机械设计基础模块5连接.ppt

连接项目五主目录螺纹的分类及主要参数1 螺纹连接的基本类型及螺纹连接件2螺纹连接的预紧和防松33螺栓连接的强度计算4 螺纹连接件的材料和许用应力5提高螺栓连接强度的措施63键及花键连接7销连接8学习目标 （1）掌握螺纹的基本参数2）了解螺栓连接的基本类型及常见的标准螺纹连接件3）掌握螺栓连接的防松原理和常见的防松方法4）熟悉螺栓连接的强度计算方法和步骤5）掌握平键连接的设计计算一、螺纹的分类任务一 螺纹的分类及主要参数螺纹的分类 按螺纹轮廓形状（牙型）的不同，螺纹可分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等，如图5-2所示按螺旋线绕行方向的不同，螺纹可分为右旋螺纹和左旋螺纹，如图5-3所示按螺纹线数的不同，螺纹可分为单线螺纹和多线螺纹，如图5-4所示按螺旋线所绕形体的不同，螺纹可分为圆柱螺纹和圆锥螺纹按螺纹在圆柱（或圆锥）内、外表面的不同，螺纹可分为内螺纹和外螺纹一、螺纹的分类任务一 螺纹的分类及主要参数 图5-2 螺纹牙型 图5-3 螺纹的旋向 图5-4 单线螺纹和多线螺纹二、螺纹的主要参数任务一 螺纹的分类及主要参数 现以圆柱螺纹为例来说明螺纹的主要参数，如图5-5所示图5-5 圆柱螺纹的主要参数 （1）大径d是与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径，是螺纹的最大直径，在有关螺纹的标准中称为公称直径。

2）小径d1是与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径，是螺纹的最小直径，常作为强度计算直径任务一 螺纹的分类及主要参数 （3）中径d2是一个假想圆柱的直径，该圆柱母线上的螺纹牙厚等于牙间宽4）螺距P是相邻两螺纹牙型在中径线上对应两点间的轴向距离5）导程S是同一条螺纹线上相邻两螺纹牙型在中径线上对应两点之间的轴向距离导程S、螺距P和线数n的关系为 （5-1）（6）螺纹升角是在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，如图5-1所示，其计算公式为 （5-2）（7）牙型角是在轴向剖面内，螺纹牙型两侧边的夹角8）牙型斜角是牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角对称牙型的牙型斜角一、螺纹连接的基本类型任务二 螺纹连接的基本类型及螺纹连接件 1螺栓连接 螺栓连接是将螺栓穿过被连接件上的光孔并用螺母拧紧使被连接件固连成一体的一种连接形式螺栓连接有普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接两种，如图5-6所示普通螺栓连接螺栓杆受拉应力，通孔加工精度低，结构简单，拆装方便，因此应用广泛铰制孔螺栓连接的孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合，主要用来承受横向载荷a）普通螺栓连接 （b）铰制孔螺栓连接 图5-6 螺栓连接 2双头螺柱连接 图5-7所示为双头螺柱连接。

这种连接的被连接件之一较厚不宜制成通孔，因而将其制成螺纹盲孔，另一薄件制成通孔任务二 螺纹连接的基本类型及螺纹连接件 图5-7 双头螺柱连接 3螺钉连接 螺钉连接不使用螺母，而是将螺钉穿过一被连接件的通孔，直接拧入另一被连接件的螺纹孔内实现连接的，如图5-8所示螺钉连接适用于被连接件之一较厚，且不必经常拆装的场合任务二 螺纹连接的基本类型及螺纹连接件 图5-8 螺钉连接 4紧定螺钉连接 紧定螺钉连接是利用紧定螺钉拧入一被连接件上的螺纹孔，并以紧定螺钉末端直接顶住另一被连接件的表面或相应的孔穴，以固定两被连接件的相对位置，如图5-9所示紧定螺钉连接主要用于传递不大的力和转矩的场合任务二 螺纹连接的基本类型及螺纹连接件 图5-9 紧定螺钉连接二、标准螺纹连接件任务二 螺纹连接的基本类型及螺纹连接件 1螺栓 螺栓的头部形状有六角头、方头、沉头、半圆头等多种形式其中，六角头螺栓最为常用图5-10（a）所示为标准六角头螺栓，图5-10（b）所示为六角头铰制孔用螺栓，它可承受剪力并具有连接定位作用图5-10 螺栓 二、标准螺纹连接件任务二 螺纹连接的基本类型及螺纹连接件 2双头螺柱 双头螺柱两端部都有螺纹，旋入被连接件螺纹孔的一端称为座端，另一端称为螺母旋入端，如图5-11所示。

3螺钉 螺钉的头部形状有十字槽头、六角头、内六角圆柱头和一字开槽沉头等，以适应不同的连接场合其中，十字槽头不易拧滑，应用较为广泛，如图5-12所示图5-11 双头螺柱 图5-12 螺 钉 二、标准螺纹连接件任务二 螺纹连接的基本类型及螺纹连接件 4紧定螺钉 紧定螺钉的末端顶住零件的表面或顶入该零件的凹坑中将零件固定，它可以传递不大的载荷为了满足不同的工作要求，紧定螺钉的头部和末端有多种结构形式，如图5-13所示a）（b）图5-13 紧定螺钉的头部和末端二、标准螺纹连接件任务二 螺纹连接的基本类型及螺纹连接件 5螺母 螺母的形状有六角形、圆形等，如图5-14所示其中，六角螺母应用最普遍，圆螺母常用于轴上零件的轴向固定6垫圈 垫圈常放在螺母与被连接件之间，其作用是增加被连接件的支承面积，以减小接触面的应力，避免拧紧螺母时擦伤被连接件的表面，并起防松作用a）六角螺母 （b）圆螺母图5-14 螺 母一、螺纹连接的预紧任务三 螺纹连接的预紧和防松 连接件在承受工作载荷之前就预加上的作用力称为预紧力1拧紧力矩（扳手力矩）T 在预紧螺栓连接时，加于扳手上的拧紧力矩T，须克服螺旋副中的螺纹力矩T和螺母与支承表面间的摩擦阻力矩Tf，即 对于M10M68的粗牙螺纹，Tz为一、螺纹连接的预紧任务三 螺纹连接的预紧和防松 2预紧力的控制 在螺栓连接中，预紧力的大小要适当，如在气缸盖螺栓连接中，预紧力过小时，工作过程中缸盖和缸体间可能会出现间隙而漏气；预紧力过大时，又可能使螺栓拉断。

图5-16 测力矩扳手 可采用测力矩扳手（见图5-16）或测量拧紧螺母后螺栓的伸长量来控制预紧力F0二、螺纹连接的防松任务三 螺纹连接的预紧和防松 1摩擦防松 1）弹簧垫圈防松 如图5-17所示，弹簧垫圈是一个具有斜切口且两端上下错开的环形垫圈，它经热处理后具有弹性2）对顶螺母防松 如图5-18所示，当两螺母对顶拧紧后，旋合段内螺栓受拉而螺母受压，这一压力几乎不受外力的影响，从而使螺旋副保持一定的摩擦力，以防止螺纹连接松脱图5-17 弹簧垫圈 图5-18 对顶螺母二、螺纹连接的防松任务三 螺纹连接的预紧和防松 3）自锁螺母防松 如图5-19所示，螺母一端制成非圆形收口，当螺母拧紧后，非圆形收口箍紧螺栓，使旋合螺纹间横向压紧图5-19 自锁螺母二、螺纹连接的防松任务三 螺纹连接的预紧和防松 2机械防松 机械防松是利用附加机械装置，约束螺母与螺栓之间的相对转动，因而防松可靠，应用很广图5-20 利用开口销与槽形螺母防松 图5-21 利用止动垫片防松 图5-22 利用带翅垫圈与圆螺母防松二、螺纹连接的防松任务三 螺纹连接的预紧和防松 3永久防松 永久防松是指在螺母拧紧后，利用冲头在螺栓末端与螺母的旋合缝处打冲点，或把螺栓末端伸出部分铆死，或用点焊、金属胶结等方法，将螺旋副变为不可拆连接，如图5-23所示。

图5-23 永久防松一、松螺栓连接任务四 螺栓连接的强度计算 松螺栓连接在装配时不必拧紧，只在工作载荷作用时螺栓才受到轴向力作用如图5-24所示图5-24 起重滑轮松连接 螺栓的抗拉强度条件为 螺栓的设计公式为二、紧螺栓连接任务四 螺栓连接的强度计算 1受横向外载荷的紧螺栓连接 1）采用普通螺栓连接 图5-25所示为普通螺栓连接，被连接件承受垂直于轴线的横向载荷FR每个螺栓的预紧力F0，即为每个螺栓作用于被连接件的压力，其计算公式为 图5-25 受横向载荷的螺栓连接二、紧螺栓连接任务四 螺栓连接的强度计算 若给定FR值，则可求出预紧力F0F0对于被连接零件是压力，而对于螺栓则是拉力，因此，在螺栓的危险截面上产生拉伸应力，其值为 通常在计算螺栓螺纹部分的强度时，只按拉伸强度来计算，但要将所受的拉力增大30%来考虑扭转剪应力的影响，即螺栓螺纹部分的强度条件为 故螺栓的设计公式为 二、紧螺栓连接任务四 螺栓连接的强度计算 2）采用铰制孔用螺栓连接 承受横向载荷时，不仅可采用普通螺栓连接，也可采用铰制孔用螺栓连接图5-26所示为采用铰制孔用螺栓连接图5-26 采用铰制孔用螺栓连接二、紧螺栓连接任务四 螺栓连接的强度计算 2受轴向外载荷的紧螺栓连接 图5-27所示的气缸盖螺栓连接，其受力分析如图5-28所示。

图5-27 气缸盖螺栓连接（a）未拧紧 （b）拧紧后 （c）受工作载荷图5-28 螺栓与被连接件的受力与变形一、螺纹连接件的常用材料任务五 螺纹连接件的材料和许用应力 2受轴向外载荷的紧螺栓连接 图5-27所示的气缸盖螺栓连接，其受力分析如图5-28所示制造螺栓的材料应具有足够的强度、一定的塑性和韧性，而且便于加工对于一般螺纹连接件，常采用Q215，Q235，10，35和45等材料制造 对于承受冲击、振动或变载荷的螺纹连接件，可采用低合金钢、合金钢等材料制造对于特殊用途的螺纹连接副，可采用特种钢、铜合金、铝合金等材料制造一、螺纹连接件的常用材料 对于一般机械设计，螺纹连接件常用材料的机械性能如表5-5所示牌号牌号Q215Q235354540Cr强度极限/MPa335410375460530600980屈服极限/MPa185215205235315355785表5-5 螺纹连接件常用材料的机械性能任务五 螺纹连接件的材料和许用应力二、螺栓连接的许用应力和安全系数 螺栓连接的许用应力和安全系数的值如表5-6和表5-7所示连接类型连接类型受载情况受载情况许用应力和安全系数许用应力和安全系数松螺栓连接普通螺栓连接轴向静载荷紧螺栓连接普通螺栓连接轴向静载荷横向静载荷 控制预紧力时 ；不控制预紧力时，S的值如表5-7所示绞制孔用螺栓连接横向静载荷 被连接件为钢时 ，被连接件为铸铁时轴向变载荷 ；按静载荷值降低20%30%表5-6 螺栓连接的许用应力和安全系数任务五 螺纹连接件的材料和许用应力二、螺栓连接的许用应力和安全系数材料材料安全系数安全系数SM6-M16M16-M30M30-M60碳钢4-33-22-13合金钢5-44-2.52.5表5-7 不控制预紧力时紧螺栓连接的安全系数S（静载荷）任务五 螺纹连接件的材料和许用应力一、减小应力变化幅度任务六 提高螺栓连接强度的措施 （1）减小螺栓刚度或增大被连接件刚度都可以减小应力变化幅度。

例如，采用腰状杆螺栓和空心螺栓（见图5-29）（2）在螺母下面安装弹性元件（见图5-30）都可以减小螺栓的刚度，从而减小应力变化幅度图5-29 腰状杆螺栓和空心螺栓图5-30 在螺母下面安装弹性元件二、改善螺纹牙的载荷分配任务六 提高螺栓连接强度的措施 为了改善受力不均的情况，常采用悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母等悬置螺母的旋合部分均受拉，螺纹牙上受力趋于均匀，如图5-33（a）所示 环槽螺母内缘下端局部受拉且富有弹性，与悬置螺母有相似的效果，但效果不及悬置螺母，如图5-33（b）所示内斜螺母把载荷向上转移到原受力小的螺纹上使载荷分布趋于均匀，如图5-33（c）所示a）（b）（c）图5-33 均载荷螺母结构三、减小应力集中任务六 提高螺栓连接强度的措施 螺栓上螺纹牙、螺栓头部与螺栓杆的交接处都会产生应力集中适当加大圆角半径，使用卸载槽或卸载过渡结构（见图5-34），都能减小应力集中，提高螺栓的强度a）（b）（c）图5-34 圆角和卸载结构四、避免附加弯曲应力任务六 提高螺栓连接强度的措施 偏心载荷会在螺栓中引起附加弯曲应力为了避免螺纹连接产生附加弯曲应力，应从结构和工艺上采取措施例如，在工艺上保证被连接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线垂直；将安装在粗糙表面上的螺栓制成凸台或沉头座等。

一、键连接任务七 键及花键连接 1键连接的类型 1）平键连接 平键的上表面与轮毂键槽顶面留有间隙，依靠键与键槽间的两侧面挤压力F来传递转矩T平键连接分类 普通平键连接，普通平键的端部形状有圆头、平头和单圆头三种导向平键连接当零件需要做轴向移动时，可采用导向平键连接滑键连接滑键与轴上的零件。