第十一章連接§11-1

概述§11-2螺紋連接§11-3

鍵連接、銷連接及型面連接§11-1概述在機(jī)械中，許多零件、部件之間以一定的方式組合成一個(gè)整體，這就需要使用各種連接。連接的分類：

1、按連接工作原理的不同分類：形鎖合連接：它是依靠被連接件或附加零件的形狀互相嵌合，使其產(chǎn)生連接作用的。如鉸制孔用螺栓連接、平鍵連接、型面連接等。摩擦鎖合連接：它是依靠被連接件的壓緊，在接觸面間產(chǎn)生摩擦力面阻止被連接件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到連接的目的，如有橫向載荷的普通螺栓連接、過盈配合連接等。材料鎖合連接：在被連接件之間涂敷附加材料，靠其分子間的分子力將零件連接在一起。如膠接、釬焊等。

2、按連接是不可拆分類：可拆連接：可經(jīng)多次拆裝，拆裝時(shí)無需損壞連接中的任何零件，且其工作能力不遭受破壞。如螺紋連接、鍵連接、型面連接等。不可拆連接：是在拆開連接時(shí)，至少損壞連接中的一個(gè)零件。如鉚釘連接、焊接、膠接等。§11-2螺紋連接一、螺紋連接的預(yù)緊擰緊的目的：1.提高聯(lián)接的緊密性2.防止聯(lián)接松動(dòng)3.提高聯(lián)接件可靠性預(yù)緊力的控制：測(cè)力矩扳手定力矩扳手螺旋副的擰緊力矩注意：對(duì)于重要的聯(lián)接，應(yīng)盡可能不采用直徑過小(＜M12)的螺栓。

預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系：二、螺紋連接的計(jì)算螺紋聯(lián)接中螺栓聯(lián)接最具典型性。主要討論螺栓組聯(lián)接，單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算是螺紋聯(lián)接設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。螺栓受力橫向受拉（普通螺栓）橫向受剪切（鉸制孔用螺栓）螺栓桿螺紋部分發(fā)生斷裂螺栓桿剪斷或者孔壁發(fā)生壓潰主要失效方式實(shí)際工程應(yīng)用中，普通場(chǎng)合，螺栓直徑的選擇用類比法或經(jīng)驗(yàn)法重要場(chǎng)合，必須根據(jù)強(qiáng)度條件進(jìn)行選用計(jì)算。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：針對(duì)具體的失效形式，通過對(duì)螺栓的相應(yīng)部位進(jìn)行相應(yīng)強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)計(jì)算（或強(qiáng)度校核）。螺栓聯(lián)接的計(jì)算主要是確定螺紋小徑d1,然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋的公稱直徑（大經(jīng)）d等。如圖所示為普通螺栓連接，僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接－結(jié)合面的摩擦力來承受橫向載荷F，防止被聯(lián)接件錯(cuò)動(dòng)。保證聯(lián)接面不滑移的螺栓預(yù)緊力強(qiáng)度條件摩擦系數(shù)螺栓數(shù)接合面數(shù)可靠性系數(shù)1、受橫向載荷的緊螺栓連接如圖所示為鉸制孔用螺栓連接來承受外載荷。由于螺栓桿與孔為過渡配合，外載荷靠螺栓桿的剪切和螺栓桿與被連接件的擠壓來傳遞。螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為：式中：F－螺栓所受的橫向外載荷，單位為N；

ds－螺栓剪切面的直徑（可取螺栓孔直徑），單位為mm；

δ－螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為mm；設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使δ

≥1.25dsz－工作螺栓的數(shù)目；

i－螺栓受剪面的數(shù)目。2、受軸向載荷的緊螺栓連接受力分析如右圖所示的氣缸蓋螺栓連接,即承受軸向外載荷的緊螺栓連接。未擰緊時(shí),螺栓與被連接件皆不受力。擰緊后,螺栓受預(yù)緊力,而被連接件則受預(yù)緊壓力

的作用,且產(chǎn)生壓縮變形。當(dāng)氣缸內(nèi)通入氣體后,螺栓又受到軸向外載荷F的作用,由于螺栓中總拉力由增至FQ,螺栓比預(yù)緊狀態(tài)時(shí)增加伸長(zhǎng)變形δ2,被連接件則要回彈變形δ2。由于被連接件壓縮變形量減小,故其所受壓力將減小,不是原來的預(yù)緊力了,而變成減小后的剩余預(yù)緊力,由此可知,螺栓受軸向載荷F后,螺栓所受的總拉力為:或螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為:對(duì)于有密封性要求的聯(lián)接，一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定時(shí)：工作載荷不穩(wěn)定時(shí)：為保證聯(lián)接的緊密性，應(yīng)使＞0，一般根據(jù)聯(lián)接的性質(zhì)確定

的大小。例1.如圖所示，凸緣連軸器，4個(gè)材料為Q235的M12螺栓聯(lián)接，傳遞轉(zhuǎn)距T=0.9×106N’mm，螺栓中心所在圓直徑D=150mm，連軸器材料為HT300,

σb＝300MP，凸緣厚h＝15mm。分別采用普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔，分析螺栓直徑選擇合適與否。

（4）確定許用拉應(yīng)力螺栓材料為Q235的M12，σs=235MP,S=3,[σ]=σs/S=78.3MP

查機(jī)械手冊(cè)，M12螺栓小徑d1＝10.106mm。

σ＝1.3×4×24×103/（π×10.1062）＝388.96>[σ]=80故強(qiáng)度不足解:1.采用普通螺栓聯(lián)接（1）普通螺栓的主要失效形式為螺紋部分?jǐn)嗔咽А?/p>

（2）螺栓受力分析即螺栓的橫向工作載荷

F=2T/D=2×0.9×106/150=12×103N

（3）普通螺栓聯(lián)接，靠預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力來傳遞橫向力，其預(yù)緊力，其中結(jié)合面i＝1，螺栓個(gè)數(shù)z＝4，結(jié)合面摩擦系數(shù)f＝0.15，可靠系數(shù)Ks＝1.2。2.采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接

（1）鉸制孔用螺栓的主要失效形式為剪切和擠壓失效。

（2）螺栓受力分析螺栓所受的橫向工作載荷F＝12×103N小結(jié)：通過以上兩種情況的分析和計(jì)算，可以看出，雖然受到的外載荷相同，但由于螺栓聯(lián)接的類型不同，單個(gè)螺栓的受力情況會(huì)有很大差異，致使所選螺栓直徑相差很大。為了避免采用普通螺栓時(shí)螺栓直徑太大的缺點(diǎn)，可采用減載裝置，來傳遞橫向力，這樣所需的預(yù)緊力較小，不但減小了螺栓直徑，使結(jié)構(gòu)緊湊，而且工作可靠。因此在機(jī)械設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣必須給予足夠重視。其不同之處在于：普通螺栓聯(lián)接，靠預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力來傳遞橫向力。（4）計(jì)算；機(jī)械手冊(cè)查鉸制孔用螺栓M12受剪處直徑ds＝13mm，查表螺栓桿與孔壁擠壓面最小高度δ=h－3＝15－3＝12mm。（3）求許用切應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力例2

已知汽缸工作壓力p=1.2Mpa，汽缸內(nèi)徑D2=250mm，螺栓數(shù)目z=12，采用銅皮石棉墊。試計(jì)算汽缸蓋螺栓直徑。擰緊時(shí)控制預(yù)緊力。解：1.汽缸蓋受氣體壓力：

P=p·πD22/4=1.2×3.14×2502/4=58875(N)2.單個(gè)螺栓工作載荷：F=P/z=58875/12=4906.25(N)3.螺栓所受總拉力FQ=F+FP‘=2.7×4906.25=13246.88(N)4.選擇螺栓材料，計(jì)算需用應(yīng)力查表，選擇Q215,屈服極限σs=215Mpa

，安全因數(shù)S＝1.4，許用應(yīng)力[σ]=σs/S=215/1.4=153.57(Mpa)5.確定螺栓小徑：查標(biāo)準(zhǔn)，取M16，其d1＝13.84>11.95，其公稱直徑16mm。三、設(shè)計(jì)螺栓連接的幾個(gè)問題1、螺栓材料的許用應(yīng)力對(duì)于受拉螺栓，其許用應(yīng)力為對(duì)于鉸制孔用螺栓連接，其許用應(yīng)力為為螺栓材料的屈服極限（MPa）；S為安全系數(shù)，松螺栓連接，S=1.2～1.7；緊螺栓連接，S=1.2～1.5，不控制預(yù)緊力時(shí)，S查表11-4。為螺栓材料的屈服極限（MPa）；為安全系數(shù)，靜載荷時(shí)，=2.5；緊螺栓連接，=3.5～5。被連接件為鋼時(shí):被連接件為鑄鐵時(shí):2、螺紋連接的防松問題彈簧墊圈防松（1）、摩擦防松

（保證螺紋副間有足夠的軸向壓力和摩擦力矩）對(duì)頂螺母，彈簧墊圈。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。限制螺旋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；以防止聯(lián)接的松動(dòng)，影響正常工作。①防松的實(shí)質(zhì)②防松方法

（摩擦防松.機(jī)械防松

.永久防松）

對(duì)頂螺母防松（2）、機(jī)械防松開口銷與開槽六角螺母止動(dòng)墊圈（在聯(lián)接中加入其它機(jī)械元件)

開口銷、止動(dòng)墊圈等。

適用于沖擊振動(dòng)載荷，重要場(chǎng)合使用，成本高。焊接鉚沖

（3）、永久防松3、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)分析1）聯(lián)接接合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀，如圓形，環(huán)形，矩形，框形，三角形等。這樣不但便于加工制造，而且便于對(duì)稱布置螺栓，使螺栓組的對(duì)稱中心和聯(lián)接接合面的形心重合，從而保證接合面受力比較均勻。2）如果同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，應(yīng)采用銷，套筒，鍵等抗剪零件來承受橫向載荷，以減小螺栓的預(yù)緊力及其結(jié)構(gòu)尺寸3)避免螺栓承受附加的彎曲載荷。凸臺(tái)沉頭座斜面墊圈4)為了便于在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。5)螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。最小距離由扳手所需要的活動(dòng)空間來定§11-3鍵連接、銷連接及型面連接一、鍵連接的類型鍵主要用來實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。有些類型的鍵還可實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動(dòng)。鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，分為平鍵、半圓鍵、楔鍵和花鍵等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)各類鍵的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)迸行選擇。

1、平鍵聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便，應(yīng)用廣泛。按用途不同分為：普通平鍵導(dǎo)向平鍵滑鍵工作面間隙（1）普通平鍵兩側(cè)面為工作面■普通平鍵的類型單圓頭(C型)：用于軸端圓頭(A型)：端銑刀加工，固定良好平頭(B型)：盤銑刀加工，應(yīng)力集中小盤銑刀

（2）導(dǎo)向平鍵

加長(zhǎng)平鍵，軸向移動(dòng)量不大的動(dòng)聯(lián)接，用螺釘固定在軸上（3）滑鍵聯(lián)接

軸向移動(dòng)量大的動(dòng)聯(lián)接，滑鍵在輪轂上，與輪轂一起在軸上移動(dòng)2.半圓鍵聯(lián)接

3.楔鍵聯(lián)接

結(jié)構(gòu)：楔鍵的上、下面為工作面，鍵的上表面及輪轂鍵槽底面均有1:100的斜度。

特點(diǎn)：能承受單向軸向力。但對(duì)中性很差。

應(yīng)用：用于低速、輕載和對(duì)中性要求不高的場(chǎng)合。二、花鍵聯(lián)接

結(jié)構(gòu)：外花鍵（花鍵軸）和內(nèi)花鍵（花鍵孔）組成。鍵齒側(cè)面是工作面。

特點(diǎn)：承載能力高，對(duì)中性好;但制造要采用專用設(shè)備，成本較高。

應(yīng)用：用于定心精度要求高、載荷較大的場(chǎng)合。1、矩形花鍵加工方便（可通過磨削獲得高精度），應(yīng)用廣泛。

2、漸開線花鍵工藝性好，強(qiáng)度高，承載能力大。用于重載、定心精度要求高的聯(lián)接壓力角α＝30°壓力角α＝45°漸開線花鍵三、平鍵的選用和強(qiáng)度校核1、平鍵的選用（1）鍵的尺寸選擇斷面尺寸b×h：根據(jù)軸徑d查標(biāo)準(zhǔn)確定，表11-5。鍵長(zhǎng)L：應(yīng)略短于輪轂的寬度，并符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列。附：鍵的長(zhǎng)度系列：

1012141618202225323640455063708090100110125140160…..（2）鍵的標(biāo)記

B型平鍵b×h×L=10×16×125→鍵B10×125

A型鍵可不標(biāo)型號(hào)（3）平鍵的主要失效形式普通平鍵：壓潰——按擠壓強(qiáng)度計(jì)算?！魳O個(gè)別情況會(huì)出現(xiàn)鍵被剪斷；◆導(dǎo)向平鍵的主要失效形式是工作面的磨損。擠壓強(qiáng)度條件：擠壓應(yīng)力：MPasbs——工作面所受擠壓應(yīng)力

T——轉(zhuǎn)矩(N.mm)A——擠壓面積(mm)h——鍵高，mmd——軸段的直徑，mm鋼

125~150100~12060~90表

鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力、許用壓力

許用值

輪轂材料靜載荷輕微沖擊沖

擊載荷性質(zhì)鑄鐵

70~8050~6030~45鋼

504030

[p][σ]bsl