 - 17為一受軸向總載荷F 的汽缸蓋螺栓組連接。F的作用線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對稱中心。計算時，認為各螺栓平均受載，則每個螺栓所受的軸向工作載荷為,下一頁,上一頁,返回,第一節(jié)螺紋連接,六、提高螺栓強度的措施 螺栓連接的強度主要取決于螺栓的強度，因此，研究影響螺栓強度的因素和提高螺栓強度的措施，對提高連接的可靠性有著重要的意義。影響螺栓強度的因素很多，主要涉及螺紋牙的載荷分配、應力變化幅度、應力集中、附加應力、材料的機械性能和制造

14、工藝等幾個方面。下面分析各種因素對螺栓強度的影響以及提高強度的相應措施。 1.降低影響螺檢疲勞強度的應力幅 2.改善螺紋牙間載荷分配不均的現(xiàn)象 3.減小應力集中和避免附加彎曲應力 4.采用合理的制造工藝方法,上一頁,返回,第二節(jié)鍵連接,一、鍵連接的類型和結構 根據(jù)鍵連接在工作前是否存在預緊力，分為松連接和緊連接。 1.松連接 松連接是由平鍵或半圓鍵與軸和輪毅組成。 (1)平鍵連接鍵的上表面與輪毅的鍵槽底間留有間隙(圖11一31) ,鍵的上、下表面為非工作面，工作前沒有預緊力，工作時靠鍵與鍵槽兩側的互相擠壓來傳遞轉矩，因而鍵的兩個側面是工作面。平鍵連接具有結構簡單、拆卸方便、對中性好等優(yōu)點，因此

15、是鍵連接中應用最廣泛的一種。 根據(jù)用途不同，平鍵分為普通平鍵、導向平鍵和滑鍵等。 普通平鍵按鍵端形狀分為圓頭(A型)、方頭(B型)和單圓頭(C型)三種(圖11一31)。軸上鍵槽可用端銑刀或盤狀銑刀加工(圖11一32)，輪毅上的鍵槽可用插削或拉削。),下一頁,返回,第二節(jié)鍵連接,(2)半圓鍵連接鍵呈半圓形，可在軸上相應的半圓形鍵槽中擺動，以適應在裝配時輪毅中鍵槽的斜度(圖11一34)。工作面仍是鍵的兩個側面。這種鍵連接的優(yōu)點是工藝性較好，裝配方便，尤其適用于錐形軸端與輪毅的連接。缺點是軸上鍵槽較深，對軸的強度削弱較大.故一般只話用于輕載連接的場合 2.緊連接 緊連接是由楔鍵與軸和輪毅組成(圖11

16、一35 ) 。楔鍵的上表面和輪毅槽的底面都有1: 100的斜度。裝配時將鍵楔緊在輪毅槽和軸槽之間，鍵的上下表面受擠壓，而構成緊連接，即在工作前連接中就有預緊力作用，工作時靠預緊力產生的摩擦力來傳遞轉矩，因此鍵的上下表面是工作面(圖11-35(a)。同時，楔鍵連接還能承受單方向的軸向力，可對輪毅起到單方向的軸向固定作用。但由于預緊力的作用，使軸與傳動件產生偏心和偏斜，因此主要用于傳動件定心精度要求不高和低速的場合。,下一頁,上一頁,返回,第二節(jié)鍵連接,二、平鍵的選擇和平鍵連接的強度計算 1.平鍵的選擇 平鍵是標準件。鍵的選擇一般包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。首先應根據(jù)鍵連接的結構特點、使用要求

17、和工作條件選擇鍵的類型，再根據(jù)軸的直徑從標準中選出鍵的截面尺寸值，而鍵的長度L可根據(jù)輪毅寬度確定，對于普通平鍵一般略短于輪毅寬度，對于導向平鍵則按滑動距離確定。 2.平鍵連接的強度計算 對于構成靜連接的普通平鍵連接，在傳遞轉矩時，鍵槽和鍵的兩側面受擠壓應力，同時鍵也受切應力(圖11 -36)。但主要失效形式是較弱零件的工作面被壓潰，鍵被切斷的情況較少見。因此，通常只按工作面上的擠壓應力進行強度校核計算。注意，鍵、軸、輪毅三者的材料往往不同，強度計算時一定要按三者中最弱材料的強度進行校核。對于構成動連接的導向平鍵和滑鍵連接，主要失效形式是工作面的過度磨損，因此通常只作耐磨性計算。,下一頁,上一頁

18、,返回,第二節(jié)鍵連接,假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，則根據(jù)擠壓強度計算，普通平鍵連接的強度條件為 導向平鍵連接和滑鍵連接的強度條件為,下一頁,上一頁,返回,第二節(jié)鍵連接,三、花鍵連接 1.花鍵連接的特點 花鍵連接是由外花鍵和內花鍵構成。與平鍵連接比較，花鍵連接的優(yōu)點是:由于花鍵連接是在輪毅和軸上分別制出若干均勻分布的凹槽和凸齒，故連接受載均勻;因鍵槽較淺，齒根處應力集中較小，對軸、毅的強度削弱較輕;鍵齒數(shù)較多，總接觸面積大，可承受較大的載荷;軸上零件與軸的對中性好;導向性好，這對動連接很重要。缺點是花鍵加工需用專門的設備加工，成本較高?；ㄦI連接常用于汽車、拖拉機和機床中需換擋的軸毅連接中。,

19、下一頁,上一頁,返回,第二節(jié)鍵連接,2.花鍵連接的類型和結構 根據(jù)齒形不同，花鍵連接分為矩形花鍵連接和漸開線花鍵連接兩種，且均已標準化。 (1)矩形花鍵連接在矩形花鍵連接中，按齒高不同分輕系列和中系列。輕系列承載能力較小，多用于靜連接和輕載連接;中系列用于中等載荷的連接。 (2)漸開線花鍵連接 漸開線花鍵連接的定心方式是齒形定心，當受載時，齒面上的壓力自動平衡起到定心作用，有利于各齒均勻受載。漸開線花鍵連接具有承載能力大、使用壽命長、定心精度高、工藝性好等特點，宜用于載荷大、尺寸也較大的連接。 花鍵連接的尺寸也是根據(jù)軸徑按標準選定?；ㄦI連接的強度校核可查閱機械設計手冊?；ㄦI連接的材料一般選用抗

20、拉強度b 500 MPa的碳素鋼或合金鋼。,上一頁,返回,第三節(jié)銷和過盈連接,一、銷連接 銷主要用來固定零件之間的相對位置，稱為定位銷(圖11 -40)，它是組合加工和裝配時的重要輔助零件;也可用于連接，稱為連接銷(圖11一41)，可傳遞不大的載荷;還可作為安全裝置中的過載剪斷元件，稱為安全銷(圖11 -42) 銷有多種類型，如圓柱銷、圓錐銷、槽銷等，這些銷均已標準化。,下一頁,返回,第三節(jié)銷和過盈連接,銷的常用材料為35 ,45鋼。定位銷通常不受載荷，故不作強度校核計算，其直徑可按結構確定，數(shù)目一般不少于兩個。連接銷的尺寸可根據(jù)連接的結構特點按經驗或規(guī)范確定，必要時再按剪切和擠壓強度條件進行

21、校核計算。安全銷在機器過載時應被剪斷，因此，銷的直徑應按過載時被剪斷的條件確定。 二、過盈連接 過盈連接是利用零件間的過盈配合形成的連接，其配合表面常為圓柱面(見圖11 - 46)和圓錐面(見圖11 -47)。過盈連接可用壓入法、溫差法或液壓等方法裝配，裝配后由于零件的裝配過盈使配合面間產生一定的壓力，工作時靠此壓力產生的摩擦力傳遞轉矩或軸向力。這種連接的優(yōu)點是結構簡單，定心性好，承載能力高，承受變載和沖擊的性能好，還可避免零件因開鍵槽而被削弱。缺點是配合面加工精度要求較高，裝拆不便(在滾動軸承裝配中為便于軸承拆卸，其軸肩高度一定要按滾動軸承標準中的安裝尺寸設計)。,下一頁,上一頁,返回,第三節(jié)銷和過盈連接,對于圓柱過盈連接，過盈量不大時，一般用壓入法裝配，這種方法易擦傷配合表面，因而減少了過盈量，降低了連接的緊固性。過盈量較大時，可用溫差法裝配，