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机械设计,第五章 螺纹联接与螺旋传动,§5-1 螺纹,§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,§5-3 螺纹联接的预紧和防松,§5-5 螺栓组联接的设计计算,§5-4 单个螺栓联接的受力分析和强度计算,§5-6 提高螺纹联接强度的措施,*§5-7 螺旋传动,1,第五章 螺纹联接与螺旋传动§5-1 螺纹§5-2 螺纹联接的,(3)中径,d,2,---常用于联接的几何计算1)大径,d--,即螺纹的公称直径2) 小径,d,1,---常用于联接的强度计算4) 螺距,P,--- 螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离6) 导程,P,h,(7) 螺纹升角,,,(8)牙型角,,牙侧角,β,P,h,=,nP,一、螺纹的主要参数,(5)线数,n,－螺纹的螺旋线数目螺　纹,n,=1时用于联接；,n,＞1时用于传动；,n,↑→,,↑，但为便于制造,n,≤4,,2,(3)中径d2---常用于联接的几何计算1)大径d--即,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,,按螺旋的作用分,按母体形状分,,矩形螺纹,三角形螺纹,梯形螺纹,锯齿形螺纹,螺　纹,二、螺纹的分类,右旋螺纹（常用）,,左旋螺纹,单线螺纹,多线螺纹,,(常用于联接）,（常用于传动）,外螺纹,内螺纹,,螺纹副,,,联接螺纹,传动螺纹,,螺旋传动,,圆柱螺纹,圆锥螺纹,,3,按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转,一、螺纹联接的基本类型,1.螺栓联接：适用于两薄形零件联接,普通螺栓联接,铰制孔螺栓联接,螺纹联接的类型与标准联接件,（受拉螺栓联接）,（受剪螺栓联接）,4,一、螺纹联接的基本类型1.螺栓联接：适用于两薄形零件联接,2.双头螺柱联接,螺纹联接的类型与标准联接件,适用于被联接件之一较厚，不宜制成通孔的场合。

3.螺钉联接,螺钉联接：不可经常装拆,双头螺柱：可经常装拆,5,2.双头螺柱联接螺纹联接的类型与标准联接件适用于被联接件之一,4.紧定螺钉联接,,用来固定两个零件的相对位置，受力较小,特点,：靠摩擦力，是辅助定位，不经常装拆，轴毂轻载联接螺纹联接的类型与标准联接件,,除上述联接的基本类型外，在机器中，还有一些特殊结构的螺纹联接如：T型槽螺栓联接、吊环螺钉联接和地脚螺栓联接等6,4.紧定螺钉联接 用来固定两个零件的相对位置，受,二、标准螺纹联接件,,螺纹联接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹联接件的结构型式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用螺纹联接的类型与标准联接件,螺纹联接件分为三个精度等级，其代号为,A、B、C,其中,C,级用于一般的螺纹联接7,二、标准螺纹联接件 螺纹联接的类型很多，在机械制造,1,.,预紧力,,大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力（用,F,0,表示）,增强联接的可靠性和紧密性；,提高联接的刚度；,提高螺栓在变载荷下的疲劳强度拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限,s,s,的80%。

2.,预紧的目的,,,3.预紧力的确定原则,螺纹联接的预紧和防松,碳素钢螺栓,合金钢螺栓,---螺栓危险截面面积,一、螺纹连接的预紧,8,1.预紧力 大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作,4.预紧力和预紧力矩之间的关系,螺纹联接的预紧和防松,以螺母分析：,T,=,T,1,+,T,2,T,1,---螺纹副间的摩擦力矩,T,2,---螺母支承面间的摩擦阻力矩,对于M10~M64的粗牙螺栓，取：,d,2,≈0.9,d,；,,=1º42’~3º2’,,v,≈acrtg(1.155,f,)；,f,≈0.1~0.2,f,c,≈0.15；,D,0,≈1.5,d,；,d,0,≈1.1,d,代入整理，得,9,4.预紧力和预紧力矩之间的关系螺纹联接的预紧和防松以螺母分析,一般标准扳手的长度,L,15,d,，若拧紧力为,F,，则,T,=,FL,而,T,0.2,F,0,d,则：,F,0,75,F,若,F,=200,N,，则,F,0,,15000,N,所以，对于直径小的螺栓，拧紧时很可能过载拉断注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(＜,M,12)的螺栓螺纹联接的预紧和防松,10,一般标准扳手的长度L15d，若拧紧力为F，则T=FL。

而T,螺纹联接的预紧和防松,5.,预紧力的控制,测力矩扳手,定力矩扳手,测定螺栓伸长,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,L,L,S,11,螺纹联接的预紧和防松5.预紧力的控制测力矩扳手 定,,,螺纹联接的预紧和防松,1.螺纹联接按自锁条件设计：,,,≤,,v,∴ 静载下不会自行松脱2.松动原因,冲击、振动、变载荷下,温度变化较大时,,螺旋副摩擦力减小或瞬时消失,松动,3.螺纹联接防松的实质：,4.螺纹联接防松的方法按工作原理可分为,（1）摩擦防松,（2）机械防松,（3）其它：破坏螺纹副关系（焊接、铆冲、粘接）,在于限制螺旋副的相对转动二、螺纹连接的防松,12,螺纹联接的预紧和防松1.螺纹联接按自锁条件设计：  ≤,（1） 利用摩擦力防松,1),弹簧垫圈,螺纹联接的预紧和防松,开口方向：斜向右下方,弹性增压,尖端抵住,,结构简单，价格便宜，使用方便，但由于垫圈的弹力不均，在冲击、振动的工作条件下，放松效果较差用于不太重要的联接中13,（1） 利用摩擦力防松1)弹簧垫圈螺纹联接的预紧和防松开口方,螺纹联接的预紧和防松,2),对顶螺母,结构简单适用于平稳、低速和重载的固定装置上的联接。

14,螺纹联接的预紧和防松2)对顶螺母结构简单适用于平稳、低速和,螺纹联接的预紧和防松,3)尼龙圈锁紧螺母,利用尼龙圈箍紧螺栓，横向压紧螺纹15,螺纹联接的预紧和防松3)尼龙圈锁紧螺母利用尼龙圈箍紧螺栓，横,螺纹联接的预紧和防松,4)金属锁紧螺母,16,螺纹联接的预紧和防松4)金属锁紧螺母16,（2） 机械防松,螺纹联接的预紧和防松,1),开口销与六角开槽螺母,防松可靠，适用于较大冲击、振动的高速机械中运动部件的联接17,（2） 机械防松螺纹联接的预紧和防松1)开口销与六角开槽螺母,螺纹联接的预紧和防松,2),圆螺母加止动垫片,18,螺纹联接的预紧和防松2)圆螺母加止动垫片18,3)止动垫片,螺纹联接的预紧和防松,(4)串联钢丝,19,3)止动垫片螺纹联接的预紧和防松(4)串联钢丝19,,冲点防松法,,用冲头冲2~3点,1~1.5,p,粘合法防松,,,,涂粘合剂,螺纹联接的预紧和防松,焊点法防松,（3）破坏螺旋副运动关系防松,20,冲点防松法用冲头冲2~3点1~1.5p粘合法防松涂粘合剂螺纹,,螺栓强度计算：,一、普通螺栓的强度计算,,联接的失效形式,：,联接类型,装配情况,载荷状态,,螺栓受力,,螺栓直径,螺栓其它部分的结构尺寸是根据等强度条件和经验规定的，不需进行计算，可从标准中选定。

螺纹联接的强度计算,受拉螺栓：螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂,受剪螺栓：螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃,二、,铰制孔用螺栓的强度计算,21,螺栓强度计算：一、普通螺栓的强度计算 联接的失效形式,单个螺栓连接的受力分析和强度计算,一、普通螺栓的强度计算,-----校核公式,-----设计公式,（2）设计准则,（强度条件）：,（1）特点：,螺栓工作前不受力,1.受拉松螺栓联接强度计算,22,单个螺栓连接的受力分析和强度计算一、普通螺栓的强度计算---,预紧力引起的拉应力：,单个螺栓连接的受力分析和强度计算,2.受拉紧螺栓联接强度计算,螺牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力：,（对于M10~M64的普通螺纹，取,d,1,、,d,2,和,,的平均值，并取：tg,,v,,=0.17 ）,,23,预紧力引起的拉应力：单个螺栓连接的受力分析和强度计算2.受拉,根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:,单个螺栓连接的受力分析和强度计算,受拉、剪应力复合作用的螺栓，可按受纯拉伸处理, 将拉应力加大30%计入剪应力的影响1）受横向工作载荷的紧螺栓联接,24,根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:单个螺栓连接的,单个螺栓连接的受力分析和强度计算,工作时预紧力,F,0,导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷,F,R,。

K,S,---防滑(可靠性)系数，常取,K,S,=1.1~1.3,,f,---摩擦系数,m,---接合面数,若取,f,=0.15，,K,S,=1.2,,i,=1, 则：,F,0,≥,8,F,→结构尺寸大,25,单个螺栓连接的受力分析和强度计算 工作时预紧力F,改进措施：,1. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷2. 采用无间隙的铰制孔螺栓单个螺栓连接的受力分析和强度计算,图5-22 减载装置,a）减载键 b）减载套筒 c）减载销,26,改进措施：2. 采用无间隙的铰制孔螺栓单个螺栓连接的受力分,（2） 受轴向工作载荷的紧螺栓联接,以气缸盖为例：,单个螺栓连接的受力分析和强度计算,设流体压力为,p,，螺栓数目为z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：,27,（2） 受轴向工作载荷的紧螺栓联接以气缸盖为例：单个螺栓连接,加预紧力,F,0,后→,加载,F,后→,螺栓总伸长量增加为：,,1,+,被联接件压缩量减少为：,,2,- ,预紧力减小为：残余预紧力,F,2,螺栓受到的总拉力为：,F,2,+,F,螺栓受拉伸长,,1,→,被联接件受压缩短,,2,螺母未拧紧,螺母已拧紧,已承受工作载荷,单个螺栓连接的受力分析和强度计算,1)螺栓受力分析：,28,加预紧力F0后→加载F后→螺栓总伸长量增加为：1+被联,--,螺栓的刚度,--,被联接件的刚度,单个螺栓连接的受力分析和强度计算,29,--螺栓的刚度--被联接件的刚度单个螺栓连接的受力分析和强度,根据螺栓工作要求，确定残余预紧力,F,2,；,F,无变化时，,F,2,=(0.2~0.6),F,F,有变化时，,F,2,=(0.6~1),F,有密封要求时，,F,2,=(1.5~1.8),F,,,单个螺栓连接的受力分析和强度计算,2）设计准则：,,被联接件结合面不出现缝隙,保证残余预紧力应加的预紧力,F,0,,30,根据螺栓工作要求，确定残余预紧力F2；单个螺栓连接的受力分析,变载荷,静载荷,单个螺栓连接的受力分析和强度计算,,螺栓不发生断裂或塑性变形,,F,0,变形,力,F,1,F,2,,F,,,F,,若工作载荷在0~,F,间变化，则螺栓的总拉力在,F,0,~,F,1,间变化。

若,不考虑扭转,的作用，则螺栓受到的最大、最小应力为：,除进行静强度校核外，还需进行疲劳强度校核：,式中：,,a,-----螺栓的许用应力幅，见表5-6应力幅：,31,变载荷静载荷单个螺栓连接的受力分析和强度计算螺栓不发生断裂,单个螺栓连接的受力分析和强度计算,,杆孔结合面压溃,,,1.失效形式：,,螺栓杆剪断,,,,,,,,,,,,,剪切破坏,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,挤压破坏,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,F,R,,,,,,,二、铰制孔用螺栓的,强度计算,32,单个螺栓连接的受力分析和强度计算杆孔结合面压溃 1.失效形,2.,设计准则：,单个螺栓连接的受力分析和强度计算,,不压溃的条件：,式中：,F,R,－螺栓所受的横向工作剪力；,,螺栓杆不剪断的条件：,,L,1,L,2,[,,P,] －螺栓或孔壁材料的最小许用挤压应力。

L,min,－螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，设计时　　　　　　应使,L,min,≥1.25,d,0,，,L,min,=min(,L,1,，,L,2,),d,0,－螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径)；,33,2.设计准则：单个螺栓连接的受力分析和强度计算不压溃的条件,螺栓组,：,所有螺栓的材料、尺寸、拧紧程度完全一样,螺栓组设计的任务：,1.合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和螺栓接合面间受力均匀，便于加工和装配-------结构设计,2.找出螺栓组中受力最大的螺栓及其载荷-----------受力分析,螺栓组联接的设计,34,螺栓组：所有螺栓的材料、尺寸、拧紧程度完全一样螺栓组设计的任,1.为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状，例如圆形、环形、矩形等2.螺栓布置应使各螺栓的受力合理一、螺栓组联接的结构设计,螺栓组联接的设计,对于铰制孔螺栓，不要在平行与工作载荷的方向上成排地布置8个以上螺栓，以免载荷分布过于不均当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。

如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷，应采用销、套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷35,1.为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，,螺栓组联接的设计,3.螺栓的排列应有合理的间距、边距扳手空间的尺寸可查阅有关标准对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距,t,0,不得大于推荐数值4.为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数5.避免螺栓承受附加的弯曲载荷36,螺栓组联接的设计3.螺栓的排列应有合理的间距、边距扳手空间,1．受横向载荷,2．受转矩,3．受轴向载荷,4．受倾覆力矩,,受力分析的目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算受力分析时所作假设：,受载后联接接合面仍保持为平面受力分析的类型：,二、螺栓组联接的受力分析,螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；,所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；,,,,,,,O,,,M,,,,,,,,,,,,,,,,F,F,S,T,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,O,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,F,S,F,S,螺栓组联接的设计,37,1．受横向载荷2．受转矩3．受轴向载荷4．受倾覆力矩 受力分,（一）受横向载荷,的螺栓组联接,,,1.普通螺栓（图a）,或,螺栓组联接的设计,,螺栓不发生断裂或塑性变形的条件：,,被联接件不滑移条件：,38,（一）受横向载荷的螺栓组联接 1.普通螺栓（图a）,,2.铰制孔螺栓（图b）,（一）受横向载荷,的螺栓组联接,,每个螺栓所受工作剪力为：,螺栓组联接的设计,,杆孔结合面不压溃,,螺栓杆不剪断,39,2.铰制孔螺栓（图b）（一）受横向载荷的螺栓组联接,,1. 普通螺栓（受拉螺栓）,（二）受转矩的螺栓组联接,式中：,r,i,------第,i,个螺栓的轴线至螺栓组对称中心,O,的距离。

,螺栓不断裂或塑性变形,螺栓组联接的设计,受力分析：,每个螺栓受相等的,F,0,，联接结合面的摩擦力相等并集中作用在中心处,设计准则：,,被联接件不相对滑移,40,1. 普通螺栓（受拉螺栓）（二）受转矩的螺栓组联,2.,铰制孔用螺栓(受剪螺栓）,由变形协调条件，有,：,螺栓组联接的设计,（1）受力分析：,靠剪切和挤压承载，各螺栓在,T,作用下受横向力,F,R,i,41,2.铰制孔用螺栓(受剪螺栓）由变形协调条件，有：螺栓组联接的,,则可以求出最大工作载荷：,静力平衡条件,：,螺栓组联接的设计,r,i,------第,i,个螺栓的轴线至螺栓组对称中心,O,的距离；,r,max,------受力最大螺栓的轴线到,螺栓组对称中心,O,的距离；,式中：,F,R,max,------受力最大螺栓的横向工作载荷将 代入上式，,42,则可以求出最大工作载荷：静力平衡条件：螺栓组联接的设计ri,（3）设计准则：,螺栓组联接的设计,（2）失效形式：,,杆孔结合面压溃,,,螺栓杆剪断,,杆孔结合面不压溃,,,螺栓杆剪断,43,（3）设计准则：螺栓组联接的设计（2）失效形式：杆孔结合,（三）受轴向载荷的螺栓组联接,每个螺栓所受轴向工作载荷为：,每个螺栓所承受的总载荷,F,2,为：,F,2,=,F,1,+,F,,螺栓强度条件：,螺栓组联接的设计,只能采用普通螺栓。

受力分析：,设计准则：,残余预紧力,F,1,满足要求44,（三）受轴向载荷的螺栓组联接每个螺栓所受轴向工作载荷为：每个,(四）,受倾覆力矩（翻转力矩）,的螺栓组联接,,倾覆力矩,M,作用在 垂直于联接接合面的一个对称面内，底板在承受,M,之前，螺栓已拧紧并承受预紧力,F,0,， 有均匀的伸长，地基在,F,0,的作用下，有均匀的压缩当底板承受,M,之后，它绕,O,-,O,线倾转一个角度，此时轴线右侧，螺栓被进一步拉伸，地基被放松；轴线左侧，螺栓被放松，地基被进一步压缩螺栓组联接的设计,只能采用普通螺栓45,(四）受倾覆力矩（翻转力矩）的螺栓组联接 倾覆力,受力分析：以底板为研究对象,螺栓组联接的设计,图,5-33,受翻转力矩的螺栓组连接,a),受翻转力矩的螺栓组 b),M,作用前接合面的压力分布 c),M,作用后接合面的压力分布,受力分析：以底板为研究对象螺栓组联接的设计图5-33 受翻,静力平衡条件,：,变形协调条件,：,拉伸变形,,i, L,i,,由此可以求出最大工作载荷：,螺栓组联接的设计,螺栓的总拉力：,受力分析：以底板为研究对象,47,静力平衡条件：变形协调条件：拉伸变形i Li 由此可以求,（2）分析接合面间的受力,F,0,引起的挤压应力,,p,为：,A,-------接合面的有效面积,螺栓组联接的设计,,,M,引起的在接合面上的附加挤压应力最大值,,Pmax,为：,48,（2）分析接合面间的受力F0引起的挤压应力p为：A----,联接接合面材料的许用挤压应力[,,P,]见表5-6。

螺栓组联接的设计,设计准则：,,受力最大的螺栓不拉断或塑性变形,,基座受压侧不压溃,,基座受拉侧不出现缝隙,49,联接接合面材料的许用挤压应力[P]见表5-6螺栓组联接的,国家标准规定螺纹联接件按材料的力学性能分出等级一、螺纹联接件,材料,螺纹联接件的材料与许用应力,螺栓、螺柱、螺钉的强度级别为10级：,3.6,4.6,4.8,5.6,5.8,6.8,8.8,9.8,10.9,12.9,,例如：5.6级,螺母的强度级别为7级：,4 5 6 8 9 10 12,50,国家标准规定螺纹联接件按材料的力学性能分出等级一、螺纹,二、螺纹联接件,的许用应力,1．螺纹联接件的许用拉应力,2．螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力,3．螺纹联接件的安全系数,（被联接件为钢）,（被联接件为铸铁）,螺纹联接件的材料与许用应力,51,二、螺纹联接件的许用应力1．螺纹联接件的许用拉应力2．螺纹联,,,以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓强度。

改善螺纹牙上载荷分布不均的现象,降低影响螺栓疲劳强度的应力幅,减小应力集中的影响,采用合理的制造工艺,提高螺纹联接强度的措施,52,以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此,一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅,当轴向工作载荷变化范围为：0,~F,螺栓的总拉力的变化范围为：,F,0,~F,1,,在保持预紧力,F,0,不变的条件下，减小,C,1,，增大,C,2,，均可减小总拉力,F,1,的变化范围，减小应力幅提高螺纹联接强度的措施,1.降低螺栓刚度,C,1,2.增大被联接件刚度,C,2,53,一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅当轴向工作载荷变化范围为：0,,在保持预紧力,F,0,不变的条件下，减小,C,1,，增大,C,2,，均可减小总拉力,F,1,的变化范围，减小应力幅但是,在,F,0,给定的条件下，减小,C,1,，增大,C,2,，,,都将引起残余预紧力减小，从而降低了联接的紧密性所以，应：,1.减小螺栓刚度,C,1,；,2.增大被联接件刚度,C,2,；,3.适当增大预紧力,F,0,提高螺纹联接强度的措施,54,在保持预紧力F0不变的条件下，减小C1，增大C2，均,提高螺纹联接强度的措施,1.,螺栓,：采用柔性结构,2.,被联接件：,不用垫片或用刚度大的垫片,或采用O形密封圈,宜采取措施:,采用柔性螺栓,或加弹性元件,有密封要求时，采用金属薄垫片,55,提高螺纹联接强度的措施1. 螺栓：采用柔性结构2. 被联接件,二、,改善螺纹牙上载荷分布不均的现象,提高螺纹联接强度的措施,螺栓受拉，螺距增大,螺母受压，螺距减小,变形不协调，造成受力不均。

试验证明：约有1/3的载荷集中在第一圈上，第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷加厚螺母不能提高联接强度56,二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象提高螺纹联接强度的措施螺栓,措施：,提高螺纹联接强度的措施,57,措施：提高螺纹联接强度的措施57,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,三、减小应力集中,增大过渡圆角,卸载槽,r,,,,卸载过渡结构,提高螺纹联接强度的措施,58,三、减小应力集中增大过渡圆角卸载槽r卸载过渡结构提高螺纹联接,,,,四、避免或减小附加弯曲应力,,,,,,,,,,,,,,,,,,提高螺纹联接强度的措施,59,四、避免或减小附加弯曲应力提高螺纹联接强度的措施59,五、采用合理的制造工艺,1.采用冷墩螺栓头部和滚压螺纹工艺，比车制螺纹提高疲劳强30~40%2.采用氮化、氰化、喷丸等强化工艺原因：1）降低应力集中；,2）材料纤维未被切断，金属流线走向合理；,3）冷作硬化，表面有残余压应力提高螺纹联接强度的措施,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,60,五、采用合理的制造工艺1.采用冷墩螺栓头部和滚压螺纹工艺，比,第六章 键、花键、无键联接和销联接,§6-1 键联接,*§6-3 无键联接,§6-2 花键联接,§6-4 销联接,61,第六章 键、花键、无键联接和销联接§6-1 键联接*§6-,功能：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩；,实现零件的轴向固定或移动。

一、键联接的功能、分类、结构形式及应用,分类：平键、半圆键、楔键、切向键等1.,平键,联接,键联接,1）工作原理：靠键侧挤压、键剪切传递扭矩2）特点：结构简单、定心好、装拆方便3）类型：普通平键、薄型平键、导向平键、滑键,62,功能：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩；一、键联接的,普通平键,单圆头(,C,型),圆头(,A,型),方头(,B,型),,用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大用盘铣刀加工，轴的应力集中小用于轴端，便于安装普通平键应用最广A,型,B,型,C,型,键联接,63,普通平键单圆头(C型)圆头(A型)方头(B型)用指状铣刀加工,导向平键,结构特点：长度较长，用螺钉固定轴上为便于装拆，制有起键螺孔零件可以在轴上移动，构成动联接应用：用于轴上零件移动量不大的场合，如变速箱中的滑移齿轮键联接,64,导向平键结构特点：长度较长，用螺钉固定轴上为便于装拆，制有,滑键,特点：固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴上的键槽中作轴向滑移应用：零件需滑移的距离较大的场合键联接,65,滑键特点：固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴上的键槽中作轴向滑移,,,A,型,B,型,C,型,b,h,,C,×,45˚,或,r,1,L,L,L,b,h,b,t,d,-,t,b,t,1,d+t,1,标记实例： 圆头普通平键(,A,型): 键16×100,GB,1096-79,圆头普通平键(,B,型): 键,B,16×100,GB,1096-79,单圆头普通平键(,C,型) : 键,C,16×100,GB,1096-79,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,普通平键和键槽尺寸,（GB1095-79、GB1096-79）,,R,=,b,/2,66,A型B型C型bhC× 45˚或r1LLLbhbtd-tbt1,2.,半圆键,连接,键联接,1)工作原理：键侧挤压、键剪切传递扭矩,2)特点：,优点：键在槽中可摆动，适应轮毂槽底斜度,对中性好、装配方便、适应锥形轴端,缺点：键槽深，对轴削弱大,3)应用：轻载、锥形轴端联接,67,2. 半圆键连接键联接1)工作原理：键侧挤压、键剪切传递扭矩,3.,楔键,联接,键联接,1）,工作原理,：,键上表（毂槽底）面为1：100斜度斜面。

键上、下表面工作，挤压楔紧、摩擦传递扭矩2）,特点：,优点：可作轴上零件的轴向定位，承受较小轴向力缺点：楔键破坏轴上零件对中性3）,应用,：对中精度要求不高、载荷平稳、低速场合斜度1：100,68,3. 楔键联接键联接1）工作原理：斜度1：10068,类型：普通楔键(圆头、平头、单圆头）、钩头楔键键联接,69,类型：普通楔键(圆头、平头、单圆头）、钩头楔键键联接69,,,,,,斜度1：100,键联接,4.,切向键,联接,1）工作原理：切向键由两个1：100斜度的楔键组成，组合后上、下平行表面工作靠工作面挤压、轴与轮毂间的摩擦传递扭矩2）特点：优点：传递载荷大,缺点：切向键对轴削弱较大,3）应用：对中精度要求不高、载荷大的重型机械中，如：大型飞轮、矿用卷扬机卷筒等工作面,70,斜度1：100键联接4. 切向键联接1）工作原理：切向键由两,二、键的选择和强度校核,1．键的尺寸选择,,b,×,h,根据轴径,d,由标准中查得，键的长度,L,参考轮毂的长度确定，一般应略短于轮毂长（5~10,mm,），并符合标准中规定的尺寸系列（表6-1）平键的尺寸主要是键的截面尺寸,b,×,h,及键长,L,2．平键联接的失效和强度校核,,普通平键联接（静联接）：工作面的压溃,键的剪断,,导向平键联接和滑键联接：工作面的过度磨损,键联接,,键的失效：,71,二、键的选择和强度校核1．键的尺寸选择　　b×h根据轴径d由,图6-8 键的失效,a) 键工作面压溃 b) 键槽工作面压溃 c) 键被剪断,键联接,72,图6-8 键的失效 键联接72,,,d,,,设键侧面的作用力沿键的工作长度和高度均匀分布，则普通平键的强度条件为:,（,A,型）,（,B,型）,（,C,型）,导向平键和滑键联接的强度条件为,：,式中：,[,s,p,]、[,p,]为许用应力与许用压力，表6-2。

b,,,,,A,型,l,L,b,,B,型,b,,,,C,型,l,L,l=L,F,F,k,键联接,平,键联接的强度计算：,T,,73,d 设键侧面的作用力沿键的工作长度和高度均匀分布，,(3)采用两个楔键，应相隔 90°-120°布置如果强度不够，可采用双键，布置时应注意：,(1)采用两个平键，应相隔180°布置，校核时按1.5个键计算2)采用两个半圆键，应布置在轴的同一母线上键的长度一般不宜超过（1.6 ~1.8),d,键联接,74,(3)采用两个楔键，应相隔 90°-120°布置如果强度不,1.结构特点,：沿周向均布多个键齿齿侧为工作面2. 优点：,一、,花键联接,的类型、特点和应用,键分布均匀，各齿受力均匀；,因槽较浅，齿根处应力集中较小；,齿数较多，总接触面积大，承载能力强；,轴和轴上零件对中性好；,导向性好；,3.缺点：,齿根仍有应力集中，加工成本较高花键联接,4.应用：,传递载荷大，对中性要求较高的动、静联接75,1.结构特点：沿周向均布多个键齿齿侧为工作面2. 优点：,5.类型：,花键联接,轻系列,：用于静联接或轻载联接,中系列,：用于中等载荷的联接定心方式：,小径定心（外花键和内花键的小径为配合面，大径处有间隙），定心精度高，稳定性好。

1）矩形花键,76,5.类型：花键联接轻系列：用于静联接或轻载联接定心方式：小径,5.类型：,花键联接,2）渐开线花键,特点,：齿廓为渐开线，加工方便，齿的根部强度高，应力集中小，承载能力高，对中性好，适用重载或轴径较大的联接定心方式,：齿形定心，内、外花键的齿顶和齿根处有间隙渐开线花键分度圆压力角有30º（应用较广）和45º（齿钝而短，适用于载荷较小和直径较小的静联接77,5.类型：花键联接2）渐开线花键特点：齿廓为渐开线，加工方便,失效形式：工作面压溃（静联接）、磨损（动联接）,二、花键联接强度计算,强度计算时，假定载荷在键的工作面上均匀分布，且压力的合力,F,作用在平均直径,d,m,处，并引入载荷分配不均匀系数,y,，则花键联接的强度校核式为：,静联接：,动联接：,上两式中:,[,s,p,]、[,p,]为花键联接的许用挤压应力和许用压力见表6-3键的工作高度为：,矩形花键,花键联接,78,失效形式：工作面压溃（静联接）、磨损（动联接）二、花键联接强,,根据销的用途不同，一般有：,,销联接主要用于确定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷也可用于轴和轮毂或其他零件的联接销联接,联接销,：用于联接，可传递不大的载荷。

定位销,：确定相对位置安全销,：安全装置中的过载剪断元件79,根据销的用途不同，一般有：　　销联接主要用于确定零件之间,开尾圆锥销在联接时的防松效果好，适用于有冲击、振动的场合的联接圆柱销靠过盈配合固定在销孔中，经多次装拆会降低定位精度和可靠性圆锥销具有1:50的锥度，安装方便，定位精度高根据销的结构形式有：圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等销联接,80,开尾圆锥销在联接时的防松效果好，适用于有冲击、振,端部带螺纹的圆锥销可用于盲孔或拆卸困难的场合；,槽销上有辗压或模锻出的三条纵向沟槽，将槽销打入销孔后，由于材料的弹性使销挤压在销孔中，不易松脱，因而能承受振动和变载荷销轴用于两零件的铰接处，构成铰链联接销轴通常用于开口销锁定，工作可靠，装拆方便销联接,81,端部带螺纹的圆锥销可用于盲孔或拆卸困难的场合；,销联接,销的材料：,为35、45钢（开口销为低碳钢），许用应力[,t,]=80MPa，许用挤压应力[,s,p,]与键联接的挤压应力相同销连接的选择：,,连接销：,类型根据工作要求选定尺寸根据连接的结构特点按经验或规范选定，必要时校核剪切和挤压强度定位销：,不作强度校核，直径按结构确定，数目一般不少于2个。

安全销：,销的直径按过载时被剪断的条件确定82,销联接销的材料：为35、45钢（开口销为低碳钢），许用应力[,。