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概述在機械中，許多零件、部件之間以一定的方式組合成一個整體，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，在接觸面間產生摩擦力面阻止被連接件之間的相對運動，從而達到連接的目的，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：可經多次拆裝，拆裝時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，至少損壞連接中的一個零件。如鉚釘連接、焊接、膠接等。§11-2螺紋連接一、螺紋連接的預緊擰緊的目的：1.提高聯接的緊密性2.防止聯接松動3.提高聯接件可靠性預緊力的控制：測力矩扳手定力矩扳手螺旋副的擰緊力矩注意：對于重要的聯接，應盡可能不采用直徑過小(＜M12)的螺栓。

預緊力和預緊力矩之間的關系：二、螺紋連接的計算螺紋聯接中螺栓聯接最具典型性。主要討論螺栓組聯接，單個螺栓聯接的強度計算是螺紋聯接設計的基礎。螺栓受力橫向受拉（普通螺栓）橫向受剪切（鉸制孔用螺栓）螺栓桿螺紋部分發生斷裂螺栓桿剪斷或者孔壁發生壓潰主要失效方式實際工程應用中，普通場合，螺栓直徑的選擇用類比法或經驗法重要場合，必須根據強度條件進行選用計算。設計準則：針對具體的失效形式，通過對螺栓的相應部位進行相應強度條件的設計計算（或強度校核）。螺栓聯接的計算主要是確定螺紋小徑d1,然后按照標準選定螺紋的公稱直徑（大經）d等。如圖所示為普通螺栓連接，僅受預緊力的緊螺栓聯接－結合面的摩擦力來承受橫向載荷F，防止被聯接件錯動。保證聯接面不滑移的螺栓預緊力強度條件摩擦系數螺栓數接合面數可靠性系數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度條件為：螺栓桿的剪切強度條件為：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；設計時應使δ

≥1.25dsz－工作螺栓的數目；

i－螺栓受剪面的數目。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,螺栓與被連接件皆不受力。擰緊后,螺栓受預緊力,而被連接件則受預緊壓力

的作用,且產生壓縮變形。當氣缸內通入氣體后,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,螺栓比預緊狀態時增加伸長變形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,不是原來的預緊力了,而變成減小后的剩余預緊力,由此可知,螺栓受軸向載荷F后,螺栓所受的總拉力為:或螺栓危險截面的拉伸強度條件為:對于有密封性要求的聯接，一般聯接，工作載荷穩定時：工作載荷不穩定時：為保證聯接的緊密性，應使＞0，一般根據聯接的性質確定

的大小。例1.如圖所示，凸緣連軸器，4個材料為Q235的M12螺栓聯接，傳遞轉距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接和鉸制孔，分析螺栓直徑選擇合適與否。

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

查機械手冊，M12螺栓小徑d1＝10.106mm。

σ＝1.3×4×24×103/（π×10.1062）＝388.96>[σ]=80故強度不足解:1.采用普通螺栓聯接（1）普通螺栓的主要失效形式為螺紋部分斷裂失效。

（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）普通螺栓聯接，靠預緊力產生的摩擦力來傳遞橫向力，其預緊力，其中結合面i＝1，螺栓個數z＝4，結合面摩擦系數f＝0.15，可靠系數Ks＝1.2。2.采用鉸制孔用螺栓聯接

（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：通過以上兩種情況的分析和計算，可以看出，雖然受到的外載荷相同，但由于螺栓聯接的類型不同，單個螺栓的受力情況會有很大差異，致使所選螺栓直徑相差很大。為了避免采用普通螺栓時螺栓直徑太大的缺點，可采用減載裝置，來傳遞橫向力，這樣所需的預緊力較小，不但減小了螺栓直徑，使結構緊湊，而且工作可靠。因此在機械設計中，結構設計的優劣必須給予足夠重視。其不同之處在于：普通螺栓聯接，靠預緊力產生的摩擦力來傳遞橫向力。（4）計算；機械手冊查鉸制孔用螺栓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）求許用切應力和許用擠壓應力例2

已知汽缸工作壓力p=1.2Mpa，汽缸內徑D2=250mm，螺栓數目z=12，采用銅皮石棉墊。試計算汽缸蓋螺栓直徑。擰緊時控制預緊力。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，計算需用應力查表，選擇Q215,屈服極限σs=215Mpa

，安全因數S＝1.4，許用應力[σ]=σs/S=215/1.4=153.57(Mpa)5.確定螺栓小徑：查標準，取M16，其d1＝13.84>11.95，其公稱直徑16mm。三、設計螺栓連接的幾個問題1、螺栓材料的許用應力對于受拉螺栓，其許用應力為對于鉸制孔用螺栓連接，其許用應力為為螺栓材料的屈服極限（MPa）；S為安全系數，松螺栓連接，S=1.2～1.7；緊螺栓連接，S=1.2～1.5，不控制預緊力時，S查表11-4。為螺栓材料的屈服極限（MPa）；為安全系數，靜載荷時，=2.5；緊螺栓連接，=3.5～5。被連接件為鋼時:被連接件為鑄鐵時: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）對頂螺母，彈簧墊圈。結構簡單、使用方便。限制螺旋副的相對轉動；以防止聯接的松動，影響正常工作。①防松的實質②防松方法

（摩擦防松.機械防松

.永久防松）

對頂螺母防松（2）、機械防松開口銷與開槽六角螺母止動墊圈（在聯接中加入其它機械元件)

開口銷、止動墊圈等。

適用于沖擊振動載荷，重要場合使用，成本高。焊接鉚沖

（3）、永久防松3、螺栓組聯接的結構分析1）聯接接合面的幾何形狀通常都設計成軸對稱的簡單幾何形狀，如圓形，環形，矩形，框形，三角形等。這樣不但便于加工制造，而且便于對稱布置螺栓，使螺栓組的對稱中心和聯接接合面的形心重合，從而保證接合面受力比較均勻。2）如果同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，應采用銷，套筒，鍵等抗剪零件來承受橫向載荷，以減小螺栓的預緊力及其結構尺寸3)避免螺栓承受附加的彎曲載荷。凸臺沉頭座斜面墊圈4)為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數目取成4、6、8等偶數。5)螺栓的排列應有合理的間距、邊距。最小距離由扳手所需要的活動空間來定§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現軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞轉矩。有些類型的鍵還可實現軸上零件的軸向固定或軸向移動。鍵是標準件，分為平鍵、半圓鍵、楔鍵和花鍵等。設計時應根據各類鍵的結構和應用特點迸行選擇。

1、平鍵聯接結構簡單、裝拆方便，應用廣泛。按用途不同分為：普通平鍵導向平鍵滑鍵工作面間隙（1）普通平鍵兩側面為工作面■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，應力集中小盤銑刀

（2）導向平鍵

加長平鍵，軸向移動量不大的動聯接，用螺釘固定在軸上（3）滑鍵聯接

軸向移動量大的動聯接，滑鍵在輪轂上，與輪轂一起在軸上移動2.半圓鍵聯接

3.楔鍵聯接

結構：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：能承受單向軸向力。但對中性很差。

應用：用于低速、輕載和對中性要求不高的場合。二、花鍵聯接

結構：外花鍵（花鍵軸）和內花鍵（花鍵孔）組成。鍵齒側面是工作面。

特點：承載能力高，對中性好;但制造要采用專用設備，成本較高。

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

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

1012141618202225323640455063708090100110125140160…..（2）鍵的標記

B型平鍵b×h×L=10×16×125→鍵B10×125

A型鍵可不標型號（3）平鍵的主要失效形式普通平鍵：壓潰——按擠壓強度計算。◆極個別情況會出現鍵被剪斷；◆導向平鍵的主要失效形式是工作面的磨損。擠壓強度條件：擠壓應力：MPasbs——工作面所受擠壓應力

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

125~150100~12060~90表

鍵聯接的許用擠壓應力、許用壓力

許用值

輪轂材料靜載荷輕微沖擊沖

擊載荷性質鑄鐵

70~8050~6030~45鋼

504030

[p][σ]bsl