1、第十章 联接,可拆联接,不可拆联接,联接,螺纹联接,键联接,销联接,焊接,粘接,铆接,联接：将两个或两个以上的零件组合成一体的结构。,一 、螺纹的形成,10-1 螺纹参数,工件转一周刀具移动一个螺旋线导程,直角三角形绕在圆柱体上,一平面图形 K，沿着螺旋线运动，且保持K平面始终通过圆柱 体轴线yy，便得螺纹。按照平面图形的形状分为：三角形螺纹梯形螺纹锯齿型螺纹内螺纹和外螺纹旋合组成螺旋副。,1、按轴向剖面形状（螺纹的牙型）,二、 螺纹的类型：,三角形螺纹,梯形螺纹,锯齿形螺纹,矩形螺纹,粗牙螺纹用于紧固件 细牙螺纹同样的公称直径下，螺距小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等。,2、按螺旋线
2、绕行方向,左旋,右旋（常用）,左旋,右旋,三、 螺纹的主要参数,大径d,小径d1,中径d2,螺距P,导程S,升角,牙型角a 牙侧角b,外径（大径）d 与外螺纹牙顶相重合 的假想圆柱面直径，亦称 公称直径；内径（小径）d1 与外螺纹牙底相重合 的假想圆柱面直径；中径d2 在轴向剖面内牙厚与 牙间宽相等处的假想圆面 的直径，d20.5(d+d1),螺 距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离； 导程 S 同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两点间的轴向距离； 线 数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4螺距、导程、线数之间关系：S=nP,螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线
3、与垂直于轴线的平面的夹角；牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角 牙型斜角螺纹牙的侧边与端面间的夹角,向上拧紧螺母时，螺母受被联接件向下的反力 。,10-2 螺旋副的受力分析,一、矩形螺纹假设： 1）螺母与螺杆间的作用力系，集 中作用在一小段螺纹上； 2）作用力系集中作用在中径的圆 柱面内。可把螺母简化成一小滑块，在 圆周力F的推动下沿着中径螺旋线 等速上升。拧紧力矩为：,拧紧力矩,螺母等速旋转并上升相当于滑块沿斜面等速上移,拧紧螺母,螺旋副的效率： 螺旋转一圈时，输入功为 ，升举滑块所作的有效功为， 效率,放松力矩,螺母等速旋转并下降相当于滑块沿斜面等速下降,放松螺母,1）当时，即斜面较
4、陡，此时 F0（与假定方向一致），F 是维持滑块等速下降的支持力(阻力)，它阻止螺母加速松退。 2）当 时，斜坡平缓，此时 F0（与假定方向相反），F 是旋松螺母所需加的驱动力（推滑块下滑）。若不加驱动力F，无论 Fa多大，滑块（螺母）都不会自行下滑自锁状态。,自锁条件：,讨论：,二、非矩形螺纹,略去升角的影响，在同样轴向载荷作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹的大，造成摩擦力较大：,当量摩擦系数,当量摩擦角,把法向力的增加看作摩擦系数的增加,1）滑块等速上升（拧紧螺母）,水平推力,驱动力矩,2）滑块等速下滑（旋松螺母）,水平推力,驱动力矩,自锁条件,10-4 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件,
5、一、基本类型(1) 螺栓联接,普通螺栓联接：被联接件不太厚，螺杆穿过被联接件的通孔，装配后孔与杆间有间隙，结构简单， 装拆方便。 精密螺栓联接：装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用。,(2) 双头螺柱联接,双头螺柱联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。,(3) 螺钉联接,螺钉联接螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中，省去了螺母，结构简单。但不宜经常装拆。,(4) 紧定螺钉联接,紧定螺钉联接利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或
6、扭矩。,特殊联接：地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接,螺纹紧固件,螺栓 双头螺柱 螺钉 螺母 垫圈,标准化,二、螺纹联接件1）螺栓 普通螺栓 六角头，小六角头， 内六角铰制孔螺栓螺纹部分直径较小，光杆较粗2）双头螺柱两端带螺纹,3）螺钉 与螺栓区别螺纹部分直径较粗;要求全螺纹,4）紧定螺钉 锥 端适用于零件表面硬度较低不常拆卸场合 平 端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸。 圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置，用于轻材料和金属薄板。,5）螺母 六角螺母：标准，扁，厚 圆螺母+止退垫圈垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧。用于轴上零件的轴向
7、固定。 6）垫圈增加被联接件的支承面积，以减小螺母接触处的压强;避免拧紧螺母时擦伤被联接件的表面。,10-5 螺纹联接的预紧和防松,松联接在装配时不拧紧，螺栓只在受外载时才受到力的作用； 紧联接在装配时需拧紧，即在承载前，螺栓已预先受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力。预紧力的大小对联接的可靠性、强度、密封性均有很大的影响。,拧紧目的,提高螺栓联接刚性,紧密、紧固性要求,防松,一、拧紧力矩T1螺纹副相对转动的阻力矩； T2螺母支承面上的摩擦阻力矩； Fa轴向力（对于不承受轴向工作载荷的联接，Fa即预紧力） fc螺母与被联接件支承面之间的摩擦系数；支承面摩擦半径，,对于 的粗牙螺
8、纹，可取则拧紧力矩预紧力，其数值由联接的要求决定(见10-6 螺栓联接的强度计算)。为了充分发挥螺 栓的工作能力和保证预紧可靠，预紧应力一般达材料屈服极限的5070，且须小于许用应力。,拧紧力矩的控制,（1）测力矩扳手：,带指针刻度，测出拧紧力矩,（2）定力矩扳手：,当拧紧力矩达到所调节的额定值时， 弹簧受压，离合器便会打滑而自动脱开,注：直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接，若无控制拧紧力 矩的措施，不宜采用小于M12的螺栓。,（）测量预紧前后螺栓伸长量精度较高。,二、螺纹联接的防松联接用的三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时不会 自动松脱。但在冲击、振动
9、和变载的作用下，材料高温蠕变等都会造成摩擦力减少， 螺纹副中正压力在某一瞬间消失，从而使螺纹联接松动，联接失效。因此，必 须进行防松。防松原理：防止螺纹副之间的相对运动防松办法及措施：,破坏螺纹副：可靠，一次性,专门元件防松（机械）:,附加摩擦力防松：简便，但不可靠,1)利用附加摩擦力防松,自锁螺母螺母一端做出径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧,垫圈压平后的反弹力能使螺纹间 保持压紧力和摩擦力,利用两螺母的对顶作用使螺栓 始终受到附加的拉力和摩擦力,弹簧垫圈,对顶螺母,尼龙圈锁紧螺母,止动垫片,串联钢丝,槽形螺母与开口销,3）其它 端铆、冲点、点焊，化学防松（粘合）,
10、2)机械防松,开口销,带翅垫片,止动垫片,冲点法,焊点法,串联钢丝,粘合法,10-6 螺栓联接的强度计算,主要失效形式： 1）受拉螺栓在轴向拉力的作用下，螺栓杆发生塑性变形或疲劳断裂； 2）受剪螺栓在横向剪力的作用下，螺栓杆和孔壁间发生压溃，或螺栓杆被剪断 3）螺纹牙磨损后滑扣。,螺栓联接的强度计算主要与联接的装配情况（预紧或不预紧）、外载荷的性质(轴向载荷或横向载荷）和材料性能等有关。,而螺纹牙及其它各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的，采用标准件时，不需计算。,强度计算的目的是根据强度条件确定螺纹小径d1，再按照标准选定公称直径d（大径）及螺距P等。,一、松螺栓联接装配时不拧紧，在承受
11、工作载荷之前，联接不受力。 如吊钩尾部的螺栓联接。当承受轴向工作载荷Fa时，其强度 条件为：,d1螺杆危险截面直径（mm） 许用拉应力 N/mm2 (MPa),二、紧螺栓联接-装配时需要拧紧在拧紧力矩T的作用下：螺栓受轴向拉力（预紧力）Fa的作用而产生拉伸应力；同时还受螺纹力矩T1的作用引起扭切应力;即螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态。,预紧力Fa产生拉应力-,螺纹牙间的摩擦力矩T1产生扭转剪应力-,M10M68螺纹,螺纹部分的强度条件：,结论:可将拉力增大30来考虑扭转的影响（把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理）,根据第四强度理论， 螺栓在预紧状态下的 计算应力（当量应力）:,1、受横向
12、工作载荷的紧螺栓联接 1）普通螺栓联接 特点：靠拧紧后接合面上的正压力所产生的摩擦力来承担横向外载荷（防止被联接件发生错动）。螺栓仅承受预紧力（拉力）的作用，而且预紧力不受工作载荷的影响。 保证联接可靠的条件为：,C可靠性系数，1.11.3,(不产生相对滑移),设计公式：,当取 f=0.15, m=1, C=1.2时,螺栓所需拉力,强度条件：,当联接承受较大的横向载荷F时需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径的增加，可采用减载措施。,所用的螺栓直径较大，且在冲击振动变载下工作时不可靠。,为增加可靠性，减小螺栓直径，提高承载能力，可采用如下减 载装置：a)销 b)套筒 c)键即用键、套筒或销承
13、担横向工作载荷而螺栓仅起联接作用。,螺纹联接的强度计算4,2）承受工作剪力的紧螺栓联接,利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在联接结合面处，螺栓杆受剪切。,螺栓杆与孔壁间的挤压强度条件为：,螺栓杆的剪切强度条件为：,式中：F螺栓所受的工作剪力，单位为N； d0螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm； Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计时应使Lmin1.25d0,特点：螺杆与孔紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷F,铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被联接件孔壁加工精度较高，成本较高。,挤压应力的分布,受剪面数目
14、为m时，剪切强度条件为：,受拉紧螺栓联接,装配时已拧紧。在拧紧力矩T作用下：螺栓受轴向拉力（预紧力）F0的作用而产生拉伸应力；同时还受到螺纹力矩T1所引起的扭切应力;即螺栓处于拉伸和扭转的的复合应力状态。,2、受轴向工作载荷的紧螺栓联接,螺栓受预紧力F0 后，又在工作拉力FE 的作用下，作用在螺栓上的总拉力,式中FR为残余预紧力，为保证联接的紧密性，应使 FR 0；一般根据联接的性质确定FR的大小。,螺栓总拉力Fa的确定：,设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比。,拧紧螺母时螺栓联接受力变形图,螺栓刚度,受拉紧螺栓联接的受力分析：,紧螺栓联接受轴向工作载荷时受力分析：,未拧紧,预紧状态,加载
15、FE后工作状态,受工作载荷时联接受力变形演示,施加工作载荷 后： 螺栓伸长量增大至 ，拉力增大至 被联接件则随螺栓的伸长而弹回压缩量缩小至 相应的压力即残余预紧力,紧螺栓联接应能保证被联接件的接合面不出现缝隙，即残余预紧力 应大于零。当工作载荷没有变化时，取当工作载荷有变化时，取对于有紧密性要求的联接（如压力容器的螺栓联接），先根据联接的工作要求规定残余预紧力 ，再求出螺栓的总拉伸载荷然后计算螺栓强度：,考虑到受工作载荷后,螺栓还需补充拧紧， 则将总拉伸载荷增大 30来考虑扭转剪应力的影响。,各力间关系,螺栓相对 刚性系数,例10-4：一钢制液压油缸，壁厚为10mm，油压 , 试计算其上盖的螺
16、栓联接尺寸和螺栓分布圆直径 。,1）确定螺栓工作载荷 暂取螺栓数Z=8，则每个螺栓承受的平均轴向工作载荷为2）螺栓总拉伸载荷3）强度计算：取螺栓材料45钢， ，装配时不要求严格控制预紧力，暂取S=3 ，则,对于有紧密性要求的联接 （如压力容器的螺栓联接）,由强度公式得螺纹小径为取M16螺栓（ ），取S=3正确。 4）决定螺栓分布圆直径 取 ，螺栓间距为,合适,10-8 提高螺栓联接强度的措施,当螺栓联接承受轴向变载荷时，损坏形式多为螺栓杆部分的疲劳断裂：常发生在应力集中较严重之处，即螺栓头部、螺纹收尾部、螺母支承平面所 在处的螺纹。 一、降低螺栓总拉伸载荷 的变化范围 当 在 之间变化时 ，螺
17、栓总拉伸载荷 的变化范围为,减小螺栓刚度或增大被联接件刚度都可以减小 的变化范围。,：,减小螺栓刚度的方法,柔性螺栓,螺母下加弹性元件,增大被联接件刚度的方法,金属垫片,密封环,去掉弹性密封垫，加O形密封圈作为密封元件，可保持被联接件原来的刚度。,二、改善螺纹牙间的载荷分布 普通螺母：轴向载荷在旋合螺纹各圈上的分布不均匀。从螺母支承平面算起，第一圈受载最大，以后各圈递减，第8 圈以后的螺纹几乎不受载荷。采用圈数多的厚螺母，并不能提高联 接强度。,内斜螺母,环槽螺母,悬置螺母,悬置受拉螺母：螺母悬置段与螺栓杆均为拉伸变形，可减小两者的螺距变化差，使载荷分布比较均匀。用于重要的或大型的联接。,三、
18、减小应力集中截面变化部位会产生应力集中。加大过渡处圆角半径、 采用卸载结构使螺栓截面变化均匀， 以分散应力。,四、避免或减小附加应力设计、制造、安装时应避免螺栓受到附加弯曲应力,螺母支承面不平,斜垫圈的应用,凸台和沉头座的应用,避免偏载的结构,避免附加弯曲应力,五、采用合理的制造工艺,1）冷镦头部、碾压螺纹制造螺栓，材料纤维未被切断，疲劳强度提高3040% 2）氰化、氮化、喷丸等表面硬化处理可提高疲劳强度。,10-11 键联接和花键联接(轴毂连接),功能：实现旋转零件的周向固定以传递转矩,有些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。,一、键联接基本类型,1.普通平键联接,工作原理：靠侧面
19、受挤压来传递载荷；工作面：两侧面；非工作面：上、下表面；,键是标准零件：平键、半圆键、楔键、切向键等设计时应根据各类键的结构和应用特点进行选择。,A型,B型,C型,指形铣刀加工键槽 （应力集中大）,盘形铣刀加工键槽 （应力集中小）,指形铣刀加工键槽 （应力集中大）用于轴端,指状铣刀铣键槽,圆盘铣刀铣键槽,A键,B键,C键,键与轴,键两侧面是工作面，定心性好，装拆方便,普通平键用于静连接,设计时,普通平键的宽度b及高度h 按轴径d从标准中查得,长度L按轮毂长度从标准中查得,但应比轮毂长略短些。,平键联接的强度计算,1)键联接的选择,2)失效形式：工作面压溃、磨损,主要失效形式是键、轴槽、和毂槽三
20、者中最弱的工作面被压溃。,平键连接的受力分析,强度条件为（挤压应力）：,MPa,材料（B 600MPa ）： 45钢、20钢、Q235钢,平键的尺寸,应用：轴向位移较小处。如变速箱中的滑移齿轮,2.导向平键联接,主要失效形式：工作面的磨损,类型：A、B型(由螺钉固定于轴上)；,工作原理：引导传动零件(动联接)；,导向平键用于动连接：实现轴上零件的轴向移动,强度条件为（压强）:,MPa,用螺钉固定在轴槽中,导向平键联接,工作原理：靠侧面受挤压，传递载荷； 工作面：两侧面；键的上表面与毂槽底 面 间有间隙。 非工作面：上下表面（起自位作用）； 结构加工：键槽由盘形铣刀铣出，键为半圆形；,3.半圆键
21、联接,优点：能在轴槽中摆动以适应毂槽底 面，装配方便，用于锥形轴端。 缺点：键槽对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。,强度计算方法与平键相似,楔键的上下面分别与毂槽和轴槽的底面贴合，为工作面。上表面及毂槽底面有1：100的斜度。,把楔键打入轴和毂槽内时，其工作面上产生预紧力，靠摩擦力传递扭矩，并能承受单方向的轴向力。但轴毂易产生偏心，用于定心精度要求不高、载荷平稳、低速场合。,4.楔键联接,普通楔键,勾头楔键,工作原理：挤压力沿轴切线方向，能传递很大转矩：两键配合面各有1：100斜度，成对组装，组合后上下 表面为工作面； 应用：只承受单向转矩；若需正反转矩都承受，则相隔 布置两对切向键。,5.切
22、向键联接,槽的两边平行于对称中心线,切向键联接,二、花键连接,轴和轮毂孔周向均布多个键齿。齿的侧面是工作面。 按齿型分为矩形花键和渐开线花键两种。多齿传递载荷， 承载能力高，对轴削弱小，定心性好，导向性好。用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的联接。,外花键,内花键,齿轮的内花键,花键联接,分类(按齿廓形状),工作面：齿侧面,矩形,渐开线形,花键联接的特点：,优点：,主要尺寸: 大径 D; 小径 d; 键宽B; 齿数 z,矩形花键连接,静联接验算挤压强度，动联接验算耐磨性,设各齿压力的合力作用在平均半径rm处，所能传递的扭矩为：,h为齿面工作高度， 为齿的接触长度,式中：,失效：压溃、磨损,渐
23、开线花键,定心方式：齿形定心，有径向分力自动定心。,齿廓：渐开线,300压力角：用于轻载小直径或薄壁件 450压力角：强度大、寿命长，可用齿轮方法加工,销联接,固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷,圆锥销：有1：50的锥度，安装方便，多次装拆对定位精度的影响较小。,销联接,螺纹联接组的设计3,（1）对于铰制孔用螺栓联接，每个螺栓所受工作剪力为：,（2）对于普通螺栓联接 ，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有：,式中：z为螺栓数目。,由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。,受横向载荷的螺栓组联接,C为防滑系数，设计中可取C=1.11.3。,降低螺栓刚度(被联接件刚度不变)可减小螺栓总拉力的变化范围,5）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹6）螺母 六角螺母：标准，扁，厚 圆螺母+止退垫圈垫圈 内舌嵌入轴槽中，外舌嵌 入圆螺母的槽内，螺母即 被锁紧。用于轴上零件的 轴向固定。,焊接,铆钉,三、减小应力集中截面变化部位会产生应力集中 使螺栓截面变化均匀，以分散应力。,加大过渡处圆角 卸载槽 卸载过渡结构,据第四强度理论（螺栓塑性）,强度条件：,式中 为紧联接螺栓的许用拉应力,见表106,(1012),
