杨可桢《机械设计基础》(第6版)复习笔记及课后习题详解(含考研真题)-第10~13章【圣才出品】

第10章连接

10.1复习笔记

【通关提要】

本章介绍了零件连接形式：螺纹连接、键连接和销连接，主要阐述了螺纹的类型和几何参数、螺纹连接的基本类型、螺栓连接的受力分析和强度计算、螺旋传动、键连接的类型和强度计算以及销连接。学习时需要重点掌握螺栓连接的受力分析和强度计算、键连接的强度计算，此处多以计算题的形式出现；熟练掌握螺纹和螺纹连接的类型和应用、提高螺纹连接强度的措施、键连接的类型、应用及布置等内容，多以选择题、填空题、判断题和简答题的形式出现。复习时需把握其具体内容，重点记忆。

【重点难点归纳】

一、螺纹参数（见表10-1-1）

表10-1-1螺纹的分类和几何参数

二、螺旋副的受力分析、效率和自锁（见表10-1-2）

表10-1-2螺旋副的受力分析、效率和自锁

三、机械制造常用螺纹（见表10-1-3）

表10-1-3机械制造常用螺纹

四、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件（见表10-1-4）

表10-1-4螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件

五、螺纹连接的预紧和防松

1．拧紧力矩（见表10-1-5）

表10-1-5拧紧力矩

2．螺纹连接的防松（见表10-1-6）

表10-1-6螺纹连接的防松

六、螺栓连接的强度计算（见表10-1-7）

表10-1-7螺栓连接的强度计算

七、螺栓的材料和许用应力

1．材料

螺栓的常用材料为低碳钢和中碳钢，重要和特殊用途的螺纹连接件可采用力学性能较高的合金钢。

2．许用应力及安全系数

许用应力及安全系数可见教材表10-7和表10-8。

八、提高螺栓连接强度的措施（见表10-1-8）

表10-1-8提高螺栓连接强度的措施

九、螺旋传动

螺旋传动主要用来把回转运动变为直线运动，其主要失效是螺纹磨损。

按使用要求的不同可分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋。

1．耐磨性计算

（1）通常是限制螺纹接触处的压强p，其校核公式为

p＝F a/（πd2hz）≤[p]

式中，F a为轴向力；z为参加接触的螺纹圈数；h为螺纹工作高度；[p]为许用压强。（2）确定螺纹中径d2的设计公式

①梯形螺纹

d≥

2

②锯齿形螺纹

2

d≥

其中，φ＝H/d2，z＝H/P，H为螺母高度；梯形螺纹的工作高度h＝0.5P；锯齿形螺纹的工作高度h＝0.75P。

2．螺杆强度的校核

按第四强度理论可求出危险截面的当量应力σe

，强度条件为

[]

e

σσ

==≤

式中，[σ]为螺杆材料的许用应力，对于碳钢可取0.2～0.33σS。

3．螺杆稳定性的校核

细长螺杆受到较大轴向压力时，可能丧失稳定性，其临界载荷与材料、螺杆长细比（或称柔度）λ＝μl/i有关。

（1）当λ≥100时，临界载荷F c由欧拉公式决定F c＝π2EI/（μl）2

式中，E为螺杆材料弹性模量，对于钢E＝2.06×105MPa；I为危险截面的惯性矩，对螺杆可按螺纹小径d1计算，即I＝πd14/64；l为螺杆的最大工作长度；μ为长度系数，与螺杆端部结构有关，则：

①一端固定、一端自由，取μ＝2；

②一端固定、一端铰支，取μ＝0.7；

③两端铰支，取μ＝1。

i为螺杆危险截面惯性半径，若螺杆危险截面面积A＝πd12/4，则i＝d1/4。

（2）当40＜λ＜100时，则：

①材料σB≥370Mpa时，取F c＝（304－1.12λ）πd12/4；

②材料σB≥470Mpa时，取F c＝（461－2.57λ）πd12/4。

（3）当λ≤40时，不必进行稳定性校核。

稳定性校核应满足的条件为F a≤F c/S；S为稳定性校核安全系数，通常取S＝2.5～4。

4．螺纹牙强度的校核

防止沿螺母螺纹牙根部剪断的校核式为τ＝F a/（πDbz）≤[τ]

式中，b为螺纹牙根部的宽度，梯形螺纹b＝0.65P，锯齿形螺纹b＝0.74P。

十、滚动螺旋简介（见表10-1-9）

表10-1-9滚动螺旋简介

十一、键连接和花键连接

1．键连接的类型（见表10-1-10）

表10-1-10键连接的类型

2．平键连接的强度校核

设载荷为均匀分布，平键连接的挤压强度条件σp＝4T/（dh l）≤[σp]。

对于导向平键连接（动连接），计算依据是磨损，应限制压强，即p＝4T/（dh l）≤[p]。

式中，T为转矩；d为轴径；h为键的高度；l为键的工作长度；[σp]为许用挤压应力；[p]为许用压强。

若强度不够，可采用两个键，相隔180°布置。考虑到载荷分布的不均匀性，在强度校核中可按1.5个键计算。

3．花键连接（见表10-1-11）

表10-1-11花键连接

十二、销连接（见表10-1-12）

表10-1-12销连接

10.2课后习题详解

10-1试证明具有自锁性的螺旋传动，其效率恒小于50%。

证明：螺旋传动的效率η＝tanψ/tan（ψ＋ρ′），自锁时有螺旋升角小于等于当量摩擦角，即ψ≤ρ′，故有tan（ψ＋ρ′）≥tan2ψ，则