第十章 螺紋、鍵、銷

1、 螺栓及螺母等都是標準件，其螺紋牙、螺栓螺栓及螺母等都是標準件，其螺紋牙、螺栓 頭、光桿和螺母的結(jié)構(gòu)及尺寸等，是根據(jù)等強度頭、光桿和螺母的結(jié)構(gòu)及尺寸等，是根據(jù)等強度 原則及使用經(jīng)驗確定的。采用標準件時，上述尺原則及使用經(jīng)驗確定的。采用標準件時，上述尺 寸一般無須進行強度計算，所以螺栓聯(lián)接的計算，寸一般無須進行強度計算，所以螺栓聯(lián)接的計算， 主要是主要是確定螺栓危險剖面的直徑（近似為小徑）確定螺栓危險剖面的直徑（近似為小徑） 或校核其強度或校核其強度。 10-4 螺栓聯(lián)接的強度計算螺栓聯(lián)接的強度計算 一、受拉螺栓聯(lián)接一、受拉螺栓聯(lián)接 受拉螺栓在靜載荷作用下，主要失效形式是受拉螺栓在靜載荷作用下，

2、主要失效形式是 螺紋部分的螺紋部分的塑性變形塑性變形和和斷裂斷裂；在變載荷作用下，；在變載荷作用下， 多為螺紋部分的多為螺紋部分的疲勞斷裂疲勞斷裂，所以其設(shè)計準則是保，所以其設(shè)計準則是保 證螺栓有足夠的靜證螺栓有足夠的靜拉拉力或疲勞拉伸強度。力或疲勞拉伸強度。 (一一) 松螺栓聯(lián)接松螺栓聯(lián)接 4F d 4 d F a 1 2 1 a 或或 11)-(10 式中：式中：d1螺紋小徑，螺紋小徑，mm； 11 許用拉應(yīng)力，許用拉應(yīng)力，MPa。 松螺栓聯(lián)接裝配時不需要預(yù)緊，在承受工作載松螺栓聯(lián)接裝配時不需要預(yù)緊，在承受工作載 荷前，除零件的自重荷前，除零件的自重(一般很小可以略去一般很小可以略去)外，

3、聯(lián)接外，聯(lián)接 不受力。如吊鉤尾部的聯(lián)接即屬此類。當承受軸向不受力。如吊鉤尾部的聯(lián)接即屬此類。當承受軸向 工作載荷工作載荷Fa(N)時，其強度條件為時，其強度條件為 (二二) ) 緊螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接 1.1.只受預(yù)緊力作用的緊螺栓聯(lián)接只受預(yù)緊力作用的緊螺栓聯(lián)接 (二二) ) 緊螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接 1.1.只受預(yù)緊力作用的緊螺栓聯(lián)接只受預(yù)緊力作用的緊螺栓聯(lián)接 螺栓聯(lián)接裝配時要螺栓聯(lián)接裝配時要預(yù)緊預(yù)緊，工作時沒有外加的軸工作時沒有外加的軸 向載荷作用向載荷作用。此時，螺紋部分除了受預(yù)緊力。此時，螺紋部分除了受預(yù)緊力Fa a 所 所 產(chǎn)生的拉應(yīng)力作用外，還受到螺紋摩擦力矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力作用外，還受到螺

4、紋摩擦力矩T1 引引 起的扭切應(yīng)力。起的扭切應(yīng)力。 2 1 a d 4F 拉拉應(yīng)應(yīng)力力 2 1 a 1 2 3 1 2a 3 1 1 d 4F tg d 2d 16d 2dtgF 16d T 扭切應(yīng)力扭切應(yīng)力 對于常用的對于常用的M10M68的普通螺栓的普通螺栓, ,取取d d1 1、d d2 2和和 的平均值的平均值, ,并取并取tgtg=f=0.15,=0.15,得得0.50.5。 由第四強度理論由第四強度理論( (最大形變能理論最大形變能理論) )，可得螺栓螺紋，可得螺栓螺紋 部分的強度條件為部分的強度條件為 1.30.533 2 222 12)-(10 1.3F4 d d 1.3F4

5、a 1 2 1 a 或或 即即 式中式中為螺紋的許用應(yīng)力，為螺紋的許用應(yīng)力，MPa。 受橫向工作載荷受橫向工作載荷F 的緊螺栓聯(lián)接，它是靠預(yù)緊的緊螺栓聯(lián)接，它是靠預(yù)緊 后接合面間的摩擦力來傳遞橫向載荷，而螺栓只受后接合面間的摩擦力來傳遞橫向載荷，而螺栓只受 預(yù)緊力預(yù)緊力Fa的作用，預(yù)緊力的大小可根據(jù)受載后被聯(lián)的作用，預(yù)緊力的大小可根據(jù)受載后被聯(lián) 接件間不相對滑動的條件來確定。接件間不相對滑動的條件來確定。 2. .受預(yù)緊力和受預(yù)緊力和橫橫向工作載荷作用的緊螺栓聯(lián)接向工作載荷作用的緊螺栓聯(lián)接 因此螺栓所需的軸向力（即預(yù)緊力）應(yīng)為因此螺栓所需的軸向力（即預(yù)緊力）應(yīng)為 13)-(10 m mf f

6、C CF F F FF F o oa a 式中：式中：Fo為預(yù)緊力；為預(yù)緊力；C為可靠性系數(shù)，通常取為可靠性系數(shù)，通常取 C1.11.3；m為接合面數(shù)目，為接合面數(shù)目，f 為接合面摩擦系為接合面摩擦系 數(shù)，被聯(lián)接件是鋼或鑄鐵數(shù)，被聯(lián)接件是鋼或鑄鐵 f 0.10.15 。求出。求出Fa 值后，可按式值后，可按式(10-12)計算螺栓強度。計算螺栓強度。 假設(shè)假設(shè) f 0.15 、C1.2、m1時，代入式時，代入式 (10-13) ，則，則 Fo 8F。即預(yù)緊力應(yīng)為橫向工作載。即預(yù)緊力應(yīng)為橫向工作載 荷的荷的8倍，所以螺栓聯(lián)接靠摩擦力來承擔橫向載倍，所以螺栓聯(lián)接靠摩擦力來承擔橫向載 荷時，其尺寸是

7、較大的。荷時，其尺寸是較大的。 為了避免為了避免 上述缺點，可上述缺點，可 用鍵、套筒或用鍵、套筒或 銷承擔橫向工銷承擔橫向工 作載荷，而螺作載荷，而螺 栓僅起聯(lián)接作栓僅起聯(lián)接作 用。也可以采用。也可以采 用螺桿與孔之間有配合關(guān)系的鉸制孔用螺栓來承受用螺桿與孔之間有配合關(guān)系的鉸制孔用螺栓來承受 橫向載荷。具體情況后面介紹。橫向載荷。具體情況后面介紹。 3. .受預(yù)緊力和軸向工作載荷作用的緊螺栓聯(lián)接受預(yù)緊力和軸向工作載荷作用的緊螺栓聯(lián)接 螺栓聯(lián)接預(yù)緊后，工作時受軸向拉伸工作載荷螺栓聯(lián)接預(yù)緊后，工作時受軸向拉伸工作載荷 作用，由于彈性變形，螺栓受的總拉力作用，由于彈性變形，螺栓受的總拉力Fa并不等

8、于并不等于 預(yù)緊預(yù)緊力力Fo與軸向工作載荷與軸向工作載荷FE之和。之和。 總拉力總拉力Fa的的大小取決于預(yù)緊力、軸向工作載荷、大小取決于預(yù)緊力、軸向工作載荷、 螺栓和被聯(lián)接件的剛度。螺栓和被聯(lián)接件的剛度。 圖圖a 螺拴聯(lián)接沒有擰螺拴聯(lián)接沒有擰 緊，沒有受緊，沒有受Fo和和FE 。 圖圖b 螺栓聯(lián)接預(yù)緊，螺栓聯(lián)接預(yù)緊， 螺栓受拉力螺栓受拉力Fo伸長伸長bo； 被聯(lián)接件受預(yù)緊力被聯(lián)接件受預(yù)緊力Fo壓壓 縮縮短了縮縮短了co 。 分析分析: 圖圖c 當聯(lián)接承受軸當聯(lián)接承受軸 向工作載荷向工作載荷FE時，螺拴時，螺拴 又拉長了又拉長了 ，總拉伸量總拉伸量 是是bo十十 ，相應(yīng)的拉，相應(yīng)的拉 力就是螺拴

9、的總拉力力就是螺拴的總拉力Fa。 同時，隨著螺栓的伸長同時，隨著螺栓的伸長 被聯(lián)接件壓縮量也相應(yīng)被聯(lián)接件壓縮量也相應(yīng) 減少了減少了 而成為而成為co ，此時被聯(lián)接件受的，此時被聯(lián)接件受的 壓力就是壓力就是殘余預(yù)緊力殘余預(yù)緊力FR 。 通過以上分析，可以看出螺栓的總拉伸載荷通過以上分析，可以看出螺栓的總拉伸載荷 Fa等于工作載荷等于工作載荷FE和殘余預(yù)緊力和殘余預(yù)緊力FR之和。之和。 Fa FE FR (10-14) 式式(10-14)也能通過載荷變形圖得到，圖也能通過載荷變形圖得到，圖a和和b分別表分別表 示示Fo與與bo和和co的關(guān)系。若零件中的應(yīng)力沒有超過彈性極的關(guān)系。若零件中的應(yīng)力沒有超

10、過彈性極 限限, 從圖從圖a、圖、圖b中可知中可知, 螺栓剛度螺栓剛度 k kbFo / bo, 被聯(lián)接件剛被聯(lián)接件剛 度度 k kc Fo / bo。 當聯(lián)接承受工作載荷當聯(lián)接承受工作載荷FE后后, 從圖從圖c可以看出，螺可以看出，螺 栓的伸長量為栓的伸長量為bo十十；相應(yīng)的總拉伸載荷為；相應(yīng)的總拉伸載荷為Fa， 被聯(lián)接件的壓縮量為被聯(lián)接件的壓縮量為co，相應(yīng)的殘余預(yù)緊力，相應(yīng)的殘余預(yù)緊力 為為FR；因此；因此Fa FE十十FR，即式，即式(10-14)。 聯(lián)接不受工作載荷時，螺栓的拉力和被聯(lián)接件聯(lián)接不受工作載荷時，螺栓的拉力和被聯(lián)接件 的壓縮力都等于的壓縮力都等于Fo, 所以圖所以圖a)

11、和和b) 可以合并為圖可以合并為圖c)。 從圖從圖c可以推導出各力之間的關(guān)系以及螺栓剛可以推導出各力之間的關(guān)系以及螺栓剛 度和被聯(lián)接件剛度對這些力的影響。由圖度和被聯(lián)接件剛度對這些力的影響。由圖c的幾何的幾何 關(guān)系可得關(guān)系可得 15)-(10 kFFFF kFFFF cocoR boboa , cb E cbcbE kk F kkFF F 又又 代入代入(10-15)得得 17)-(10 16)(10 cb b EoR cb b Eoa kk k 1FFF kk k FFF c cb b b b k kk k k k 稱為螺栓的相對剛度系數(shù)。稱為螺栓的相對剛度系數(shù)。 為保證聯(lián)接的緊密性，防止螺

12、為保證聯(lián)接的緊密性，防止螺 栓工作載荷過大時，聯(lián)接件出現(xiàn)縫栓工作載荷過大時，聯(lián)接件出現(xiàn)縫 隙，應(yīng)使殘余預(yù)緊力隙，應(yīng)使殘余預(yù)緊力FR大于零，大于零， 粗略計算時粗略計算時, ,FR可選擇以下數(shù)據(jù)：可選擇以下數(shù)據(jù)： FE無變化時，無變化時，F(xiàn)R=(0.20.6)FE； FE有變化時，有變化時，F(xiàn)R=(0.61.0)FE； 壓力容器的緊密聯(lián)接壓力容器的緊密聯(lián)接, FR=(1.51.8)FE； 地腳螺栓聯(lián)接地腳螺栓聯(lián)接, FR = FE。 殘余預(yù)緊力殘余預(yù)緊力FR的確定的確定: 討論討論: 螺栓強度的計算螺栓強度的計算 (1) (1) 軸向工作載荷為軸向工作載荷為靜載荷靜載荷時螺栓強度計算時螺栓強度計

13、算 1 1 考慮到螺栓工作時考慮到螺栓工作時( (已受已受總拉力總拉力Fa作用作用) )可能需可能需 要補充擰緊，因此要補充擰緊，因此應(yīng)按拉伸與扭轉(zhuǎn)的復合應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)按拉伸與扭轉(zhuǎn)的復合應(yīng)力狀態(tài) 進行強度計算進行強度計算，由第四強度理論，螺栓螺紋強度條，由第四強度理論，螺栓螺紋強度條 件為件為 1.3F4 d d 1.3F4 a 1 2 1 a 或或 12)-(10 (2)(2)軸向工作載荷為軸向工作載荷為變載荷變載荷時螺栓強度計算時螺栓強度計算 對于承受變載荷對于承受變載荷 的螺栓聯(lián)接，除用式的螺栓聯(lián)接，除用式 ( (10-12) ) 進行靜強度進行靜強度 計算外，還須進行疲計算外，還須進行疲

14、勞強度計算。當工作勞強度計算。當工作 載荷在載荷在0FE間變化間變化 時，螺栓受總拉力在時，螺栓受總拉力在Fo Fa間變化。此時螺栓所受間變化。此時螺栓所受 應(yīng)力幅為應(yīng)力幅為 A2)-(10 2 1 E cb b 2 1 Ra a d 2F kk k 4d 2FF 受變載荷的零件多為疲勞破壞，而影響零件疲受變載荷的零件多為疲勞破壞，而影響零件疲 勞強度的主要因素是應(yīng)力幅，故應(yīng)滿足疲勞強度條勞強度的主要因素是應(yīng)力幅，故應(yīng)滿足疲勞強度條 件件 A3)-(10 a 2 1 E cb b a d 2F kk k 式中，式中，a為螺栓受變載荷時的許用應(yīng)力為螺栓受變載荷時的許用應(yīng)力 幅幅( (MPa) )

15、，按表，按表10-6 所給的公式計算。所給的公式計算。 受剪螺栓受剪螺栓聯(lián)接所受預(yù)緊力很小，強度計算時可聯(lián)接所受預(yù)緊力很小，強度計算時可 忽略不計。如圖所示。忽略不計。如圖所示。 B1)-(10 md 4F 2 o s 剪切強度條件為剪切強度條件為 二、受剪螺栓聯(lián)接二、受剪螺栓聯(lián)接 受剪螺栓聯(lián)接時，螺栓在聯(lián)接的接合面處受剪受剪螺栓聯(lián)接時，螺栓在聯(lián)接的接合面處受剪 切，孔壁和螺桿接觸面受到擠壓，因此，聯(lián)接的主切，孔壁和螺桿接觸面受到擠壓，因此，聯(lián)接的主 要失效形式是螺桿被剪斷及螺桿或孔壁被壓潰。要失效形式是螺桿被剪斷及螺桿或孔壁被壓潰。 式中，式中， Fs 為螺栓所受工作剪力為螺栓所受工作剪力(

16、N)； do為螺栓抗剪面直徑為螺栓抗剪面直徑(mm)； h1為螺栓桿與孔壁擠壓面的最小長度為螺栓桿與孔壁擠壓面的最小長度( (mm) )； m為螺栓抗剪面數(shù)目；為螺栓抗剪面數(shù)目； 為螺栓的許用切應(yīng)力為螺栓的許用切應(yīng)力( (MPa, ,見表見表10-6 ； p為螺栓或孔壁較弱材料的許用擠壓應(yīng)力為螺栓或孔壁較弱材料的許用擠壓應(yīng)力 ( (MPa),),見表見表10-6。 B2)-(10 p p o1 s dh F p 擠壓強度條件為擠壓強度條件為 三、螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力三、螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力 1. 1.螺紋聯(lián)接件的材料和力學性能等級螺紋聯(lián)接件的材料和力學性能等級 1 1 螺紋聯(lián)接件的

17、常用材料如螺紋聯(lián)接件的常用材料如Q215、Q235、35和和45 鋼等。對承受沖擊、振動或變載荷的螺紋聯(lián)接件，可鋼等。對承受沖擊、振動或變載荷的螺紋聯(lián)接件，可 采用高強度材料，采用高強度材料，30CrMnSi、15MnVB等。對于要等。對于要 求有防蝕、防磁、導電或耐高溫的螺紋聯(lián)接件，可采求有防蝕、防磁、導電或耐高溫的螺紋聯(lián)接件，可采 用特種鋼，用特種鋼，lCr13、2Cr13、lCr18Ni9Ti和銅合金等。和銅合金等。 螺紋聯(lián)接件材料的力學性能等級見表螺紋聯(lián)接件材料的力學性能等級見表10-5。 2. 螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力 螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力及安全系數(shù)見表螺紋聯(lián)接件的許

18、用應(yīng)力及安全系數(shù)見表10-6和和 表表10-7。 例例 10-4 一鋼制液壓油缸，油缸壁厚為一鋼制液壓油缸，油缸壁厚為10 mm， 油壓油壓 p 1.6 MPa，D 160 mm，試計算油缸上蓋，試計算油缸上蓋 的螺栓聯(lián)接和螺栓分布圓直徑的螺栓聯(lián)接和螺栓分布圓直徑 D0 （圖（圖10-21）。）。 解解: (1) 決定單個螺栓工作截荷決定單個螺栓工作截荷FE 試取螺栓數(shù)試取螺栓數(shù) z8，則單，則單 個螺栓承受的平均軸向工作個螺栓承受的平均軸向工作 載荷載荷FE為：為： kN 4.02 84 1601.6 z 4Dp F 2 2 E (2) 決定單個螺拴總拉伸載荷決定單個螺拴總拉伸載荷Fa Fa

19、 FE 1.8FE 2.84.0211.3 kN (3) 求螺栓直徑求螺栓直徑 根據(jù)前面所述（根據(jù)前面所述（147頁）頁） ，對于壓力容器取殘，對于壓力容器取殘 余預(yù)緊力余預(yù)緊力FR1.8FE，由公式，由公式Fa FEFR可得可得 查表查表10-5選取螺栓材料選取螺栓材料 性能等級性能等級4.8級級,s320MPa, 裝配時不要求嚴格控制預(yù)緊裝配時不要求嚴格控制預(yù)緊 力，力， 按表按表10-7 暫取安全系數(shù)暫取安全系數(shù) S3，螺栓許用應(yīng)力為，螺栓許用應(yīng)力為 107MPa 3 320 S s 由式由式(10-12) 得螺紋的小徑為得螺紋的小徑為 13.22mm 107 1011.31.34 1.

20、3F4 2 a 1 1 d d 查表查表10-1，取，取M16螺栓螺栓(小徑小徑 d113.835mm )。 按照表按照表10-7 可知所取安全系數(shù)可知所取安全系數(shù)S3 是正確的。是正確的。 (4) 決定螺栓分布圓直徑?jīng)Q定螺栓分布圓直徑 D0=D2e210=160216(36)210 = =218 224 mm 取取D0220mm。 (5) 螺栓間距螺栓間距l(xiāng) 為為 86.4mm 8 220 z D l 0 螺栓置于凸緣中部。螺栓分布圓直徑螺栓置于凸緣中部。螺栓分布圓直徑D0為為 壁厚壁厚 由第由第 146 頁（舊版頁（舊版143頁）的腳注可知，頁）的腳注可知， 當當 p 1.6 MPa 時，

21、時，l 7d716112mm，所以選，所以選 取的取的D0 和和 z 是合適的。是合適的。 在本例題中在本例題中 ，求螺紋直徑時要用到許用應(yīng)力，求螺紋直徑時要用到許用應(yīng)力 ，但，但是與螺紋直徑有關(guān)的參數(shù)，因此需采用是與螺紋直徑有關(guān)的參數(shù)，因此需采用 試算法計算、調(diào)整。這種方法在其他零件設(shè)計計試算法計算、調(diào)整。這種方法在其他零件設(shè)計計 算中同樣會經(jīng)常使用。算中同樣會經(jīng)常使用。 10-5 提高螺栓聯(lián)接強度的措施提高螺栓聯(lián)接強度的措施 一、降低螺栓總拉伸截荷一、降低螺栓總拉伸截荷Fa的變化范圍的變化范圍 螺栓受的軸向工作載荷螺栓受的軸向工作載荷FE在在 0 FE間變化時，間變化時， 則從式則從式(1

22、0-16) 得螺栓總拉伸載荷得螺栓總拉伸載荷Fa 的變化范圍為的變化范圍為 若若減小減小螺栓剛度螺栓剛度kb或或增大增大被聯(lián)接被聯(lián)接 cb b Eoo kk k FFF 件剛度件剛度kc都可以減小都可以減小Fa的變化范圍。這對防止螺栓的變化范圍。這對防止螺栓 的疲勞損壞是十分有利的。的疲勞損壞是十分有利的。 16)(10 cb b Eoa kk k FFF 減小螺栓剛度減小螺栓剛度kb的措施：增加螺栓的長度；的措施：增加螺栓的長度； 減小螺栓光桿部分直徑或采用空心螺桿。減小螺栓光桿部分直徑或采用空心螺桿。 采用剛性墊片采用剛性墊片或采用密封環(huán)以或采用密封環(huán)以 保持聯(lián)接件的剛度。采用剛性小的保持

23、聯(lián)接件的剛度。采用剛性小的 軟墊片會降低軟墊片會降低kc。 二、改善螺紋牙間的載荷分布二、改善螺紋牙間的載荷分布 采用普通螺母時，軸向載荷在旋合螺紋各圈間采用普通螺母時，軸向載荷在旋合螺紋各圈間 的分布是不均勻的，如圖的分布是不均勻的，如圖a，從螺母支承面算起，從螺母支承面算起， 第一圈受載最大，以后各圈遞減。旋合圈數(shù)越多，第一圈受載最大，以后各圈遞減。旋合圈數(shù)越多， 載荷分布不均的程度也越顯著，到第載荷分布不均的程度也越顯著，到第810圈以后，圈以后， 螺紋幾乎不受載荷。所以，采用圈數(shù)多的厚螺母，螺紋幾乎不受載荷。所以，采用圈數(shù)多的厚螺母， 并不能提高聯(lián)接強度。并不能提高聯(lián)接強度。 若采用圖

24、若采用圖b的懸置的懸置(受拉受拉)螺母，則螺母錐形懸螺母，則螺母錐形懸 置段與螺栓桿均為拉伸變形，有助于減少螺母與栓置段與螺栓桿均為拉伸變形，有助于減少螺母與栓 桿的螺距變化差，從而使載荷分布比較均勻。圖桿的螺距變化差，從而使載荷分布比較均勻。圖c 為環(huán)槽螺母，其作用和懸置螺母相似。為環(huán)槽螺母，其作用和懸置螺母相似。 三、減小應(yīng)力集中三、減小應(yīng)力集中 螺栓上應(yīng)力集中最嚴重的部位是螺紋牙底部、螺紋收螺栓上應(yīng)力集中最嚴重的部位是螺紋牙底部、螺紋收 尾部分、螺栓頭和桿交接處、螺栓桿上橫剖尾部分、螺栓頭和桿交接處、螺栓桿上橫剖面有明顯變化面有明顯變化 的地方。為了減小應(yīng)力集中的影響，可以采用較大的過渡

25、的地方。為了減小應(yīng)力集中的影響，可以采用較大的過渡 圓角圓角(圖圖a)和切制卸載槽和切制卸載槽(圖圖b、c)。航空、航天器螺栓采用。航空、航天器螺栓采用 新發(fā)展的新發(fā)展的MJ螺紋螺紋,其牙底部采用了比普通螺紋大得多的圓角其牙底部采用了比普通螺紋大得多的圓角 半徑半徑r（r=0.15P0.18P,而普通螺紋而普通螺紋r =0.125P）。 四、避免或減小附加應(yīng)力四、避免或減小附加應(yīng)力 當螺母支承面、螺栓頭部歪斜當螺母支承面、螺栓頭部歪斜( (圖圖a a、b)b)、被聯(lián)、被聯(lián) 接件剛度不足接件剛度不足( (圖圖c)c)或采用鉤頭螺栓時或采用鉤頭螺栓時( (圖圖d)d)，都會，都會 使螺栓產(chǎn)生偏心載

26、荷。這時，使螺栓產(chǎn)生偏心載荷。這時， 螺螺栓除受拉伸外，還受由偏載引起的附加彎曲應(yīng)力，栓除受拉伸外，還受由偏載引起的附加彎曲應(yīng)力， 使螺栓的工作應(yīng)力大大增加使螺栓的工作應(yīng)力大大增加, ,故應(yīng)當盡量避免。故應(yīng)當盡量避免。 減小或避免彎曲應(yīng)力減小或避免彎曲應(yīng)力主要是從工藝主要是從工藝結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上上考考 慮。例如從工藝上使聯(lián)接支承面與螺紋軸線垂直，慮。例如從工藝上使聯(lián)接支承面與螺紋軸線垂直， 采用凸臺采用凸臺( (圖圖a)a)或沉頭座或沉頭座( (圖圖b)b)等結(jié)構(gòu)，經(jīng)切削來等結(jié)構(gòu)，經(jīng)切削來 保證支承面的平整。特殊情況下，也可采用球面保證支承面的平整。特殊情況下，也可采用球面 墊圈（圖墊圈（圖c)c)

27、或斜墊圈等或斜墊圈等( (圖圖d)d)。 五、改進制造工藝五、改進制造工藝 制造工藝對螺栓疲勞強度有較制造工藝對螺栓疲勞強度有較 大影響，采用冷鐓螺栓頭部和輾制大影響，采用冷鐓螺栓頭部和輾制 螺紋的螺栓，其疲勞強度比車制的螺紋的螺栓，其疲勞強度比車制的 螺紋高螺紋高35% 35% 左右。這是因為輾制螺左右。這是因為輾制螺 紋時，由于冷作硬化作用，表層有殘余壓應(yīng)力，紋時，由于冷作硬化作用，表層有殘余壓應(yīng)力， 輾壓后金屬組織緊密，螺紋工作時，受力方向和輾壓后金屬組織緊密，螺紋工作時，受力方向和 材料纖維方向一致。材料纖維方向一致。 此外此外, ,氰化、氮化、噴丸處理也能提高疲勞氰化、氮化、噴丸處理

28、也能提高疲勞 強度強度。 10-11 鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接 鍵鍵主要用來實現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定主要用來實現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定 以傳送轉(zhuǎn)矩以傳送轉(zhuǎn)矩。有些類型的鍵還可實現(xiàn)軸上零件的軸。有些類型的鍵還可實現(xiàn)軸上零件的軸 向固定或軸向移動。鍵是標準件，鍵聯(lián)接設(shè)計的主向固定或軸向移動。鍵是標準件，鍵聯(lián)接設(shè)計的主 要內(nèi)容是：選擇鍵的類型；確定鍵的尺寸；必要時要內(nèi)容是：選擇鍵的類型；確定鍵的尺寸；必要時 較核鍵聯(lián)接的強度。較核鍵聯(lián)接的強度。 一、鍵聯(lián)接的類型及其特點一、鍵聯(lián)接的類型及其特點 鍵分為平鍵、半圓鍵、楔鍵和切向鍵等。鍵分為平鍵、半圓鍵、楔鍵和切向鍵等。 10-11 鍵

29、聯(lián)接和花鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接 一、鍵聯(lián)接的類型及其特點一、鍵聯(lián)接的類型及其特點 平鍵的兩側(cè)面是工作面，上表面與輪轂槽底之平鍵的兩側(cè)面是工作面，上表面與輪轂槽底之 間留有間隙。這種鍵定心性較好、裝拆方便。常用間留有間隙。這種鍵定心性較好、裝拆方便。常用 的平鍵有普通平鍵和導向平鍵兩種。的平鍵有普通平鍵和導向平鍵兩種。 1. 平鍵平鍵 普通平鍵按端部形狀分為圓頭普通平鍵按端部形狀分為圓頭(A 型型)、方頭、方頭(B 型型)或單圓頭或單圓頭(C型型)三種。圓頭鍵的軸槽用指形銑刀三種。圓頭鍵的軸槽用指形銑刀 （鍵槽銑刀）加工，鍵在槽中固定良好，但軸上鍵（鍵槽銑刀）加工，鍵在槽中固定良好，但軸上鍵 槽

30、端部的應(yīng)力集中較大。槽端部的應(yīng)力集中較大。 方頭鍵用盤形銑刀加工，軸的應(yīng)力集中較小。方頭鍵用盤形銑刀加工，軸的應(yīng)力集中較小。 盤銑刀盤銑刀 單圓頭鍵常用于軸端。單圓頭鍵常用于軸端。 表表10-9 普通平鍵和鍵槽的尺寸普通平鍵和鍵槽的尺寸 平鍵標記方法示例：平鍵標記方法示例： 圓頭普通平鍵（圓頭普通平鍵（A型）型）b=16、 h=10、 L=100 標記為：鍵標記為：鍵A16100 GB109679 平頭普通平鍵（平頭普通平鍵（B型）型）b=16、h=10、L=100 標記為：鍵標記為：鍵B16100 GB109679 單圓頭普通平鍵（單圓頭普通平鍵（C型）型）b=16、h=10、L=100 標

31、記為：鍵標記為：鍵C16100 GB109679 導向平鍵導向平鍵較長，需用螺釘固定在軸槽中，為較長，需用螺釘固定在軸槽中，為 了便于裝拆，鍵上有起鍵螺紋孔了便于裝拆，鍵上有起鍵螺紋孔(圖圖b)。這種鍵能。這種鍵能 實現(xiàn)軸上零件的軸向移動，構(gòu)成動聯(lián)接。如變速實現(xiàn)軸上零件的軸向移動，構(gòu)成動聯(lián)接。如變速 箱的滑移齒輪即可采用導向平鍵。箱的滑移齒輪即可采用導向平鍵。 2半圓鍵聯(lián)接半圓鍵聯(lián)接 半圓鍵也是以兩側(cè)面為工作面，它與平鍵一樣半圓鍵也是以兩側(cè)面為工作面，它與平鍵一樣 能較好的定心。半圓鍵能在軸槽中擺動以適應(yīng)轂槽能較好的定心。半圓鍵能在軸槽中擺動以適應(yīng)轂槽 底面，裝配方便。它的缺點是鍵槽對軸的削弱

32、較大，底面，裝配方便。它的缺點是鍵槽對軸的削弱較大， 只適用于輕載聯(lián)接。只適用于輕載聯(lián)接。 楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接 楔鍵楔鍵: 上下面是工作面，鍵的上表面有上下面是工作面，鍵的上表面有 1:100 的斜度，的斜度， 輪轂鍵槽底面也有輪轂鍵槽底面也有 1:100 的斜度，把楔鍵打入軸和轂槽內(nèi)的斜度，把楔鍵打入軸和轂槽內(nèi) 時，其工作面上產(chǎn)生很大的預(yù)力時，其工作面上產(chǎn)生很大的預(yù)力Fn 。工作時，主要靠。工作時，主要靠 摩擦力摩擦力 f Fn 傳遞轉(zhuǎn)矩傳遞轉(zhuǎn)矩T ，能，能 承受單方向的軸向力。承受單方向的軸向力。 由于楔鍵打入時，迫使由于楔鍵打入時，迫使 軸和輪轂產(chǎn)生偏心軸和輪轂產(chǎn)生

33、偏心 e ，因此，因此 楔鍵僅適用于定心精度要求楔鍵僅適用于定心精度要求 不高、載荷平穩(wěn)和低速的聯(lián)不高、載荷平穩(wěn)和低速的聯(lián) 接。接。 楔鍵分為普通楔鍵和鉤楔鍵分為普通楔鍵和鉤 頭楔鍵兩種。鉤頭楔鍵的鉤頭楔鍵兩種。鉤頭楔鍵的鉤 頭是為了拆鍵用的。頭是為了拆鍵用的。 切向鍵切向鍵：常在重：常在重 型機械中使用。切向型機械中使用。切向 鍵是由一對楔鍵組成，鍵是由一對楔鍵組成， 裝配時將兩鍵楔緊。裝配時將兩鍵楔緊。 鍵的窄面是工作面，鍵的窄面是工作面， 工作面上的壓力沿軸工作面上的壓力沿軸 的切線方向作用，能的切線方向作用，能 傳遞很大的轉(zhuǎn)矩。當傳遞很大的轉(zhuǎn)矩。當 雙向傳遞轉(zhuǎn)矩雙向傳遞轉(zhuǎn)矩, 需用兩對

34、切向鍵并分布成需用兩對切向鍵并分布成120130。 1:100 二、鍵的選擇和鍵聯(lián)接的強度計算二、鍵的選擇和鍵聯(lián)接的強度計算 1. 1. 鍵的選擇鍵的選擇 (1) (1) 類型選擇類型選擇 鍵的類型根據(jù)軸及輪毅的結(jié)構(gòu)，使鍵的類型根據(jù)軸及輪毅的結(jié)構(gòu)，使 用要求和工作狀況來選擇，還應(yīng)考慮傳遞轉(zhuǎn)矩的大用要求和工作狀況來選擇，還應(yīng)考慮傳遞轉(zhuǎn)矩的大 ?。惠S上零件是否需要沿軸向移動及滑移距離的長??；軸上零件是否需要沿軸向移動及滑移距離的長 短；對中性要求；鍵在軸的中部還是在端部等。短；對中性要求；鍵在軸的中部還是在端部等。 (2) (2) 尺寸選擇尺寸選擇 鍵的主要尺寸為其剖面及寸（鍵寬鍵的主要尺寸為其剖

35、面及寸（鍵寬 b鍵高鍵高h）與長度（）與長度（L）。）。鍵的剖面尺寸鍵的剖面尺寸bh依據(jù)依據(jù) 軸的直徑軸的直徑d由標準中選取由標準中選取。鍵的長度。鍵的長度L一般可按輪轂一般可按輪轂 的長度選定，的長度選定，鍵長應(yīng)略短于輪轂的長度鍵長應(yīng)略短于輪轂的長度，并符合標，并符合標 準規(guī)定的長度系列。準規(guī)定的長度系列。 2.2.平鍵聯(lián)接的強度計算平鍵聯(lián)接的強度計算 忽略摩擦，平鍵受力情況如圖所示?？赡艿暮雎阅Σ?，平鍵受力情況如圖所示?？赡艿?失效形式失效形式有：較弱零件（通常為輪轂）工作面被有：較弱零件（通常為輪轂）工作面被 壓潰（靜聯(lián)接），工作面過度磨損（動聯(lián)接），壓潰（靜聯(lián)接），工作面過度磨損（動聯(lián)

36、接）， 個別情況會出現(xiàn)鍵被剪斷。對于尺寸按標準選擇個別情況會出現(xiàn)鍵被剪斷。對于尺寸按標準選擇 的平鍵聯(lián)接，壓潰和磨損是其的平鍵聯(lián)接，壓潰和磨損是其主要失效形式，主要失效形式， 因此，通常因此，通常 只作聯(lián)接的只作聯(lián)接的 擠壓強度或擠壓強度或 耐磨性計算。耐磨性計算。 在工程設(shè)計中，假定壓力沿鍵長和鍵高均勻分在工程設(shè)計中，假定壓力沿鍵長和鍵高均勻分 布，按平均擠壓應(yīng)力進行擠壓強度或耐磨性的條件布，按平均擠壓應(yīng)力進行擠壓強度或耐磨性的條件 計算，得計算，得 28)-(10 27)-(10 p p dhldhl 4T4T p p dhldhl 4T4T P P 靜聯(lián)接靜聯(lián)接 動聯(lián)接動聯(lián)接 式中：式中

37、：T 為轉(zhuǎn)矩，為轉(zhuǎn)矩，Nmm；h 為鍵高度、為鍵高度、l 為鍵的為鍵的 工作長度，工作長度，mm； P P 為許用擠壓應(yīng)力、為許用擠壓應(yīng)力、 p 為許為許 用壓強，用壓強，MPa（見表（見表10-10）。）。 如果使用一個平鍵不能滿足強度要求時，可采如果使用一個平鍵不能滿足強度要求時，可采 用兩個平鍵，兩鍵應(yīng)相隔用兩個平鍵，兩鍵應(yīng)相隔 180布置?？紤]載荷分布置?？紤]載荷分 配不均，其強度按配不均，其強度按1.5個鍵計算。個鍵計算。 鍵一般采用強度極限鍵一般采用強度極限B不小不小 于于600 MPa的碳素鋼，通常用的碳素鋼，通常用45鋼。鋼。 當輪轂用非鐵金屬或非金屬材料時，當輪轂用非鐵金屬或

38、非金屬材料時， 鍵也可用鍵也可用20或或Q 235鋼。鋼。 三、花鍵聯(lián)接三、花鍵聯(lián)接 軸和輪轂孔周向均布的多個鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接稱軸和輪轂孔周向均布的多個鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接稱 為花鍵聯(lián)接。齒的側(cè)面是工作面。由于是多齒傳遞為花鍵聯(lián)接。齒的側(cè)面是工作面。由于是多齒傳遞 載荷，所以花鍵聯(lián)接比平鍵聯(lián)接具有承載能力高，載荷，所以花鍵聯(lián)接比平鍵聯(lián)接具有承載能力高， 對軸削弱程對軸削弱程 度?。X淺、度?。X淺、 應(yīng)力集中應(yīng)力集中 ?。６ㄐ男。?。定心 好和導向性好和導向性 能好等優(yōu)點。能好等優(yōu)點。 花鍵用于定心精度要求高、裁荷大或經(jīng)?；苹ㄦI用于定心精度要求高、裁荷大或經(jīng)?；?的聯(lián)接?；ㄦI聯(lián)接按其齒形不同，可分

39、為一般常用的聯(lián)接?；ㄦI聯(lián)接按其齒形不同，可分為一般常用 的矩形花鍵（圖的矩形花鍵（圖a）和強度高的漸開線花鍵）和強度高的漸開線花鍵(圖圖b)。 花鏈聯(lián)接也可分為靜聯(lián)接和動聯(lián)接，一般只驗花鏈聯(lián)接也可分為靜聯(lián)接和動聯(lián)接，一般只驗 算擠壓強度和耐磨性。算擠壓強度和耐磨性。 以矩形花鍵為例，由國標可查得大徑以矩形花鍵為例，由國標可查得大徑D、小徑、小徑d、鍵、鍵 寬寬B和齒數(shù)和齒數(shù)z，設(shè)各齒壓力的合力作用在平均半徑，設(shè)各齒壓力的合力作用在平均半徑rm 處，載荷不均勻系數(shù)處，載荷不均勻系數(shù)K0.70.8，其強度條件是，其強度條件是: 式中：式中： l 為齒的接觸長度、為齒的接觸長度、h 為齒面工作高度，為齒面工作高度， mm; P P 為許用擠壓應(yīng)力、為許用擠壓應(yīng)力、 p p 為許用壓強，為許用壓強，Mpa， rm(Dd)2。 29)-(10 p p r rl lKzhKzh 2T2T p p r rl lKzhKzh 2T2T m m m m P P 靜聯(lián)接靜聯(lián)接 動聯(lián)接動聯(lián)接 花鍵通常用抗拉強度極限不低于花鍵通常用抗拉強度極限不低于600MPa的鋼制的鋼制 造。在載荷作用下，作頻繁移動的花鍵，齒面要經(jīng)造。在載荷作用下，作頻繁移動的花鍵，齒面要經(jīng) 熱處理，以便獲得足夠的硬度抗磨?；ㄦI聯(lián)接的許熱處