第十一章课件 制作人：陈汝雯 邹子羡

第十一章 连接 §11－1 螺纹 § 11-10 键连接 §11－2 螺纹连接的类型及标准连接 § 11-11 花键连接 第十一章 连接 §11－1 螺纹 § 11-10 键连接 §11－2 螺纹连接的类型及标准连接 § 11-11 花键连接 §11－3 螺纹连接的预紧 § 11-12 无键连接 §11－4 螺纹连接的防松 § 11-13 销连接 §11－5 螺栓组连接设计 § 11-14 铆接 §11－6 螺纹连接的强度计算 § 11-15 焊接 §11－7 螺纹连接件的材料及许用应力 § 11-16 胶接 §11－8 提高螺纹连接强度的措施 § 11-17过盈连接 §11－9 螺旋传动

§11 -1 螺 纹 按螺纹作用分 常用螺纹的类型、特点和应用，见表 5 - 1 连接螺纹 传动螺纹 连接螺纹 传动螺纹 按螺纹的牙型分： §11 -1 螺 纹 连接螺纹 传动螺纹 按螺纹作用分 潘存云教授研制 潘存云教授研制 传动螺纹 连接螺纹 按螺纹的牙型分： 矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 普通螺纹 管螺纹 用于传动 用于连接 常用螺纹的类型、特点和应用，见表 5 - 1

30º 3º 按螺纹的牙型分 矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 普通螺纹 60º 30º 管螺纹 55º

（二）螺纹的主要参数： 三径 牙侧角 β 单线螺纹: S = P 多线螺纹: S = nP h d ψ n----螺纹的线数 d2 d1 ---在标准中定为公称直径 三径 ---强度计算中常作为螺 杆危险截面的 ② 小径 d1 ③ 中径 d2 ------计算直径 二角 ⑥ 螺纹升角ψ 二距 ④ 螺距 P ⑦ 牙型角 α ⑤ 导程（升距）S β S α β πd2 nP = tanψ = πd2 S ψ πd2 牙侧角 β

§11-2 螺纹连接的类型及标准连件 （一）螺纹连接的基本类型 §11-2 螺纹连接的类型及标准连件 （一）螺纹连接的基本类型 潘存云教授研制 2.紧定螺钉连接 d 1.螺栓连接 3.螺钉连接 4.双头螺柱 连接 （二）标准螺纹连接件 螺纹连接件的类型很多，在机械制造中常见的螺纹连接件的结构形式和尺寸都已经标准化，实际是可根据有关标准选用。 常用的标准螺纹连接件有如下几种，六角头螺栓、双头螺柱 、螺钉、紧定螺钉、圆螺母、六角螺母、垫圈、自攻螺钉 详细机构特点和应用在表5-2

§11-3 螺纹连接的预紧 ● 预紧力F0 ：螺纹连接在承受工作载荷之前，预先受 到的作用力 §11-3 螺纹连接的预紧 ● 预紧力F0 ：螺纹连接在承受工作载荷之前，预先受 到的作用力 ● 预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。 ●预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件在预紧力的作用下产生的预紧应力不得超过其材料屈服极限σs的80%. ●预紧力的控制：通常是借助侧力矩扳手或定力矩扳手，对于重要的螺栓连接，也可以采用测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。 ●预紧力与预紧力矩的关系： T ≈ 0.2 F0 d 注意：对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小（例如小于M12）的螺栓。

§11-4 螺纹连接的防松 连接螺纹一般都能满足自锁条件，但在冲击、振动或变载荷的作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹中连接中的预紧力和摩擦力逐渐变小或逐渐消失，最终将导致连接失效。 防松的根本原理在于防止螺旋副的相对转动，方法一般有： 1、摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母 2、机械防松：开口销、止动垫片、串连钢丝 3、永久防松：焊、粘、冲 此外还有一些特殊方法，例如铆冲防松、在旋合螺纹间涂胶防松等等。

§11-5 螺栓组连接的设计 （一）螺栓组连接的结构设计 §11-5 螺栓组连接的设计 （一）螺栓组连接的结构设计 ▲ 设计目的： 确定接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和接合面受力均匀、便于加工装配。 ▲ 基本原则： 1. 连接结合面的几何形状常设计成。 2. 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。 3. 螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间。 4. 为便于在圆周上钻孔时的分度和画线，分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成: 4、6、8 等偶数。 5. 避免螺栓承受附加的弯曲载荷

目的： 求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强 度计算。 (二) 螺栓组连接的受力分析 目的： 求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强 度计算。 假设：1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同 2）螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合 3）受载后连接接合面仍保持为平面。 下面为典型的螺栓组受载情况： 1．受横向载荷的螺栓组连接 2．受转矩的螺栓组连接 3．受轴向载荷的螺栓组连接 4．受倾覆力矩的螺栓组连接

f为结合面的摩擦系数,见表5-5；i为结合面数；Ks为防滑系数，Ks=1.1~1.3。 1．受横向载荷的螺栓组连接 铰制孔用螺栓连接 每个螺栓所受工作剪力为： F∑ 螺栓数目 预紧后接合面间所产生的最大摩擦力≥横向载荷： F∑ F0 普通螺栓连接 f为结合面的摩擦系数,见表5-5；i为结合面数；Ks为防滑系数，Ks=1.1~1.3。

2．受转矩的螺栓组连接 采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力 矩来抵抗转矩T。 根据作用在底板上的力矩平衡条件： O T 潘存云教授研制 O T 根据作用在底板上的力矩平衡条件： f F0 r2 r1 f F0 传递T时，每个螺栓所需的预紧力 而采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和 螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。 计算公式如右

轴向总载荷FΣ 作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对 称中心。因螺栓均匀分布，则各个螺栓受载相同。 3．受轴向载荷的螺栓组连接 轴向总载荷FΣ 作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对 称中心。因螺栓均匀分布，则各个螺栓受载相同。 每个螺栓所受轴向工作载荷： F∑ F 注意： D 各螺栓除承受轴向载荷F之外，还受有预紧力F0的作用 总拉力： p

4．受倾覆力矩的螺栓组连接 Fi Fi Fmax Fmax 底板的平衡条件为： 载荷特点：倾覆力矩 M 作用在连接接合面的一个对称平面内。 O x F1 F2m M （即：左侧螺栓以及右侧支承面对0-0轴线的反力矩应与M相平衡） O M Fi Fmax Li O M Fi Fmax Li 简化： 底板的平衡条件为：

受M作用的螺栓组连接，除要保证螺栓有足够的强度外，还需对接合面的情况进行验算。 F1 F2m M 受M作用的螺栓组连接，除要保证螺栓有足够的强度外，还需对接合面的情况进行验算。 为防止受压最大处被压碎，要求： ----（5-20） 为防止受压最小处出现间隙，要求 ： 表5-6 ----（5-21）

§11-6 螺纹连接的强度计算 螺栓连接的主要失效形式： 受拉螺栓 塑性变形 疲劳断裂 受剪螺栓 剪断 压溃 螺杆和孔壁的贴合面 §11-6 螺纹连接的强度计算 螺栓连接的主要失效形式： 受拉螺栓 塑性变形 疲劳断裂 受剪螺栓 剪断 压溃 螺杆和孔壁的贴合面 螺栓连接的强度计算，一是按强度条件去确定螺栓的直径；另外，也可对选定了直径的螺栓去校核其强度。 连接类型 装配情况 载荷情况 确定螺栓受力 计算 d1

（一）松螺栓连接强度计算 （二）紧螺栓连接强度计算 F 强度条件： 式中: d1----螺纹小径 mm ， [σ]—许用应力 设计公式： 潘存云教授研制 强度条件： 式中: d1----螺纹小径 mm ， [σ]—许用应力 设计公式： （二）紧螺栓连接强度计算 装配时需拧紧螺母，静载荷、变载荷均可承受，在工程上应用最广。 1.仅承受预紧力的紧螺栓连接 2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接 3.承受工作剪力的紧螺栓连接

1.仅承受预紧力的紧螺栓连接 计算应力： 强度条件： 由F0产生的拉应力： 由T1产生的扭转切应力： 代入M 10～ M 64 的螺纹参数，得到：τ ≈ 0.5 σ 计算应力： 强度条件：

对于紧螺栓连接，在计算时，可只按单纯拉伸强度计算，但需将所受拉力（预紧力）增大30%来考虑扭转的影响。 仅受预紧力作用的紧螺栓连接，其工作原理是利用预紧力的作用，在接合面产生的摩擦力来抵抗工作载荷。这种靠摩擦力抵抗工作载荷的紧螺栓连接，要求保持较大的预紧力（使连接结合面不滑移的预紧力F0>F/f,若f=0.2，则F0>5F）,会使螺栓的结构尺寸增加。此外，在震动、冲击或变载荷下，由于摩擦系数f的变动，将使连接的可靠性降低，有可能出现松脱。 a. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作 用 改进措施： b. 采用无间隙的铰制孔用螺栓。 这时，其连接强度按减载零件的剪切、挤压强度条件计算，而螺栓只是保证连接，不再承受工作载荷，因此预紧力不必很大。

连接受载后，由于预紧力的变化，螺栓总拉力F2并不等于预紧力F0与工作拉力F之和，而等于残余预紧力F1与工作拉力F之和。 2. 承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接 这种紧螺栓连接承受轴向拉伸工作载荷后，由于螺栓和被连接件弹性变形，螺栓所受的拉力并不等于预紧力和工作拉力之和 连接受载后，由于预紧力的变化，螺栓总拉力F2并不等于预紧力F0与工作拉力F之和，而等于残余预紧力F1与工作拉力F之和。

以上螺栓连接的受力与变形关系可以用线图（即力与变形坐标图）来表示。 被连接件受力变形图 力 变形 λb F0 Ob θb 螺栓受力变形图 λm θm Om 设螺栓的刚度为Cb，被连接件的刚度为Cm则：

力 变形 ΔF F θb F0 θm F- ΔF θm θb F1 Δλ Om λb λm 由图中的几何关系可得：

承受轴向工作载荷的紧螺栓连接，其设计步骤如下： 按连接的受载情况求出螺栓的工作拉力F 根据连接要求选取 F1 计算螺栓的总拉力F2 按F2进行螺栓的强度计算 强度条件式： （校核式） 或： （设计式） 由第二节可知，无论工作载荷 F 如何变化，螺栓的最小应力σmin是不变的，所以可按式（3-24）（即σmin = C 的情况）进行校核。 螺栓最大应力计算安全系数为：

d0 3、承受工作剪力的紧螺栓连接 Lmin F 思考：这种螺栓连接受到哪些力的作用？应当按什么强度条件进行计算？ 杆与孔壁的挤压强度条件： 螺栓或被连接件的许用挤压应力，查表5 —7 Lmin≥1.25d0 螺栓杆的剪切强度条件： 螺栓材料的许用切应力，查表5—10 剪切面数

§11－7 螺纹连接件的材料及许用应力 （一）螺纹连接件的材料· §11－7 螺纹连接件的材料及许用应力 （一）螺纹连接件的材料· 国家标准规定螺纹连接件按材料力学性能分出等级， 简示于课本表5-8、5-9 （二）螺纹连接件的许用应力 S ，Sτ，Sp为安全系数，详情见表5-10；

§11－8 提高螺栓连接强度的措施 螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，而影响螺栓强度的因素有很多，主要涉及螺纹牙的载荷分配、应力变化幅度、应力集中、附加应力、材料的力学性能和制造工艺等几个方面。 1.降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 根据理论与实践可知，受轴向变载荷的紧螺栓连接，在最小应力不变的条件下，应力幅越小，螺栓月不容易发生疲劳破坏。 2.改善螺纹牙上载荷分布不均的现象 长采用悬置螺母、减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面或采用钢丝螺套。 3.减小应力集中的影响 可以采用较大的圆角和卸载结构，或将螺纹收尾改为退刀槽等。 4.采用合理的制造工艺方法 采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法，可以显著提高螺栓的疲劳强度。此外，在工艺上采用氮化、氰化、喷丸等处理，都可以提高螺纹连接件疲劳强度。

§11-9 螺旋传动 （一）螺旋传动的类型和应用 2.螺母固定，螺杆转动并移动，多用于螺旋起重器或螺旋 压力机中。 §11-9 螺旋传动 （一）螺旋传动的类型和应用 螺旋传动使利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它 主要用于回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。 根据螺杆和螺母的相对运动关系，螺旋传动的常用运动形式有： 1.螺杆转动，螺母移动，多用于机床进给。 2.螺母固定，螺杆转动并移动，多用于螺旋起重器或螺旋 压力机中。 螺旋传动按其用途不同可分为三类： 传力螺旋，传导螺旋，调整螺旋 螺旋运动按其螺旋副的摩擦性质不同还可以分为三类： 滑动螺旋（滑动摩擦），滚动螺旋（滚动摩擦） ，静压螺旋（流体摩擦）。

（二）滑动螺旋的结构和材料 1.螺旋传动的结构 1）螺旋传动结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。 2）螺母的机构有整体螺母、组合螺母和剖分螺母等形式。 3）滑动螺旋采用的螺纹类型有矩形、梯形、锯齿形，其中以梯 形和锯齿形螺纹应用最广。传力螺旋和调整螺旋要求自锁时， 应采用单线螺纹，对于传导螺纹，为了提高传动效率及直线运 动速度，可以采用多线螺纹（线数n=3,4,5,6) 2.螺杆和螺母的材料 螺杆材料要有足够的强度和耐磨性。螺母材料除要有足够的强度外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦系数小和耐磨。螺旋传动常用的材料见表5-11

滑动螺旋传动中，其失效形式主要为螺纹磨损 按抗磨损确定直径，选择螺距；校核螺杆、螺母强度 （三）滑动螺旋传动的设计计算 1.耐磨性计算 滑动螺旋传动中，其失效形式主要为螺纹磨损 按抗磨损确定直径，选择螺距；校核螺杆、螺母强度 螺纹工作面上的耐磨性条件为：

螺纹几何参数确定后，对于有自锁性要求的螺旋副，还应校核螺旋副是否满足自锁条件，即 2.螺杆的强度计算 对于受力较大的螺杆，其工作时承受轴向压力（或拉力）F和扭矩T的作用。根据第四强度理论求出危险截面的计算应力，其强度条件为

螺纹牙危险截面a-a的剪切强度条件和弯曲强度分别为 3.螺母螺纹牙的强度计算 螺纹牙危险截面a-a的剪切强度条件和弯曲强度分别为 4.螺杆的稳定性计算 对于长径比大的受压螺栓，螺杆的稳定性条件为 Ss c= Fc r/F>Ss

§11-10 键联接 1. 平键联接 特点：● 键的两个侧面是工作面， 工作时依靠键与键槽 侧壁的挤压传递扭矩。 普通平键 薄型平键 平键 §11-10 键联接 1. 平键联接 特点：● 键的两个侧面是工作面， 侧壁的挤压传递扭矩。 工作时依靠键与键槽 ● 结构简单、装拆方便、对中性较好。 ● 不能轴向固定零件。 间隙 工作面 平键 薄型平键 普通平键 导向平键 滑键 轴 T

圆 头 ( A 型 ) 平 头 ( B 型 ) 单圆头 ( C 型 ) 普通平键 ----用于静联接 薄型平键 平键 导向平键 滑键 ----用于静联接 ----用于动联接 单圆头 ( C 型 ) 圆 头 ( A 型 ) 平 头 ( B 型 ) ● 普通平键

C型 A型 B型

----用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。 圆头普通平键 盘铣刀 ----用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。 圆头普通平键 ----用盘铣刀加工，轴的应力集中小。 平头普通平键 ----常用于轴端。 单圆头普通平键

薄型平键与普通平键的主要区别： 普通平键应用最广。 键的高度约为普通平键的70%~ 60%，因而传递扭矩的能力较低，常用于薄壁结构、空心轴及一些径向尺寸受到限制的场合。 普通平键应用最广。

导向平键 导向平键 ----用于动联接 滑键 如变速箱内的滑移齿轮 特点： 构成动联接。 ● 长度较长，需用螺钉固定。 ● 可实现轴上零件的轴向移动， 构成动联接。 潘存云教授研制 起键螺孔 固定螺钉 固定螺钉 起键螺孔

双勾头滑键 结构特点：两端有勾头，键固定在轮毂上，键短，槽长。 潘存云教授研制

单圆勾头滑键 结构特点：单圆勾头，嵌入轮毂中。 潘存云教授研制

导向平键和滑键的区别： 导向平键 ----固定在轴槽中，用于轴向移动量较小的场合。 滑键 ----固定在轮毂上，用于轴向移动量较大的场合。

2. 半圆键联接 优点：工艺性好，装配方便。 缺点：对轴的削弱较大，只适用 于轻载联接。 特别适用于锥形轴端的联接。 工作面 因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。 优点：工艺性好，装配方便。 缺点：对轴的削弱较大，只适用 于轻载联接。 特别适用于锥形轴端的联接。 工作面

3. 楔键联接 特点：● 键的上下两面为工作面。工作时，依靠键的 楔紧作用来传递扭矩。 应用：仅适用于定心精度不高和低转速 的场合 键楔紧后，轴和轮毂的配合产生偏心和偏斜。 ● 能承受单方向的轴向力。 斜度 1：100 ● 对中性较差。 应用：仅适用于定心精度不高和低转速 的场合 工作面 安装时用力打入 工作面

楔键 普通楔键 钩头楔键 拆卸空间

4. 切向键联接 在重型机械中常采用切向键 --- 一对楔键组成。 特点：● 键的窄面为工作面。工作时，靠工作面上的 挤压力和轴与轮毂间的摩擦力传递转矩。 ● 承载能力很大。 应用： 由于键槽对轴的削弱较大，故常用于直径大于 100 mm的轴上。如大型带轮、大型飞轮等。 d 装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布， 工作面 窄面 工作面 T 斜度1：100

当传递双向扭矩时，需两对切向键分布成120 ~130 ˚ 120˚ ~ 130˚ T

(二) 键的选择和键联接的强度计算 1. 键的选择 类型选择 ---按轴径d 从标准中查取 剖面尺寸（b×h） 尺寸选择 键长 L (二) 键的选择和键联接的强度计算 1. 键的选择 类型选择 尺寸选择 ----根据联接的特点、使用要求和工作条件选定 剖面尺寸（b×h） 键长 L ---按轴径d 从标准中查取 ----L≤轮毂长度 （表6--1） 导向平键的键长L----按轮毂的长度及其滑动距离而定。 选定的键长应符合标准规定的长度系列

6 ~ 8 >8 ~ 10 >10~12 >12~17 >17~22 >22~30 >30~38 >38~44 2 × 2 3 × 3 4 × 4 5 × 5 6 × 6 8 × 7 10 × 8 12 × 8 表6-1 普通平键和普通楔键的主要尺寸 轴的直径d 6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，250……… 键的长度 系列L 键宽b×键高h >44~50 >50~58 >58~65 >65~75 >75~85 >85~95 >95~110 >110~130 14×9 16×10 18×11 20×12 22×14 25×14 18×16 32 ×18

2. 键联接的强度计算 （1） 平键联接的强度计算 主要失效形式： 普通平键联接（静联接） ---工作面的压溃 平键联接 导向平键联接（动联接） 平键联接 普通平键联接（静联接） ---工作面的压溃 ---工作面的磨损 F 平键联接受力情况 d T

普通平键联接的挤压强度条件： = A型 p = B型 d k l 2T = σp = F k l 计算依据是磨损，应限制压强： ----（6-1） b A型 l=L-b 滑键、导向平键联接的强度条件： L l ≤[p ] d k l 2T p = ----（6-2） 式中： h----键的高度， b B型 l=L l ----键的工作长度， [σp ]、[p ]----许用挤压应力、许用压力，见表（6--2）

表6-2 键联接的许用挤压应力、许用压力 [σp ] [p ] 载 荷 性 质 许用值 轮毂材料 静载荷 轻微冲击 冲 击 钢 125~150 100~120 60~90 表6-2 键联接的许用挤压应力、许用压力 许用值 轮毂材料 静载荷 轻微冲击 冲 击 载 荷 性 质 铸铁 70~80 50~60 30~45 钢 50 40 30 [p ] [σp ]

---只用于静联接，失效形式为工作面被压溃 注意： （1） 平键联接强度计算 （2） 半圆键联接强度计算 按工作面的挤压应力进行强度校核计算 ---只用于静联接，失效形式为工作面被压溃 注意： ● 接触高度 k 应根据键的尺寸从标准中查取。 ● 工作长度近似地取其等于键的公称长度：l = L。 l b d T k F y≈d/2 ≤[σp ] MPa kl d 2T σp = ----（6-1）

若强度不时，可采用双键联接。考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按1.5个键计算。 双键布置规则： 平键： 按180˚布置； 半圆键： 同一条母线上； 楔键： 夹角成120˚ ~ 130˚ 120˚ ~130˚ d

§11-11 花键联接 （一） 类型、特点和应用 花键联接---多键联接 组成：外花键、内花键 优点： 1) 多齿传递载荷，承载能力高; §11-11 花键联接 花键联接---多键联接 （一） 类型、特点和应用 组成：外花键、内花键 优点： 1) 多齿传递载荷，承载能力高; 2) 齿槽浅，对轴的削弱、应力集中小; 3) 可用磨削方法提高加工精度及联接质量。 4) 轴上零件与轴的对中性好；导向性好; 对动联接很重要 缺点：齿根仍有应力集中、需专 用设备制造，成本高。

按齿高的不同，矩形花键的齿型尺寸在标准中规定了两个系列， 应用：定心精度要求高、载荷大、或经常滑移的联接。 类型 矩形花键 渐开线花键 ----制造容易，应用最广。 ----用于高强度联接。 1. 矩形花键 按齿高的不同，矩形花键的齿型尺寸在标准中规定了两个系列， 轻系列：----承载能力较小，多用于静联接和轻载联接； 中系列：----用于中等载荷的联接。 定心方式：小径定心----精度高，稳定性好。

有α=30 ˚ ，α=45 ˚ 两种，对应的齿顶高分别为： 2. 渐开线花键 有α=30 ˚ ，α=45 ˚ 两种，对应的齿顶高分别为： h* = 0.5m h* = 0.4m α=45 ˚ df α=30 ˚ df 定心方式：齿形定心---具有自动定心作用，受力均匀。 特点：制造工艺性好，制造精度较高，齿根强度高， 易于定心。常用于传递大扭矩和大轴径的场合。

有α=30 ˚ ，α=45 ˚两种，对应的齿顶高分别为： 2. 渐开线花键 有α=30 ˚ ，α=45 ˚两种，对应的齿顶高分别为： h*=0.5m h*= 0.4m α=45 ˚ df α=30 ˚ df α=45˚的花键工作面高度较小，承载能力较低，多用于载荷较轻，直径较小的静联接。特别适用于薄壁零件的联接。

二、花键联接强度计算 花键联接既可做成静联接，也可做成动联接。 失效形式：工作面被压溃（静联接） 工作面过度磨损（动联接） 一般只验算挤压强度和耐磨性。

§11-12 无键联接 （一）型面联接 凡是轴与毂的联接不用键或花键时----无键联接 §11-12 无键联接 （一）型面联接 凡是轴与毂的联接不用键或花键时----无键联接 型面联接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆联接，它是无键联接的一种型式。

但随着成型工艺的发展，促进了型面联接的应用。 柱体 ----只能传递扭矩 配合部分形状 锥体 ----能同时传递扭矩和轴向力，用于不允许有间隙和要求高可靠性的场合 特点： 由于型面联接要用到非圆形孔，以前因其加工困难，限制了型面联接的应用。 1) 装拆方便，对中性好； 2) 联接面上没有键槽和尖角，减少了应力集中； 3) 可传递较大的扭矩； 但随着成型工艺的发展，促进了型面联接的应用。 4) 切削加工有难度，不易保证配合精度。目前应用还不广泛。

（二）胀紧联接 胀紧联接是在轴与毂孔之间装配一个或几个胀紧联接套，在轴向力的作用下，同时胀紧轴与毂产生压紧力，靠摩擦力传递转矩和轴向力的一种静联接。 结构类型：Z1型胀套、Z2型胀套

1) Z1型胀套 两个胀紧套 一个胀紧套 2) Z2型胀套

优点： 定心好、装拆方便，引起的应力集中较小，承载能力较高，并且有安全保护作用。 缺点： 由于轴与毂孔之间要安装胀套，有时应用受结构 尺寸的限制。

§11-13 销联接 作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。 定位销 按用途分 类型 按形状分 §11-13 销联接 作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。 定位销 按用途分 类型 按形状分 定位销：用来固定零件之间的相对位置，它是组合加工和装配时的重要辅助零件。通常不受载荷或只受很小的载荷，故不作强度校核计算，其直径按结构确定，数目一般不少于2个。

作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。 定位销 按用途分 联接销 类型 按形状分 联接销：用来实现两零件之间的联接，可用来传递不大的载荷。其类型可根据工作要求选定，其尺寸可根据联接的结构特点按经验或规范确定。必要时再按剪切和挤压强度条件进行校核计算。

作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。 定位销 按用途分 联接销 安全销 类型 按形状分 安全销：作为安全装置中的过载剪切元件。安全销在过载时被剪断，因此，销的直径应按剪切条件确定。为了确保安全销被剪断而不提前发生挤压破坏，通常可在安全销上加一个销套。

作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。 定位销 按用途分 联接销 安全销 类型 圆柱销 按形状分 特点： 靠过盈配合固定在销孔中，经多次拆装后，定位精度和可靠性会降低。

定位销 按用途分 联接销 安全销 类型 圆柱销 圆锥销 按形状分 特点： 有1:50的锥度，可反复多次拆装。 拆装方便 用于盲孔 螺母锁紧抗冲击

定位销 按用途分 联接销 安全销 类型 圆柱销 圆锥销 按形状分 槽销 不易松动，能承受振动和变载荷,不铰孔，可多次装拆。 由于材料的弹性使销挤紧在销孔中，不易松脱，因而能承受振动和变载荷。

作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。 定位销 按用途分 联接销 安全销 类型 圆柱销 圆锥销 按形状分 槽销 销轴 开口销 销轴用于两零件铰接处,构成铰链联接。 销轴常用开口销锁定，工作可靠，拆卸方便。

§11－14 铆接 一、概述 铆接是将铆钉穿过被联接件的预制孔中经铆合而成的联接方式。其联接部分称为铆缝。 铆缝的结构分类： 搭接缝 §11－14 铆接 一、概述 铆接是将铆钉穿过被联接件的预制孔中经铆合而成的联接方式。其联接部分称为铆缝。 潘存云教授研制 铆缝的结构分类： 搭接缝 按接头型式分 单盖板对接缝 双盖板对接缝 单 排 分类 按铆钉排数分 双 排 多 排 强固铆缝 --满足强度要求 按铆缝性能分 强密铆缝 --满足强度和紧密性要求 紧密铆缝 --满足紧密性要求的。

一、概述 铆接是将铆钉穿过被联接件的预制孔中经铆合而成的联接方式。其联接部分称为铆缝。 铆缝的结构分类： 搭接缝 搭接缝 按接头型式分 单盖板对接缝 单盖板对接缝 双盖板对接缝 双盖板对接缝 单 排 分类 按铆钉排数分 双 排 多 排 强固铆缝 --满足强度要求 按铆缝性能分 强密铆缝 --满足强度和紧密性要求 紧密铆缝 --满足紧密性要求的。

在设计铆接结构时应优先选用已标准化的铆钉。 二、铆钉的主要类型和标准 铆钉有空心的和实心的两大类，且大部分都以标准化。 （GB863.1-86 、 GB876-86）。 在设计铆接结构时应优先选用已标准化的铆钉。 铆钉头的结构：

冷铆接----直径 d ＜ 12mm 的钢制铆钉、塑性较好 的有色金属及其合金制成的铆钉。 铆接工艺分冷铆和热铆： 热铆接----直径 d≥12mm 的钢制铆钉； 冷铆接----直径 d ＜ 12mm 的钢制铆钉、塑性较好 的有色金属及其合金制成的铆钉。 特点： ▲工艺设备简单; ▲工艺过程比较容易控制， 质量稳定; ▲铆接结构抗振、耐冲击，联接牢固可靠。 因此，在承受严重冲击和振动载荷的金属结构的联接中，如桥梁、建筑、造船、重型机械及飞机制造等工业部门中得到应用。

取图中宽度等于垂直与受载方向的钉距t的阴影部分进行计算。 d 单排搭接铆缝的静强度分析： 取图中宽度等于垂直与受载方向的钉距t的阴影部分进行计算。 设：e—边距； t—节距； δ--板厚；d—铆钉直径； F—阴影部分载荷。 F t e （1）由被铆件的拉伸强度确定的铆缝承受的静载荷： δ （2）由被铆件上孔壁的挤压强度确定的被铆件能承受的静载荷： （3）由铆钉的剪切强度确定的铆钉能承受的静载荷：

式中：[σ]--许用拉应力; [σp]-- 许用挤压应力； [τ]--许用剪切应力。 对于一般的强固铆缝，上述式中的许用应力可根据组成铆缝各元件的材料选取。 组成强固铆缝各元件的静载荷许用应力 许用应力/Mpa 说 明 元件材料 Q235 Q255 被铆件许用拉应力[σ] 200 210 被铆件许用挤应力[σp] 400 420 采用冲孔或各被铆件分开钻而不用样板时，[σ]、[σp] 降低20%；角钢单边铆接时，各许用应力降低25%。 被铆件许用切应力[τ] 180 180 Q215

§11－15 焊接 一、概述 焊接是利用局部加热(或加压)的方法使被联接件接头处的材料熔融联接成一体。 熔化焊 --电弧焊、气焊、电渣焊。 §11－15 焊接 一、概述 焊接是利用局部加热(或加压)的方法使被联接件接头处的材料熔融联接成一体。 熔化焊 --电弧焊、气焊、电渣焊。 分类： 压力焊 --电阻焊、摩擦焊、爆炸焊。 钎　焊 --锡焊、铜焊。 在机械制造中最常用的是电弧焊。电弧焊是利用焊条与焊件间产生电弧热将金属加热并熔化的焊接方法。 　　与铆接相比较，焊接结构重量轻，节约金属材料，施工方便，生产率高，易实现自动化，且焊接结构的成本低，应用很广。

二、电弧焊缝的基本形式 焊缝--焊接件经焊接后形成的结合部分。 角焊缝----两被焊件不在同一平面内； 工件2 工件1 焊缝 焊缝--焊接件经焊接后形成的结合部分。 角焊缝----两被焊件不在同一平面内； 对接焊缝----两被焊件在同一平面内； 双面式 单面式 正接角焊缝 搭接角焊缝 榫头式 封底焊缝 V型焊缝 塞焊缝 卷边焊缝

三、焊接件常用材料 　在机械制造中，最常用的被焊件材料是低碳钢和低合金钢(如Q215、Q235、15、20、16Mn等) 。焊条的材料最好与被焊件的材料相同。 四、 焊缝的受力及破坏形式 1．对接焊缝　 　对接焊缝主要用来承受作用于被焊件所在平面内的拉（压）力或弯矩，对接焊缝的破坏形式是沿焊缝断裂； 2．搭接角焊缝 正面角焊缝 受力方向与焊缝垂直； 按受力方向分为: 侧面角焊缝 受力方向与焊缝平行； 混合角焊缝 受力与焊缝成一角度；

五、焊接件的工艺及设计注意要点 1．焊缝应按被焊件厚度制成相应坡口，或进行一般的 侧棱、修边工艺。在焊接前，应对坡口进行清洗整 理； 2．在满足强度条件下，焊缝的长度应按实际结构的情 况尽可能地取得短些或分段进行焊接，并应避 免 焊缝交叉； 3．在焊接工艺上采取措施，使构件在冷却时能有微 小自由移动的可能； 4．焊缝在焊后应经热处理（如退火），消除残余应力； 5．在焊接厚度不同的对接板件时，应使对接部位厚度 一致，以利于焊缝金属均匀熔化； 6．设计焊接件时，注意恰当选择母体材料和焊条；

7．合理布置焊缝及长度； 8．对于那些有强度要求的重要焊缝，必须按照有关行 业的强度规范进行焊缝尺寸校核，明确工艺要求和 技术条件，并在焊后仔细进行质量检验。

六、焊接在机器零件中的应用 由于焊接具有强度高、工艺简单、因联接而增加的质量小等特点，焊接技术的应用日益广泛。 　 在技术革新、单件生产、新产品试制等情况下，采用焊接制造箱体、机架等，一般比较经济。 　 随着焊接技术的发展，许多零件已改变了它们的传统制造方法。一向是铸造出的机座、机壳、大齿轮等零件，已有很大一部分改用了焊接。

§11－16 胶 接 胶接是用胶粘剂直接把被联接件联接在一起且具有一定强度且不可拆卸的联接，利用胶粘剂凝固后出现的粘附力来传递载荷。 §11－16 胶 接 胶接是用胶粘剂直接把被联接件联接在一起且具有一定强度且不可拆卸的联接，利用胶粘剂凝固后出现的粘附力来传递载荷。 应用实例： 胶接组合蜗轮 螺纹接套与管件胶接 蒙皮与型材胶接 蜂窝结构填料

二、胶粘剂 胶粘剂的品种繁多，通常按其使用目的分为三类： 结构胶粘剂； 种类 非结构胶粘剂； 其它胶粘剂 1）结构胶粘剂 在常温下的抗剪强度一般不低于80MPa，能经受一般高、低温或化学作用，而不降低其性能，胶接件能承受较大的载荷。 在机械制造中常用的结构胶粘剂有如下两种： 环氧树脂胶粘剂； 酚醛树脂胶粘剂。

2）非结构胶粘剂 正常使用时有一定的胶结强度，但在受到高温或重载时，性能迅速下降。 常用的品种有： 聚胺脂胶粘剂； 酚醛-氯丁橡胶胶粘剂。 2）其它胶粘剂 具有特殊用途的胶粘剂，例如：防锈、绝缘、导电、透明、超高温、超低温、耐酸碱等。 品种有： 环氧导电胶粘剂； 环氧超低温胶粘剂。

主要性能： 胶接强度----耐热性、耐介质性、耐老化性等； 固化条件----温度、压力、保持时间等。 影响粘接剂性能的因素： 胶接件的材料、环境温度、胶层厚度、工作时间、工艺水平等。 胶接工件材料有：各种碳钢、合金钢、铝、镁、钛等合金、玻璃、陶瓷等。 选用原则：根据胶接件的使用要求及环境条件等选择综合性能良好的胶粘剂。 三、胶接接头的结构形式 与焊接相同，胶接接头分为对接、搭接和角接头三种。

1）清除胶接件表面的油污或氧化层；方法有机械或化学处理 五、胶接的基本工艺过程 1）清除胶接件表面的油污或氧化层；方法有机械或化学处理 2）按配方比例配制胶粘剂；大多数胶都是多祖分的 3）采用适当方法涂胶（如喷涂、刷涂等），保证厚 薄合适、均匀无缺、无气泡； 4）清除表面多余的胶粘剂； 5）按一定条件进行固化； 6）质量检验，常用方法有： ▲ X光探伤； ▲ 超声波探伤； ▲ 放射同位素摄影； ▲ 激光全息摄影。

六、胶接的特点 与铆接、焊接相比，胶接的主要优点： 主要缺点： ▲ 联接件的材料范围宽广； ▲ 联接后的重量轻，材料的利用率高； ▲ 成本低； ▲ 在全部胶接面上应力集中小，故耐疲劳性能好； ▲ 有良好的密封性、绝缘性和防腐性。 主要缺点： ▲ 抗剥离、抗弯曲及抗冲击振动性能差； ▲ 耐老化及耐介质(如酸、碱等)性能差； ▲ 胶粘剂对温度变化敏感，影响胶接强度； ▲胶接件的缺陷有时不易发现。

切和拉伸载荷，而避免承受扯离，特别是剥离载 荷，不宜采用胶接接头； 七、胶接接头的设计要点 ▲ 针对工作要求正确选择粘结剂； ▲ 合理选择接头形式； ▲ 恰当选择工艺参数； ▲ 充分利用胶缝的承载特性，尽可能使胶缝承受剪 切和拉伸载荷，而避免承受扯离，特别是剥离载 荷，不宜采用胶接接头； ▲ 从结构上采取防止剥离的措施； ▲ 减少胶缝处的应力集中，如板材端部切成斜角； ▲ 当有较大冲击、振动时，应在胶接面之间增加玻 璃布层等缓冲材料

§11－17 过盈联接 一、过盈联接的特点及应用 作用： 过盈联接是利用被联件间的过盈配合直接把被 联接件联接在一起。 §11－17 过盈联接 一、过盈联接的特点及应用 作用： 过盈联接是利用被联件间的过盈配合直接把被 联接件联接在一起。　 优点：构造简单、定心性好、承载能力高，在振动下 能可靠地工作。 缺点：装配困难和对配合尺寸的精度要求较高。 应用：主要用于轮圈与轮芯、轴与毂、滚动轴承的装 配联接。

二、过盈联接的工作原理及装配方法 工作原理：孔与轴配合中，轴的实际尺寸大于孔，两者装配后产生径向变形使配合面间产生了很大的压力，工作时载荷就靠着相伴而生的摩擦力来传递。 轴的尺寸减去孔的尺寸称为过盈量。 压入法 装配方法： 加热包容件 温差法 冷却被包容件 当配合面为圆柱面时，当其他条件相同时，用温差法能获得较高的摩擦力或力矩，因为它不像压入法那样会擦伤配合表面。

三、圆柱面过盈联接 　 设计这种过盈联接时，被联接件的材料、构造和尺寸一般都已初步确定，联接的载荷也已求得。因此，设计的主要问题是： ⒈ 选择具有所需要的承载能力的配合； ⒉ 安排合理的结构； ⒊ 确定对零件配合表面的工艺要求； ⒋ 决定装配方法和提出装配要求等。 过盈联接的承载能力取决于联接的摩擦力或力矩和联接中各零件的强度。选择配合时，既要使联接具有足够的固持力以保证在载荷作用下不发生相对滑动，又要注意到零件在装配应力下不致损坏。

四、圆锥面过盈联接 　 圆锥面过盈联接在机床主轴的轴端上应用很普遍。装配时，借助转动端螺母并通过压板施力使轮毂作微量轴向移动以实现过盈联接。这种联接定心性好，便于装拆，压紧程度也易于调整。 采用这种联接，配合表面不宜擦伤，能传递更大的载荷，尤其是适用于大型被联接件，但对配合面的接触精度要求较高。

五、过盈联接的设计计算 过盈联接的主要用来承受轴向力、传递扭矩、或者同时承受这两种载荷。为了保证过盈联接的工作能力，须作以下两方面的分析计算： 1) 已知载荷时，配合面需要多大的径向压力？以及产生这个压力需要多大的过盈量？ 2)若选定了标准的过盈配合，校核联接件在最大过 盈量时的强度。 1.配合面所需压力的计算 a)传递轴向载荷时 要求联接件在轴向载荷F的作用下，不产生轴向滑移。

正常工作条件： 轴向摩擦阻力〉外载荷 ∵摩擦力： Ff =πdlpf ∴ p≥ F/ πdlpf 其中：p—径向压力； d—配合面公称直径； l—配合面长度； f—摩擦系数。详见教材表7-5 b)传递扭矩时 要求联接件在扭矩T的作用下，不产生周向滑移。即：Mf >T ∵摩擦力矩： Mf =πlpfd / 2 ∴ p≥ 2T/ πd2lpf

c)同时承受轴向载荷与扭矩时 要求联接件沿轴向和周向都不能产生滑移。 径向压力p应满足： 2.最小有效过盈量δmin的计算 由材料力学的有关知识可知，在压力为p时最小过盈量为： 其中：E1、E2—被包容件和包容件材料的弹性系数； C1—被包容件的刚性系数: C2—包容件的刚性系数:

μ1 μ2—分别为被包容件和包容件的泊松比； 当采用温差法装配时，最小有效过盈量: 当采用压入法装配时，考虑配合表面的微观峰尖将被擦去或压平一部分，这时最小过盈量为： RZ1 、RZ1 —分别为被包容件和包容件配合表面上微观不平度的十点高度，单位为: μm 根据计算得到的最小有效过盈量δmin 选择一个标准的盈量配合代号。应注意尽量选择优先配合代号。 最小过盈： δmin = 孔max-轴min 最大过盈: δmax = 孔min-轴max

基孔制常用与优先配合的选用

基轴制常用与优先配合的选用

3.过盈联接的最大压入力、压出力 当选用压入法进行装配时，应按照以下公式计算最大压入力和压出力 ： 最大压入力： Fi =f πd l pmax 最大压入力： Fo =(1.3~1.5) Fi = (1.3~1.5) f πd l pmax 最大压力：

4.包容件加热及被包容件冷却温度 当选用温差法进行装配时，应按照以下公式计算两配合件的温度 ： 包容件加热温度 ： 被包容件冷却温度: 其中：∆0--为了避免配合表面互相擦伤所需要最小间隙； α1 、α2 –分别为被包容件及包容件材料的膨胀系数； t0 –-环境温度；