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，主要失效形式是

2、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 4Fd 4dFa121a 或或11)-(10式中：式中：d1螺紋小徑，螺紋小徑，mm； 11 許用拉應力，許用拉應力，MPa。 松螺栓聯(lián)接裝配時不需要預緊，在承受工作載松螺栓聯(lián)接裝配時不需要預緊，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，聯(lián)接外，聯(lián)接不受力。如吊鉤尾部的聯(lián)接即屬此

3、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.只受預緊力作用的緊螺栓聯(lián)接只受預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.只受預緊力作用的緊螺栓聯(lián)接只受預緊力作用的緊螺栓聯(lián)接 螺栓聯(lián)接裝配時要螺栓聯(lián)接裝配時要預緊預緊，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，螺紋部分除了受預緊力。此時，螺紋部分除了受預緊力Fa a 所所產(chǎn)生的拉應力作用外，還受到螺紋摩擦力矩產(chǎn)生的拉應力作用外，還受到螺紋摩擦力矩T1 引引起的扭切應力。起的扭切應力。21ad4F

4、 拉拉應應力力21a12312a311d4Ftgd2d16d2dtgF16dT 扭切應力扭切應力 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 1.30.5332222 12)-(10 1.3F4d d1.3F4a121a或或 即即式中式中為螺紋的許用應力，為螺紋的許用應力，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

5、緊的緊螺栓聯(lián)接，它是靠預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，而螺栓只受預緊力預緊力Fa的作用，預緊力的大小可根據(jù)受載后被聯(lián)的作用，預緊力的大小可根據(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. .受預緊力和受預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（即預緊力）應為因此螺栓所需的軸向力（即預緊力）應為13)-(10 m mf fC CF FF FF Fo oa a 式中：式中：Fo為預緊力；為預緊力；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

6、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。即預緊力應為橫向工作載。即預緊力應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

7、。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. .受預緊力和軸向工作載荷作用的緊螺栓聯(lián)接受預緊力和軸向工作載荷作用的緊螺栓聯(lián)接 螺栓聯(lián)接預緊后，工作時受軸向拉伸工作載荷螺栓聯(lián)接預緊后，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并不等于并不等于預緊預緊力力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的的大小取決于預緊力、軸向工作載荷、大小取決于預緊力、軸向工作載荷、螺栓和被聯(lián)接件的剛度。螺栓和被聯(lián)接

8、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)接預緊，螺栓聯(lián)接預緊，螺栓受拉力螺栓受拉力Fo伸長伸長bo；被聯(lián)接件受預緊力被聯(lián)接件受預緊力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 ，相應的拉，相應的拉力就是螺拴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)接件壓縮量也相應被聯(lián)接件壓縮量也相應減少了減少了 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緊力殘余預

9、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和殘余預緊力和殘余預緊力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。若零件中的應力沒有超過彈性極的關(guān)系。若零件中的應力沒有超過彈性極限限, 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

10、出，螺栓的伸長量為栓的伸長量為bo十十；相應的總拉伸載荷為；相應的總拉伸載荷為Fa，被聯(lián)接件的壓縮量為被聯(lián)接件的壓縮量為co，相應的殘余預緊力，相應的殘余預緊力為為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) 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

11、kFFFFkFFFFcocoRboboa, cbEcbcbEkkF kkFF F 又又代入代入(10-15)得得17)-(1016)(10 cbbEoRcbbEoakkk1FFFkkkFFF c cb bb bk kk kk 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，應使殘余預緊力隙，應使殘余預緊力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.

12、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。殘余預緊力殘余預緊力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，因此應按拉伸與扭轉(zhuǎn)的復合應力狀態(tài)應按拉伸與扭轉(zhuǎn)的復合應力狀態(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 1.3F4d d1.3

13、F4a121a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。此時螺栓所受應力幅為應力幅為A2)-(10 21Ecbb21Raad2Fkkk4d2FF 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力幅，故

14、應滿足疲勞強度條勞強度的主要因素是應力幅，故應滿足疲勞強度條件件A3)-(10 a21Ecbba d2Fkkk 式中，式中，a為螺栓受變載荷時的許用應力為螺栓受變載荷時的許用應力幅幅( (MPa) )，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)接所受預緊力很小，強度計算時可聯(lián)接所受預緊力很小，強度計算時可忽略不計。如圖所示。忽略不計。如圖所示。 B1)-(10 md4F2os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，

15、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，F(xiàn)s 為螺栓所受工作剪力為螺栓所受工作剪力(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；為螺栓的許用切應力為螺栓的許用切應力( (MPa, ,見表見表10-6 ； p為螺栓或孔壁較弱材料的許用擠壓應力為螺栓或孔壁較弱材料的許用擠壓應力( (MPa),),見表見表10-6。B2)-(10 p po1sdhFp擠壓強度條件為擠壓強度條

16、件為三、螺紋聯(lián)接件的材料和許用應力三、螺紋聯(lián)接件的材料和許用應力 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

17、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)接件的許用應力螺紋聯(lián)接件的許用應力 螺紋聯(lián)接件的許用應力及安全系數(shù)見表螺紋聯(lián)接件的許用應力及安全系數(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

18、：為：kN 4.02 841601.6 z4DpF22E(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 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緊力余預緊力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緊裝配時不要求嚴格控制預緊力，力，按表按表10-7 暫取安全系數(shù)暫取安全系數(shù) S3，螺栓許用應力為，螺栓許用應力為 107MPa3320Ss由式由式

19、(10-12) 得螺紋的小徑為得螺紋的小徑為 13.22mm1071011.31.34 1.3F42a1 1d 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 8220zDl0 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

20、頁）的腳注可知，頁）的腳注可知， 當當 p 1.6 MPa 時，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力，求螺紋直徑時要用到許用應力，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

21、在在 0 FE間變化時，間變化時，則從式則從式(10-16) 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cbbEookkkFFF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 cbbEoakkkFFF 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

22、。采用剛性小的保持聯(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

23、用圖若采用圖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、減小應力集中三、減小應力集中 螺栓上應力集中最嚴重的部位是螺紋牙底部、螺紋收螺栓上應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。為了減小應力集中的影響，可以采用較大的過渡的地方

24、。為了減小應力集中的影響，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、避免或減小附加應力四、避免或減小附加應力 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)生偏心載荷。這時，使螺栓產(chǎn)

25、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力，栓除受拉伸外，還受由偏載引起的附加彎曲應力，使螺栓的工作應力大大增加使螺栓的工作應力大大增加, ,故應當盡量避免。故應當盡量避免。 減小或避免彎曲應力減小或避免彎曲應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)或斜墊圈等或斜墊圈等( (圖圖

26、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，表層有殘余壓應力，紋時，由于冷作硬化作用，表層有殘余壓應力，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、噴丸處理也能提高疲勞強度強度。10-11 鍵聯(lián)接和花

27、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

28、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，但軸上鍵槽端部的應力集中較大。槽端部的應力集中較大。方頭鍵用盤形銑刀加工，軸的應力集

29、中較小。方頭鍵用盤形銑刀加工，軸的應力集中較小。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

30、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轂槽能較好的定心。半圓鍵能在軸槽中擺動以適應轂槽底面，裝配方便。它的缺點是鍵槽對軸的削弱較大，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。3.

31、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)生很大的預力時，其工作面上產(chǎn)生很大的預力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

32、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

33、. 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，還應考慮傳遞轉(zhuǎn)矩的大用要求和工作狀況來選擇，還應考慮傳遞轉(zhuǎn)矩的大小；軸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。

34、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，鍵長應略短于輪轂的長度鍵長應略短于輪轂的長度，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粒芥I受力情況如圖所示?？赡艿氖问绞问接校狠^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)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

35、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，按平均擠壓應力進行擠壓強度或耐磨性的條件布，按平均擠壓應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 pdhldhl4T4Tp p dhldhl4T4TP P靜聯(lián)接靜聯(lián)接動聯(lián)接動聯(lián)接式中：式中：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 為許用擠壓應力、為許用擠壓應力、 p 為許為許用壓強，用壓強，MPa（見表（見表10

36、-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，兩鍵應相隔用兩個平鍵，兩鍵應相隔 180布置?？紤]載荷分布置。考慮載荷分配不均，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

37、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、應力集中應力集中?。?。定心?。６ㄐ暮煤蛯蛐院煤蛯蛐阅芎玫葍?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)?；频穆?lián)接?；ㄦI聯(lián)接按其齒形不同，可分為一般常用的聯(lián)接。花鍵聯(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

38、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 為許用擠壓應力、為許用擠壓應力、 p p 為許用壓強，為許用壓強，Mpa，rm(Dd)2。 29)-(10 p pr rl lKzhKzh2T2Tp p r rl lKzhKzh2T2Tm mm mP 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