第8章螺紋聯接和鍵聯接8.1螺紋的分類與主要參數8.2螺紋聯接的預緊與防松8.3鍵聯接的分類及選用習題88.1螺紋的分類與主要參數8.1.1螺紋的分類根據螺紋軸向剖面的形狀即螺紋的牙型，可將螺紋分為三角形、矩形、梯形和鋸齒形螺紋，如圖8-1所示。其中三角形螺紋主要用于聯接，其余多用于傳動。除矩形螺紋外，其他螺紋已標準化了。圖8-1螺紋的牙形(a)三角形螺紋；(b)矩形螺紋；(c)梯形螺紋；(d)鋸齒形螺紋

根據螺紋的螺旋線繞行方向的不同，螺紋可分為右旋螺紋和左旋螺紋，如圖8-2所示。常用的為右旋螺紋，左旋螺紋只用于有特殊要求的場合。根據螺紋螺旋線的數目，還可將螺紋分為單線（單頭）螺紋和多線螺紋，如圖8-3所示。單線螺紋主要用于聯接，多線螺紋主要用于傳動。

圖8-2螺紋的旋向(a)右旋螺紋；(b)左旋螺紋

圖8-3不同線數的螺紋

(a)單線螺紋；(b)雙線螺紋；(c)三線螺紋

螺紋還可分為內螺紋和外螺紋。圓柱體的外表面上形成的螺紋為外螺紋，而圓孔的表面上形成的螺紋為內螺紋，見圖8-4。螺紋還可分為普通螺紋、管螺紋、錐螺紋等。普通螺紋又有粗牙和細牙兩種。螺紋有米制和英制兩種，我國除管螺紋外，其他都采用米制螺紋。8.1.2螺紋的主要參數現以圓柱普通螺紋為例，說明螺紋的主要參數。見圖8-4。圖8-4圓柱普通螺紋的主要參數

（1）大徑d、D（外螺紋用小寫，內螺紋用大寫）螺紋的最大直徑，即與外螺紋牙頂或內螺紋牙底相重合的假想圓柱直徑，是螺紋的公稱直徑。

(2)小徑d1、D1

螺紋的最小直徑，即與外螺紋牙底或內螺紋牙頂相重合的假想圓柱直徑。（3）中徑d2、D2

一個假想圓柱的直徑，其母線通過牙型上牙厚和牙間寬度相等的地方。

（4）螺紋線數n

螺紋的螺旋線數目。（5）螺距P螺紋相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。（6）導程L

同一條螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。單線螺紋，L=p；多線螺紋，L=np。

(7)螺紋升角λ在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角，（8-1）(8)牙型角α

軸向剖面內螺紋牙型兩側面的夾角。

(9)牙型斜角β

軸向剖面內螺紋牙型一側邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。8.2螺紋聯接的預緊與防松8.2.1螺紋聯接的基本類型螺紋聯接的基本類型、特點和應用見表8-1。表8-1螺紋聯接的基本類型、特點及應用8.2.2螺紋的預緊大多數螺紋聯接在裝配時就已經擰緊，稱為預緊。預緊的螺栓聯接稱為緊聯接，不預緊的螺栓聯接稱為松聯接。預緊的目的是增強螺栓聯接的可靠性，提高緊密性和防止松脫。對于受拉力作用的螺栓聯接，還可提高螺栓的疲勞強度；對于受橫向載荷的緊螺栓聯接，有利于增大聯接中的摩擦力。

預緊使螺栓所受到的拉力稱為預緊力。如果預緊力過小，則會使聯接不可靠；若預緊力過大，則會導致聯接件的損壞。對于一般的聯接，可憑經驗來控制預緊力的大小，但對重要的聯接就要嚴格控制其預緊力，可通過控制擰緊力矩來實現。生產中常用測力矩扳手（見圖8-5（a））和定力矩扳手（見圖8-5（b））來控制擰緊力矩。要求較精確控制時，則可采用測螺栓伸長變形的方法，見圖8-6。

圖8-5力矩扳手

(a)測力矩扳手；(b)定力矩扳手

圖8-6測量螺栓伸長量的方法8.2.3螺紋的防松聯接中常用的單線螺紋和管螺紋都能滿足自鎖條件，即螺紋升角λ小于當量摩擦角φ，在靜載荷或沖擊振動不大、溫度變化不大時，不會自行松脫。但在沖擊、振動載荷或變載荷下，當溫度變化大時，聯接有可能松動，甚至松脫，這就可能發生事故。所以在設計時，必須考慮防松問題。具體的防松方法和防松裝置很多，工作原理可分為摩擦防松、機械防松和永遠止動三類，見表8-2。表8-2螺紋聯接常用防松方法8.2.4螺栓組聯接的結構設計中應注意的問題螺栓組聯接的結構設計主要是確定螺栓聯接接合面的幾何形狀和螺栓的數目與布置形式，力求各螺栓和聯接接合面間受力均勻，使其便于加工和裝配。因此，設計時應綜合考慮以下幾方面的問題。

(1)接合面的幾何形狀通常設計成軸對稱的簡單幾何形狀（見圖8-7），使螺栓組的幾何中心與接合面的形心重合，保證接合面受力均勻，且便于制造。圖8-7螺栓組聯接接合面常用形狀(2)受橫向載荷的螺栓組，應避免沿橫向載荷方向布置過多的螺栓（一般不超過8個）,以免受力不均勻。

(3)在同一圓周上螺栓數目取3、4、6、8、12等,便于畫線和分度。

(4)同一組螺栓在聯接中，各螺栓的直徑和材料均應相同。

(5)螺栓組排列應有一定的間距，螺栓中心線與機體壁之間、螺栓相互之間的距離應根據扳手空間大小和聯接的密封性要求確定。圖8-8所示的扳手空間尺寸可查手冊，對壓力容器密封性要求較高的重要聯接的螺栓排列的間距不得大于表8-3的推薦值。圖8-8扳手空間尺寸示意圖表8-3螺栓間距(6)若螺栓組同時承受較大的橫向和軸向載荷，應采用銷、套筒、鍵等零件來承受橫向載荷，以減小螺栓的結構尺寸，如圖8-9所示。圖8-9承受橫向載荷的減載裝置(a)用減載銷；(b)用減載套筒；(c)用減載鍵圖8-10螺栓承受的偏心載荷(7)應避免螺栓承受偏心載荷（見圖8-10）。為減小載荷相對于螺栓軸心的偏距，以保證螺栓頭部支承面平整并與螺栓軸線相垂直，被聯接件上應采用凸臺、沉頭座或斜面墊圈（見圖8-11）結構。圖8-11凸臺、沉頭座和斜面墊圈的應用

(a)凸臺；(b)沉頭座；(c)斜面墊圈8.3鍵聯接的分類及選用8.3.1鍵聯接的類型鍵是標準件，按裝配方式的不同可分為兩大類：松鍵聯接（平鍵和半圓鍵）和緊鍵聯接（楔鍵和切向鍵）。1.松鍵聯接松鍵聯接分為平鍵聯接和半圓鍵聯接兩類。

1）平鍵聯接平鍵的側面為工作面。平鍵的上表面和輪轂之間留有間隙。工作時，靠鍵側面與鍵槽的相互擠壓來傳遞轉矩。這種鍵結構簡單、裝拆方便、對中性好，因而得到廣泛的應用。這種鍵不能用來傳遞軸向力，因而對軸上零件不能起到軸向固定作用。

根據用途的不同，平鍵分為普通平鍵、導向平鍵和滑鍵。

(1)普通平鍵用于靜聯接，其端部形狀分為圓頭（A型）、方頭(B型)和半圓頭(C型)。A型和C型用指狀銑刀加工軸上鍵槽，軸上鍵槽部應力集中較大，B型用盤銑刀加工軸上鍵槽，槽部應力集中較小。普通平鍵聯接見圖8-12。圖8-12普通平鍵聯接(2)導向平鍵和滑鍵導向平鍵是加長的普通平鍵，其端部形狀有A型和B型兩種。導向平鍵聯接是將鍵用螺釘固定在軸上的鍵槽中，轉動零件的輪轂可在軸上沿軸向滑動。為了拆卸方便，在鍵的中部加工有為起鍵用的螺釘孔。導向平鍵聯接適用于軸上零件的軸向移動量較小的場合。當軸上零件的軸向移動量要求很大時，導向平鍵將很長，不易制造，這時可采用滑鍵。滑鍵聯接是將鍵固定在輪轂上，與輪轂一起在軸的鍵槽中滑動。導向平鍵與滑鍵的聯接如圖8-13所示。圖8-13導向平鍵與滑鍵的聯接2)半圓鍵聯接半圓鍵用于靜聯接，鍵的側面是工作面，見圖8-14。半圓鍵在軸的鍵槽中能夠擺動，以適應輪轂鍵槽槽底的斜度。由于軸上鍵槽較深，對軸的強度削弱較大，因此一般用于輕載聯接，常用于軸的錐形端部。圖8-14半圓鍵聯接2.緊鍵聯接緊鍵聯接分為楔鍵聯接和切向鍵聯接兩類。

1)楔鍵聯接楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵，用于靜聯接，鍵的上下兩面為工作面，如圖8-15所示。鍵的上表面和輪轂槽底面制成1∶100的斜度，鍵工作時楔緊在軸轂之間，使鍵、軸、轂之間產生摩擦力來傳遞轉矩，也能傳遞單向軸向力。

圖8-15楔鍵聯接（a）普通楔鍵聯接；（b）鉤頭楔鍵聯接2)切向鍵聯接切向鍵用于靜聯接，是由兩個具有1∶100斜度的楔鍵組成的。裝配后兩楔以其斜面相互貼合，共同楔緊在軸轂之間，如圖8-16所示。鍵的上、下平面是工作面。工作時主要靠工作面上的擠壓力來傳遞扭矩。傳遞單向扭矩時用一個切向鍵(見圖8-16（a）)，傳遞雙向扭矩時，用兩個切向鍵，且兩個切向鍵之間夾角為120°～135°(見圖8-16（b）)。由于切向鍵的鍵槽對軸的削弱較大，故只用于直徑大于100mm的軸上。切向鍵能傳遞很大的扭矩，主要用于對中性要求不高的重型機械中。

圖8-16切向鍵聯接（a）一對切向鍵；（b）兩對切向鍵8.3.2鍵的選用鍵已標準化，設計時應根據具體情況選擇鍵的類型和尺寸。

1.類型選擇鍵的類型應根據鍵聯接的結構、使用要求和工作狀況來選擇。選擇時考慮傳遞轉矩的大小，聯接的對中性要求，是否要求軸向固定，聯接軸上的零件是否需要沿軸向滑移及滑動距離的長短，以及鍵在軸上的位置等。2.尺寸選擇尺寸選擇主要是選擇鍵的寬度b、高度h和長度尺寸L。由表8-4可見，這些尺寸是按軸徑d的大小選取的。鍵的長度L一般略短于輪轂的尺寸，且應符合標準中規定的長度系列。導向平鍵的長度按輪轂的長度及其滑動距離確定。軸和輪轂的鍵槽尺寸也可由表8-4查取。

圖8-17鍵和鍵槽的截面尺寸圖8-18普通平鍵的型式與尺寸表8-4鍵的尺寸選擇

習題88-1常用的螺紋聯接有哪些主要類型？其特點和應用如何？

8-2螺紋聯接為什么要采用防松措施？

8-3設計螺紋聯接時，為什么常將被聯接件的支承表面加工成平面?