机械设计基础（黄华梁）第9至10章

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1、第9~10章螺纹联接设计、键联接和销联接设计一、基本内容及要求本章主要研究键联接和螺纹联接。掌握这两种联接的计算方法，可以类似地解决销联接、粘接，焊接和钏接屮的一些计算问题。本章的重点是平键联接的选用和校核计算；螺旋副受力分析、效率和自锁；螺纹当量摩擦系数；紧螺栓联接计算。二、自学指导1.键联接的选用键虽然是一个小零件、但如果选用不当，也会引起传动系统的种种问题。教材中对键联接的类型作了介绍，并分别指出了它们的特点。学生必须真正领会这些特点，选用键联接时,才有依据，从工作原理來说，平键、半圆键靠键本身抗剪切和抗挤压

2、工作；楔键联接靠摩擦力./7V工作；切向键联接中，键本身既能以抗剪切和抗挤压方式传力，同时也有摩擦力作用。根据计算可知：靠键本身的抗剪切和抗挤压传力，承载能力较强；靠摩擦传力，承载能力较弱。因此，平键联接的承载能力比楔键大，而切向键则更大。从工作性能来说，楔键和切向键打人轮毂时，会使轮心与轴心偏移，这种现象称为定心性不良，而平键则无此现象，故定心性良好。定心不良，使轴上另件旋转质量偏心，在高速传动中引起较大离心力，成为机器振动的根源。另一方面的问题是：如果轴上安装的是齿轮或蜗轮，定心不良必导致啮合部分时紧时松，降低

3、传动精度，产生振动和噪音、甚至使有关零件早期失效。由于上述两个主要原因，键联接中，平键联接应用最广。楔键联接因为兼有轴向固定的作用，可省去采用平键联接时所必须的轴向固定装置，在转速较低，平稳性要求不高的场合仍有应用。切向键联接主要用于传递很大扭矩的轴上。2.平键联接的强度校核平键的断面尺寸bXh,按照轴的直径d,查取标准而定，而键的长度L则根据被联接件的轮毂长度确定。键的尺寸越大、抗剪切和抗挤压的能力越强，但轴上键槽对轴的削弱也越大。在一定直径的轴上，应该配上适当尺寸的键，才能使键和轴具有相同的承载能力。制定平键尺

4、寸标准时，己经一般地考虑到键和轴的等强度问题，但是，由于轴的用途、材料和结构上的差异，由标准查得的键.不对能总是与轴等强度，因此必须进行抗剪切和抗挤压强度的校核。如果强度不够，通常可以采用两个平键，使它们与轴线对称地布置，或者，采用比标准规定尺寸大一号的键。但应该注意，此时对轴的削弱较大，必须重新校核轴的强度。如果因此使轴的强度不够、则必须加大轴的直径.3.平键工作面上的应力分布平键工作面上的应力常简化为平均分布，如图10丄a所示，以便于进行强度校核计算。对于这样的简化，我们稍加推敲.立即可以发现，若取键为隔离体，

5、则键将处于不平衡状态——受到力矩作用。然而，事实上键是平衡的，在承载情况下，工作面上的应力并非均布,如图10.1,b所示，由图可见，两侧合力大小相等、方向相反且在一条直线上。尽管如此，按平均分布校核其强度，仍有意义，因为可适当降低应力分布不均所引起的尖峰应力作用。用降低许用应力的办法，使计算简化，工程中经常采用，学生对此应有了解。b)图10」1.螺旋副的受力分析为了研究螺旋传动的效率和螺纹联接的强度问题，教材屮推导出矩形螺纹的螺纹力矩公式、效率公式、以及三角形螺纹的相应公式。这里再谈一下推导中的要点，便于学生掌握。

6、（1）绘出螺纹副（见图10.2）,将螺母等效成质点也，在Q力作用下，加与螺杆牙紧贴在一起。（2）螺纹力矩T可简化为螺纹平均直径d2处的圆周力o（3）将螺纹展为斜而，问题即转化为：以力F推动斜面上的物体加，使其克服阻力等速上升，求F与Q的关系式。由平衡条件可得：F-Qtan（/l+/?）式中p=tan-1/,/为螺纹工作面上的摩擦系数。图10.2（4）由T和F的关系可得:T==etan(2+p)^(5)对于三角形螺纹，上述公式屮的。应改为当量摩擦角几，教材屮已经详述，这里不再重复。然而，另一个有关问题，这里需进一步讲

7、一下。几的值与螺纹的牙形角有关，牙形角越大，久也越大，相应的螺纹力矩增加。由此容易理解：矩形螺纹效率最高，锯齿形、梯形螺纹效率也高，故宜用于传动；三角形螺纹效率最低，而自锁性最好，宜用于联接。1.受横向工作载荷的螺栓联接教材中示出了受横向工作载荷螺栓联接的两种典型例子，学生应留意它们的主要区别。2.紧螺栓联接紧螺栓联接的计算公式为：加「/4学生应深入理解式中“1.3”的含义。这里补充两点：(1)拧紧螺母时，螺纹力矩T],引起了附加扭剪应力t,对于M10〜M68的螺栓而言，t-0.50*按笫四强度理论，求得当量应力q

8、,=1.3/；对于传动螺纹而言，一般摩擦力矩较小，当量应力q也小，与O•不再保持“1.3”的关系。(2)式屮许用应力『(7],规定按有关表格查取，当不控制预紧力时，将遇到安全系数S随螺纹直径增大而减小的情况，这是因为直径佼小的螺栓，在拧紧螺母时，稍一用力就可能过载，而对于直径较大的螺栓则不易过载。因此，对于小直径螺栓，采取加大安全系数的方法来弥补可能的过载。