第十二章螺紋連接與螺旋傳動設(shè)計

1、第十章第十章 聯(lián)接設(shè)計聯(lián)接設(shè)計 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)1）了解螺紋的類型及主要參數(shù)；）了解螺紋的類型及主要參數(shù)；2）掌握螺紋聯(lián)接、預(yù)緊和防松措施、螺栓組）掌握螺紋聯(lián)接、預(yù)緊和防松措施、螺栓組聯(lián)接的設(shè)計；聯(lián)接的設(shè)計；3）掌握提高螺栓聯(lián)接強度的措施；）掌握提高螺栓聯(lián)接強度的措施；4）了解鍵聯(lián)接的類型、特點，掌握鍵聯(lián)接的）了解鍵聯(lián)接的類型、特點，掌握鍵聯(lián)接的選擇及強度計算；選擇及強度計算；5）了解花鍵聯(lián)接、無鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接等知識。）了解花鍵聯(lián)接、無鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接等知識。10.1 概述概述 在機器的設(shè)計和制造中，為了減少制造、安在機器的設(shè)計和制造中，為了減少制造、安裝、維修和運輸費用，以及盡可能減輕機器重量

2、、裝、維修和運輸費用，以及盡可能減輕機器重量、節(jié)約貴重金屬、降低生產(chǎn)成本和提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約貴重金屬、降低生產(chǎn)成本和提高勞動生產(chǎn)率，在一部機器中我們經(jīng)?？梢钥吹绞褂昧瞬煌牟脑谝徊繖C器中我們經(jīng)?？梢钥吹绞褂昧瞬煌牟牧蟻碇圃觳煌牧慵?，然后通過一定的方式和聯(lián)料來制造不同的零件，然后通過一定的方式和聯(lián)接手段把這些零件聯(lián)接成一個整體，來實現(xiàn)預(yù)期接手段把這些零件聯(lián)接成一個整體，來實現(xiàn)預(yù)期的性能要求。因此，作為一個工程技術(shù)人員，無的性能要求。因此，作為一個工程技術(shù)人員，無論從事那一個行業(yè)的工作，都必須了解機械中常論從事那一個行業(yè)的工作，都必須了解機械中常用的各種聯(lián)接方法、特點和應(yīng)用情況，掌握一定用的

3、各種聯(lián)接方法、特點和應(yīng)用情況，掌握一定的常用聯(lián)接的設(shè)計準(zhǔn)則和方法，熟悉各種常用聯(lián)的常用聯(lián)接的設(shè)計準(zhǔn)則和方法，熟悉各種常用聯(lián)接零件的類型、結(jié)構(gòu)與使用條件。接零件的類型、結(jié)構(gòu)與使用條件。 常用的機械聯(lián)接方法分類如下：常用的機械聯(lián)接方法分類如下：鍵及無鍵聯(lián)接螺紋聯(lián)接楔聯(lián)接銷聯(lián)接可拆卸聯(lián)接會損壞其中一個零件）（這種聯(lián)接拆卸時鉚接、焊接、膠接等不可拆卸聯(lián)接機械靜聯(lián)接機械動聯(lián)接機械聯(lián)接 除以上的聯(lián)接方式外，常用的還有過盈配合除以上的聯(lián)接方式外，常用的還有過盈配合聯(lián)接、型聯(lián)接等。聯(lián)接、型聯(lián)接等。機械動聯(lián)接機械動聯(lián)接：被聯(lián)接的各個零部件之間可以有相被聯(lián)接的各個零部件之間可以有相對位置變化，例如我們前面介紹的各

4、類運動副；對位置變化，例如我們前面介紹的各類運動副；機械靜聯(lián)接：機械靜聯(lián)接：被聯(lián)接起來的各個零部件之間的位被聯(lián)接起來的各個零部件之間的位置固定，不允許產(chǎn)生相對運動的聯(lián)接。置固定，不允許產(chǎn)生相對運動的聯(lián)接。 機械靜聯(lián)接是我們本章介紹的主要內(nèi)容，機械靜聯(lián)接是我們本章介紹的主要內(nèi)容，而螺紋聯(lián)接是機械中應(yīng)用最為廣泛的靜聯(lián)接方式而螺紋聯(lián)接是機械中應(yīng)用最為廣泛的靜聯(lián)接方式之一，它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、裝拆方便、之一，它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、裝拆方便、形式多樣、能滿足各種要求等優(yōu)點。所以，我們形式多樣、能滿足各種要求等優(yōu)點。所以，我們本章主要介紹螺紋聯(lián)接，同時對常用的鍵聯(lián)接和本章主要介紹螺紋聯(lián)接，同時對

5、常用的鍵聯(lián)接和不可拆卸聯(lián)接進行適當(dāng)?shù)慕榻B。不可拆卸聯(lián)接進行適當(dāng)?shù)慕榻B。 顧名思義，螺紋聯(lián)接是采用螺紋和顧名思義，螺紋聯(lián)接是采用螺紋和螺紋聯(lián)接件來實現(xiàn)的聯(lián)接。這類聯(lián)接有螺紋聯(lián)接件來實現(xiàn)的聯(lián)接。這類聯(lián)接有結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、工作可靠等特點，結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、工作可靠等特點，在各個行業(yè)及日常生活中得到了廣泛使在各個行業(yè)及日常生活中得到了廣泛使用。用。 同時，螺紋和螺紋緊固件絕大多數(shù)同時，螺紋和螺紋緊固件絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了。這種聯(lián)接的設(shè)計，其主已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了。這種聯(lián)接的設(shè)計，其主要任務(wù)就是正確的選用。在重要的場合要任務(wù)就是正確的選用。在重要的場合進行強度計算。當(dāng)然在工程上，為了滿進行強度計算。當(dāng)然在

6、工程上，為了滿足一些特殊的工程要求，有時也需要自足一些特殊的工程要求，有時也需要自制一些特殊的螺紋緊固件。為了全面了制一些特殊的螺紋緊固件。為了全面了解和研究螺紋聯(lián)接，我們首先需要了解解和研究螺紋聯(lián)接，我們首先需要了解螺紋。螺紋。 10.2 螺螺 紋紋一螺紋的主要幾何尺寸在機械制圖中，我們已經(jīng)接觸過螺紋和螺紋聯(lián)接件?，F(xiàn)在我們就以圖10-1來說明螺紋的主要幾何參數(shù)，該圖是GB192-81標(biāo)準(zhǔn)化的螺紋牙型圖。標(biāo)準(zhǔn)化的螺紋牙型圖。圖圖101（1）大徑）大徑d（D）：）：螺紋的最大直徑，在螺紋的最大直徑，在標(biāo)準(zhǔn)中也作公稱直徑。標(biāo)準(zhǔn)中也作公稱直徑。（2）中徑）中徑 （ ） 通過螺紋軸向剖面內(nèi)通過螺紋軸向

7、剖面內(nèi)牙型上的溝槽和凸起牙型上的溝槽和凸起寬度相等處的假想圓寬度相等處的假想圓柱面的直徑，近似等柱面的直徑，近似等于螺紋的平均直徑，于螺紋的平均直徑，是確定螺紋幾何參數(shù)是確定螺紋幾何參數(shù)的直徑。的直徑。 2d2D（3）小徑）小徑 （ ）：即）：即螺紋的最小直徑，螺紋的最小直徑，在強度計算中常作為危險剖面的計算直徑。1d1D（4）螺距）螺距 ：螺紋：螺紋相鄰兩牙在中徑上相鄰兩牙在中徑上對應(yīng)兩點的軸向距對應(yīng)兩點的軸向距離。離。（5）線數(shù)）線數(shù)n：螺紋：螺紋的螺旋線數(shù)量，也的螺旋線數(shù)量，也稱螺紋頭數(shù)。稱螺紋頭數(shù)。（6）導(dǎo)程）導(dǎo)程s：同一：同一螺旋線上的相鄰兩螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)牙在中徑線

8、上對應(yīng)兩點間的軸向距離。兩點間的軸向距離。對于單線螺紋對于單線螺紋s=p；對于多線螺紋對于多線螺紋s=np。 p（7）升角）升角 ：中徑：中徑 圓圓柱上，螺旋線的切線與垂柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾直于螺紋軸線的平面的夾角。角。 2d 對于這些幾何參數(shù)值的規(guī)定，國際上對于這些幾何參數(shù)值的規(guī)定，國際上和國內(nèi)都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。規(guī)定的值不同，就和國內(nèi)都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。規(guī)定的值不同，就會形成不同的螺紋，需要時可以查閱相關(guān)會形成不同的螺紋，需要時可以查閱相關(guān)的手冊和國家標(biāo)準(zhǔn)。的手冊和國家標(biāo)準(zhǔn)。(8)牙型角牙型角 ：螺：螺紋牙型兩側(cè)邊的夾紋牙型兩側(cè)邊的夾角。角。(9)螺紋的工作高螺紋的工作高度度h

9、：表示內(nèi)外螺：表示內(nèi)外螺紋沿徑向的接觸高紋沿徑向的接觸高度。度。二螺紋分類二螺紋分類 螺紋主要尺寸的不同，其性能、用途也不螺紋主要尺寸的不同，其性能、用途也不同。常用的螺紋牙型有普通螺紋、管螺紋、矩形同。常用的螺紋牙型有普通螺紋、管螺紋、矩形螺螺 紋、梯形螺紋和矩形螺紋（其中除矩形螺紋外紋、梯形螺紋和矩形螺紋（其中除矩形螺紋外鋸齒型螺紋：單向；梯形螺紋：雙向傳動傳動螺紋：有矩形螺紋與圓錐管螺紋相似）圓錐螺紋：管路聯(lián)接（高壓管路。性。高溫、圓錐管螺紋：具有自封圓柱管螺紋：管路聯(lián)接管螺紋自鎖性好。構(gòu)。細牙：小載荷、調(diào)整機粗牙：普通聯(lián)接使用普通螺紋聯(lián)接螺紋螺紋都已經(jīng)標(biāo)都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化）。準(zhǔn)化）。 詳細詳

10、細的分類、的分類、性能可以性能可以參見教材參見教材 1）三角形螺紋（普）三角形螺紋（普通螺紋）通螺紋） 牙型角為牙型角為60 ，可，可以分為粗牙和細牙，以分為粗牙和細牙，粗牙用于一般聯(lián)接；粗牙用于一般聯(lián)接；與粗牙螺紋相比，細與粗牙螺紋相比，細牙由于在相同公稱直牙由于在相同公稱直徑時，螺距小，螺紋徑時，螺距小，螺紋深度淺，導(dǎo)程和升角深度淺，導(dǎo)程和升角也小，自鎖性能好，也小，自鎖性能好，宜用于薄壁零件和微宜用于薄壁零件和微調(diào)裝置。調(diào)裝置。 2）管螺紋）管螺紋 多用多用于有緊密性要求于有緊密性要求的管件聯(lián)接，牙的管件聯(lián)接，牙型角為型角為55，公稱，公稱直徑近似于管子直徑近似于管子內(nèi)徑，屬于細牙內(nèi)徑，

11、屬于細牙三角螺紋。三角螺紋。 3）梯形螺紋）梯形螺紋 牙型角為30，是應(yīng)用最為廣泛的傳動螺紋。4）鋸齒型螺紋）鋸齒型螺紋 兩側(cè)牙型角分別為3和30，3的一側(cè)用來承受載荷,可得到較高效率；30一側(cè)用來增加牙根強度,適用于單向受載的傳動螺紋。5）矩形螺紋）矩形螺紋 牙型角為0，適于作傳動螺紋。 以上以上5種常見螺紋牙型如圖種常見螺紋牙型如圖10-2所示。所示。 圖圖102 另外，螺紋可另外，螺紋可以根據(jù)需要制成左以根據(jù)需要制成左旋或右旋（通常螺旋或右旋（通常螺紋為右旋）。紋為右旋）。 沿螺紋軸線方沿螺紋軸線方向看，螺旋線自下向看，螺旋線自下而上向右傾斜為右而上向右傾斜為右旋（如圖旋（如圖a），向）

12、，向左傾斜為左旋（如左傾斜為左旋（如圖圖b）。左旋螺紋）。左旋螺紋的標(biāo)準(zhǔn)緊固件通常的標(biāo)準(zhǔn)緊固件通常制有左旋標(biāo)記。制有左旋標(biāo)記。 圖圖103 按制訂的螺紋標(biāo)準(zhǔn)不同，現(xiàn)在常見的有米制按制訂的螺紋標(biāo)準(zhǔn)不同，現(xiàn)在常見的有米制和英制兩大類。我國除管螺紋外，一般采用米制。和英制兩大類。我國除管螺紋外，一般采用米制。 要注意要注意：在實際工作中，特別是從事維修行：在實際工作中，特別是從事維修行業(yè)時要注意一些進口機器中螺紋的單位制。業(yè)時要注意一些進口機器中螺紋的單位制。 凡是牙型、大徑和螺距符合國家標(biāo)準(zhǔn)的螺紋凡是牙型、大徑和螺距符合國家標(biāo)準(zhǔn)的螺紋都稱為都稱為標(biāo)準(zhǔn)螺紋標(biāo)準(zhǔn)螺紋。除機械制造中常用的標(biāo)準(zhǔn)螺紋。除機械

13、制造中常用的標(biāo)準(zhǔn)螺紋外，還有適用于某些特殊行業(yè)的專用螺紋標(biāo)準(zhǔn)，外，還有適用于某些特殊行業(yè)的專用螺紋標(biāo)準(zhǔn)，在需要的時候可以查閱有關(guān)的設(shè)計手冊。在需要的時候可以查閱有關(guān)的設(shè)計手冊。 雖說螺紋并不陌生，但為了從理論的高度來雖說螺紋并不陌生，但為了從理論的高度來理解和研究螺紋聯(lián)接，接下來我們就需要對螺紋理解和研究螺紋聯(lián)接，接下來我們就需要對螺紋聯(lián)接的基本類型和螺紋常用緊固件進行了解。聯(lián)接的基本類型和螺紋常用緊固件進行了解。 10.3 螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副的受力分析、效率和自鎖 為了便于分析，我們根據(jù)牙型角不同常把為了便于分析，我們根據(jù)牙型角不同常把螺紋分為矩形螺紋和非矩形螺紋兩種情況。螺

14、紋分為矩形螺紋和非矩形螺紋兩種情況。 一、矩形螺紋一、矩形螺紋 圖圖104 螺旋副是由外螺螺旋副是由外螺紋（螺桿）和內(nèi)螺紋（螺桿）和內(nèi)螺紋組成的運動副，紋組成的運動副，經(jīng)過簡化可以看作經(jīng)過簡化可以看作推動滑塊（重物）推動滑塊（重物）沿螺紋表面運動沿螺紋表面運動（如圖所示）（如圖所示）。 圖圖104 將矩形螺紋沿中徑將矩形螺紋沿中徑d d2 2處展開，得一傾斜角處展開，得一傾斜角為為（即螺紋升角）的斜面，斜面上的滑塊代（即螺紋升角）的斜面，斜面上的滑塊代表螺母，螺母和螺桿的相對運動可以看作滑塊表螺母，螺母和螺桿的相對運動可以看作滑塊在斜面上的運動。在斜面上的運動。 圖圖b所示為滑所示為滑塊在斜面

15、上塊在斜面上高速上升時高速上升時的受力圖。的受力圖。 為軸向載荷，為軸向載荷，F(xiàn)相當(dāng)于螺轉(zhuǎn)螺母時作用在螺相當(dāng)于螺轉(zhuǎn)螺母時作用在螺紋中徑上的水平推力，紋中徑上的水平推力， 為法向反力，摩擦力為法向反力，摩擦力 ， 為摩擦系數(shù)，為摩擦系數(shù)， 為為 與與 的合的合力，為力，為 與與 的夾角，稱為的夾角，稱為摩擦角摩擦角圖圖104QFNFNfFfFfRFNFfFRFNFfarctan根據(jù)平衡條件根據(jù)平衡條件作力封閉圖得：作力封閉圖得： )tan(QFF所以，轉(zhuǎn)動螺紋所需的轉(zhuǎn)矩為：所以，轉(zhuǎn)動螺紋所需的轉(zhuǎn)矩為： )tan(22221dFdFTQ螺母旋轉(zhuǎn)一周所需的輸入功為：螺母旋轉(zhuǎn)一周所需的輸入功為： ；此

16、；此時螺母上升一個導(dǎo)程時螺母上升一個導(dǎo)程s，其有效功為：，其有效功為： 。因此螺旋副的效率為：因此螺旋副的效率為： 112 TWsFWQ2)tan(tan)tan(22tan222112dFdFTsFWWQQQ圖圖105 將效率公式繪制成曲線，如圖所示。可見當(dāng)將效率公式繪制成曲線，如圖所示?？梢姰?dāng) 時效率最高，但過大的升角使制造困難。時效率最高，但過大的升角使制造困難。并且由曲線圖可以看出：當(dāng)并且由曲線圖可以看出：當(dāng) 之后，效率的之后，效率的40 25增加不明顯，所以增加不明顯，所以通常取通常取不超過不超過25。圖圖106 當(dāng)滑塊沿斜面等速下降時，摩擦力向上，當(dāng)滑塊沿斜面等速下降時，摩擦力向上

17、，軸向載荷軸向載荷 變成驅(qū)動滑塊等速下滑的驅(qū)動力，變成驅(qū)動滑塊等速下滑的驅(qū)動力，F(xiàn)為阻礙滑塊下降的支持力，由如圖所示的力封閉為阻礙滑塊下降的支持力，由如圖所示的力封閉圖可知：圖可知： QF)tan(QFF 當(dāng)轉(zhuǎn)動一周時，輸入功率為當(dāng)轉(zhuǎn)動一周時，輸入功率為 輸輸出功率為出功率為 ，此時螺旋副的效率為：，此時螺旋副的效率為： sFWQ122dFWtan)tan(由公式可知，若由公式可知，若 ，則，則 0，說明此時無論軸向，說明此時無論軸向載荷載荷 有多大，滑塊（即螺母）都不能沿斜面運動，有多大，滑塊（即螺母）都不能沿斜面運動，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為自鎖自鎖。 0表明螺旋副處于臨界自鎖狀表明螺旋副

18、處于臨界自鎖狀態(tài)。態(tài)。 0。在沒有資料時，可按下面推薦值選用：在沒有資料時，可按下面推薦值選用： =（0.20.6）F 一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定；一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定； =（0.61.0）F 一般載荷，工作載荷不穩(wěn)一般載荷，工作載荷不穩(wěn)定；定； =（1.51.8）F 要求由密封性的聯(lián)接；要求由密封性的聯(lián)接； F 地腳螺栓聯(lián)接地腳螺栓聯(lián)接pQpQpQpQpQpQ由圖由圖10-41的幾何關(guān)系得到關(guān)系式：的幾何關(guān)系得到關(guān)系式： ； 我們把我們把 、 分別稱為螺栓和被聯(lián)接件的剛分別稱為螺栓和被聯(lián)接件的剛度，即產(chǎn)生單位變形所需力的大小。一旦材料度，即產(chǎn)生單位變形所需力的大小。一旦材料和結(jié)構(gòu)確定后，和結(jié)構(gòu)

19、確定后， 、 可視為常數(shù)。可視為常數(shù)。 圖圖10-41bbbpCQtanmmmpCQtanbCmCbCmC圖圖10-41同樣，由幾何關(guān)系可導(dǎo)出下面的關(guān)系式：同樣，由幾何關(guān)系可導(dǎo)出下面的關(guān)系式：bbCFtanmmCFFtan所以得到：所以得到： mbCCFFF故： FCCCFmbb從而可以得到：從而可以得到： FCCCQQmbbp為保證有足夠的殘余預(yù)緊力為保證有足夠的殘余預(yù)緊力 ,就要保證：就要保證：pQFCCCQFFQQmbmppp)(其中：其中： mbbCCC稱作螺栓的相對剛度；稱作螺栓的相對剛度； mbmCCC稱作被聯(lián)接件的相對剛度。稱作被聯(lián)接件的相對剛度。 常數(shù)常數(shù) 的值是通過試驗獲得的

20、，可的值是通過試驗獲得的，可以以參閱（教材）參閱（教材）。mbbCCC由式由式 可以看出，當(dāng)可以看出，當(dāng) 時，時，外載施加在螺栓上的載荷將很小。在其它條件外載施加在螺栓上的載荷將很小。在其它條件不變的情況下，不變的情況下，Q、 將減小。所以，在一般將減小。所以，在一般聯(lián)接件中采用較硬的金屬墊片以減小螺栓直徑。聯(lián)接件中采用較硬的金屬墊片以減小螺栓直徑。密封性要求較高時，采用軟金屬作墊片。密封性要求較高時，采用軟金屬作墊片。 我們知道，理論計算和工程實際是有差別我們知道，理論計算和工程實際是有差別的，為了保證可靠預(yù)緊，在求得的，為了保證可靠預(yù)緊，在求得Q以后，考慮以后，考慮到其它因素（如扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)

21、力等）的影響，應(yīng)到其它因素（如扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力等）的影響，應(yīng)將將Q增加增加30%。 所以：所以： FCCCFmbbbCmCpQ43 . 121dQca10.9 提高螺栓聯(lián)接強度的措施提高螺栓聯(lián)接強度的措施 螺栓聯(lián)接的強度主要取決于螺栓強度，而影螺栓聯(lián)接的強度主要取決于螺栓強度，而影響螺栓強度的因素有許多。那么如何提高螺栓響螺栓強度的因素有許多。那么如何提高螺栓聯(lián)接強度呢？聯(lián)接強度呢？一降低影響螺栓疲勞強度的應(yīng)力幅一降低影響螺栓疲勞強度的應(yīng)力幅圖圖10-41圖圖10-411)由圖由圖10-41可以看出，隨著外載在可以看出，隨著外載在0F之間的之間的變化，螺栓總拉力將在變化，螺栓總拉力將在Q和和 之間

22、變化，其變之間變化，其變動幅度為動幅度為 ，而，而 ，顯然隨著，顯然隨著 的增加，的增加，在在 不變的條件下，不變的條件下， 會下降，就可以使螺栓會下降，就可以使螺栓承受的變應(yīng)力相對減小，載荷趨于平穩(wěn)。承受的變應(yīng)力相對減小，載荷趨于平穩(wěn)。 pQFFCCCFmbbpQFpQF2）由）由 可知，可知， 與螺栓和被聯(lián)接件的與螺栓和被聯(lián)接件的剛度有關(guān)，增大剛度有關(guān)，增大 或減小或減小 都可以使都可以使 減減小，也可以減小變應(yīng)力對強度的影響。為達此小，也可以減小變應(yīng)力對強度的影響。為達此目的，可以：目的，可以：FCCCFmbbFmCbCF圖圖10-42（1）改變螺栓的長）改變螺栓的長度或形狀，如圖度或形

23、狀，如圖10-42所示，以降低螺栓所示，以降低螺栓的剛度；的剛度；（2）利用一定的方法提高）利用一定的方法提高 ，例如圖，例如圖9-22所示，采用剛度較大的金屬墊片或采用所示，采用剛度較大的金屬墊片或采用密封圈進行密封。密封圈進行密封。mC圖圖10-43二改善螺紋牙間的載荷分布不均現(xiàn)象二改善螺紋牙間的載荷分布不均現(xiàn)象在聯(lián)接承受軸向載荷作用時，在整個螺紋長度上，其承受的載荷是不同的，而是逐圈遞減的。試驗試驗證明證明：約有三分之一的載荷集中在第一圈螺紋上，以后各圈遞減，在第八圈以后螺紋幾乎不圖圖10-44圖圖10-45承受載荷，如圖10-44和10-45所示。所以希望利用增加螺母厚度來提高聯(lián)接強度

24、，其效果不大。 改善載荷不均勻的措施，原則上是減小螺栓與螺母二者承受載荷時螺距的變化差，盡可能使螺紋各圈承受載荷接近均等。常用的方法常用的方法有：有：1）將螺母設(shè)計成受拉伸的；2）在螺母的旋入端最初螺紋上制出倒角，如圖10-46；圖圖10-463）采用均載鋼絲套，利用鋼絲螺套的膨脹作用起到均載的用。圖圖10-47三避免或減小附加應(yīng)力三避免或減小附加應(yīng)力 附加應(yīng)力是指由于制造、裝配或不正確設(shè)計附加應(yīng)力是指由于制造、裝配或不正確設(shè)計而在螺栓中產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力。為此，聯(lián)接的而在螺栓中產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力。為此，聯(lián)接的支承面必須進行加工，設(shè)計時常將支承面設(shè)計成支承面必須進行加工，設(shè)計時常將支承面設(shè)計成

25、單個凸臺锪（單個凸臺锪（huo）平或采用沉頭座（又稱魚眼）平或采用沉頭座（又稱魚眼坑），保證設(shè)計、坑），保證設(shè)計、制造、安裝時螺栓制造、安裝時螺栓軸線與被聯(lián)接件的軸線與被聯(lián)接件的接合面垂直，如圖接合面垂直，如圖10-47。圖圖10-48四減小應(yīng)力集中的影響四減小應(yīng)力集中的影響 我們知道應(yīng)力集中是十分有害的。螺栓的我們知道應(yīng)力集中是十分有害的。螺栓的斷裂也最容易在應(yīng)力集中處產(chǎn)生。為了減少應(yīng)斷裂也最容易在應(yīng)力集中處產(chǎn)生。為了減少應(yīng)力集中，可以采用如圖力集中，可以采用如圖10-48所示的卸載結(jié)構(gòu)。所示的卸載結(jié)構(gòu)。五采用合理的制造工藝五采用合理的制造工藝采用合理的制造工藝方法，也可以提高螺栓的采用合理

26、的制造工藝方法，也可以提高螺栓的疲勞強度，例如采用冷墩、滾壓或利用氮化和疲勞強度，例如采用冷墩、滾壓或利用氮化和氰化的熱處理工藝，可以極大地提高螺栓的疲氰化的熱處理工藝，可以極大地提高螺栓的疲勞強度（滾壓大約勞強度（滾壓大約可以提高可以提高3040%，如果經(jīng)過熱，如果經(jīng)過熱處理再滾壓甚至可處理再滾壓甚至可以提高大約以提高大約70100%）。）。 至此，螺栓聯(lián)接的內(nèi)容我們就講解完畢，至此，螺栓聯(lián)接的內(nèi)容我們就講解完畢，那么我們在實際工作中應(yīng)如何利用這些知識呢？那么我們在實際工作中應(yīng)如何利用這些知識呢？下面我們就來看書上給我們提供的例題。下面我們就來看書上給我們提供的例題。例：例：(略略) 在聯(lián)接

27、中，除了螺紋聯(lián)接外，還有一些無在聯(lián)接中，除了螺紋聯(lián)接外，還有一些無法利用螺栓來實現(xiàn)聯(lián)接的場合，例如安裝在軸法利用螺栓來實現(xiàn)聯(lián)接的場合，例如安裝在軸上的零件（齒輪、鏈輪、帶輪等），這種聯(lián)接上的零件（齒輪、鏈輪、帶輪等），這種聯(lián)接（輪轂與軸）統(tǒng)稱為軸轂聯(lián)接，其主要方式有（輪轂與軸）統(tǒng)稱為軸轂聯(lián)接，其主要方式有鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、無鍵聯(lián)接等等。接下來我鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、無鍵聯(lián)接等等。接下來我們就開始逐步進行介紹。們就開始逐步進行介紹。10.10 鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接一鍵聯(lián)接的類型、特點及應(yīng)用一鍵聯(lián)接的類型、特點及應(yīng)用 鍵聯(lián)接是是應(yīng)用最廣泛的一直中軸轂聯(lián)接。這種聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、工作可靠等特點。其主要

28、類型有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。1 1平鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接 其特點是：鍵的兩側(cè)面是工作面，靠鍵與鍵槽的側(cè)面擠壓來傳遞扭矩；平鍵聯(lián)接不能承受軸向力，因而對軸上的零件不能起到軸向固定作用。常用的平鍵有常用的平鍵有：普通平鍵和導(dǎo)向平鍵。平鍵聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中良好等優(yōu)點。 普通平鍵主要用于靜聯(lián)接。普通平鍵普通平鍵主要用于靜聯(lián)接。普通平鍵按端部形狀不同分為按端部形狀不同分為A A型（圓頭）、型（圓頭）、B B型型（平頭）、（平頭）、C C型（半圓頭）三種型式型（半圓頭）三種型式, ,如圖如圖所示。所示。 采用采用A A、C C型平鍵時，軸上的鍵槽用鍵槽銑型平鍵時，軸上的鍵槽

29、用鍵槽銑刀銑出，鍵在槽中固定良好，但當(dāng)軸工作時，刀銑出，鍵在槽中固定良好，但當(dāng)軸工作時，軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中較大。采用軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中較大。采用B B型平鍵型平鍵時，軸上的鍵槽用盤銑刀銑出，鍵槽兩端的應(yīng)時，軸上的鍵槽用盤銑刀銑出，鍵槽兩端的應(yīng)力集中較小。力集中較小。C C型平鍵常用于軸端的聯(lián)接。輪型平鍵常用于軸端的聯(lián)接。輪轂上的鍵槽一般用插刀或拉刀加工。轂上的鍵槽一般用插刀或拉刀加工。圖圖10-50 導(dǎo)向平鍵用于動聯(lián)接，如圖導(dǎo)向平鍵用于動聯(lián)接，如圖10-5110-51所示。按端所示。按端部形狀分部形狀分A A型和型和B B型兩種型式，其特點是鍵較長，型兩種型式，其特點是鍵較長，鍵與輪轂

30、的鍵槽采用間隙配合，故輪轂可以沿鍵鍵與輪轂的鍵槽采用間隙配合，故輪轂可以沿鍵作軸向滑動（例如變速箱中滑移齒輪與軸的動聯(lián)作軸向滑動（例如變速箱中滑移齒輪與軸的動聯(lián)接）。為了防止鍵松動，需要用螺釘將鍵固定在接）。為了防止鍵松動，需要用螺釘將鍵固定在軸上的鍵槽中。為了便于拆卸，鍵上制有起鍵螺軸上的鍵槽中。為了便于拆卸，鍵上制有起鍵螺孔?？?。 圖圖10-51 當(dāng)零件需要滑移的距離較大時，因所需的導(dǎo)向平鍵長度過大，制造困難，一般度采用滑鍵，如圖所示?；I固定在輪轂上，輪轂帶動滑鍵在軸上的鍵槽中坐軸向滑移。這樣，只需要在軸上銑出較長的鍵槽，而鍵可以做的很短。 圖圖10-532、半圓鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接半圓鍵

31、聯(lián)接如圖10-53所示。軸上鍵槽用尺寸與半圓鍵相同的半圓鍵銑刀銑出，因而鍵在槽中能繞其幾何中心擺動以適應(yīng)轂上鍵槽的傾斜度。半圓鍵用于靜聯(lián)接，其兩側(cè)面是工作面。其優(yōu)點是工藝性好，缺點是軸上的鍵槽較深，對軸的強度影響較大，所以一般多用于輕載情況的錐形軸端聯(lián)接。圖圖10-543 3楔鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接 楔鍵聯(lián)接的特點是：鍵的上下兩面是工作面，鍵的上表面和輪轂鍵槽底部各有1：100的斜度。裝配時，通常是先將輪轂裝好后，在把鍵放入并打緊，使鍵楔緊在軸與轂的鍵槽中。 工作時，主要靠鍵、軸和轂之間的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，同時還可以承受單向的軸向載荷，對輪轂起到單向軸向定位作用。其缺點：是楔緊后，軸和輪轂的配合產(chǎn)生偏心

32、和傾斜。因此主要用于定心精度要求不高和低速的場合。圖圖10-54 楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵兩種，如圖10-54。普通楔鍵也有A型、B型、C型三種型式。鉤頭鍵的鉤頭供拆卸用，如果安裝在外露的軸端時，應(yīng)注意加裝防護罩。圖圖10-544 4切向鍵聯(lián)接切向鍵聯(lián)接 切向鍵聯(lián)接如圖10-55所示。是由一對斜度為1：100的楔鍵組成。裝配時，先將輪轂裝好，然后將兩楔鍵從輪轂兩端裝入鍵槽并打緊，使鍵楔緊在軸與轂的鍵槽中。圖圖10-55 切向鍵的上下兩面為工作面，工作時，靠工作面上的擠壓應(yīng)力及軸與轂間的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩。 用一個切向鍵時只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩，當(dāng)要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時，必須使用兩個切向鍵，兩個切向鍵之間的

33、夾角為 。 圖圖10-55135120 由于切向鍵的鍵槽對軸的削弱較大，因而只用于直徑大于100mm的軸上。切向鍵聯(lián)接能傳遞很大的扭矩，主要用于對中要求不高的重型機械中。 二鍵聯(lián)接的強度計算二鍵聯(lián)接的強度計算 在各種類型的鍵聯(lián)接中，以平鍵聯(lián)接應(yīng)用最廣。故我們只討論平鍵聯(lián)接的強度計算。 鍵聯(lián)接的設(shè)計首先需要根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點、使用要求和工作條件來選擇平鍵類型，再根據(jù)軸徑大小從標(biāo)準(zhǔn)中選出鍵的剖面尺寸bxh(b為鍵寬，h為鍵高)，然后參考輪轂寬度選取鍵的長度L，鍵的長度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸系列。最后進行強度校核計算。 - 圖圖10-56 平鍵聯(lián)接傳遞扭矩時的受力情況如圖10-56所示，對于常見的材料

34、組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平鍵聯(lián)接（靜聯(lián)接），其主要的失效型式是工作面被壓壞。除非有嚴(yán)重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，普通平鍵聯(lián)接通常只按工作面的擠壓強度進行校核計算。導(dǎo)向鍵為動聯(lián)接，其主要的失效形式為工作面的過度磨損，因此通常只按工作面上的壓力進行條件性的強度校核計算。 假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵聯(lián)接的強度條件式為： ppkldT1023（MPa） 導(dǎo)向平鍵聯(lián)接的強度條件為： 1023pkldTp（MPa） 和 分別稱作許用擠壓應(yīng)力和許用壓力。 pp 鍵的材料沒有統(tǒng)一的規(guī)定，但是一般都采用抗拉強度不小于600MPa的鋼，多為45鋼。 在平鍵聯(lián)接強度計算中，如強度不足時，可采

35、用雙鍵，相隔布置。但在強度計算中，考慮到鍵聯(lián)接載荷分配的不均勻性，在強度校核中只按1.5個鍵計算。 鍵的標(biāo)記為鍵的標(biāo)記為：鍵bxL GB1096-79（對于A型鍵可不標(biāo)出，但對于B、C型，必須標(biāo)注“鍵B”或“鍵C”）。 10.11 花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接 一花鍵聯(lián)接的類型、特點及應(yīng)用一花鍵聯(lián)接的類型、特點及應(yīng)用由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)接花鍵聯(lián)接。與平鍵相類似，在工作時，齒的工作面為齒的側(cè)面，靠工作面的擠壓傳遞扭矩。由于是多齒傳遞載荷，所以與普通平鍵相比具有承載力高、軸和轂受力均勻、定心性和導(dǎo)向性好等優(yōu)點。但加工需要專用設(shè)備和工具，成本較高。 花鍵聯(lián)接可用于靜聯(lián)接或動聯(lián)接。按

36、其齒型的不同，可以分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩類。 定心，利于均載。合。其定心方式為齒型尺寸較大的場載荷大、對心精度高、中，穩(wěn)定性好，適宜于。工藝性好，易于對或力角為漸開線花鍵：分度圓壓外徑定心側(cè)面定心：重載時使用、易加工，多用內(nèi)徑定心：定心精度高重型中型輕型矩形花鍵花鍵聯(lián)接4530 對于花鍵聯(lián)接，其定心面的粗糙度要求1.6以上。 對于大徑為14125mm的矩形花鍵，GB1144-87規(guī)定用小徑定心，可以通過磨削消除熱處理變形，獲得較高的定心精度。 漸開線花鍵的兩側(cè)曲線為漸開線，其壓力角規(guī)定有30和45兩種。漸開線花鍵根部強度較大，應(yīng)力集中小，承載能力大。 這兩種花鍵的規(guī)格尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，在設(shè)

37、計時可以參考相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進行。 二花鍵聯(lián)接的強度計算二花鍵聯(lián)接的強度計算 實踐證明：對于花鍵聯(lián)接，擠壓破壞是其主要的失效形式。因此靜聯(lián)接通常按工作面上的擠壓強度進行校核，動聯(lián)接按工作面上的壓力進行條件性強度校核。 圖圖10-58 如圖10-58所示，假定載荷在齒的工作面上均勻分布，各齒面壓力的合力作用在平均值處，并引入系數(shù)來考慮載荷在各齒上的分配不均，于是花鍵聯(lián)接的強度條件式為：靜聯(lián)接： pmpzhldT1023動聯(lián)接： 1023pzhldTpm其中：其中：T傳遞的扭矩（Nm） 載荷分配不均勻系數(shù)，按花鍵齒數(shù)的多少取為0.70.8。 z 花鍵的齒數(shù)。 花鍵齒側(cè)面的工作長度（mm）。 h 花

38、鍵齒側(cè)面的工作高度(mm)，矩形花鍵 ，D為外花鍵的大徑，d為小徑，C為倒角尺寸；漸開線花鍵 時，h=m；時，h=0.8m，m為模數(shù)lCdDh2230 dm 花鍵的平均直徑(mm)，矩形花鍵 ；漸開線花鍵 ， 為分度圓直徑（mm）。 許用擠壓應(yīng)力（MPa）。 許用壓力（MPa）。 花鍵聯(lián)接的零件多用強度極限不低于600MPa的鋼制造，多數(shù)要經(jīng)過熱處理（特別是用于動聯(lián)接），以獲得足夠的硬度和耐磨性。 2dDdmfmddfdpp9.11 銷聯(lián)接 銷聯(lián)接也是工程中常用的一種重要聯(lián)接形式，主要用來固定零件之間的相對位置，當(dāng)載荷不大時也可以用作傳遞載荷的聯(lián)接，同時可以作為安全裝置中的過載剪斷元件。圖圖10-59 銷的主要形式由圓柱銷和圓錐銷（1：50錐度）。聯(lián)接銷孔一般需要經(jīng)過鉸制。同時還有許多特殊的形式，例如開口銷、槽銷等，如圖所示。圖圖10-60圖