第十章 连接

Fa d12 [ ]
4
d1 —— 螺杆危险截面直径 Fa （螺纹小径）（mm） [σ]——许用拉应力(MPa)
二、紧螺栓连接——工作前有预紧力 1、只受预紧力的紧螺栓连接
紧螺栓联接装配时需要将螺母拧紧，在拧紧力矩作用下， 螺栓受到预紧力F0产生的拉应力作用，同时还受到螺纹副中摩 擦阻力矩T1所产生的扭切应力作用，即螺栓处于拉扭组合变形 状态。
半圆键
钩头楔键
半圆键轴
平键轴
楔键轴
1. 平键连接
工作特点：平键的两侧面是工作面，上表面和轮毂槽底之间 留有间隙。
根据用途，平键又可分为：普通平键和导向平键。
普通平键分为：圆头（A型）、方头（B型）和单圆头（C型）
Байду номын сангаас
导向平键用于动连接。当轮毂需要在轴上沿轴向移动时可 采用这种键连接。
二、平键连接的强度校核
平键的失效形式：键、轴、毂中较弱材料的工作面的压溃和 磨损（对于动联接）。（通常为毂） 除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。
F
设载荷均匀分布，平键连接的挤压强度条件：
T F d 2

对于导向平键连接（动连接），计算依据是摩损，应限制压强：
三、花键连接
轴和轮毂孔周向均布的多个键齿构成的连接－花键连接 花键连接比平键连接具有承载能力高，对轴削弱程度小，定心 好和导向性能好等优点。
rf：支承面摩擦半径； rf ≈ 0.25×(dw+d0)，
二、螺纹联接的防松
防止螺旋副的相对转动，以免影响正常工作 1. 弹簧垫圈
连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作 温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动 和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接 仍有可能松动而失效。高温下的螺栓连接，由于温 度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压 锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。
例10-2： 已知M12螺栓用碳素结构钢制成，其屈服极限为240MPa， 螺纹间的摩擦系数f = 0.1，螺母与支承面的摩擦系数
fc = 0.15，螺母支承面外径dw = 16.6mm，螺纹孔直径 d0 = 13mm，欲使螺母拧紧后螺杆的拉应力达到材料屈服限
的50%，求应施加的拧紧力矩，并验算其是否自锁。 （1）求当量摩擦角 （2）求螺纹升角 （3）求螺杆总拉力 （4）求拧紧力矩
矩形花键
渐开线花键
花键连接可以做成静连接，也可以做成动连接，一般只验算 挤压强度和耐磨性。
强度校核：
静连接：T Kzhl rm p
动连接：T
Kzhl rm p
左旋
右旋
单线螺纹和多线螺纹
m f F 0 CF
CF F0 f m
F0 ——预紧力 f ——接合面摩擦系数 m ——接合面数目 C —— 防滑系数（可靠性系数） C = 1.1~1.3
强度条件：
1.3F0 [ ] 2 d1 4
分析：f = 0.15，m = 1，C = 1.2，横向工作载荷为F，求螺栓承 受的预紧力F0？
§10-6 螺栓连接的强度计算★
由于螺纹连接件已经标准化，螺栓与螺母的螺纹牙及 其他部分尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用 标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓 连接的计算主要是确定螺纹小径，然后按照标准选定螺纹 大径（公称直径），以及螺母和垫圈等连接零件的尺寸。
失效形式和原因 螺栓联接中的单个螺栓受力分为轴向载荷（受拉螺栓） 和横向载荷（受剪螺栓）两种。 a）失效形式 工程中螺栓连接多数为疲劳失效
0.5
按照第四强度理论，当量应力
e 2 3 2 1.3
故螺纹部分的强度条件为：
1.3F0 e 1.3 2 [ ] d1 4
[σ]——螺栓许用应力 (MPa)
2. 受预紧力和横向工作载荷的紧螺栓连接
（1）普通螺栓连接 特点：螺栓与孔间有间隙，靠被连接 件间产生的摩擦力保持连接件无相对 滑动，从而承受横向工作载荷F。 保证连接可靠的条件为：
受拉螺栓 —— 螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂 受剪螺栓 —— 螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断 经常装拆，因摩擦发生滑扣 b）失效原因：应力集中 应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展
一、松螺栓连接
如起重滑轮螺栓，工作前不拧 紧，除自重外不受外力。工作时, 只有工作载荷Fa起拉伸作用 强度条件为：


F d 02
[ ]
P
F [ ]P d 0l min
4
螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为： F ——横向载荷（N）
d0——螺杆或孔的直径（mm）
lmin ——被连接件中受挤压孔壁的最小长度（mm） [τ]——螺栓许用剪应力（MPa） [ P ] ——螺栓或被连接件中较弱者的许用挤压应力（MPa）
CF 1.2 F F0 8F fm 0.15 1
说明螺栓连接要靠摩擦力来承担横向载荷时，其尺寸较大。 为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力 可采用如下减载装置： a)减载销 b)减载套筒 c)减载键
（2）铰制孔螺栓连接 特点：螺杆与孔间紧密配合，无 间隙，由光杆直接承受挤压和剪 切，从而传递外载荷 F 进行工作。 螺栓的剪切强度条件为：
b0
变形
刚度
kb
b0
F0
kc
c0
F0
螺栓
被连接件
拧紧螺母时,螺栓与被连接件的力与变形
Fa FE FR
将上两图合并，并施加工作载荷FE
紧螺栓连接应能保证 被连接件的接合面不 出现缝隙，因此
FR 0
FR的取法: FR =（0.2 ~ 0.6）FE —— 载荷稳定 FR =（0.6 ~ 1.0）FE —— 载荷不稳定 FR =（1.5 ~ 1.8）FE —— 有紧密性要求的连接
2 180 2
45

2
§10-4 螺旋联接的基本类型及螺纹紧固件
一、螺纹联接的基本类型
共四种基本类型 1. 螺栓联接
螺栓连接的安装过程模型
2. 螺钉联接
螺钉连接的安装过程模型
3. 双头螺柱联接
双头螺柱连接的安装过程模型
4. 紧定螺钉联接
复合应力状态： ⑴ 预紧力F0→产生拉应力σ

F0 1 2 d1 4
⑵ 螺纹摩擦力矩T1→产生扭切应力τ
d2 F0 tg ( ) 2 d 2 F0 T1 2 tg ( ) 1 2 d WT 3 1 d1 d 1 16 4
对于M10~M68的普通螺纹
二、螺纹紧固件
1.螺栓、螺 柱、螺钉联 接件
2.紧定螺钉、 螺母
3.垫圈
§10-5 螺纹连接的预紧和防松★
一、预紧
螺纹连接：松连接——在装配时不拧紧，只在受外载时才受 到力的作用 紧连接——在装配时需拧紧，即在承载时，已预 先受力（预紧力）。 螺纹连接装配时，一般都要拧紧螺纹，使连接螺纹在承 受工作载荷之前，受到预先作用的力，这就是螺纹连接的预 紧，预先作用的力称为预紧力。 螺纹连接预紧的目的在于增加连接的可靠性、紧密性和防松能力。
d2 d2 T F Fa tan( ) 2 2
三、螺旋副的效率
螺旋副效率是有效功与输入功之比。 若按螺旋转动一周计算，输入功为 2 T 升举滑块所作的有用功为 Fa S
Fa S tan 2 T tan
d 0 sin 2 sin 2 d
§10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁
一、矩形螺纹
滑块沿斜面等速上升
滑块不能在轴向力 作用下自行下滑即 处于自锁状态
当滑块沿斜面等速下滑时
二、非矩形螺纹
Fa f f Fa f Fa cos cos

f f tan cos
Fn cos
F Fa tan
3、受预紧力和轴向工作载荷作用的紧螺栓连接
p D 4 FE z
2
设预紧力等于 F0 p 螺栓实际承受的总拉伸 载荷：
Fa F0 FE
拧紧前
c0 b0
拧紧后
F0
FR FR

F0
工作中
FE
FE
Fa
载荷与变形示意图
Fa
Fa FR FE
F0
arctan kb
2. 对顶螺母
单一螺母拧紧后螺母向上拉伸螺栓，拉力为预紧力 F ，螺纹力矩由预紧力 产生；当拧紧双螺母后，下面的螺母向下拉伸螺栓，上面的螺母向上拉伸 螺栓，两个螺母的拉力方向虽然不同，但是可能派生的摩擦力矩方向却相 同，如果螺纹要反转时需要克服的阻力矩（螺纹力矩）增大了，发生松脱 的可能性就小了。
机械设计基础
第10章 连 接
第10章 连 接
连接的分类
连接是指被连接件与连接件的组合。 按连接是否可拆卸，机械连接又可分为可拆连接和不可拆连接。 可拆联接－允许多次装拆而无损于使用性能的连接。如螺纹连 接、键连接和销连接。 不可拆连接－若不损坏组成零件就不能拆开的连接。如焊接、 粘接和铆接。 过盈配合连接介于可拆与不可拆之间，视配合表面间的过盈量 的大小而定，一般宜用作不可拆联接。
§10-1 螺纹参数
三角形螺纹
梯形螺纹
锯齿形螺纹 三角形 矩形 梯形 锯齿形 多用于传动 主要用于联接
按螺旋线方向分：左旋、右旋 按螺旋线的数目分：单线螺纹、多线螺纹
螺纹的主要参数（以圆柱螺纹为例）
外螺纹用小写字母（如d）表示，内螺纹用大写字母（如D）表示 大径d、小径d1、中径d2、螺距P、导程S=nP、牙型角α、 牙侧角β、螺纹升角ψ
提高连接的紧密性
防止连接松动
一、拧紧力矩
扳手拧紧力矩：T = FH · L, 拧紧时螺母：T = T1 + T2 T1：螺纹摩擦阻力矩 FH：作用于手柄上的力，L：力臂 T：拧紧力矩 T2：螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩
d0
Fa d 2 tan f c Fa r f T T1 T2 2
P148 例10-4 一钢制液压油缸，油缸壁厚为 10mm，油压p=1.6MPa， D=160mm，试计算其上盖的螺 栓连接和螺栓分布圆直径D0。
（1）决定螺栓工作载荷 FE （2）决定螺栓总拉伸载荷 （3）求螺栓直径 （4）决定螺栓分布圆直径
Fa
§10-11 键连接和花键连接
一、键联接的类型
普通平键