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1、 第10章 连 接 基本要求： 1.了解连接的基本分类； 2.了解螺纹连接的主要类型； 3.了解螺栓拧紧时连接中各零件的受力及螺栓的防松 原理、装置和方法； 4.掌握单个螺栓的受力分析及强度计算； 5.了解提高螺栓连接强度的措施； 6.掌握平键类型、结构特点、尺寸选择及强度计算； 7.了解花键联接、销连接的基本概念。 连接 机械动 连接 运动副 机械静 联接 可拆 连接 不可拆 连接 螺纹连接 键、花键、销连接 无键连接 铆接 焊接 粘接 过盈连接 连接的基本类型 10 1 螺纹参数 一. 螺纹的形成： 单 线 螺 纹 S d2 多 线 螺 纹 二. 螺纹的分类 ： 1）按牙形分： 2）按螺旋
2、的线数分：单 线、多线一般不超过4线 ），线数越多，导程越大 。单线用于连接，多线用 于传动。 3）按旋向分： 右旋、左旋。一般用右旋。 4）内、外螺纹之分： 二者旋合组成螺旋副（螺纹副） 5）按母体的形状分： 圆柱螺纹、圆锥螺纹 6）按采取标准制度的不同： 公制、英制 注：除了矩形螺纹外，其它螺纹都已标 准化，设计时应按国家标准设计。 三. 螺纹的基本参数 ： 大径d(D)：公称直径 小径d1(D1)：强度计算用 中径d2 (D2)：分析效率用 螺距P：相邻两牙在中径线 上对应两点间的轴向距离。 导程S：同一条螺旋线上相 邻两牙在中径线上对应两 点间的轴向距离。S=nP 牙形角：螺纹轴向截面
3、内螺纹牙型相邻两侧边夹角 。 牙侧角： 牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。 对于对称牙型 =/2。 P d2 S d2 螺纹升角：中径d2圆柱上，螺旋线的切线与 垂直螺纹轴线的平面间的夹角。 一.矩形螺纹：（0） 螺旋副在力矩 T 和轴向载 荷Fa作用下相对运动，可看 成作用在中径的水平推力F 推动滑块沿螺纹运动，矩形 螺纹沿中径展开得一斜面 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 F F S Fa F Fn fFn FR 1. 当滑块沿斜面匀速上升时 （拧紧螺母：轴向载荷为阻力 阻止螺旋副相对运动时）： ：摩擦角 作用在螺旋副上的驱动力矩 T为： （拧紧螺母时 等于 螺纹副间的摩擦阻力矩）
4、F Fa FR + F Fa FR - S 2.当滑块沿斜面匀速下降时： （松开螺母） F（阻力 ） Fa（驱动力 ） FR - 相应的 力矩为: 时，F0，此时F为阻止滑块加速下滑的平衡力 。 当0。推荐： （1）有紧密性要求的联接， （2）一般联接，工作载荷稳定时， （3）工作载荷不稳定时， （4）对于地脚螺栓联接， 10-7 螺栓的材料和许用应力 螺栓的常用材料： 碳素钢 Q215、Q235、10、35、45等 合金钢 15Cr、40Cr、30CrMnSi等 P145表10-6 螺栓联接的许用应力 变载 荷 静载 荷 铰制孔螺栓 受横向载荷 控制预紧力时S=1.21.5； 不能严格控制预
5、紧力时S 查表10-7 受轴向载 荷、横向载荷 许用应力 紧螺栓连接受载情况 强度极限 查P123表 9-1 表10-7 紧螺栓联接的安全系数（不能严格 控制预紧力时） M16 M30M16 M30M6M16M6M16 57.6 54 2.5 5 4 合金钢 6.5 10 6.53 24 3碳素钢 变载荷静载荷 材料 10-8 提高螺栓联接强度的措施 一. 改善螺纹牙间的载荷分布: 变形不谐调是螺纹牙受力不均 的根本原因。普通螺母第一圈 受载最大，然后各圈递减，到 第810圈以后，螺纹几乎不受 载荷，故采用圈数多的厚螺母 并不能提高联接的强度。 二. 减小应力集中: 对螺纹来讲，形状突变是 产
6、生应力集中的主要原因 。 三. 避免或减小附加应力 : 偏心拉伸对螺栓十分不利 。 四.其它措施 ： 采用冷镦头部和辗压螺纹的螺栓、进行氰化、氮化 、喷丸等表面硬化处理,都能提高螺栓的疲劳强度 。但经强化的螺栓耐腐性能都会下降。 五. 降低应力幅：应力变化幅度过大是疲劳断裂的根本 原因。 解：1.决定螺栓的工作载荷FE 压力不变，螺柱直径大则数目Z小；反之Z大则螺柱直径小。考 虑到油缸是压力容器，有紧密性要求，故Z应适当大些并取偶 数（便于分度）。综上： 本题取 Z=8 例： 一钢制液压油缸， 油缸壁厚为10mm，油压 p=1.6MPa，D=160mm，试设 计其上盖的螺栓联接和螺 栓分布圆直
7、径D0。 2.决定螺栓总拉伸载荷Fa 对压力容器，取残余预紧力FR=1.8FE， 由强度条件得： 3.求螺栓直径d1 选螺栓材料为45钢，s355MPa（ 表91），装配时不要求控制预紧力，暂取安全系数S 3（表10-7） s/S355/3118MPa 查表10-1，取M16螺栓（ d1=13.835 ），故S3正确。 4.确定螺栓分布圆直径D0 由于螺栓置于凸缘中部，故 D0=D+210+2e=160+20+216+(36)=218224 取D0220 mm， 螺栓间距为 由教材P143页脚注可知， 所以，D0和Z是 合理的。 10-11 键联接和花键联接 一.键联接的类型、工作原理及特点
8、轴毂联接：支撑回转件的零件称为轴 ，回转零件的孔及其周边部分称为轮 毂。所谓轴毂联接，指的是轴与毂孔 圆周方向的固定。 概 述 作用：实现轴毂联接以传递扭矩。 有些键还可实现轴上零件的轴向移 动或轴向固定。 键是标准件，应按标准选用。 键 的 类 型 v 平键 v 半圆键 v 楔键 v 切向键 v 普通平键 v 导向键 v 滑键 实现静连接 实现动连接 用于轴向移动位 移不大的情况 用于轴向移动位 移大的情况 构成紧连接 1.平键 按用途分为双圆头（A型）、方头（B型）、单 圆头（C型） 应用最广。两侧面是工作面，靠键与键槽的挤 压传递转矩。定心性较好、装拆方便。 1）普 通平键 3）滑键 2
9、）导向平键 用于轴向移 动位移不大 的情况 用于轴向 移动位移 大的情况 半圆键也是以两侧面为工作面 。靠键与键槽的挤压传递转矩 ，键可在键槽中摆动以适应毂 槽的斜度，定心性更好，但键 槽对轴的削弱较大，常用作锥 形轴段的辅助联接和轻载连接 。 2.半圆键联接 楔键：上下表面为工作面。键的上表面有1:100 的 斜度。安装时，使键相对于键槽轴向移动从而楔紧 轴与轮毂；工作时，靠上下表面的摩擦力传递转矩 。可承受单向的轴向力，由于定心性能差而且是靠 摩擦传力，故只能用于定心精度要求不高、低转速 和工作平稳的情况下。 3.楔键和切向键 切向键：两个楔键 成对布置在轴断面 的切线上，装配时 两键楔紧
10、，可承受 很大的单向转矩。 传递双向转矩时， 两对切向键分布 120至130 当采用单平键强度不满足时，应采用双键。 两个键 应按180布置；半圆键应位于同一母线上；楔键和切 向键应间隔120左右。 1. 类型的选择：据联接的结构、使用特性、工作条 件来选择。选择时应考虑的因素有： 1）需传递扭矩的大小； 2）是否有相对运动； 3）滑动距离的长短； 4）联接中对心性的要求； 5）是否有轴向定位； 6）键在轴上的位置（中部、端部）等 。 2. 尺寸的选择 ： L b h 主要尺寸 bh与长度L 由轴的直径选 由轮毂的长度定；导 向键应按轮毂的长度 和滑动距离定。所选 长度应符合国标中规 定的长度
11、系列。 键的类型选择 二.平键联接的强度校核 1.平键联接的失效形式： 1） 键与键槽工作面被压溃（静联接）；2）键被剪断 3） 键与键槽工作面的磨损（动连接）。 对于实际采用的材料组合和尺寸来说，压溃和磨损是 主要失效形式。 静联接：挤压条件 动联接：耐磨条件 L b 注意：式中 为接触长度。圆头键 方头键 ；一端方头 查表10-10 当采用单键强度不满足时，应采用双键。考虑到 载荷分配不均的问题，双键只能按1.5个键计算 。此外，采用双键时，两个键应按180布置；半 圆键应位于同一母线上；楔键和切向键应间隔 120左右。 传递大转矩或轴向移动频繁且要求较高的定心精度时，从使用 和制造来讲，
12、使用键联接都不合理。一个花键相当于多个平键 ，因键轴一体，对轴的削弱程度小（齿浅、应力集中小），定 心性和导向性能好，故花键联接广泛用于重载、高速、要求轴 向移动频繁及高定心精度的场合。 花键分一般的矩形花键和强度高的渐开线花键。矩形花键最为 常用；渐开线花键承载力大、制造精度高，多用于重要场合。 轴和轮毂孔周向均布多个键齿构成的联接称为花键联接。齿 的侧面是工作面。 三.花键联接 一. 销联接的作用：固定零件间的相对位置，并传递不大的 载荷。有时也作安全装置中的过载保护元件（安全销） 。 10-12 销联接 销已标准化，使用时应按标准选用 。 二. 销联接的基本形式： 三. 圆柱销：多次拆装定位精度会降低。 圆锥销：有150的锥度，安装比圆柱销方便，多次拆装对 定位精度的影响较小。 教材P157158 10-3、10-5、10-11 本章作业