東北大學(xué)機械9第九章 聯(lián)接

機械設(shè)計基礎(chǔ)

第九章聯(lián)接9-0概述9-1螺紋聯(lián)接9-2螺紋聯(lián)接類型和標準聯(lián)接件一、螺紋基礎(chǔ)知識二、螺紋副的受力、效率和自鎖三、常用螺紋的種類、特點和應(yīng)用一、聯(lián)接的作用二、聯(lián)接的分類一、螺紋聯(lián)接的類型二、標準聯(lián)接件9-2螺紋聯(lián)接類型和標準聯(lián)接件目錄9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算9-5鍵聯(lián)接一、設(shè)計步驟二、受力分析與強度計算三、螺栓聯(lián)接件的材料與許用應(yīng)力四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施一、鍵聯(lián)接的作用二、平鍵聯(lián)接三、半圓鍵四、楔鍵五、切向鍵

六、花鍵聯(lián)接目錄一、聯(lián)接的作用零件構(gòu)件部件機器聯(lián)接聯(lián)接聯(lián)接二、聯(lián)接的分類1、動聯(lián)接：被聯(lián)接零件可相對運動—運動副2、靜聯(lián)接：被聯(lián)接零件無相對運動—構(gòu)件（1）可拆聯(lián)接：螺紋、鍵、銷、成型聯(lián)接（2）不可拆聯(lián)接：鉚接、焊接、膠結(jié)（3）過盈配合：溫差法裝入—可拆壓如法裝入—不可拆9-0概述9-1螺紋聯(lián)接一、螺紋聯(lián)接的基礎(chǔ)知識1、螺旋線與螺紋（1）定義：動點繞定軸勻速圓周運動，并沿軸線方向勻速上升，動點軌跡為螺旋線。一、螺紋聯(lián)接的基礎(chǔ)知識（2）直觀：直角三角形纏繞在圓柱體表面9-1螺紋聯(lián)接一、螺紋聯(lián)接的基礎(chǔ)知識2、螺紋分類（1）螺紋位置：內(nèi)、外螺紋（2）母體形狀：圓柱、圓錐螺紋（3）牙型：三角形、矩形、梯形、矩齒形（4）旋向：左、右9-1螺紋聯(lián)接大徑d：公稱直徑（查標準）小徑d1：計算直徑（強度計算）中徑d2：幾何直徑（幾何計算）3、普通螺紋的主要參數(shù)一、螺紋聯(lián)接的基礎(chǔ)知識Ψ螺距P：相鄰螺牙對應(yīng)點間軸向距離導(dǎo)程S：同一螺線相鄰螺牙對應(yīng)點間軸向距離S=nP（n--線數(shù)）9-1螺紋聯(lián)接升角ψ－中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角牙型角α－螺紋軸截面內(nèi)，牙型兩側(cè)邊的夾角一、螺紋聯(lián)接的基礎(chǔ)知識ΨΨ

β牙型半角β：牙型側(cè)邊與螺紋軸線垂線間的夾角對稱牙型β=α/2牙型角α：螺紋軸截面內(nèi)，牙型兩側(cè)邊的夾角9-1螺紋聯(lián)接二、螺紋副的受力、效率與自鎖二、矩形螺紋副的受力、效率與自鎖1、模型建立動畫9-1螺紋聯(lián)接

二、矩形螺紋副的受力、效率與自鎖2、擰緊螺母時的圓周力和力矩3、擰緊螺母時的效率9-1螺紋聯(lián)接二、螺紋副的受力、效率與自鎖4、放松螺母時的圓周力和力矩5、自鎖條件放松螺母擰緊螺母自鎖：螺母擰緊后,不能在載荷的作用下自動放松

時,

滑塊在向上的推力作用下勻速下滑

時,即只有加一向下的拉力,滑塊才會下滑自鎖條件9-1螺紋聯(lián)接三、矩形螺紋副與非矩形螺紋副的對比當量摩擦系數(shù)三、矩形螺紋副與非矩形螺紋副的對比9-1螺紋聯(lián)接四、非矩形螺紋副的受力、效率與自鎖四、非矩形螺紋副的受力、效率與自鎖1、擰緊螺母時的圓周力和力矩2、擰緊螺母時的效率3、放松螺母時的圓周力和力矩4、自鎖條件9-1螺紋聯(lián)接三、常用螺紋的種類、特點和應(yīng)用三、常用螺紋的種類、特點和應(yīng)用1、聯(lián)接螺紋：要求自鎖—三角形螺紋（1）普通螺紋（α=60°）

粗牙：常用的聯(lián)接螺紋細牙：用于薄壁件或密封處（2）管螺紋（α=55°）（英制）—一般管路聯(lián)接牙頂圓角，旋合后無隙，密封性好

圓柱：螺紋中線與管軸線平行圓錐：螺紋中線與管子軸線不平行，自密封性好普通螺紋管螺紋9-1螺紋聯(lián)接三、常用螺紋的種類、特點和應(yīng)用2、傳動螺紋：要求效率高（1）矩形螺紋（α=0°）

效率高，牙根強度差，磨損難補償（2）梯形螺紋（α=30°）效率較高，牙根強，對中好，磨損后用剖分螺母補償間隙—常用（3）矩齒形螺紋（β工=3°

、β非工=30°）兼?zhèn)渚匦巍⑻菪温菁y的優(yōu)點

三角形矩形梯形矩齒形9-2螺紋聯(lián)接的類型與標準聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接類型1、螺栓聯(lián)接—被聯(lián)件較薄、易做成通孔處，可經(jīng)常拆卸。（1）普通螺栓：被聯(lián)件孔與螺栓桿有間隙，可傳橫向、軸向外載（2）鉸制孔螺栓：被聯(lián)件孔與螺栓桿過渡配合，只傳橫向普通螺栓鉸制孔螺栓桿孔間隙過渡配合面螺栓聯(lián)接9-2螺紋聯(lián)接的類型與標準聯(lián)接件被聯(lián)件之一較厚、不易做成通孔，不需經(jīng)常拆卸處2、螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接擰入深度：銅或青銅：H=d鑄鐵：H=1.25~1.5d鋁合金：H=1.5~2.5dH9-2螺紋聯(lián)接的類型與標準聯(lián)接件3、雙頭螺柱聯(lián)接被聯(lián)件之一較厚、不易做成通孔，需經(jīng)常拆卸處雙頭螺柱聯(lián)接擰入深度：銅或青銅：H=d鑄鐵：H=1.25~1.5d鋁合金：H=1.5~2.5dH螺栓聯(lián)接螺釘聯(lián)接普通螺栓雙頭螺柱聯(lián)接鉸制孔螺栓9-2螺紋聯(lián)接的類型與標準聯(lián)接件3、緊定螺釘聯(lián)接：固定兩零件相對位置，可傳不大扭矩平端緊定螺釘錐端緊定螺釘9-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松一、預(yù)緊—工作前擰緊1、目的：增加螺紋聯(lián)接剛度、緊密性和防松能力3、預(yù)緊力控制方法（3）測螺栓伸長量2、要求：裝配時控制預(yù)緊力在規(guī)定范圍內(nèi)（1）定力矩扳手（2）測力矩扳手

測力矩扳手2一、預(yù)緊預(yù)緊9-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松1、目的：防止螺桿與螺母相對轉(zhuǎn)動3、防松方法2、原因：設(shè)計條件下ψ≤ρv，靜載、恒溫條件不會松脫變載、振動、溫差大引起螺牙間摩擦力瞬時消失—松脫（1）、摩擦防松—利用輔助元件（結(jié)構(gòu)）防止螺紋副間摩擦力消失a、彈簧墊圈b、雙螺母防松c、橢圓口自鎖螺母d、橫向切口螺母二、防松9-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松（2）、機械防松—利用防松元件約束螺紋副相對運動-沖擊、變載場合開口銷與開槽螺母二、防松9-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松（2）、機械防松—利用防松元件約束螺紋副相對運動-沖擊、變載場合止動墊片二、防松9-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松（2）、機械防松—利用防松元件約束螺紋副相對運動-沖擊、變載場合圓螺母止動墊片二、防松9-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松（2）、機械防松—利用防松元件約束螺紋副相對運動-沖擊、變載場合二、防松動畫9-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松（3）、破壞螺紋副防松—防松可靠，沖擊振動大、重要聯(lián)接沖點法：沖壞螺紋副端焊法：端部焊死粘結(jié)法：擰緊時涂膠二、防松9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算一、設(shè)計計算內(nèi)容與步驟1、結(jié)構(gòu)設(shè)計：確定螺栓布置形式、數(shù)量2、受力分析：確定螺栓組中受力最大螺栓和所受最大力3、強度計算：按受力最大螺栓確定整組螺栓直徑一、設(shè)計計算步驟二、受力分析與強度計算（一）普通螺栓聯(lián)接傳遞軸向外力1、只受工作載荷作用的螺栓聯(lián)接（工作前不預(yù)緊，例：起重吊鉤）動畫分類：1普通螺栓組受軸向力2普通螺栓組受橫向力3普通螺栓組受扭矩4普通螺栓組受傾翻力矩5鉸制孔螺栓受橫向力6鉸制孔螺栓受扭矩9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算2、只受預(yù)緊力的螺栓聯(lián)接（工作前預(yù)緊，工作中受力不變，例：普通設(shè)備蓋板）二、受力分析與強度計算（1）受力分析合成應(yīng)力：（2）失效形式：螺栓塑變或拉斷注：受拉、剪應(yīng)力復(fù)合作用的螺栓，可按受純拉伸處理,將拉應(yīng)力加大30%計入剪應(yīng)力的影響。只受預(yù)緊力普通螺栓QpQpTT9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算3、受預(yù)緊力Qp和工作載荷F作用的螺栓聯(lián)接（例：氣缸螺栓）F螺母未擰緊預(yù)緊狀態(tài)工作狀態(tài)二、受力分析與強度計算(2)受力分析動畫9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算工作載荷F螺栓受載被聯(lián)接件受載預(yù)緊狀態(tài)F作用前預(yù)緊拉力QP預(yù)緊壓力QP工作狀態(tài)F作用時(拉力增加)總載荷

Q(壓力下降)殘余預(yù)緊力Q′PF螺母未擰緊預(yù)緊狀態(tài)工作狀態(tài)二、受力分析與強度計算9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算二、受力分析與強度計算a.總載荷Q=?;殘余預(yù)緊力Q’p=？9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算載荷螺栓變形被聯(lián)接件變形變形關(guān)系預(yù)緊狀態(tài)QP作用下伸長δL壓縮δFδL≠δF工作狀態(tài)QP

、F共同作用伸長δL+ΔδL壓縮δF-ΔδFΔδL=ΔδF由圖得總載荷:二、受力分析與強度計算a.總載荷Q=?;殘余預(yù)緊力Q’p=？9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算b.△F=？由圖知:

螺栓剛度:被聯(lián)接件剛度：二、受力分析與強度計算9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算討論：結(jié)論：為減小螺栓總載荷，被聯(lián)接件剛度不宜太?。唬?）失效形式：a:被聯(lián)件結(jié)合面出縫隙；

b:螺栓塑變或被拉斷二、受力分析與強度計算9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算（4）設(shè)計準則：a:保證被聯(lián)接件結(jié)合面不出縫二、受力分析與強度計算b:保證螺栓不拉斷或塑變9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算（二）普通螺栓傳遞橫向外力（1）工作原理：結(jié)合面摩擦力平衡橫向外力

二、受力分析與強度計算（2）受力分析：螺栓受預(yù)緊拉力：QP

被聯(lián)件受預(yù)緊壓力：QP（3）失效形式：（1）螺栓塑變、拉斷

（2）被聯(lián)件相對滑移被聯(lián)件相對滑移9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算（二）普通螺栓傳遞橫向外力二、受力分析與強度計算（4）設(shè)計準則：

（1）螺栓不塑變、不拉斷（只受預(yù)緊力）（2）被聯(lián)接件不相對滑移注：普螺聯(lián)接傳橫向力，螺栓受拉裝拆放便，但所需螺栓直徑大，沖擊、振動時摩擦傳力不可靠。9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算（三）鉸制孔螺栓傳遞橫向外力1、工作原理：桿孔擠壓、螺桿受剪傳遞橫向力二、受力分析與強度計算2、失效形式：（1）桿孔結(jié)合面壓潰

（2）螺桿剪斷鉸制孔螺拴傳遞橫向力動畫9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算（三）鉸制孔螺栓傳遞橫向外力二、受力分析與強度計算3、設(shè)計準則：（1）桿孔不壓潰鉸制孔螺拴傳遞橫向力（2）螺桿不剪斷9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算三、螺紋聯(lián)接件的材料性能與許用應(yīng)力三、螺紋聯(lián)接件的材料性能與許用應(yīng)力1、螺紋聯(lián)接件的材料與性能等級（1）常用材料：碳鋼：Q215-A、Q235-A、35、45—一般聯(lián)接合金鋼：15Cr、20Cr、30CrMnSi等—重要聯(lián)接（2）螺栓、螺母材料性能等級（表2-7）

a、螺栓材料性能等級：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9b、螺母的性能等級：4，5，6，8，9，10，12

螺母性能等級表示可與該螺母相配最高性能等級螺栓抗拉強度的1/100

9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施普通螺栓損壞情況統(tǒng)計如圖9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施1、改善螺紋牙間的載荷分配旋合螺紋受力變形圖螺桿受拉螺距增大螺母受壓螺距減小螺牙間變形不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致牙間載荷分配不均動畫9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算（1）均載螺母四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施懸置螺母螺母體、螺栓均受拉內(nèi)斜螺母環(huán)槽螺母9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算（2）鋼絲螺套四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施2、減小螺栓中應(yīng)力幅9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算降低螺栓剛度CL措施：四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施①采用柔性螺栓：增加螺栓長度、減小螺栓光桿部分的直徑、采用空心螺栓桿②在螺母下安裝彈性元件（動畫9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算提高被聯(lián)接件剛度CF措施：四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施

①采用剛度大的墊片②用密封環(huán)代替密封軟墊片墊片密封密封環(huán)密封9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算3、減小螺栓本身應(yīng)力集中四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施a加大圓角b卸荷槽b卸載過渡結(jié)構(gòu)9-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計計算四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施(保證螺母支撐面平整、螺栓孔正)避免附加彎應(yīng)力的措施2-7鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接作用一、鍵聯(lián)接的作用軸及軸上零件的（如：齒輪、聯(lián)軸器等）的周向定位，傳遞扭矩二、平鍵聯(lián)接1、工作原理：鍵側(cè)擠壓、鍵剪切傳扭矩2、平鍵類型：（1）普通平鍵：（靜聯(lián)接）周向定位A型B型C型鍵槽加工鍵槽加工鍵應(yīng)用2-7鍵聯(lián)接（2）導(dǎo)向平鍵與滑鍵：二、平鍵聯(lián)接(動聯(lián)接)周向定位、零件軸向滑移導(dǎo)向平鍵：鍵定軸上，滑移距離短滑鍵：鍵定轂上，滑移距離長3、鍵聯(lián)接設(shè)計內(nèi)容(1)選擇類型：工作要求、轉(zhuǎn)矩大小、對中要求(2)尺寸選擇：按軸徑d選鍵的截面尺寸b×h(查標準)(3)鍵長選擇：L=輪轂長-（5～10）mm（查標準）(4)強度校核：平鍵尺寸軸徑d>22~30>30~38>38~44>44~50>50~58b×h8×710×812×814×916×1058L18~9022~11028~14036~16045~180L系列：18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，160，180，200，220，2504、失效形式二、平鍵聯(lián)接靜聯(lián)接：鍵及鍵槽側(cè)面壓潰動聯(lián)接：工作面過度磨損5、設(shè)計準則6、標注方法鍵(A）b×LGB1096-20039-7鍵聯(lián)接

l=L-bl=L-b/22-7鍵聯(lián)接三、半圓鍵三、半圓鍵1、工作原理：鍵側(cè)擠壓、鍵剪切傳扭矩2、特點：優(yōu)點：鍵在槽中可擺動，適應(yīng)輪轂槽底斜度對中性好、裝配方便、適應(yīng)錐形軸端缺點：鍵槽深，對軸削弱大3、應(yīng)用：輕載、錐形軸端聯(lián)接半圓鍵聯(lián)接2-7鍵聯(lián)接四、楔鍵四、楔鍵1、工作原理：鍵上表（轂槽