机械设计基础第十章连接
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机械设计基础联结
一、改善螺纹牙间受力分配 螺栓受拉，p↑
1、机理
工作时，
螺母受压，p↓
两者产生螺距差
第一圈：Δp最大，受力最大 第8~10圈后几乎不受力
各圈受载不均
∴ 采用加高螺母不能
提高联接强度。
2、办法
采用受拉螺母（变形一致） —— 减小螺栓螺母螺距变化差
二、减小附加弯曲应力 弯曲应力 螺纹牙根 ——————→ 断裂 引起附加弯曲应力因素： 螺纹孔不正、被联件表面不平、发生变形等。
或
式中：
d1 4 1.3Fa / [ ]
F—— 轴向力 a
N
d1 —— 螺纹小径 mm [σ] —— 螺纹材料的许用应力 MPa
上式说明紧螺栓联接可按纯拉伸强度计算，但需将拉 伸应力增大30%，以考虑扭剪应力的影响。
1、受横向工作载荷的螺栓联结
若结合面的摩擦力足够大， 则被联结面之间不会发生相 对滑动，因此螺栓所需的轴 向力（预紧力）应为
3、按拆开时是否损坏零件分 可拆联接：如螺纹联接（最广泛的可拆联接）。 不可拆联接：如焊接、铆接等。
10-1
1、螺纹的主要参数
① 直径
螺纹参数
大径d：公称直径。M20→d=20mm 小径d1：螺纹的最小直径。 中径d2：齿厚=齿槽宽处直径，几何计 算用。 一般取：d2=(d+d1)/2
② 线数n：n=1时用于联接；n＞1时用于传动；
两个零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩。
二、 螺纹紧固件
10-5 螺纹联接的预紧和防松
一、
螺纹联接的预紧
拧紧螺母 预紧力Fa
受载之前
↑联接刚度
预紧
↑防松能力 ↑紧密性
１、预紧力过大，会使整个联接的结构尺寸增大；也会使联接
1、机理
工作时，
螺母受压，p↓
两者产生螺距差
第一圈：Δp最大，受力最大 第8~10圈后几乎不受力
各圈受载不均
∴ 采用加高螺母不能
提高联接强度。
2、办法
采用受拉螺母（变形一致） —— 减小螺栓螺母螺距变化差
二、减小附加弯曲应力 弯曲应力 螺纹牙根 ——————→ 断裂 引起附加弯曲应力因素： 螺纹孔不正、被联件表面不平、发生变形等。
或
式中：
d1 4 1.3Fa / [ ]
F—— 轴向力 a
N
d1 —— 螺纹小径 mm [σ] —— 螺纹材料的许用应力 MPa
上式说明紧螺栓联接可按纯拉伸强度计算，但需将拉 伸应力增大30%，以考虑扭剪应力的影响。
1、受横向工作载荷的螺栓联结
若结合面的摩擦力足够大， 则被联结面之间不会发生相 对滑动，因此螺栓所需的轴 向力（预紧力）应为
3、按拆开时是否损坏零件分 可拆联接：如螺纹联接（最广泛的可拆联接）。 不可拆联接：如焊接、铆接等。
10-1
1、螺纹的主要参数
① 直径
螺纹参数
大径d：公称直径。M20→d=20mm 小径d1：螺纹的最小直径。 中径d2：齿厚=齿槽宽处直径，几何计 算用。 一般取：d2=(d+d1)/2
② 线数n：n=1时用于联接；n＞1时用于传动；
两个零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩。
二、 螺纹紧固件
10-5 螺纹联接的预紧和防松
一、
螺纹联接的预紧
拧紧螺母 预紧力Fa
受载之前
↑联接刚度
预紧
↑防松能力 ↑紧密性
１、预紧力过大，会使整个联接的结构尺寸增大；也会使联接
机械设计基础键连接设计第十章
式中： k h 2
l L b （圆头平键）
l L （平头平键）
l L b （单圆头平键） 2
[p]、[p]为许用应力与许用压力
当强度不足时，可适当增加键性，在强度校核中可按1.5个键计算。
例题
花键联接
花键联接1
花键联接是将具有均布的多个凸齿的轴置于轮毂相应的凹槽中所构成 的联接。其工作面是键齿侧。
一、型面联接
无键联接
型面联接
型面联接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔配合
以传递运动和转矩的可拆联接，它是无键联接的一种型式。
由于型面联接要用到非圆形孔，以前因其加工困难，限制了型面联接
的应用。
在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、注塑零件。要注塑
出各种各样的非圆形孔是毫无困难的，故型面联接的应用获得了发展。应
10.1 键联接 10.2 花键联接 10.3 销联接 10.4 无键联接
思考题
一、键联接的分类、结构型式及应用
1．平键联接
平键的两侧面是工作面，上表面
与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，
键的上、下表面为非工作面。工作时
靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，
故定心性较好。
根据用途，平键又可分为
普通平键
导向平键 滑键
详细说明
键联接
键联接1
普通平键与轮毂上键槽的配合较紧，属静联接。 导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松，属动联接。 普通平键应用极为广泛。 轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。
2．半圆键联接
键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的
键槽中绕其圆心摆动， 以适应轮毂上键槽的斜度，
对于导向平键联接和滑键联接，其主要失效形式是工作面的过度磨损， 通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。
l L b （圆头平键）
l L （平头平键）
l L b （单圆头平键） 2
[p]、[p]为许用应力与许用压力
当强度不足时，可适当增加键性，在强度校核中可按1.5个键计算。
例题
花键联接
花键联接1
花键联接是将具有均布的多个凸齿的轴置于轮毂相应的凹槽中所构成 的联接。其工作面是键齿侧。
一、型面联接
无键联接
型面联接
型面联接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔配合
以传递运动和转矩的可拆联接，它是无键联接的一种型式。
由于型面联接要用到非圆形孔，以前因其加工困难，限制了型面联接
的应用。
在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、注塑零件。要注塑
出各种各样的非圆形孔是毫无困难的，故型面联接的应用获得了发展。应
10.1 键联接 10.2 花键联接 10.3 销联接 10.4 无键联接
思考题
一、键联接的分类、结构型式及应用
1．平键联接
平键的两侧面是工作面，上表面
与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，
键的上、下表面为非工作面。工作时
靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，
故定心性较好。
根据用途，平键又可分为
普通平键
导向平键 滑键
详细说明
键联接
键联接1
普通平键与轮毂上键槽的配合较紧，属静联接。 导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松，属动联接。 普通平键应用极为广泛。 轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。
2．半圆键联接
键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的
键槽中绕其圆心摆动， 以适应轮毂上键槽的斜度，
对于导向平键联接和滑键联接，其主要失效形式是工作面的过度磨损， 通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。
机械基础第十章连接.
机械设计基础——过盈连接的倒角
液压拆装的圆锥面过盈连接
p 靠螺母压紧的圆锥面过盈连接
机械设计基础——联接
过盈连接的装配要求
❖ 配合表面应具有良好的表面粗糙度，零件经加 热或冷却后要将配合面擦净。
❖ 压合前，配合表面处理干净并涂以润滑油，以 免装配中擦伤配合面。
❖ 压入过程应连续，不宜过快；压入速度一般为 2～4mm/s（不宜超过10mm/s），并应准确控 制压入行程。
② 渐开线花键 定心方式为齿形定心，当齿 受载时，齿上的径向力能自 动定心，有利于各齿均载， 应用广泛，优先采用
三角形花键——齿数较多，齿较小，对轴强度削弱小。适 于轻载、直径较小时及轴与薄壁零件的联 接应用较少
df
机械设计基础——联接
二、花键联接的设计计算
设计：选花键类型→按轴径定花键尺寸→验算联接强度
❖ 压合时，应始终保持轴和孔同轴线，不许偏斜 ；应经常用角尺检查校正。
❖ 对于细长的薄壁件，更要细心检查其过盈量和 形状偏差，装配时尽可能垂直压入，以防变形 。
机械设计基础——联接
过盈连接的装配方法
❖ 压入配合法 可用手锤加垫块敲击压入，也可采用 各类压力机压入。
❖ 热胀配合法 又称红套，是利用金属材料热胀冷缩 的物理特性，在套与轴有一定过盈时，将套加热， 使孔胀大，然后将轴装入胀大的孔中，待冷却后， 轴与套孔就获得了传递轴向力、扭矩或轴向力与扭 矩同时作用的结合体。
粗牙：常用 细牙：螺距小，自锁 性能更好。常用于承 受冲击、振动及变载 荷、或空心、薄壁零 件上及微调装置中。
细牙缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。
机械设计基础——联接
2) 矩形螺纹
特点：牙形为正方形，=0，
机械设计基础 第十章 联接
§10—4 螺纹联接的基本类型及 螺纹紧固件
一、螺纹联结基本类型 二、螺纹紧固件
一、螺纹联接的基本类型
1、螺栓联接 a) 普通螺栓联接：
被连接件通孔不带螺纹，被联接件不太厚， 装拆方便。螺杆带钉头，螺杆穿过通孔与螺母配合 使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消 失，结构简单，可多次装拆，应用较广。
牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。
梯形螺纹特点： =2=30。比矩形螺纹效率略低。 牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母 可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。
有粗牙普通螺纹M10和M68，请说明在静载 荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f = 0.1~0.15） 查得： 解： 1、首先求螺纹升角λ 。
粗牙螺纹
细牙螺纹
2、管螺纹 特点：用于管件连接的三角螺纹，=55,螺纹面间 没有间隙，密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的 连接。管螺纹广泛用于水、汽、油管路联接中。
管螺纹除普通细牙螺纹外，还有60º 55º 、 的圆柱 管螺纹和60º 55º 、 的圆锥管螺纹。 管螺纹公称直径是管子的公称通径。
L=nP(n=2) L=nP(n=2) L=nP(n=2)
dd d dd 2 2 d2 dd 1 1 d1
P P P
d 1 1 d 1 d d 2 2 d 2 d d d d
hh h
LL L
4）螺 距 P — 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应 两点间的轴向距离。 5）导程（S）— 同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面 的母线上的对应两点间的轴向距离。 6）线数n —螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4。 螺距、导程、线数之间关系：S=nP
M10螺纹： 螺距P=1.5mm，中径d2=9.026mm； M68螺纹： 螺距P=6mm， 中径d2=64.103mm。 M10螺纹升角：
机械设计基础第10章连接(键、花键-六)
第10章 连 接
§10－1 螺纹 §10－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 §10－3 机械制造常用螺纹（略） §10－4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件 §10－5 螺纹连接的预紧与防松
§10－6 螺栓连接的强度计算 §10－7 螺栓的材料和许用应力 §10－8 提高螺栓连接强度的措施 §10－9 螺旋传动 （略） §10－10 滚动螺旋简介（略） §10－11 键连接和花键连接
在重型机械中常采用切向键 ——一对楔键组成。
窄面 工作面
d 潘存云教授研制
斜度1：100
装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生 的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要 两对切向键分布成120~130 ˚ 。
二、平键联接的强度校核 1. 类型的选择 应根据各种平键的特点及具体应用情况来选择。 考虑：扭矩大小、对中性要求、轴上位置等情况。 2 . 尺寸的选择 键是一种标准件，主要尺寸：长L、宽b、高h b×h____按轴的直径由标准选取。表10－9 P156 L_____参照轮毂宽度B从标准中选取 一般： L=B－(5～10) mm 3. 材料的选择 键的材料常用45钢：σB≥ 600 MPa的碳素钢
MPa
表10-11 花键连接的许用挤压应力[σp ]和许用压强[p ]
连接工作方式
工作条件
[σp ] 或[p ] 齿面未经热处理 齿面经热处理
不良
35~50
40~70
静连接[σp ]
中等 良好
潘6存0云~教1授0研0制 80~120
100~140 120~200
动连接[p ] (空载下移动)
动连接[p ] (在载荷下移动)
二、平键联接的强度校核
1. 类型的选择 2 . 尺寸的选择 3. 材料的选择
§10－1 螺纹 §10－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 §10－3 机械制造常用螺纹（略） §10－4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件 §10－5 螺纹连接的预紧与防松
§10－6 螺栓连接的强度计算 §10－7 螺栓的材料和许用应力 §10－8 提高螺栓连接强度的措施 §10－9 螺旋传动 （略） §10－10 滚动螺旋简介（略） §10－11 键连接和花键连接
在重型机械中常采用切向键 ——一对楔键组成。
窄面 工作面
d 潘存云教授研制
斜度1：100
装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生 的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要 两对切向键分布成120~130 ˚ 。
二、平键联接的强度校核 1. 类型的选择 应根据各种平键的特点及具体应用情况来选择。 考虑：扭矩大小、对中性要求、轴上位置等情况。 2 . 尺寸的选择 键是一种标准件，主要尺寸：长L、宽b、高h b×h____按轴的直径由标准选取。表10－9 P156 L_____参照轮毂宽度B从标准中选取 一般： L=B－(5～10) mm 3. 材料的选择 键的材料常用45钢：σB≥ 600 MPa的碳素钢
MPa
表10-11 花键连接的许用挤压应力[σp ]和许用压强[p ]
连接工作方式
工作条件
[σp ] 或[p ] 齿面未经热处理 齿面经热处理
不良
35~50
40~70
静连接[σp ]
中等 良好
潘6存0云~教1授0研0制 80~120
100~140 120~200
动连接[p ] (空载下移动)
动连接[p ] (在载荷下移动)
二、平键联接的强度校核
1. 类型的选择 2 . 尺寸的选择 3. 材料的选择
机械设计基础课件第十章 联 接
第五节 螺纹联接的预紧和防松
解 1、求当量摩擦系数和摩擦角
2、求螺纹升角ψ 由表10-1查M12螺纹，P=1.75mm，d2=10.863mm， d1=10.106mm
第五节 螺纹联接的预紧和防松
3、求螺杆总拉力（预紧力）Fa
4、求拧紧力矩
第六节 螺栓联接的强度计算
螺栓的主要失效形式有：⑴螺栓 杆拉断；⑵螺纹的压溃和剪断； ⑶经常装拆时会因磨损而发生滑 扣现象。 一、松螺栓联接 松螺栓联接装配时不需要拧紧， 承载前不受力，工作时只受轴向 静载荷（拉应力破坏）。其强度 条件： 许用应力，MPa
第五节 螺纹联接的预紧和防松
第五节 螺纹联接的预紧和防松
第五节 螺纹联接的预紧和防松
例10-2 已知M12螺栓用碳素钢制成，螺纹间的摩擦 系数f=0.10，螺母与支撑面间的摩擦系数fc=0.15， 螺母支撑面外径dw=16.6mm，螺栓孔直径d0=13mm， 欲使螺母拧紧后螺杆的拉应力达到材料屈服极的 50%，求施加的拧紧力矩，并验算其能否自锁。
例10-1 试计算粗牙普通螺纹M10和M30的螺旋升 角，并说明在静载荷下这两种螺纹能否自锁（已知 摩擦系数f=0.1~0.15）。 解 (1)螺旋升角 由表10-1查得M10的螺距 P=1.5mm，中径d2=9.026mm；M30的螺距 P=3.5mm，d2=27.727mm。 对于M10
对于M30
第六节 螺栓联接的强度计算
2、受轴向工作载荷的螺栓强度 在图10-21所示的压力容器端盖 螺栓联接中，设压力容器内压为 p，z个相同直径的螺栓均布在直 径为D0的圆周上，每个螺栓平均 承受的轴向工作载荷
在受轴向工作载荷的螺栓联接中，螺栓实际承受的总 拉伸载荷Fa并不等于预紧力F0与FE之和。
机械设计基础_第十章_连接
普通平键连接属于静连接
（2）导向平键连接
导向平键连接属于动连接
返回
2 半圆键连接
特点：键的侧面为工作面，键的上表面与毂槽底
面间有间隙。但键槽较深，应力集中较大，对轴 的强度削弱较大，适于轻载、锥形轴端的连接。
半圆键实例
3 楔键连接
特点：楔键的上下面分别与毂和轴上的键槽的
底面贴合，为工作面，靠摩擦力传递转矩。
粗牙：常用 细牙：自锁性能更好。 常用于承受冲击、振 动及变载荷、或空心、 薄壁零件上及微调装 置中。
细牙缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。
2) 矩形螺纹
特点：牙形为正方形，=0，
所以效率高，用于传动。
3) 梯形螺纹
特点： =2=30。比矩形
螺纹效率略低，在螺旋传动 中有广泛应用。
4) 锯齿形螺纹
楔键连接
1. 平键连接
特点：平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂键槽
底面间有间隙，定心性好。
类型：常用的平键有普通平键和导向平键。
（1）普通平键
1、类型：A型（圆头)、B型（方头）、C型（单圆头）。 2、轴上键槽加工方法：指状铣刀（A、C型）或盘铣
刀（B型）。
3、毂上键槽加工方法：插削或拉削。
普通楔键和钩头楔键
平键的选用和强度校核 1 平键的选用 （1）键的尺寸选择
断面尺寸 b×h： 根据轴径 d 查标准确定。 键长 L：应略短于轮毂的宽度，并符合标准尺寸系列。
附：键的长度系列：
10 12 14 16 18 20 22 25 32 36 40 45 50 63 70 80 90 100 110 125 140 160 …..
0.16~0.25 0.25~0.4 0.4~0.6
（2）导向平键连接
导向平键连接属于动连接
返回
2 半圆键连接
特点：键的侧面为工作面，键的上表面与毂槽底
面间有间隙。但键槽较深，应力集中较大，对轴 的强度削弱较大，适于轻载、锥形轴端的连接。
半圆键实例
3 楔键连接
特点：楔键的上下面分别与毂和轴上的键槽的
底面贴合，为工作面，靠摩擦力传递转矩。
粗牙：常用 细牙：自锁性能更好。 常用于承受冲击、振 动及变载荷、或空心、 薄壁零件上及微调装 置中。
细牙缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。
2) 矩形螺纹
特点：牙形为正方形，=0，
所以效率高，用于传动。
3) 梯形螺纹
特点： =2=30。比矩形
螺纹效率略低，在螺旋传动 中有广泛应用。
4) 锯齿形螺纹
楔键连接
1. 平键连接
特点：平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂键槽
底面间有间隙，定心性好。
类型：常用的平键有普通平键和导向平键。
（1）普通平键
1、类型：A型（圆头)、B型（方头）、C型（单圆头）。 2、轴上键槽加工方法：指状铣刀（A、C型）或盘铣
刀（B型）。
3、毂上键槽加工方法：插削或拉削。
普通楔键和钩头楔键
平键的选用和强度校核 1 平键的选用 （1）键的尺寸选择
断面尺寸 b×h： 根据轴径 d 查标准确定。 键长 L：应略短于轮毂的宽度，并符合标准尺寸系列。
附：键的长度系列：
10 12 14 16 18 20 22 25 32 36 40 45 50 63 70 80 90 100 110 125 140 160 …..
0.16~0.25 0.25~0.4 0.4~0.6
2024《机械设计基础》第十章联接
contents •联接概述与分类•螺纹联接与紧固件•键和花键联接技术•销、铆和焊接等其他联接方式•弹性环联接与过盈配合•新型联接技术发展趋势目录01联接概述与分类联接定义及功能联接定义功能作用常见联接类型介绍01020304螺纹联接键联接销联接过盈联接选择适当联接方法根据使用要求选择根据机械系统的使用要求，如传递的扭矩、定位精度等，选择适当的联接方法。
考虑制造与装配在选择联接方法时，需要考虑零部件的制造精度和装配工艺性。
经济性分析在满足使用要求的前提下，应选择成本较低的联接方法。
强度校核精度控制定期检查与维护避免过度紧固设计与应用注意事项02螺纹联接与紧固件螺纹基本知识与参数螺纹的主要参数螺纹的形成和分类包括大径、小径、中径、螺距、导程、牙型角、螺纹升角等，这些参数决定了螺纹的基本尺寸和形状。
螺纹的旋向与配合螺纹紧固件类型及特点螺栓螺柱螺钉紧定螺钉螺纹联接预紧与防松措施预紧的目的预紧力的控制防松措施强度计算及优化方法强度计算准则01应力分析02优化方法0303键和花键联接技术键联接基本概念及分类键联接定义键的分类平键、半圆键、楔键、切向键等，根据截面形状、工作原理和应用场景不同而区分。
平键、半圆键和楔键特点比较平键特点半圆键特点楔键特点花键联接原理及应用场景花键联接原理应用场景强度校核与失效分析强度校核根据键联接的受力情况和材料力学性质，对键联接进行强度计算和校核，以确保其安全可靠地工作。
失效分析键联接常见的失效形式有压溃、磨损和剪切破坏等。
通过对失效原因的分析，可以提出相应的改进措施，提高键联接的承载能力和使用寿命。
04销、铆和焊接等其他联接方式销及其应用场景介绍销的基本概念和分类01销的应用场景02销的选用原则03铆接原理、分类及操作要点铆接原理铆接是利用铆钉将两个或多个零件联接在一起的方法，通过铆钉的塑性变形或断裂来实现零件的联接。
铆接分类根据铆接方式的不同，可分为普通铆接、密封铆接、干涉铆接等。
机械设计基础第10章
预紧力Fa →产生拉伸应力σ
Fa
0.5
∴ 强度条件为： 1.3Fa [ ] e 2 d1 4
d1
按第四强度理论，当量应 力： e 2 3 2 1.3
1、承受横向工作载荷的普通螺栓强度
工作原理：依靠预紧力作用下 在被连接件之间产生的摩擦力 承受横向工作载荷。 摩擦力： F f F0 fm 保证连接可靠，要求：
§10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件
一、螺纹连接的基本类型 1.螺栓连接： 普通螺栓连接：应用广泛，两被连接件不太厚， 便于从两边装配。 铰制孔用螺栓连接：受横向载荷。 2.双头螺栓连接：被连接件之一较厚，常拆卸。 3.螺钉连接：被连接件之一较厚,不常拆卸，且不易 做成通孔的场合。
4.紧定螺钉连接：用于固定两零件的相对位置，并可 传递不大的力和转矩。
—设计公式
d1—螺纹小径（mm） [σ]—许用拉应力 N/mm2 (MPa) Fa
二、紧螺栓连接
紧螺栓连接——承受横向工作载荷和承受轴向工作载荷两种情况
承受工作载荷前拧紧，在拧紧力矩T和轴向载荷Fa（预紧力F0 ） 作用下，螺栓发生拉扭变形，螺栓工作在复合应力状态。
1 2 d1 4 d2 Fa tan(ψ ' ) 螺纹摩擦力 Fa 2d 2 T1 2 tan(ψ ' ) 矩T1→产生 1 2 d1 WT d13 d1 剪应力τ 16 4
θ
一、受力分析
1、矩形螺纹
三点假设：
1.螺纹拧紧过程相当于滑块沿斜面上升的过程；
2.拧紧过程中螺纹各圈的变形量相等；
F Fa
3.力作用在螺纹中径上。
拧紧过程：
FR Fn
ρ
机械设计基础(第六版)第10章 连接
按螺旋的作用分
按母体形状分
螺旋线旋向：
V母 ω母
左旋（特殊时用）
右旋（常用） 左右手法则：
V母 ω母
右旋
V母
V母
ω母
左旋
ω母
螺母旋入
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
纹 的
按螺旋线的根数分
单线螺纹 n线螺纹: S = n P 多线螺纹 一般: n ≤ 4
联接的基本物理原理：
1、形锁合（如：普通平键、销等） 2、摩擦锁合（如过盈配合、楔键等） 3、材料锁合（如：焊接）
联接的分类：
静联接（被联接件间相对固定）
动联接（被联接间能按一定运动形式作相对运动）
可拆联接：指联接拆开时，不破坏联接中的零件，重新安装， 可继续使用的联接（键联接、销联接、螺栓联接）。
Fa 螺母
Fn=Fa 当β≠ 0º时，摩擦力为：
F'
f
Fn
f
cos
Fa
螺杆 Fn
f 'Fa
轴
摩擦系数为 f 的非矩形螺纹所产 线
生的摩擦力与摩擦系数为 f ’ ，的
β
螺母 Fa
α
矩形螺纹所产生的摩擦力相当。 故称 f ’ 为当量摩擦系数。
β 螺杆 Fn Fa
f ' f tg' cos
(于(67螺))纹牙螺轴型线纹的角平升面角α的夹ψ轴角向中截径面d内2t圆g螺ψ柱纹上=牙，型πn螺相dP旋邻2 线两的侧切边线的与夹垂角直。牙
型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。
牙侧角 β
S
ψ
《机械设计基础》第五版第10章连接
机械设计基础－第10章 连接
二、螺纹紧固件
1.螺栓
常用的标准螺纹连接件有螺栓、螺钉、 双头螺柱、螺母、垫圈和防松零件等。
这些零件的结构形式和尺寸已经标准化。
机械设计基础－第10章 连接
2、双头螺柱
机械设计基础－第10章 连接
3、螺钉、紧定螺钉
机械设计基础－第10章 连接
4.垫圈
机械设计基础－第10章 连接
（2）管螺纹 专用于管件连接的特殊细牙三角形螺纹，牙型角α= 55º 特点：连接密封性好；
机械设计基础－第10章 连接
3、梯形螺纹
牙型为梯形，牙型角α=30º ；传 动效率比矩形稍低，但制造工艺性好， 牙根强度高，定心性好 4、锯齿螺纹
d d d d d2 d 22 d d1 d 11
2、矩形螺纹 牙型多为正方形，牙型角α= 0º ； 传动效率高，但精加工困难，磨损 后轴向间隙不易补偿。
统计平均值、′ =arctan0.17
→ ≈0.5
因此，当量应力为： e 2 30.5 2 1.3
e
1.3Fa 2 —— 校核式 d1 4
d1
4 1.3Fa
—— 设计式
★系数 1.3的含义是—— ※对于普通螺栓连接的标准螺栓来说， 虽然同时受拉应力和扭转剪应力作用，但计算时可作为纯拉伸 的情况处理，即只需将拉伸载荷加大30%以考虑扭转剪应力的影 响。
冲击扳手
测力矩扳手 定力矩扳手
机械设计基础－第10章 连接
二、螺纹连接的防松 螺纹连接件一般采用：
单线粗牙的普通螺纹：能够满足自锁条件
但为什么还要防松？
①能保证自锁的条件是：静载荷和工作温度 变化不大的场合。
机械设计基础 10连接
按螺纹的牙型分
矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹
螺 纹 的 分 类
按螺纹的旋向分(左、右）
按螺旋线的根数分{ 单线（头）、双线(头)、
多线（头）｝
按回转体的内外表面分（内、外) 按螺旋的作用分（传动、联接） 按母体形状分（圆柱、圆锥）
螺纹的牙型
30º 15º 3º 30º
矩形螺纹
三角形螺纹
D、d ----内、外螺纹大径 D2、d2----内、外螺纹中径 D1、d1----内、外螺纹小径
标记示例： M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3) M24×1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5) 问题：相同公称直径的螺纹，粗牙与细 牙相比，中径大？还是小？
P----螺距
表10-1 直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm
F’ F Fa FR
F
∠FRFa = ψ-ρ
滑块在F、FR 、Fa三力
d2
Fa
作用下处于平衡状态
作力多边形可得：
ψ-ρ
Fa F
F=Fatan(ψ-ρ ) 驱动力矩：
d 2 d2 T F Fa tan( ) 2 2
二、螺纹的自锁
F=Fatan(ψ-ρ )
d2 T Fa tan( ) 2
mm
小径D1、d1
d-1+0.621 d-1+0.459 d-1+0.188 d-2+0.918 d-2+0.647 d-2+0.376 d-3+0.835 d-4+0.752
注意：同一公称直径下，不同螺距时有不同的中径和小径。
表10-3
P
R1 30˚
梯形螺纹基本尺寸
机械设计第10章 联 接
4.紧定螺钉联接
图10-16 紧定螺钉联接
10.4.3 标准螺纹联接件
表10-4 常用标准螺纹联接件
10.4.3 标准螺纹联接件
表10-4 常用标准螺纹联接件
10.5 螺纹联接的预紧与防松
10.5.1 螺纹联接的拧紧
•绝大多数螺纹联接在装配时需要拧紧，使联接在承受工作载荷之前 预先受到力的作用，这个预加的作用力称为预紧力。预紧的目的是 为了增大联接的紧密性和可靠性。此外，适当地提高预紧力还能提 高螺栓的疲劳强度。拧紧时，用扳手施加拧紧力矩T，以克服螺纹副 中的阻力矩T 1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T 2，故拧紧力矩 T=T 1+T 2
图10-20 汽缸盖 联接螺栓受力情况
10.6 螺栓联接的强度计算
10.6 螺栓联接的强度计算
10.6 螺栓联接的强度计算
图10-21 铰制螺纹孔受力情况
3.铰制孔用螺栓联接的强度计算 •如图10 21所示的螺栓联接是将螺栓穿过与被联接件上的铰制孔 并与之过渡配合的形式。其受力方式为：在被联接件的结合面处螺 栓杆受剪切力作用；螺栓杆表面与孔壁间受挤压力作用，因此，应
2.半圆键联接 •半圆键联接如图10 3所示。半圆键的侧面呈半圆形，轴上加工出 的键槽也呈半圆形。与平键的工作原理一样，半圆键也是以键的两 个侧面为工作面。在工作的时候，半圆键能在轴槽中绕其几何中心 摆动，可以适应轮毂上键槽底面的斜度。半圆键用于静联接，具有 适应性较好，装配较为方便的优点。尤其适于锥形轴端与轮毂的联 接，如图10 4所示。但是，由于轴上的键槽窄而深，因此对轴的
•
M10～M68 的粗牙普通螺纹，无润滑时，拧紧力矩可取
(T≈0 2F′d（10 5
F′
N ；d为
机械设计基础第10章 联接
第10章 联接
10.1 10.1.1 10.1.2 (1) (2)
1
2
3
4
图10.1 普通平键联接
5
图10.2 导向平键联接
6
图10.3 滑键联接
7
图10.4 半圆联接
8
图10.5 楔键联接
9
图10.6 切向联接
10
图10.7 平键受力分析
11
图10.8 花键
12
图10.9 矩形花键联接
37
图10.26 扳手空间尺寸
38
图10.27
39
图10.28
40
图10.29 受横向载荷的紧螺栓联接
41
图10.30 承受横向载荷的减载零件
42
图10.31
43
图10.33 凸缘联轴器中的螺栓联接
44
10.3 10.3.1 (1) (2) 10.3.2 (1) (2)
45
图10.34 汽车减振弹簧
图10.16 螺纹的形成
28
图10.17 螺纹的主要参数
29
图10.18 螺纹类型
30
图10.19 螺栓联接
31
图10.2紧定螺钉联接
33
图10.22 测力矩扳手
34
图10.23 定力矩扳手
35
图10.24 沉头座与凸台的应用
36
图10.25 斜面垫圈的应用
46
图10.35 钟表发条
47
图10.36 弹簧秤
48
49
50
10.4 10.4.1 10.4.2 10.4.3 10.4.4
51
图10.39 焊缝形式
52
图10.40 坡口形式
10.1 10.1.1 10.1.2 (1) (2)
1
2
3
4
图10.1 普通平键联接
5
图10.2 导向平键联接
6
图10.3 滑键联接
7
图10.4 半圆联接
8
图10.5 楔键联接
9
图10.6 切向联接
10
图10.7 平键受力分析
11
图10.8 花键
12
图10.9 矩形花键联接
37
图10.26 扳手空间尺寸
38
图10.27
39
图10.28
40
图10.29 受横向载荷的紧螺栓联接
41
图10.30 承受横向载荷的减载零件
42
图10.31
43
图10.33 凸缘联轴器中的螺栓联接
44
10.3 10.3.1 (1) (2) 10.3.2 (1) (2)
45
图10.34 汽车减振弹簧
图10.16 螺纹的形成
28
图10.17 螺纹的主要参数
29
图10.18 螺纹类型
30
图10.19 螺栓联接
31
图10.2紧定螺钉联接
33
图10.22 测力矩扳手
34
图10.23 定力矩扳手
35
图10.24 沉头座与凸台的应用
36
图10.25 斜面垫圈的应用
46
图10.35 钟表发条
47
图10.36 弹簧秤
48
49
50
10.4 10.4.1 10.4.2 10.4.3 10.4.4
51
图10.39 焊缝形式
52
图10.40 坡口形式
《机械设计基础》第十章 联接
二、螺纹联接的防松
在静载荷和工作温度变化不大的情况下，拧紧的螺纹联接件因满足 自锁性条件，一般不会自动松脱。 但在冲击、振动和变载的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，联 接仍有可能松脱。高温的螺纹联接，由于温差变形差等原因，也可能发 生松脱现象。
螺纹防松的根本问题在于防止螺纹副转动。 螺纹防松的措施 1、摩擦防松 弹簧垫圈 对顶螺母 尼龙圈锁紧螺母
用于较厚的被联接件或为了结构紧凑必须采用盲孔的 联接。装配时一端拧入被联接件的螺纹孔中，另一端 穿过被联接件的通孔，再拧上螺母。允许多次拆装而 不损坏联接零件。
3、螺钉联接 (screw)
螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中，省去了螺母，结构 上比双头螺柱简单。但这种联接不宜经常拆装，以免被 联接件的螺纹孔磨损而导致修复困难。
当推动滑块沿斜面等速上升时，可得水平推力 F＝Qtg（λ＋ρ′）
d 2 Qd 2 tg( ) 2 2 驱动力矩用来克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物。
驱动力矩 T F
螺纹副的效率是有效功与输入功之比。若按螺旋传动一圈计算，输入 功为2πT，此时升举滑块（重物）所作的有效功为QS，故螺旋副效率为
§10-1 螺 纹
(screw thread)
一、螺纹的形成
将一个直角三角形沿底边与 一圆柱体底面圆周复合而绕在圆 柱体上，则其斜边在圆柱体表面 形成一条螺旋线。取一平面图形， 使它沿着螺旋线运动，运动时保 持此图形通过圆柱体的轴线，就 得到螺纹。按平面图形的形状， 螺纹分为三角形、矩形、梯形、 锯齿形等。
例10－1 试计算粗牙普通螺纹M10和M68的螺纹升角；说明在静载荷下这 两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f＝0.1～0.15） 解：（1）螺纹升角 由表10－1查得M10的螺距P＝1.5mm，中径d2＝ 9.026mm；M68的P＝6mm，d2＝64.103mm。 对于M10 arc tg 对于M68 arc tg
【机械设计基础】课件第10章
第十章:连接连接:连接是连接件与被连接件的组合。
被连接件:泛指各类非标零件。
连接件:又称紧固件。
螺栓、螺母、销、铆钉等。
大部分为标准件。
其它连接方式:利用分子结合力组成的焊接和粘接等。
连接与运动副的区别:运动副——两个构件的可动连接本章的连接→ 指固定连接形式。
各零件之间不能产生相对运动。
例:轴与轴上零件、连杆、箱体与箱盖等。
连接的类型:可拆连接:允许多次装拆,不影响使用性能。
螺纹、键等连接。
不可拆连接:必须损坏连接件或被连接件才能拆开。
焊接、铆接、胶粘接等。
本章研究可拆卸的固定连接。
10.1 螺纹的形成及主要参数一 . 螺旋线的形成及类型一条倾斜直线或直角三角形绕在圆柱面上,就形成了螺旋线,其导程是定值。
二 . 螺纹的形成选择一定形状的平面(如三角形、梯形、锯齿形等,沿螺旋线运动,运动时保持图形通过圆柱体轴线。
螺纹线的形成三 . 螺纹的分类1. 按平面形状分(螺纹牙形:三角形、梯形、锯齿形(30、 300、矩形。
2. 按螺旋线数分:单线、多线(一般≤ 4不同线数的右旋螺纹3. 按旋向分:左旋、右旋。
一般为右旋。
刀杆上的连接螺纹为左旋。
4. 按母体为轴或孔分:内螺纹、外螺纹。
内外螺纹旋合组成螺旋副或螺纹副。
5. 按功能分:连接、传动。
丝杠螺母的传动方式(梯形螺纹。
6. 按母体形状:圆柱、圆锥螺纹。
一般为圆柱。
圆锥螺纹有:管螺纹、锥管螺纹螺纹的主要参数(以圆柱螺纹为例: 1. 大径 d (D :外螺纹的牙顶(内螺纹的牙底圆柱直径。
——公称直径。
2. 小径 d 1(D 1 :外螺纹的牙底(内螺纹的牙顶圆柱直径。
——强度计算用直径。
3. 中径 d 2 (D2:螺纹牙厚与牙间相等处的圆柱直径。
—几何计算 ,受力分析尺寸。
4. 螺距 P :螺纹两相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
5. 导程 S :同一条螺旋线沿中径圆柱而旋转一周,上升的距离。
同一条螺旋线上的两相邻牙在中径线对应两点的轴向距离。
设螺纹线数为 n ,则 S=nP6. 升角ψ——中径圆柱面上的螺旋线的切线与横截面之间的夹角,相当于将中径圆柱面展开,构成的三角形的倾斜角ψtan ψ=S/πd 2=nP/πd 27. 牙形角α——螺纹轴向剖面内,螺纹牙形相邻两侧间的夹角。
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三、螺纹连接的基本类型
1、螺栓连接
普通螺栓连接
铰制孔用螺栓连接
2、双头螺柱连接
3、螺钉连接
4、紧定螺钉连接
四、螺纹连接的预紧和防松 1. 螺纹连接的预紧力和预紧力矩
T T1 T2
T --拧紧螺母
所 需的拧 紧力矩
T1 --克服螺纹 副间的摩擦 力矩
T2 --克服螺母 环形面与被 连接件的摩 擦力矩
轴的直径
d
自 6~8 〉8~10 〉10~12 〉12~17 〉17~22 〉22~30 〉30~38 〉38~44 〉44~50
〉50~58 〉58~65
〉65~75
bh
22 33 44 55
66 87 10 8 12 8 14 9
16 10 18 11
20 12
键的尺寸
键槽
C或r
L
t
t1 半径r
细牙螺纹与粗牙螺纹的比较
粗牙：常用 细牙：自锁性能更好。 常用于承受冲击、振 动及变载荷、或空心、 薄壁零件上及微调装 置中。
细牙缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。
2) 矩形螺纹
特点：牙形为正方形，=0，
所以效率高，用于传动。
3) 梯形螺纹
特点： =2=30。比矩形
螺纹效率略低，在螺旋传动 中有广泛应用。
45~180 6.5 4.3 50~200 7.0 4.4
56~220 7.5 4.9
（2）平键的主要失效形式 1.普通平键：压溃---按挤压强度计算 2.导向平键: 工作面的磨损---导向平键的主要失效形式 3.极个别情况会出现键被剪断
2) 止动垫圈
3) 串联钢丝
（3）破坏螺纹副法 1) 粘结法
2) 冲点法
五、螺栓连接的强度计算
1. 松螺栓连接的强度计算
强度条件
F A
4F
d12 ≤
设计公式
d1≥
4F
2. 只受预紧力作用的螺栓连接
螺栓最危险的截面上受拉应力和扭转剪应力的复 合作用
强度条件 设计公式
，--牙型角，牙侧角 h--螺纹接触高度
arctan( s ) arctan( np )
d2
d2
二、 螺纹的类型、特点和应用
1、根据螺纹在螺杆轴向剖面上的形状不 同 1) 普通螺纹(三角形螺纹)
特点：螺纹的牙型角=2=60。 因牙型角大，所以当量
摩擦因数边=3，非工作 边=30。
它综合了矩形螺纹效率高和 梯形螺纹牙根强度高的优点, 能承受较大的载荷,但只能用 于单向传动。
5) 圆柱管螺纹
特点：用于管件连接的三角螺纹,=55。
2、按照螺旋线的数目不同：单线、双线或多线
3、按螺纹的绕行方向：左旋螺纹、右旋螺纹 4、按在内外圆柱面的分布：内螺纹、外螺纹
特点：平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂键槽
底面间有间隙，定心性好。
类型：常用的平键有普通平键和导向平键。
（1）普通平键
1、类型：A型（圆头)、B型（方头）、C型（单圆头）。 2、轴上键槽加工方法：指状铣刀（A、C型）或盘铣
刀（B型）。
3、毂上键槽加工方法：插削或拉削。
普通平键连接属于静连接
平键的选用和强度校核 1 平键的选用 （1）键的尺寸选择
断面尺寸 b×h： 根据轴径 d 查标准确定。 键长 L：应略短于轮毂的宽度，并符合标准尺寸系列。
附：键的长度系列：
10 12 14 16 18 20 22 25 32 36 40 45 50 63 70 80 90 100 110 125 140 160 …..
F A
41.3F /
d12
≤
d1 ≥
41.3F /
4. 承受横向载荷作用的紧螺栓
fF /m≥ KFR
F/≥
KFR fm
m 1、K 1、f 0.2，则F /≥ 5FR
采用减载装置，用抗剪切零件来承受横向载荷， 螺栓只保证连接，不再承受工作载荷。
3. 轴向载荷作用的紧螺栓连接
力
F'
B B
力力
F 'F '
m
B
变形 m
B
力 F0 F'
m 变形 m O1
AB
B
B
B
m
C m
D O2
m
变形
F0 F F //
一般连接工作载荷稳定时 F // (0.2 ~ 0.6)F 一般连接工作载荷又变化时 F // (0.6 ~ 1.0)F 一般连接工作载荷又变化时 F //≥ F
0.16~0.25 0.25~0.4 0.4~0.6
6~20 1.2 1 6~36 1.8 1.4 0.08~0.16 8~45 2.5 1.8
10~56 3.0 2.3
14~70 3.5 2.8 0.16~0.25 18~90 4.0 3.3 22~110 5.0 3.3 28~140 5.0 3.3 36~160 5.5 3.8 0.25~0.4
连接
数控技术141 徐锋
定义和分类
连接是指连接件和被连接件的组合。
{ { 连接
动连接 静连接
可拆连接 拆连接
不可
静连接:在机器中，把两个零(部)件连接起来使之没 有相对运动的机械连接称为机械静连接,简称连接。
可拆连接:拆开连接时不会损坏连接件或被连接件。
一、螺纹的主要参数
d--螺纹大径 d1--螺纹小径 d2--螺纹中径 n--线数 p--螺距 s--导程 λ--螺纹升角
（2）导向平键连接
导向平键连接属于动连接
返回
2 半圆键连接
特点：键的侧面为工作面，键的上表面与毂槽底
面间有间隙。但键槽较深，应力集中较大，对轴 的强度削弱较大，适于轻载、锥形轴端的连接。
半圆键实例
3 楔键连接
特点：楔键的上下面分别与毂和轴上的键槽的
底面贴合，为工作面，靠摩擦力传递转矩。
普通楔键和钩头楔键
强度条件
F综合 A
4
1.3F0
d12
≤
设计公式
d1 ≥
4 1.3F0
键连接
键连接就是用键来实现轴和轴上零件的周向固定， 来传递轴与毂之间的转矩，有些类型的键还能实现轴 上零件的轴向固定或轴向移动。
键是标准件 键连接的主要类型有
平键连接
半圆键连接
楔键连接
1. 平键连接
对于一般连接，可以不控制预紧力，预紧的程度 靠经验而定，对于重要的螺纹连接应严格控制预 紧力，以保证装配的质量，满足连接的强度和紧 密性。控制预计力较方便的方法是采用定力矩扳 手或测力矩扳手。
2. 螺纹连接的防松
（1）摩擦防松
1) 对顶螺母 2) 弹簧垫圈
3) 锁紧螺母
（2）机械防松 1) 开槽螺母与开口销