1、机械设计机械设计可可 拆拆 连连 接：接：不可拆连接：不可拆连接：螺纹连接、键及花键连接、销连接螺纹连接、键及花键连接、销连接焊接、铆接、粘接焊接、铆接、粘接重点讨论重点讨论 螺纹连接、键连接螺纹连接、键连接机械设计机械设计5-1 键连接和花键连接键连接和花键连接作用作用对轴上回转零件作对轴上回转零件作周向固定周向固定并并传递转矩传递转矩一、键和花键连接的类型一、键和花键连接的类型键连接键连接平平 键键半圆键半圆键楔楔 键键花键连接花键连接普通平键普通平键导向平键（短距离）导向平键（短距离）滑滑 键（长距离键（长距离）动连接动连接第五章第五章 连接键连接的类型连接键连接的类型静连接静连接轴上键
2、槽加工轴上键槽加工重点介绍平键连接的设计重点介绍平键连接的设计矩形花键矩形花键渐开线花键渐开线花键切向键切向键机械设计机械设计设计时先选择类型、尺寸，再进行校核计算设计时先选择类型、尺寸，再进行校核计算类型选择类型选择静连接静连接 普通平键、半圆键、楔键、切向键、花键普通平键、半圆键、楔键、切向键、花键动连接动连接 导向平键、滑键、花键导向平键、滑键、花键尺寸选择尺寸选择根据根据轴径轴径 d 查标准查标准(GB1095),确定键宽确定键宽 b、键高、键高 h根据根据轮毂宽度或工作行程轮毂宽度或工作行程,确定键长确定键长 L（标准值）（标准值）三、平键连接的校核三、平键连接的校核平键连接的失效形
3、式：平键连接的失效形式：1、工作面压溃、工作面压溃静连接静连接2、工作面磨损、工作面磨损动连接动连接第五章第五章 连接键连接的选择与校核连接键连接的选择与校核对于普通平键，对于普通平键，L轮毂宽度轮毂宽度B机械设计机械设计每个工作面的受力：每个工作面的受力：dTP2 挤压应力：挤压应力：klP p l 键的工作长度：对于键的工作长度：对于A型键型键 l=L-b 对于对于B型键型键 l=L 对于对于C型键型键 l=L-b/2强度条件：强度条件：防止压溃防止压溃MPa4pp hldT防止磨损防止磨损MPa4phldTp 用于静连接用于静连接（普通平建）（普通平建）用于动连接用于动连接（导键或滑键）
4、（导键或滑键）第五章第五章 连接平键连接的校核连接平键连接的校核查表查表 5-1hldTlhP4)2/(平键连接的校核计算：平键连接的校核计算：机械设计机械设计选择平键选择平键连接类型连接类型按静或动连按静或动连接校核计算接校核计算取决于强度较弱的那种材料取决于强度较弱的那种材料 增大键长增大键长设计步骤设计步骤根据轴径、毂宽查根据轴径、毂宽查标准确定键的尺寸标准确定键的尺寸设计时注意：设计时注意：许用应力许用应力p、p强度不够时强度不够时不同轴段的键槽应开在同一方位，以便加工不同轴段的键槽应开在同一方位，以便加工 同一截面采用同一截面采用（按（按1.5个键计算）个键计算）第五章第五章 连接平
5、键连接的校核连接平键连接的校核A？B？还是？还是C型？以便确定型？以便确定 l机械设计机械设计第五章第五章 连接螺纹连接连接螺纹连接5-2 销连接及无键连接（自学）销连接及无键连接（自学）螺纹牙型螺纹牙型三角螺纹三角螺纹普通螺纹普通螺纹矩形螺纹矩形螺纹锯齿型螺纹锯齿型螺纹梯形螺纹梯形螺纹管管 螺螺 纹纹管路连接管路连接一般连接一般连接效率高，用于传动效率高，用于传动d(D)螺纹大径，公称直径螺纹大径，公称直径d1(D1)螺纹小径螺纹小径d2(D2)螺纹中径螺纹中径z 螺纹线数螺纹线数p 螺距螺距S 导程，导程，S=zp 螺纹升角螺纹升角(d2 圆周上圆周上)牙型角牙型角,牙侧角牙侧角s=zp(
6、z=2)5-3 螺纹连接设计螺纹连接设计机械设计机械设计22dFT )tan(2a2 Fd螺纹旋向螺纹旋向 常用右旋，特殊要求时用左旋常用右旋，特殊要求时用左旋粗牙螺纹粗牙螺纹 一般连接一般连接细牙螺纹细牙螺纹 d1大、强度大、自锁性好大、强度大、自锁性好二、螺旋副的受力分析、效率和自锁二、螺旋副的受力分析、效率和自锁1、矩形螺纹矩形螺纹（=0)螺旋副受力分析螺旋副受力分析F=Fatan(+）摩擦角摩擦角=arctan fd2vs+第五章第五章 连接螺纹参数连接螺纹参数T也是螺旋副阻力矩也是螺旋副阻力矩f tan机械设计机械设计螺旋副的效率螺旋副的效率输输入入功功输输出出功功 )tan(22t
7、an2a2a dFdFTSF 2a)tan(tan 由此可见，由此可见，增加增加效率提高效率提高另一方面，当滑块匀速下滑时另一方面，当滑块匀速下滑时FaFd2Rf NvsN FRFa-F=Fatan(-）SFTa2 tan)tan(若若，第五章第五章 连接螺旋副效率连接螺旋副效率则则F 0，此时螺旋副具有自锁性此时螺旋副具有自锁性机械设计机械设计对于连接螺纹，必须具有自锁性，对于连接螺纹，必须具有自锁性，以防螺母松脱。以防螺母松脱。第五章第五章 连接螺旋副效率连接螺旋副效率对于某些传力螺旋，要求自锁。对于某些传力螺旋，要求自锁。对于对于传递运动的螺旋副传递运动的螺旋副，要求效率高，不需自锁。，
8、要求效率高，不需自锁。机械设计机械设计2、三角螺纹（、三角螺纹（30o）或其他非矩形螺纹）或其他非矩形螺纹比较矩形螺纹和三角螺纹的受力（忽略升角比较矩形螺纹和三角螺纹的受力（忽略升角的影响）的影响）三角螺纹的摩擦力：三角螺纹的摩擦力：NfF favFf cosaFf 当量摩擦系数：当量摩擦系数：cosvff v 当量摩擦角当量摩擦角用用 f v、v 代替代替 f、，得到三角螺纹的受力及效率公式：得到三角螺纹的受力及效率公式：螺纹阻力矩：螺纹阻力矩：)tan(2va2 FdT螺旋副效率：螺旋副效率：)tan(tanv 第五章第五章 连接螺旋副效率连接螺旋副效率v ，故自锁性好，故自锁性好这就是三
9、角螺纹常用于连接的原因这就是三角螺纹常用于连接的原因vtan 机械设计机械设计如何控制如何控制F的大小？的大小？1、螺纹连接的预紧、螺纹连接的预紧预紧的目的预紧的目的 防止连接松脱，增强可靠性防止连接松脱，增强可靠性 使被连接件接合面具有足够的紧密性使被连接件接合面具有足够的紧密性 使接合面产生摩擦力，以承受横向载荷使接合面产生摩擦力，以承受横向载荷F 预紧力预紧力拧紧力矩拧紧力矩 T：T=T1+T2T1 螺纹阻力矩螺纹阻力矩T2 螺母支承面摩擦阻力矩螺母支承面摩擦阻力矩)tan(2v2 Fd)4(0wcddFf )N.mm(2.0dF 对于对于M10M68的普的普通粗牙螺纹：通粗牙螺纹：取取
10、 f v=tanv=0.15 fc=0.15第五章第五章 连接螺纹连接的预紧和防松连接螺纹连接的预紧和防松据此控制据此控制 T，以达到控制，以达到控制F 的的目的。的的目的。)tan(2va2 FdT支承面支承面 摩摩擦系数擦系数测力矩扳手测力矩扳手摩擦环摩擦环 平均半径平均半径定力矩扳手定力矩扳手机械设计机械设计2、螺纹连接的防松、螺纹连接的防松了解：了解：1）为什么要防松？）为什么要防松？2）防松的原理摩擦防松及机械防松；）防松的原理摩擦防松及机械防松；3）防松零件的装配方法。）防松零件的装配方法。第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度机械设计机械设计四、螺栓连接的强度计算四、
11、螺栓连接的强度计算螺栓连接螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接工作载荷工作载荷横向工作载荷横向工作载荷轴向工作载荷轴向工作载荷外载方向垂直于螺栓轴线外载方向垂直于螺栓轴线外载方向平行于螺栓轴线外载方向平行于螺栓轴线用于轴向或横向工作载荷用于轴向或横向工作载荷用于横向工作载荷用于横向工作载荷第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度螺纹连接的四种类型：螺纹连接的四种类型：1）螺栓连接；）螺栓连接；2）双头螺柱连接；）双头螺柱连接；3）螺钉连接；）螺钉连接；4）紧定螺钉连接。）紧定螺钉连接。机械设计机械设计不拧紧，无预紧力不拧紧，无预紧力 F1、螺栓连接的失效形
12、式、螺栓连接的失效形式对于普通螺栓连接：螺栓杆在制有螺纹的部分被拉断对于普通螺栓连接：螺栓杆在制有螺纹的部分被拉断对于铰制孔用螺栓连接：工作面被压溃或剪断对于铰制孔用螺栓连接：工作面被压溃或剪断2、松螺栓连接的强度计算、松螺栓连接的强度计算螺栓所受拉力螺栓所受拉力工作载荷工作载荷 F=危险截面的强度条件：危险截面的强度条件：AF 2141dF MPa7.12.1s F拉力；拉力；A；设计式：设计式：mm41 Fd d1螺纹小径螺纹小径根据计算所得的根据计算所得的d1，查标，查标准准（GB196）确定螺栓的确定螺栓的公称直径公称直径 d第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度屈服极限屈
13、服极限 查表查表55机械设计机械设计装配时要拧紧，工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力装配时要拧紧，工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力 F作用作用3、紧螺栓连接的计算、紧螺栓连接的计算1）受横向工作载荷）受横向工作载荷 R 时：时：普通螺栓连接（受拉螺栓）普通螺栓连接（受拉螺栓）R螺栓受螺栓受 F和和 T1 作用作用AF 4/21dF )tan(2v12 dd16/311dT 4/)tan(221v12dFdd .50 第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度)tan(221vFdT FFTFFR靠摩擦力承受靠摩擦力承受RfcFfcFT1 对于对于M10M68的螺纹，的螺纹，取平均近似值：
14、取平均近似值：0.5机械设计机械设计S为安全系数为安全系数拉、扭联合作用时，按材料力学第四强度理论：拉、扭联合作用时，按材料力学第四强度理论：22ca3 22)5.0(3 MPa4/3.13.121ca dFmm3.141 Fd许用应力许用应力 查表查表57：3.1 第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度注意注意“1.3”的含义的含义MPasS 控制预紧力时：控制预紧力时：S1.21.5不控制预紧力时，不控制预紧力时，S 查表查表56先估取先估取 d，设计后再比较，设计后再比较d 是否与原假定值相符。是否与原假定值相符。S 与与 d 有关有关机械设计机械设计应使接合面摩擦力大于工作
15、载荷应使接合面摩擦力大于工作载荷Rm 接合面对数接合面对数fc 接合面摩擦系数接合面摩擦系数Kf 可靠性系数，可靠性系数，1.11.3R 横向工作载荷横向工作载荷当当 m=1、fc=0.15、Kf=1.2 时时:F 8 R 故螺栓尺寸大。故螺栓尺寸大。mm3.141 Fd预紧力预紧力F应满足的条件？应满足的条件？m fc FRKfN:cfmfRKF 则则第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度FFRRFFfcFfcFm=1机械设计机械设计应将总工作载荷应将总工作载荷 R 均匀均匀分配到每个螺栓上分配到每个螺栓上若连接有若连接有 z 个螺栓，且各螺栓受载均匀个螺栓，且各螺栓受载均匀m
16、fc FR/zKfNcfmzfRKF 第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度则单个螺栓所受到的横则单个螺栓所受到的横向工作载荷等于向工作载荷等于zRz 螺栓数螺栓数3.141 FdF F 由由 d1 查标准确定查标准确定 d若各螺栓受载不均，则应找出受载若各螺栓受载不均，则应找出受载最大的螺栓，对其进行强度计算。最大的螺栓，对其进行强度计算。机械设计机械设计 铰制孔用螺栓连接（受剪螺栓）铰制孔用螺栓连接（受剪螺栓）螺栓杆受挤压应力和剪切应力作用。螺栓杆受挤压应力和剪切应力作用。此类螺栓预紧力小，计算时可忽略此类螺栓预紧力小，计算时可忽略MPa4/20 dmRMPapmin0p dR
17、min 同方向最小挤压高度同方向最小挤压高度设计时，按上述公式分别计算出设计时，按上述公式分别计算出 ，取大值，取大值第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度min min(12)，3、p 查查表表57。若是均匀受载的若是均匀受载的螺栓组连接，处螺栓组连接，处理方法同前理方法同前R直接作用在螺栓上直接作用在螺栓上m为接合面对数为接合面对数机械设计机械设计2）受轴向工作载荷）受轴向工作载荷 F 时时(普通螺栓普通螺栓)：螺栓所受的总拉力：螺栓所受的总拉力：F0=F+F?此时，连接中各零件的受力关系此时，连接中各零件的受力关系属静不定问题属静不定问题未知力有两个：未知力有两个：F0 总拉
18、力总拉力F 残余预紧力残余预紧力须根据静力平衡条件和变形协调条件求解须根据静力平衡条件和变形协调条件求解第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度机械设计机械设计 F0=F+F第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度2112T螺栓螺栓 总拉力总拉力残余残余 预紧力预紧力轴向轴向 外载荷外载荷12FFF0未拧紧未拧紧FFFFF0F0FFFF 1=2=机械设计机械设计FKFFC0 FCCCF211 第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度变形变形力力力力力力变形变形1212FFF0FF12螺栓螺栓被连接件被连接件F螺栓刚度螺栓刚度:C1=F/1=tan1 被连接件刚度被
19、连接件刚度:C2=F/2=tan221CFFCFFF FCCCFF)1(211 FFF 0相对刚度系数相对刚度系数KC FFFC1 FFC2KC 查表查表541CFFF 2CFF 机械设计机械设计MPa4/3.13.1210ca dF残余预紧力应满足下列要求：残余预紧力应满足下列要求：1）无特殊要求时）无特殊要求时 F=（0.20.6)F2）变载作用时）变载作用时 F=（0.61.0)F3）有紧密性要求时有紧密性要求时 F=（1.51.8)F五、螺栓材料及其许用应力五、螺栓材料及其许用应力一般用途：碳素钢；一般用途：碳素钢；重要连接：合金钢重要连接：合金钢许用应力：见许用应力：见表表5-6、表
20、表5-7第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度FFF 0FKFFC0 基本要求：基本要求：F 0螺栓性能级别如：螺栓性能级别如：4.6B4100MPaS0.6B MPa螺母可能需螺母可能需补充拧紧补充拧紧或或mm3.1401 Fd 机械设计机械设计4/3.1210ca dF第五章第五章 连接螺栓连接的强度连接螺栓连接的强度4/21 dF螺栓所受拉力等于工作载荷螺栓所受拉力等于工作载荷普通螺栓连接：普通螺栓连接：4/3.121ca dF受横向工作载荷受横向工作载荷受轴向工作载荷受轴向工作载荷mzfRKFcf 铰制孔用螺栓连接：铰制孔用螺栓连接：4/20 dmRpmin0p dRFKF
21、FFFFC00 或或螺钉连接及双头螺柱连接的分析螺钉连接及双头螺柱连接的分析计算与普通螺栓连接相同。计算与普通螺栓连接相同。机械设计机械设计该连接是普通螺栓还是该连接是普通螺栓还是铰制孔用螺栓？铰制孔用螺栓？是受横向工作载荷还是是受横向工作载荷还是轴向工作载荷？轴向工作载荷？第五章第五章 连接例题连接例题两个半联轴器用六个普通螺两个半联轴器用六个普通螺栓连接栓连接,传递转矩传递转矩 T 1000N.m，螺栓分布圆直径为螺栓分布圆直径为 D300mm，接合面摩擦系数接合面摩擦系数 fc0.15，求螺，求螺栓直径。装配时不控制预紧力。栓直径。装配时不控制预紧力。1）此连接的工作载荷是转矩）此连接的
22、工作载荷是转矩T，但每个螺栓受横向工作载荷，即：但每个螺栓受横向工作载荷，即：2）螺栓均匀分布，每个螺栓所受的）螺栓均匀分布，每个螺栓所受的横向工作载荷相等，即：横向工作载荷相等，即：6 z螺螺栓栓数数zDTR2 TDzR 2机械设计机械设计SS75 ，由由表表第五章第五章 连接例题连接例题3）每个螺栓所需的预紧力：）每个螺栓所需的预紧力：mm3.141 FdmzDfTKmfRKFcfcf2 4）按单个螺栓的进行强度计算，即）按单个螺栓的进行强度计算，即确定许用应力确定许用应力：选螺栓材料为选螺栓材料为Q235，由，由表表55选性能级别为选性能级别为 4.6 级。级。B4100400MPa因不
23、控制预紧力，由因不控制预紧力，由表表56，初估螺栓公称直径为，初估螺栓公称直径为M16，则则 S43，取，取S3，则则 S/S240/380 MPa3006115.01010002.123 N8889 S0.6B 0.6400 240MPaKf 1.11.3 取取 Kf 1.2接合面数接合面数 m 1机械设计机械设计第五章第五章 连接例题连接例题mm3.141 Fd则所需的螺栓小径：则所需的螺栓小径：80 MPaN8889 F代入代入得：得：mm56.138088893.141 d查查GB19681，可选，可选M16 螺纹，螺纹，大于所需的直径，故满足强度要求。大于所需的直径，故满足强度要求。
24、选择选择6个个M16的普通螺栓可满足使用要求。的普通螺栓可满足使用要求。结论：结论：M16 螺纹的小径螺纹的小径 d113.835mm，机械设计机械设计键连接的选择与校核键连接的选择与校核类型选择，尺寸选择（平键的截面尺寸按轴径查标类型选择，尺寸选择（平键的截面尺寸按轴径查标准）；普通平键校核挤压强度（静连接），导键或准）；普通平键校核挤压强度（静连接），导键或滑键应防止磨损（动连接）；键的工作长度不一定滑键应防止磨损（动连接）；键的工作长度不一定等于键长；普通平键的键长应小于轮毂宽度。等于键长；普通平键的键长应小于轮毂宽度。第五章第五章 连接小结连接小结各种螺纹的应用各种螺纹的应用三角螺纹效
25、率低、自锁性好，用于连接；三角螺纹效率低、自锁性好，用于连接；其余螺纹效率高，用于传动。其余螺纹效率高，用于传动。螺纹副的受力分析及效率螺纹副的受力分析及效率将螺母抽象成沿斜面滑移的滑块；将螺母抽象成沿斜面滑移的滑块；自锁条件：自锁条件：螺栓连接的类型及所受工作载荷螺栓连接的类型及所受工作载荷普通螺栓和铰制孔用螺栓；横向和轴向工作载荷普通螺栓和铰制孔用螺栓；横向和轴向工作载荷机械设计机械设计普通螺栓连接：可承受横向工作载荷（利用摩擦力）普通螺栓连接：可承受横向工作载荷（利用摩擦力）和轴向工作载荷；和轴向工作载荷；第五章第五章 连接小结连接小结普通螺栓连接的强度计算普通螺栓连接的强度计算强度条件
26、：强度条件：不管是横向还是轴向工作载荷，普通螺栓总是受拉，不管是横向还是轴向工作载荷，普通螺栓总是受拉，铰制孔用螺栓连接的强度计算铰制孔用螺栓连接的强度计算挤压和剪切，注意最小挤压高度的确定。挤压和剪切，注意最小挤压高度的确定。铰制孔用螺栓连接：只承受横向工作载荷。铰制孔用螺栓连接：只承受横向工作载荷。4/3.121ca d螺螺栓栓所所受受拉拉力力关键是确定所受拉力。注意关键是确定所受拉力。注意F 和和F0 的求解方法。的求解方法。注意事项注意事项先分清螺栓类型和工作载荷类型；若是均匀受载的螺先分清螺栓类型和工作载荷类型；若是均匀受载的螺栓组连接，单个螺栓的载荷等于总载荷除以螺栓数。栓组连接，单个螺栓的载荷等于总载荷除以螺栓数。也适用于双头螺柱连接和螺钉连接也适用于双头螺柱连接和螺钉连接机械设计机械设计作业：作业：56、510、515注意：注意：机械设计课程设计机械设计课程设计或其他设计手册或其他设计手册键的尺寸（键的尺寸（b，h，L）、螺纹的直径）、螺纹的直径（d，d1）要查）要查“标准标准”
