联接
螺纹
螺纹联接的类型和标准联接件
螺纹联接的预紧和防松
螺纹联接的强度计算
螺栓组联接的设计
提高螺纹联接强度的措施
螺旋传动
键联接和花键联接
其它联接
联接的目的
便于机器的制造、安装、运输、维修
以及提高劳动生产率。
学习目标
熟悉机器联接中常用的各种联接件的
结构、类型、性能和应用场合，掌握设计
理论和选用方法。
联接的分类
动联接,
静联接,
机器工作时，零部件之间可以有相对
运动。例如：机械原理中，各种运动
副之间的联接。
在机器工作中，不允许零部件之间存
在相对运动的联接。
静联接
可拆联接,不需毁坏联接中的任何一个零件就可拆
开的联接。例如：螺纹联接、键联接。
不可拆联接, 至少毁坏联接中的一部分才能拆开
的联接。例如：铆接、焊接等。
过盈联接
§ 1 螺纹
一、螺纹的类型和应用
螺纹有外螺纹和内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。
按其作用分为,
联接螺纹：如普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹；
传动螺纹：梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹。
按使用单位制分为,
英制螺纹：如管螺纹（螺距以每英寸牙数表示）；
米制：其余均为米制。
除矩形螺纹外，其余螺纹均已标准化。标准螺纹的基
本尺寸，可查阅有关标准。
常用螺纹的类型、特点和应用
二、螺纹的主要参数
（ 1）大径 d（ 公称直径 ）
（ 2）小径 d1
（ 3）中径 d2
（ 4）线数 n
单线 螺纹
多线 螺纹
（ 5）牙型角 α
（ 6）接触高度 h
注, 常用的联接螺纹要求自锁性，故多采用单线螺纹；传动
螺纹要求传动效率高，故采用双线或三线螺纹。为了便于制
造，一般线数 n≤4 。
（ 7）螺距 P
（ 8）导程 S
单线螺纹 S=P；多线螺纹 S=nP。
（ 9）螺纹升角 Ψ
（ 10）螺纹旋向
左旋螺纹，右旋螺纹（ 常用 ）
旋向判定,顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，
右边高则为右旋。
2
ar c tan dnp?? ?
§ 2 螺纹联接的类型和标准联接件
2.1 螺纹联接的基本类型
螺栓联接：普通螺栓联接
铰制孔用螺栓联接
双头螺栓联接
螺钉联接
紧定螺钉联接
其它：地脚 螺栓联接、吊环螺栓联接,T型槽螺栓联接
螺纹紧固件大都为标准件，常用的有螺栓、双头螺柱、螺钉、
紧定螺钉、螺母和垫圈等。
1.普通螺栓联接
特点：工作时受拉，无需在被联件上加工螺纹孔，装拆方便，
用于两被联件均不太厚的场合。
2.铰制孔用螺栓联接
特点：工作时受剪，除起
联接作用外，还起定位
作用。
3.双头螺柱联接
特点：用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时
只需拧下螺母即可。
4.螺钉联接
螺钉拧入深度 H
钢或青铜 H≈d
铸铁 H=(1.25∽ 1.5)d 铝合金 H=(1.5 ∽ 2.5)d
特点：用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。
5.紧定螺钉联接
特点：螺钉末端顶住另
一零件的表面或相应
凹坑，以固定两个零
件的相互位置，并可
传递不大的力或力矩 。
地脚螺栓联接 吊环螺栓联接
T形槽螺栓联接
2.2 标准螺纹联接件
2.3 螺纹紧固件的性能等级和材料
螺纹联接件的常用材料
低碳钢 Q215,10号钢,一般联接
中碳钢 Q235,35,45号钢,一般联接
低合金钢、合金钢如 15Cr,40Cr30CrMnSi等：承受振
动、冲击、变载的 重要联接
垫片材料,普通垫片,Q215,15,35号钢；
弹簧垫片,65Mn。 （需热处理）
螺栓的性能等级
螺母的性能等级
注,先选用性能等级，再选用推荐材料，一般采用 4.6,4.8、
5.6,5.8等几个级别。
3.1 螺纹联接的预紧
（ 一 ） 预紧的目的
受载之前 — 拧紧螺母 — 预紧力 F’
1.提高联接的紧密性
2.防止联接松动
3.提高联接件强度
§ 3 螺纹联接的预紧和防松
防止联接松动
提高联接的紧密性
（二）控制预紧力的方法
原因,T↑ → F ↑→ 拉断、滑扣
T↓→ 不能满足工作要求
方法：
1.控制应力或应变
2.控制拧紧力矩
3.控制拧紧力臂
4.测量螺栓伸长量
控制应力或应变
应变片
控制拧紧力矩
测力矩扳手
定力矩扳手
控制拧紧力臂
采用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力，准确性较差，也
不适用与大型的螺栓联接。为此，可以采用测量螺栓伸长量
的方法来控制预紧力。
（三）拧紧力矩与预紧力的关系
以螺母分析,T=T1+T2
T1螺母支承面间的摩擦阻力矩
T2螺纹副间的摩擦力矩
a) 螺母所
受转矩
b) 螺栓所
受转矩
c) 螺栓转
矩图
T 1
T 2
T 1
T
T
T
T 4
3
4
T 3
T 1
)(221 vtgdFT ?? ???
2
0
2
1
3
0
3
1
2 3
1
dD
dDFT
c ?
??? ?
F′ —— 预紧力；
d2—— 螺纹中径；
ψ —— 螺纹升角；
ρ v—— 当量摩擦角；
μ c—— 螺母与被联接件承压面间的摩擦系数；
D1,d0—— 分别为承压面的外径和内径。
拧紧力矩与预紧力的关系
d2 ≈0.9d ; y=1 o42’ =3o2’
ρ v≈acrtg(1.155f);f≈0.1 -0.2
μ c≈0.15;D 1 ≈1.5d ;d 0 ≈1.1d
代入整理：
注,不控制预紧力时，不宜采取 M12以下的螺栓。
2
0
2
1
3
0
3
12
3
1)(
2 dD
dDFtgdFT
cv ?
?????? ???
dFT ?? 2.0
3.2 螺纹联接的防松
1、螺纹联接按自锁条件设计
ψ≤ρ v。 ∴ 静载 下不会自行松脱。
2、松动原因
冲击、振动、变载荷下；温度变化较大时 → 螺旋副摩擦
力 Ff减小或瞬时消失 → 松动
3、螺纹联接防松的实质：
在于限制螺旋副的相对转动。
4、螺纹联接防松的方法按工作原理可分为
①摩擦防松
②机械防松
③其它：破坏螺纹副关系（焊接、铆冲、粘接）
摩擦防松,弹簧垫圈防松
开口方向：斜向右下方
弹性增压
尖端抵住
摩擦防松,自锁螺母防松
摩擦防松,对顶螺母防松
机械防松
开口销
开槽螺母防松
螺栓
装配图
开槽螺母
开口销
开口销与槽形螺母
机械防松,止动垫片防松
机械防松,止动垫片防松
机械防松,串联钢丝防松
正确
错误
其它,破坏螺纹副关系防松
§ 4 螺纹联接的强度计算
实质,根据联接的类型、联接的配合情况、载荷状
况进行受力分析，找出螺栓组内受力最大的螺栓
及其所受的力，然后按单个螺栓，按相应条件进
行强度计算。
方法,受力分析 → 确定失效形式 → 建立计算准则 →
建立强度计算公式。
4.1 受拉螺栓联接
受力情况,轴向拉力
失效形式,断裂
静力断裂：静载荷，且严重过载。
疲劳断裂：变载荷，多数属此，且疲劳断裂常发生在螺纹
根部，即截面面积较小，并有缺口应力集中的部位，有时也
发生在螺栓头与光杆的交接处。
计算准则,抗拉强度准则，即 。? ?
?? ?? AF
（ 1）受拉松螺栓联接
松联接,联接在装配时不拧紧螺母，在承受工作载荷之前，螺
栓不受力。（比较少见，拉杆、起重吊钩等的螺纹联接属此
类。）
校核公式
设计公式
? ???? ?? 2
1
4
d
F
][
4
1 ??
Fd ?
（ 2）受拉紧螺栓联接
紧联接,联接在装配时拧紧螺母，在承受工作载荷之前，螺
栓有预紧力 F'的作用。
1．仅受预紧力 F'作用的紧联接
螺栓受力：拉力和扭转（由螺纹摩擦力矩 T1引起）。
螺栓危险截面的拉伸应力：
螺栓危险截面的扭转切应力：
2
14 d
F
??
??
? ?
3
1
2
16
2tan
d
dF
V
T ?
??
?
??
?
对于 M10-68普通螺纹的钢制螺栓，一般可取 τT≈0.5σ。
由于螺栓材料是塑性的，根据第四强度理论，螺栓预紧状态
下的计算应力
校核公式
设计公式
???? 3.13 22 ??? Tca
? ??? ??
2
14
3.1
d
F
? ???
Fd ??? 3.14
1
说明
（ 1）受 F'作用的紧联接，按拉伸强度进行计算，但是应把 F'
加大 30%，来考虑螺纹摩擦力矩（扭转）的影响。
（ 2）靠摩擦力抵抗工作载荷的紧联接，其螺栓仅承受 F'作
用，且 F'不受工作载荷的影响，由于摩擦力变化较大，
此联接不宜用于载荷突然变化的场合（振动、冲击或变
载荷）。
（ 3）靠摩擦力抵抗工作载荷的紧螺栓联接，螺栓直径较大。
因为 F'≥F R/μ S，若 μ S=0.2时，则 F'≥5F R，结果必然使螺栓
的结构尺寸增加。
通常采用减载零件的紧螺栓联接，其强度按减载零件的剪切、
挤压强度条件计算，而螺纹联接只是保证联接，不再承受工
作载荷，因此预紧力不必很大，但这种联接增加了结构和工
艺上的复杂性。
（ a）减载销 （ b）减载套筒 （ c）减载键
（ 2）受拉紧螺栓联接
2．受 F'及轴向工作拉力 F作用的紧联接
（ 1） 工作要求,螺栓强度，联接紧密性；
（ 2） 受力和变形分析,F0 === F'+F
（ a）开始拧紧（ b）拧紧后（ c）受工作载荷时（ d）工作载荷过大时
螺栓和被联接件的受力与变形图
（ a）拧紧时 （ b）两图合并 （ c）受工作载荷时
螺栓和被联接件的受力变形线图
工作情况
螺栓 被联接件
受力 变形 受力 变形
未拧紧 无 无 无 无
拧紧螺母 F'（拉） δ 1（伸长） F'（压） δ 2（压缩）
工作拉力 F作
用 F'→F 0
δ 1→ δ 1+Δ
δ 1 F" δ 2-Δδ 1
螺栓的总拉力 F0=F+F"
为保证联接的紧密性，应使残余预紧力 F">0。
对于有紧密性要求的联接,F"=(1.5～ 1.8)F；
一般联接，若无载荷变化,F"=(0.2～ 0.6)F,工作载荷不稳
定,F"=(0.6～ 1.0)F ；
对于地脚螺栓 F"≥F 。
根据变形协调条件有
FCC CFF
21
1
0 ????
（ 3）强度计算
1） 静强度：
或
2） 疲劳强度,对于受轴向变载荷的重要联接，除作静强度计
算外，还应作疲劳强度校核。
工作拉力,0～ F（变载荷），螺栓受力,F'～ F0
? ???? ??
2
1
0
4
3.1
d
F
ca
? ??? 01 3.14 Fd ??
FCC CFF
21
1
0 ????
方法
设计时，一般可先按静载荷强度计算，初定螺栓直径，然后再
校核其疲劳强度。
由于影响变载荷零件疲劳强度的主要因素是应力幅，故这里的
螺栓疲劳强度的校核公式为
式中［ σ a］ — 螺栓的许用应力幅,MPa。
? ?aa dFCC C ????? ?????? 2
121
1m i nm a x 2
2
4.2 受剪螺栓联接
铰制孔螺栓联接
受力情况,横向力
失效形式,螺栓杆被剪断，螺栓杆与孔壁的贴合面压溃。
计算准则,保证联接的挤压强度准则，即
螺栓的剪切强度准则，即
? ?PP ?? ?
? ??? ?
强度计算
挤压强度准则
剪切强度准则
式中 h为计算对象的受压
高度。
? ?PSP hdF ?? ??
0
? ???? ??
2
04 d
F s
4.3 许用应力
[σ ]=σ S/S,[τ ]=σ S/Sτ
对于钢 对于铸铁
式中 σ S,σ B为螺栓材料的屈服极限和强度极限，常用铸铁联
接件的 σ B, 200～ 250MPa。
说明
对于 d1的试算（因为 d1确定后，才能查表 13.7确定 S）
初估 d→ 查表 13.7→ 确定 S→[ σ ]=σ S/S→d 1→ 查标准确定 d（ d
应与初估 d相符）。（但通常只要最后确定的 d在初估 d的同
一范围内就行，如 M6～ M16或 M16～ M30等）
? ?
P
S
P S
?? ? ? ?
P
B
P S
?? ?
§ 5 螺栓组联接的设计
设计内容及方法
1．螺栓组联接的结构设计
确定结合面的几何形状及螺栓的布置方式和个数；
2．根据联接受载情况，进行受力分析；
3．根据螺栓受力进行螺栓强度计算。
5.1 螺栓组联接的结构设计
1．目的：合理解决联接结合面的几何形状，确定螺栓布置方
式及个数；
2．螺栓组联接的结构设计应考虑的问题
①被联接件形状应简单对称；
②根据载荷的类型合理布置螺栓位置；
铰制孔用螺栓受力方向不超过 8个；
受弯矩或扭矩时应适当离开对称轴。
③ 布置螺栓应留有合理的间距；
扳手空间尺寸
压力容器的螺栓间距
④同一圆周上的螺栓数量应为偶数，同组螺栓的直径、
长度、材料应相同；
⑤避免螺栓偏心承载。
结构上：凸台、沉头座、斜面垫圈、球面垫圈
5.2 螺栓组联接的受力分析
1,目的,找出受力最大的螺栓及力为强度计算提供依据；
2,假设,
①被联接件为刚体，不会在载荷作用下变形，结合面保持为
平面；
②一组螺栓的直径、长度、材料和预紧力相同（即拉伸刚度、
剪切刚度相同）；
③螺栓组的对称中心与结合面的形心重合。
几种典型受力形式
一、受轴向载荷 FQ的螺栓组联接
压力容器螺栓组联接，轴向载荷 FQ作用线与螺栓轴线平行，
并通过螺栓组的对称中心。设螺栓数目为 z，各螺栓平均
受载，则每个螺栓所受的轴向工作载荷 F为
F=FQ/z
受轴向载荷的螺栓组联接图
二, 受横向载荷 FR的螺栓组联接
1,对于普通螺栓联接,承受横向力时，靠联接预紧后，在结
合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷。
根据联接不产生相对滑动，可确定螺栓的预紧力 F'。
或
式中 F'即为每个螺栓所受的轴向工作拉力；
kf为防滑系数,kf=1.1～ 1.3； m为结合面数； z为螺栓数目。
Rfs FkzmF ??? mz
FkF
s
Rf
???
2,铰制孔螺栓联接,承受横向载荷时，靠螺栓的挤压、剪
切承受外载，每个螺栓所受的横向工作剪力为
FS=FR/z
式中 z为螺栓数目
三、受旋转力矩 T的螺栓组联接
（ 1） 普通螺栓联接
假定由 F'在结合面内产生的摩擦力为集中力，且该力与螺栓中
心和该组螺栓中心的连线相垂直。
根据各力对底板的静力平衡，可求得 F'，即
TkrFrFrF fzsss ??????? ??? ?21 ? ? ?
?
?????? z
i
is
f
zs
f
r
Tk
rrr
TkF
1
21 ?? ?
（ 2） 采用铰制孔螺栓联接
各螺栓所受横向工作剪力的方向与它的轴心和螺栓组对称中心 O
的连线（即力臂 ri）相垂直。假设底板为刚体，受载后接合
面仍保持为平面，忽略联接中的预紧力和摩擦力。根据底板
静力平衡条件得：
根据变形协调条件：
则受力最大的螺栓的工作剪力为：
i
sis
r
F
r
F ?
m a x
m a x
TrFrFrF zszss ???? ?2211
?
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i
i
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TrF
1
2
m a x
m a x
例,如图钢板厚度 δ =16mm
用 两个铰制孔用螺栓固定在
机架上,F=5000N，其它尺寸
如图。板和机架材料均为
Q235。
试：（ 1）分析铰制孔用螺栓的
失效形式 ；
（ 2）分析铰制孔用螺栓的受力
（ 3）按强度设计铰制孔用螺栓
的直径
（ 4）若用普通螺栓，计算螺栓
的直径（ μ S=0.2,kf=1.1）
N m mMNF 6105.15 0 0 0 ???
NF
N
a
MFNFF
S
TF
790675002500
75002500
2
22 ???
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0d
F S
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M P a
S
S
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24.10
96
7 9 0 644
96
5.2
2 4 0
0 ??
???
???
???
??
解,1.铰制孔用螺栓的失效形式为剪切
和挤压失效 ；
2.受力分析：将载荷 F向形心 O简化后，
每个螺栓的受力
3.按剪切强度计算螺栓的直径
粗选 d=10,d 0=11mm的 六角头
铰制孔用螺栓，螺母 d=10,H=8。
根据机架，板厚及螺母 H选用
l=100（ l3=82,l2=2）
选用两个 M10× 100 GB27--88六角
头铰制孔用螺栓。
? ?
M P a
d
F
M P a
S
S
p
s
p
9.59
1211
7906
192
25.1
240
m in0
?
?
??
???
?
?
??
按挤压强度校核
mm121870100m in ?????
NFkF
S
Sf 434 83
2.0
790 61.1 ?????
?
? ?
? ? M P a
S
mmFd
s 1 2 0
2
2 4 0
5.24
1 2 0
4 3 4 8 33.143.14
1
???
?
?
??????
?
?
???
4.改用普通螺栓
每个螺栓的预紧力
选用两个 M30（ d1=26.21）的六角螺栓。
小结,受复合载荷螺栓，其合力按向
量相加；铰制孔用螺栓比普通螺栓尺寸
小很多 。
四、受翻转力矩 M
的螺栓组联接
假设 M作用在通过 x-x轴
并垂直于联接接合面
的对称平面内。
力的分析, M未作用时，
每个螺栓均受 F'作用
（拉力），受 M作用时，
左侧螺栓拉力加大，
右侧减少。
单个螺栓 — 地基的受力变形
分析,为简便起见，地基
与底板间的分布力用各螺
栓中心的集中力表示。图
中，斜线 O1A表示螺栓的受
力 — 变形线；斜线 O2A表示
地基的受力 — 变形线。
力的计算,根据各力对底板的静力平衡
根据螺栓变形协调条件：
则
式中 Fmax代表最大的工作载荷，
根据预紧力 F'、最大工作载荷 Fmax可确定受力最大的螺栓的总
拉力 F0，则可进行强度计算。
?
?
? z
i
ii LFM
1
i
i
L
F
L
F ?
m a x
m a x
?
?
? z
i
iL
MLF
1
2
m a x
m a x
失效分析,紧螺栓受拉扭；底板左侧出现间隙；底板右
侧压溃。
强度计算
螺栓的强度：
右侧不压溃：
左侧不分离：
pp W
M
A
Fz ][
m a x ?? ??
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0m in ???? WMAFzp?
][
4
3.1
2
1
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d
F
ca
小 结
1）普通螺栓联接
轴向力 F可根据轴向载荷和倾覆力矩确定，预紧力 F'可根
据横向载荷和转矩确定，螺栓的总拉力
2）铰制孔螺栓联接
根据横向载荷和转矩确定螺栓的工作剪力。求得受力最
大的螺栓及所受的剪力后，再进行单个螺栓联接的强度计
算。
m a x
21
10 F
CC
CFF
????
x
z
y
Fz
Fx
Fy
oTz
Mx
My
螺栓组受力分析
3个方向,6种载荷：
横向力,Fx,Fy
轴向力,Fz
翻转力矩,Mx,My
转矩,Tz
受复合载荷的螺栓组联接
横向载荷 +轴向载荷
受复合载荷的螺栓组联接
横向载荷 +旋转力矩
受复合载荷的螺栓组联接
计算时应求出受力最大螺栓的受力
§ 6 提高螺纹联接强度的措施
螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度。影响螺栓强度
的因素（着重考虑受轴向变载荷的紧螺栓联接）
1．应力变化幅
2．螺纹牙的载荷分配
3．应力集中
4．附加应力
5．制造工艺
提高强度的措施
2,降低应力幅
由式 可知：
①当 F',F一定时，若使 C1↓ 或 C2↑,则 F0↓→ σ a↓→ 疲劳强
度提高，静强度高；但是,F"↓ 联接紧密性降低；
②若使 C1↓, C2 ↓,同时适当使 F'↑,可保证 F"达到预定数
值，这对改善联接的可靠性和紧密性是有利的。
FCC CFF
21
10 ????
(a)减小螺栓的刚度 （ b)增大被联接件刚度
减小螺栓应力幅的措施
减小螺栓的刚度：腰状杆螺栓和空心螺栓
增加被联接件的刚度：汽缸采用密封环密封
3、减轻应力集中
圆角和卸载结构
4、避免或减小附加弯曲应力
（ a）承压面倾斜（ b）被联接件变形太大
引起附加应力的原因
(a)采用球面垫圈（ b）采用斜垫圈（ c）采用凸台（ d）采用沉头座（ e）采用环腰
使栓杆减免弯曲应力的措施
5、采用合理的制造工艺
冷镦螺栓头部和滚压螺纹
氮化；氰化；喷丸等处理
§ 7 螺旋传动
（一）螺旋传动的类型和应用
螺杆转动，螺母移动：机床进给机构；
螺母固定，螺杆转动并移动：千斤顶。
防转机构
防转机构
（一）螺旋传动的类型和应用
按用途可分为
承载小，工作时间短，有些要求较高的调整精度
，有些要求较高的调整速度。
调整
螺旋
以传递运动为主，要求较高的运动速度和精度，传导
螺旋
以传递动力为主，受力大，速度低，间歇工作，
通常要求自锁。
传力
螺旋
特 点功能
镗刀差动螺旋微
调结构,
调整螺旋
正、反螺旋快速
调整结构
右螺旋左螺旋
（一）螺旋传动的类型和应用
按螺旋副的摩擦可分为
摩擦阻力小，传动效率高,结构复杂，需
要专门的液压系统供油。
静压螺旋
摩擦阻力小，传动效率高,结构复杂，滚动螺旋
结构简单，便于制造，易于自锁,摩擦阻
力大，效率低，磨损快，
滑动螺旋
特 点摩擦性质
（二）滑动螺旋的结构和材料
螺杆和螺母除具有足够的强度外，还要有较高的耐
磨性和良好的工艺性。
螺杆, Q235,45,40Cr
螺母, ZCu10P1,ZCuAl9Fe4Ni4Mn2
（三）滑动螺旋传动的设计计算
§ 8 键联接和花键联接
定义,用键作为联接件，把轴和轴上零件的轮毂联接起来。
作用,传递转矩，实现轴上零件的周向固定，有时可实现轴上
零件的轴向固定或轴向滑动的导向。
类型,键联接、花键联接、过盈配合联接、无键联接等。
8.1 键联接
(1) 平键联接,分为 普通平键联接, 导向平键
普通平键联接
特点,1）工作原理：以键两侧作工作面，依靠工作面上的挤
压传递转矩；
2）键的顶部与槽的底部有间隙，因此对中性较好；
3）结构简单，装拆方便；
4）轴上零件不能沿轴线滑移，因此为静联接。
工作面
类型,圆头键（ A型）：轴上键槽端部的应力集中大，键固
定较好，能传递较大力；
平头键（ B型）：应力集中小，键在键槽中固定较差，常用
在轴的中部或端部，对于尺寸大的键，宜用紧定螺钉固定
在轴上；
单圆头键（ C型）：常用在端部。
平键联接 — 导向平键
特点,具有普通平键特点外，
1）轴上零件可作轴向移动，键起导向作用，动联接；
2）键较普通平键长，键必须用螺钉固定在键槽中；
3）有 A,B两种型式。
(2) 半圆键联接
特点, 1）工作面为键的侧面，
依靠键与键槽侧面的挤压
传递转矩；
2）自动调整；
3）键槽对轴的削弱较大。
用途, 1）主要用于锥形轴端联接；
2）轻载联接。
(3) 楔键联接
特点,1）键顶部和底部作工作面，依靠楔紧产生的摩擦力传
递转矩；
2）安装后，孔的中心与轴的中心有偏心，对中性不好。
用途,用在轻载、对中性要求不高的联接。
类型,普通楔键（圆头、平头和单圆头）、钩头楔键。
（ 4）平键的尺寸选择和强度计算
键为 标准件,其设计为选择性设计，包括类型选择和尺寸选择。
1．键联接的类型选择
根据联接的工作和使用要求，结合各类键联接的特点选择键的
类型（传递转矩要求、对中性要求、轴上零件是否要求滑移、
轴上零件位置要求，是否要求承受轴向力），一般优先选用
普通平键的 A型键，再考虑 C型键 。
2．键尺寸的选择
包括截面尺寸（键的宽度 b、高度 h）和长度 L。
根据轴的直径，从标准中选择确定 b和 h；根据轴上零件的
轮毂宽度 B来初定键的长度，再标准化。
但导向平键则按轮毂的长度及其移动距离确定键长。
键的 标记 示例：键（ B或 C） 20× 90 GB1096-79
? ?mmBL 10~5??
3．平键联接的强度校核
1）受力情况
挤压力,N·d/2=T
2）失效形式及计算准则
普通平键联接（静联接）：
工作面压溃，按挤压强度
准则计算，即 σ P≤[ σ ]p；
导向平键（动联接）：键工
作面的过度磨损，按耐磨
性准则计算，即 p≤[p]
3）建立计算公式（假定载荷
在键的工作面上均匀分布）
对 静联接
对 动联接
式中 T为传递的转矩； k为键与轮毂键槽的接触高度,k=0.5h，
h为键的高度； l为键的工作长度，圆头平键（ A型）,l=L-
b，平头平键（ B型） l=L，半圆头平键（ C型） l=L-b/2；
[σ ]p,[p]为许用挤压应力和许用比压，应按键、轴、轮
毂三者中性能最弱的材料选择。
? ? pP k ld TlkN ?? ???? 2000
? ?pk ld TlkNp ???? 2 0 0 0
说明,若进行强度校核后，发现强度不够，可采取如下措施：
①增加键的个数，但是考虑到载荷分布的不均匀性，两键联接
的强度只按 1.5个键计算，即
②两个平键最好布置在沿周向相隔 180度，两个半圆键应布置在
轴的同一条母线上。
? ?PP k ldT ?? ?? 5.12 0 0 0
8.2 花键联接
花键联接是平键联接在数目上的发
展，由外花键和内花键组成的
联接，适用于动、静联接。
一 特点、应用及分类
特点,①齿多，且每个齿受力
均匀，承载能力强；
②键槽浅，齿根处应力集中小，
对轴、毂的强度削弱小；
③导向性好，可适应轴上零件
的滑移；
④对中性好；
⑤加工复杂，成本较高。
应用,传递载荷大，对中性要
求较高的动、静联接。
分类,按齿形分
1.矩形花键联接
轻系列：用于静联接或轻载联接
中系列：用于中等载荷的联接。
定心方式：小径定心（外花键和内花键的小径为配合
面，大径处有间隙），定心精度高，稳定性好。
2,渐开线花键联接
特点,齿廓为渐开线，加工方便，齿的根部强度高，应力
集中小，承载能力高，对中性好，适用重载或轴径较大的联
接。
定心方式,齿形定心，内、外花键的齿顶和齿根处有间隙。
渐开线花键分度圆压力角有 30o（应用较广）和 45o（齿钝而短，
适用于载荷较小和直径较小的静联接。
二,花键联接的强度计算
其设计为选择性设计，包括类型选择和尺寸选择，然后进行强
度校核。
1．类型选择
2．尺寸选择
根据轴径 D，按标准确定 zxDxdxb（齿宽），同时确定定心
方式。
3．强度校核计算
受力,与平键受力相同
失效形式,压溃（静联接），磨损（动联接）
计算准则,挤压强度准则 σ P≤[ σ ]p； 耐磨性准则
p≤[p] 。
强度计算公式
假定：①工作面上受力均匀，且各个齿受力均匀；
②挤压力 N作用在平均直径处 dm。
静联接：
动联接：
? ? p
m
P z h ld
T ?
?? ??
2000
? ?pzh ldTp
m
?? ?2 0 0 0
9.1 无键联接
凡是不用键或花键的轴毂联接，统称为 无键联接 。
（ 1）型面联接
型面联接装拆方便，能保证良好的对中性；联接面上没有键
槽及尖角，减少了应力集中，故可传递较大的转矩。
§ 9 其它联接
（ 2）弹性环联接
弹性环联接（亦称胀紧联接）是利用轴、毂孔和锥形弹性环
之间接触面上产生的摩擦力来传递转矩和轴向力的。
(3)圆锥面过盈联接 —— 轴端
液压装卸法：装、卸时注入高压油（过盈量大、重载）
螺纹联接,毂微量移动（过盈小、轻载）
9.2 销 联 接
开尾圆锥销在联接时的防松效
果好, 适用于有冲击, 振动的场
合的 联接 。
圆锥销具有 1:50的锥度, 安装
方便, 定位精度高 。
圆柱销靠过盈配合固定在销
孔中, 经多次装拆会降低定位
精度和可靠性 。
定位销,确定相对位置
安全销,安全装置中的过载剪断元件
联接销,用于联接，可传递不大的载荷
特殊圆锥销 (内螺纹圆锥销）,端部带螺纹的圆锥销
可用于盲孔或拆卸困难的场合
螺纹
螺纹联接的类型和标准联接件
螺纹联接的预紧和防松
螺纹联接的强度计算
螺栓组联接的设计
提高螺纹联接强度的措施
螺旋传动
键联接和花键联接
其它联接
联接的目的
便于机器的制造、安装、运输、维修
以及提高劳动生产率。
学习目标
熟悉机器联接中常用的各种联接件的
结构、类型、性能和应用场合，掌握设计
理论和选用方法。
联接的分类
动联接,
静联接,
机器工作时，零部件之间可以有相对
运动。例如：机械原理中，各种运动
副之间的联接。
在机器工作中，不允许零部件之间存
在相对运动的联接。
静联接
可拆联接,不需毁坏联接中的任何一个零件就可拆
开的联接。例如：螺纹联接、键联接。
不可拆联接, 至少毁坏联接中的一部分才能拆开
的联接。例如：铆接、焊接等。
过盈联接
§ 1 螺纹
一、螺纹的类型和应用
螺纹有外螺纹和内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。
按其作用分为,
联接螺纹：如普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹；
传动螺纹：梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹。
按使用单位制分为,
英制螺纹：如管螺纹（螺距以每英寸牙数表示）；
米制：其余均为米制。
除矩形螺纹外，其余螺纹均已标准化。标准螺纹的基
本尺寸，可查阅有关标准。
常用螺纹的类型、特点和应用
二、螺纹的主要参数
（ 1）大径 d（ 公称直径 ）
（ 2）小径 d1
（ 3）中径 d2
（ 4）线数 n
单线 螺纹
多线 螺纹
（ 5）牙型角 α
（ 6）接触高度 h
注, 常用的联接螺纹要求自锁性，故多采用单线螺纹；传动
螺纹要求传动效率高，故采用双线或三线螺纹。为了便于制
造，一般线数 n≤4 。
（ 7）螺距 P
（ 8）导程 S
单线螺纹 S=P；多线螺纹 S=nP。
（ 9）螺纹升角 Ψ
（ 10）螺纹旋向
左旋螺纹，右旋螺纹（ 常用 ）
旋向判定,顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，
右边高则为右旋。
2
ar c tan dnp?? ?
§ 2 螺纹联接的类型和标准联接件
2.1 螺纹联接的基本类型
螺栓联接：普通螺栓联接
铰制孔用螺栓联接
双头螺栓联接
螺钉联接
紧定螺钉联接
其它：地脚 螺栓联接、吊环螺栓联接,T型槽螺栓联接
螺纹紧固件大都为标准件，常用的有螺栓、双头螺柱、螺钉、
紧定螺钉、螺母和垫圈等。
1.普通螺栓联接
特点：工作时受拉，无需在被联件上加工螺纹孔，装拆方便，
用于两被联件均不太厚的场合。
2.铰制孔用螺栓联接
特点：工作时受剪，除起
联接作用外，还起定位
作用。
3.双头螺柱联接
特点：用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时
只需拧下螺母即可。
4.螺钉联接
螺钉拧入深度 H
钢或青铜 H≈d
铸铁 H=(1.25∽ 1.5)d 铝合金 H=(1.5 ∽ 2.5)d
特点：用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。
5.紧定螺钉联接
特点：螺钉末端顶住另
一零件的表面或相应
凹坑，以固定两个零
件的相互位置，并可
传递不大的力或力矩 。
地脚螺栓联接 吊环螺栓联接
T形槽螺栓联接
2.2 标准螺纹联接件
2.3 螺纹紧固件的性能等级和材料
螺纹联接件的常用材料
低碳钢 Q215,10号钢,一般联接
中碳钢 Q235,35,45号钢,一般联接
低合金钢、合金钢如 15Cr,40Cr30CrMnSi等：承受振
动、冲击、变载的 重要联接
垫片材料,普通垫片,Q215,15,35号钢；
弹簧垫片,65Mn。 （需热处理）
螺栓的性能等级
螺母的性能等级
注,先选用性能等级，再选用推荐材料，一般采用 4.6,4.8、
5.6,5.8等几个级别。
3.1 螺纹联接的预紧
（ 一 ） 预紧的目的
受载之前 — 拧紧螺母 — 预紧力 F’
1.提高联接的紧密性
2.防止联接松动
3.提高联接件强度
§ 3 螺纹联接的预紧和防松
防止联接松动
提高联接的紧密性
（二）控制预紧力的方法
原因,T↑ → F ↑→ 拉断、滑扣
T↓→ 不能满足工作要求
方法：
1.控制应力或应变
2.控制拧紧力矩
3.控制拧紧力臂
4.测量螺栓伸长量
控制应力或应变
应变片
控制拧紧力矩
测力矩扳手
定力矩扳手
控制拧紧力臂
采用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力，准确性较差，也
不适用与大型的螺栓联接。为此，可以采用测量螺栓伸长量
的方法来控制预紧力。
（三）拧紧力矩与预紧力的关系
以螺母分析,T=T1+T2
T1螺母支承面间的摩擦阻力矩
T2螺纹副间的摩擦力矩
a) 螺母所
受转矩
b) 螺栓所
受转矩
c) 螺栓转
矩图
T 1
T 2
T 1
T
T
T
T 4
3
4
T 3
T 1
)(221 vtgdFT ?? ???
2
0
2
1
3
0
3
1
2 3
1
dD
dDFT
c ?
??? ?
F′ —— 预紧力；
d2—— 螺纹中径；
ψ —— 螺纹升角；
ρ v—— 当量摩擦角；
μ c—— 螺母与被联接件承压面间的摩擦系数；
D1,d0—— 分别为承压面的外径和内径。
拧紧力矩与预紧力的关系
d2 ≈0.9d ; y=1 o42’ =3o2’
ρ v≈acrtg(1.155f);f≈0.1 -0.2
μ c≈0.15;D 1 ≈1.5d ;d 0 ≈1.1d
代入整理：
注,不控制预紧力时，不宜采取 M12以下的螺栓。
2
0
2
1
3
0
3
12
3
1)(
2 dD
dDFtgdFT
cv ?
?????? ???
dFT ?? 2.0
3.2 螺纹联接的防松
1、螺纹联接按自锁条件设计
ψ≤ρ v。 ∴ 静载 下不会自行松脱。
2、松动原因
冲击、振动、变载荷下；温度变化较大时 → 螺旋副摩擦
力 Ff减小或瞬时消失 → 松动
3、螺纹联接防松的实质：
在于限制螺旋副的相对转动。
4、螺纹联接防松的方法按工作原理可分为
①摩擦防松
②机械防松
③其它：破坏螺纹副关系（焊接、铆冲、粘接）
摩擦防松,弹簧垫圈防松
开口方向：斜向右下方
弹性增压
尖端抵住
摩擦防松,自锁螺母防松
摩擦防松,对顶螺母防松
机械防松
开口销
开槽螺母防松
螺栓
装配图
开槽螺母
开口销
开口销与槽形螺母
机械防松,止动垫片防松
机械防松,止动垫片防松
机械防松,串联钢丝防松
正确
错误
其它,破坏螺纹副关系防松
§ 4 螺纹联接的强度计算
实质,根据联接的类型、联接的配合情况、载荷状
况进行受力分析，找出螺栓组内受力最大的螺栓
及其所受的力，然后按单个螺栓，按相应条件进
行强度计算。
方法,受力分析 → 确定失效形式 → 建立计算准则 →
建立强度计算公式。
4.1 受拉螺栓联接
受力情况,轴向拉力
失效形式,断裂
静力断裂：静载荷，且严重过载。
疲劳断裂：变载荷，多数属此，且疲劳断裂常发生在螺纹
根部，即截面面积较小，并有缺口应力集中的部位，有时也
发生在螺栓头与光杆的交接处。
计算准则,抗拉强度准则，即 。? ?
?? ?? AF
（ 1）受拉松螺栓联接
松联接,联接在装配时不拧紧螺母，在承受工作载荷之前，螺
栓不受力。（比较少见，拉杆、起重吊钩等的螺纹联接属此
类。）
校核公式
设计公式
? ???? ?? 2
1
4
d
F
][
4
1 ??
Fd ?
（ 2）受拉紧螺栓联接
紧联接,联接在装配时拧紧螺母，在承受工作载荷之前，螺
栓有预紧力 F'的作用。
1．仅受预紧力 F'作用的紧联接
螺栓受力：拉力和扭转（由螺纹摩擦力矩 T1引起）。
螺栓危险截面的拉伸应力：
螺栓危险截面的扭转切应力：
2
14 d
F
??
??
? ?
3
1
2
16
2tan
d
dF
V
T ?
??
?
??
?
对于 M10-68普通螺纹的钢制螺栓，一般可取 τT≈0.5σ。
由于螺栓材料是塑性的，根据第四强度理论，螺栓预紧状态
下的计算应力
校核公式
设计公式
???? 3.13 22 ??? Tca
? ??? ??
2
14
3.1
d
F
? ???
Fd ??? 3.14
1
说明
（ 1）受 F'作用的紧联接，按拉伸强度进行计算，但是应把 F'
加大 30%，来考虑螺纹摩擦力矩（扭转）的影响。
（ 2）靠摩擦力抵抗工作载荷的紧联接，其螺栓仅承受 F'作
用，且 F'不受工作载荷的影响，由于摩擦力变化较大，
此联接不宜用于载荷突然变化的场合（振动、冲击或变
载荷）。
（ 3）靠摩擦力抵抗工作载荷的紧螺栓联接，螺栓直径较大。
因为 F'≥F R/μ S，若 μ S=0.2时，则 F'≥5F R，结果必然使螺栓
的结构尺寸增加。
通常采用减载零件的紧螺栓联接，其强度按减载零件的剪切、
挤压强度条件计算，而螺纹联接只是保证联接，不再承受工
作载荷，因此预紧力不必很大，但这种联接增加了结构和工
艺上的复杂性。
（ a）减载销 （ b）减载套筒 （ c）减载键
（ 2）受拉紧螺栓联接
2．受 F'及轴向工作拉力 F作用的紧联接
（ 1） 工作要求,螺栓强度，联接紧密性；
（ 2） 受力和变形分析,F0 === F'+F
（ a）开始拧紧（ b）拧紧后（ c）受工作载荷时（ d）工作载荷过大时
螺栓和被联接件的受力与变形图
（ a）拧紧时 （ b）两图合并 （ c）受工作载荷时
螺栓和被联接件的受力变形线图
工作情况
螺栓 被联接件
受力 变形 受力 变形
未拧紧 无 无 无 无
拧紧螺母 F'（拉） δ 1（伸长） F'（压） δ 2（压缩）
工作拉力 F作
用 F'→F 0
δ 1→ δ 1+Δ
δ 1 F" δ 2-Δδ 1
螺栓的总拉力 F0=F+F"
为保证联接的紧密性，应使残余预紧力 F">0。
对于有紧密性要求的联接,F"=(1.5～ 1.8)F；
一般联接，若无载荷变化,F"=(0.2～ 0.6)F,工作载荷不稳
定,F"=(0.6～ 1.0)F ；
对于地脚螺栓 F"≥F 。
根据变形协调条件有
FCC CFF
21
1
0 ????
（ 3）强度计算
1） 静强度：
或
2） 疲劳强度,对于受轴向变载荷的重要联接，除作静强度计
算外，还应作疲劳强度校核。
工作拉力,0～ F（变载荷），螺栓受力,F'～ F0
? ???? ??
2
1
0
4
3.1
d
F
ca
? ??? 01 3.14 Fd ??
FCC CFF
21
1
0 ????
方法
设计时，一般可先按静载荷强度计算，初定螺栓直径，然后再
校核其疲劳强度。
由于影响变载荷零件疲劳强度的主要因素是应力幅，故这里的
螺栓疲劳强度的校核公式为
式中［ σ a］ — 螺栓的许用应力幅,MPa。
? ?aa dFCC C ????? ?????? 2
121
1m i nm a x 2
2
4.2 受剪螺栓联接
铰制孔螺栓联接
受力情况,横向力
失效形式,螺栓杆被剪断，螺栓杆与孔壁的贴合面压溃。
计算准则,保证联接的挤压强度准则，即
螺栓的剪切强度准则，即
? ?PP ?? ?
? ??? ?
强度计算
挤压强度准则
剪切强度准则
式中 h为计算对象的受压
高度。
? ?PSP hdF ?? ??
0
? ???? ??
2
04 d
F s
4.3 许用应力
[σ ]=σ S/S,[τ ]=σ S/Sτ
对于钢 对于铸铁
式中 σ S,σ B为螺栓材料的屈服极限和强度极限，常用铸铁联
接件的 σ B, 200～ 250MPa。
说明
对于 d1的试算（因为 d1确定后，才能查表 13.7确定 S）
初估 d→ 查表 13.7→ 确定 S→[ σ ]=σ S/S→d 1→ 查标准确定 d（ d
应与初估 d相符）。（但通常只要最后确定的 d在初估 d的同
一范围内就行，如 M6～ M16或 M16～ M30等）
? ?
P
S
P S
?? ? ? ?
P
B
P S
?? ?
§ 5 螺栓组联接的设计
设计内容及方法
1．螺栓组联接的结构设计
确定结合面的几何形状及螺栓的布置方式和个数；
2．根据联接受载情况，进行受力分析；
3．根据螺栓受力进行螺栓强度计算。
5.1 螺栓组联接的结构设计
1．目的：合理解决联接结合面的几何形状，确定螺栓布置方
式及个数；
2．螺栓组联接的结构设计应考虑的问题
①被联接件形状应简单对称；
②根据载荷的类型合理布置螺栓位置；
铰制孔用螺栓受力方向不超过 8个；
受弯矩或扭矩时应适当离开对称轴。
③ 布置螺栓应留有合理的间距；
扳手空间尺寸
压力容器的螺栓间距
④同一圆周上的螺栓数量应为偶数，同组螺栓的直径、
长度、材料应相同；
⑤避免螺栓偏心承载。
结构上：凸台、沉头座、斜面垫圈、球面垫圈
5.2 螺栓组联接的受力分析
1,目的,找出受力最大的螺栓及力为强度计算提供依据；
2,假设,
①被联接件为刚体，不会在载荷作用下变形，结合面保持为
平面；
②一组螺栓的直径、长度、材料和预紧力相同（即拉伸刚度、
剪切刚度相同）；
③螺栓组的对称中心与结合面的形心重合。
几种典型受力形式
一、受轴向载荷 FQ的螺栓组联接
压力容器螺栓组联接，轴向载荷 FQ作用线与螺栓轴线平行，
并通过螺栓组的对称中心。设螺栓数目为 z，各螺栓平均
受载，则每个螺栓所受的轴向工作载荷 F为
F=FQ/z
受轴向载荷的螺栓组联接图
二, 受横向载荷 FR的螺栓组联接
1,对于普通螺栓联接,承受横向力时，靠联接预紧后，在结
合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷。
根据联接不产生相对滑动，可确定螺栓的预紧力 F'。
或
式中 F'即为每个螺栓所受的轴向工作拉力；
kf为防滑系数,kf=1.1～ 1.3； m为结合面数； z为螺栓数目。
Rfs FkzmF ??? mz
FkF
s
Rf
???
2,铰制孔螺栓联接,承受横向载荷时，靠螺栓的挤压、剪
切承受外载，每个螺栓所受的横向工作剪力为
FS=FR/z
式中 z为螺栓数目
三、受旋转力矩 T的螺栓组联接
（ 1） 普通螺栓联接
假定由 F'在结合面内产生的摩擦力为集中力，且该力与螺栓中
心和该组螺栓中心的连线相垂直。
根据各力对底板的静力平衡，可求得 F'，即
TkrFrFrF fzsss ??????? ??? ?21 ? ? ?
?
?????? z
i
is
f
zs
f
r
Tk
rrr
TkF
1
21 ?? ?
（ 2） 采用铰制孔螺栓联接
各螺栓所受横向工作剪力的方向与它的轴心和螺栓组对称中心 O
的连线（即力臂 ri）相垂直。假设底板为刚体，受载后接合
面仍保持为平面，忽略联接中的预紧力和摩擦力。根据底板
静力平衡条件得：
根据变形协调条件：
则受力最大的螺栓的工作剪力为：
i
sis
r
F
r
F ?
m a x
m a x
TrFrFrF zszss ???? ?2211
?
?
? z
i
i
s
r
TrF
1
2
m a x
m a x
例,如图钢板厚度 δ =16mm
用 两个铰制孔用螺栓固定在
机架上,F=5000N，其它尺寸
如图。板和机架材料均为
Q235。
试：（ 1）分析铰制孔用螺栓的
失效形式 ；
（ 2）分析铰制孔用螺栓的受力
（ 3）按强度设计铰制孔用螺栓
的直径
（ 4）若用普通螺栓，计算螺栓
的直径（ μ S=0.2,kf=1.1）
N m mMNF 6105.15 0 0 0 ???
NF
N
a
MFNFF
S
TF
790675002500
75002500
2
22 ???
????
? ???? ??? 4/2
0d
F S
? ?
? ? mm
Fd
M P a
S
S
s
24.10
96
7 9 0 644
96
5.2
2 4 0
0 ??
???
???
???
??
解,1.铰制孔用螺栓的失效形式为剪切
和挤压失效 ；
2.受力分析：将载荷 F向形心 O简化后，
每个螺栓的受力
3.按剪切强度计算螺栓的直径
粗选 d=10,d 0=11mm的 六角头
铰制孔用螺栓，螺母 d=10,H=8。
根据机架，板厚及螺母 H选用
l=100（ l3=82,l2=2）
选用两个 M10× 100 GB27--88六角
头铰制孔用螺栓。
? ?
M P a
d
F
M P a
S
S
p
s
p
9.59
1211
7906
192
25.1
240
m in0
?
?
??
???
?
?
??
按挤压强度校核
mm121870100m in ?????
NFkF
S
Sf 434 83
2.0
790 61.1 ?????
?
? ?
? ? M P a
S
mmFd
s 1 2 0
2
2 4 0
5.24
1 2 0
4 3 4 8 33.143.14
1
???
?
?
??????
?
?
???
4.改用普通螺栓
每个螺栓的预紧力
选用两个 M30（ d1=26.21）的六角螺栓。
小结,受复合载荷螺栓，其合力按向
量相加；铰制孔用螺栓比普通螺栓尺寸
小很多 。
四、受翻转力矩 M
的螺栓组联接
假设 M作用在通过 x-x轴
并垂直于联接接合面
的对称平面内。
力的分析, M未作用时，
每个螺栓均受 F'作用
（拉力），受 M作用时，
左侧螺栓拉力加大，
右侧减少。
单个螺栓 — 地基的受力变形
分析,为简便起见，地基
与底板间的分布力用各螺
栓中心的集中力表示。图
中，斜线 O1A表示螺栓的受
力 — 变形线；斜线 O2A表示
地基的受力 — 变形线。
力的计算,根据各力对底板的静力平衡
根据螺栓变形协调条件：
则
式中 Fmax代表最大的工作载荷，
根据预紧力 F'、最大工作载荷 Fmax可确定受力最大的螺栓的总
拉力 F0，则可进行强度计算。
?
?
? z
i
ii LFM
1
i
i
L
F
L
F ?
m a x
m a x
?
?
? z
i
iL
MLF
1
2
m a x
m a x
失效分析,紧螺栓受拉扭；底板左侧出现间隙；底板右
侧压溃。
强度计算
螺栓的强度：
右侧不压溃：
左侧不分离：
pp W
M
A
Fz ][
m a x ?? ??
??
0m in ???? WMAFzp?
][
4
3.1
2
1
0 ?
?
? ??
d
F
ca
小 结
1）普通螺栓联接
轴向力 F可根据轴向载荷和倾覆力矩确定，预紧力 F'可根
据横向载荷和转矩确定，螺栓的总拉力
2）铰制孔螺栓联接
根据横向载荷和转矩确定螺栓的工作剪力。求得受力最
大的螺栓及所受的剪力后，再进行单个螺栓联接的强度计
算。
m a x
21
10 F
CC
CFF
????
x
z
y
Fz
Fx
Fy
oTz
Mx
My
螺栓组受力分析
3个方向,6种载荷：
横向力,Fx,Fy
轴向力,Fz
翻转力矩,Mx,My
转矩,Tz
受复合载荷的螺栓组联接
横向载荷 +轴向载荷
受复合载荷的螺栓组联接
横向载荷 +旋转力矩
受复合载荷的螺栓组联接
计算时应求出受力最大螺栓的受力
§ 6 提高螺纹联接强度的措施
螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度。影响螺栓强度
的因素（着重考虑受轴向变载荷的紧螺栓联接）
1．应力变化幅
2．螺纹牙的载荷分配
3．应力集中
4．附加应力
5．制造工艺
提高强度的措施
2,降低应力幅
由式 可知：
①当 F',F一定时，若使 C1↓ 或 C2↑,则 F0↓→ σ a↓→ 疲劳强
度提高，静强度高；但是,F"↓ 联接紧密性降低；
②若使 C1↓, C2 ↓,同时适当使 F'↑,可保证 F"达到预定数
值，这对改善联接的可靠性和紧密性是有利的。
FCC CFF
21
10 ????
(a)减小螺栓的刚度 （ b)增大被联接件刚度
减小螺栓应力幅的措施
减小螺栓的刚度：腰状杆螺栓和空心螺栓
增加被联接件的刚度：汽缸采用密封环密封
3、减轻应力集中
圆角和卸载结构
4、避免或减小附加弯曲应力
（ a）承压面倾斜（ b）被联接件变形太大
引起附加应力的原因
(a)采用球面垫圈（ b）采用斜垫圈（ c）采用凸台（ d）采用沉头座（ e）采用环腰
使栓杆减免弯曲应力的措施
5、采用合理的制造工艺
冷镦螺栓头部和滚压螺纹
氮化；氰化；喷丸等处理
§ 7 螺旋传动
（一）螺旋传动的类型和应用
螺杆转动，螺母移动：机床进给机构；
螺母固定，螺杆转动并移动：千斤顶。
防转机构
防转机构
（一）螺旋传动的类型和应用
按用途可分为
承载小，工作时间短，有些要求较高的调整精度
，有些要求较高的调整速度。
调整
螺旋
以传递运动为主，要求较高的运动速度和精度，传导
螺旋
以传递动力为主，受力大，速度低，间歇工作，
通常要求自锁。
传力
螺旋
特 点功能
镗刀差动螺旋微
调结构,
调整螺旋
正、反螺旋快速
调整结构
右螺旋左螺旋
（一）螺旋传动的类型和应用
按螺旋副的摩擦可分为
摩擦阻力小，传动效率高,结构复杂，需
要专门的液压系统供油。
静压螺旋
摩擦阻力小，传动效率高,结构复杂，滚动螺旋
结构简单，便于制造，易于自锁,摩擦阻
力大，效率低，磨损快，
滑动螺旋
特 点摩擦性质
（二）滑动螺旋的结构和材料
螺杆和螺母除具有足够的强度外，还要有较高的耐
磨性和良好的工艺性。
螺杆, Q235,45,40Cr
螺母, ZCu10P1,ZCuAl9Fe4Ni4Mn2
（三）滑动螺旋传动的设计计算
§ 8 键联接和花键联接
定义,用键作为联接件，把轴和轴上零件的轮毂联接起来。
作用,传递转矩，实现轴上零件的周向固定，有时可实现轴上
零件的轴向固定或轴向滑动的导向。
类型,键联接、花键联接、过盈配合联接、无键联接等。
8.1 键联接
(1) 平键联接,分为 普通平键联接, 导向平键
普通平键联接
特点,1）工作原理：以键两侧作工作面，依靠工作面上的挤
压传递转矩；
2）键的顶部与槽的底部有间隙，因此对中性较好；
3）结构简单，装拆方便；
4）轴上零件不能沿轴线滑移，因此为静联接。
工作面
类型,圆头键（ A型）：轴上键槽端部的应力集中大，键固
定较好，能传递较大力；
平头键（ B型）：应力集中小，键在键槽中固定较差，常用
在轴的中部或端部，对于尺寸大的键，宜用紧定螺钉固定
在轴上；
单圆头键（ C型）：常用在端部。
平键联接 — 导向平键
特点,具有普通平键特点外，
1）轴上零件可作轴向移动，键起导向作用，动联接；
2）键较普通平键长，键必须用螺钉固定在键槽中；
3）有 A,B两种型式。
(2) 半圆键联接
特点, 1）工作面为键的侧面，
依靠键与键槽侧面的挤压
传递转矩；
2）自动调整；
3）键槽对轴的削弱较大。
用途, 1）主要用于锥形轴端联接；
2）轻载联接。
(3) 楔键联接
特点,1）键顶部和底部作工作面，依靠楔紧产生的摩擦力传
递转矩；
2）安装后，孔的中心与轴的中心有偏心，对中性不好。
用途,用在轻载、对中性要求不高的联接。
类型,普通楔键（圆头、平头和单圆头）、钩头楔键。
（ 4）平键的尺寸选择和强度计算
键为 标准件,其设计为选择性设计，包括类型选择和尺寸选择。
1．键联接的类型选择
根据联接的工作和使用要求，结合各类键联接的特点选择键的
类型（传递转矩要求、对中性要求、轴上零件是否要求滑移、
轴上零件位置要求，是否要求承受轴向力），一般优先选用
普通平键的 A型键，再考虑 C型键 。
2．键尺寸的选择
包括截面尺寸（键的宽度 b、高度 h）和长度 L。
根据轴的直径，从标准中选择确定 b和 h；根据轴上零件的
轮毂宽度 B来初定键的长度，再标准化。
但导向平键则按轮毂的长度及其移动距离确定键长。
键的 标记 示例：键（ B或 C） 20× 90 GB1096-79
? ?mmBL 10~5??
3．平键联接的强度校核
1）受力情况
挤压力,N·d/2=T
2）失效形式及计算准则
普通平键联接（静联接）：
工作面压溃，按挤压强度
准则计算，即 σ P≤[ σ ]p；
导向平键（动联接）：键工
作面的过度磨损，按耐磨
性准则计算，即 p≤[p]
3）建立计算公式（假定载荷
在键的工作面上均匀分布）
对 静联接
对 动联接
式中 T为传递的转矩； k为键与轮毂键槽的接触高度,k=0.5h，
h为键的高度； l为键的工作长度，圆头平键（ A型）,l=L-
b，平头平键（ B型） l=L，半圆头平键（ C型） l=L-b/2；
[σ ]p,[p]为许用挤压应力和许用比压，应按键、轴、轮
毂三者中性能最弱的材料选择。
? ? pP k ld TlkN ?? ???? 2000
? ?pk ld TlkNp ???? 2 0 0 0
说明,若进行强度校核后，发现强度不够，可采取如下措施：
①增加键的个数，但是考虑到载荷分布的不均匀性，两键联接
的强度只按 1.5个键计算，即
②两个平键最好布置在沿周向相隔 180度，两个半圆键应布置在
轴的同一条母线上。
? ?PP k ldT ?? ?? 5.12 0 0 0
8.2 花键联接
花键联接是平键联接在数目上的发
展，由外花键和内花键组成的
联接，适用于动、静联接。
一 特点、应用及分类
特点,①齿多，且每个齿受力
均匀，承载能力强；
②键槽浅，齿根处应力集中小，
对轴、毂的强度削弱小；
③导向性好，可适应轴上零件
的滑移；
④对中性好；
⑤加工复杂，成本较高。
应用,传递载荷大，对中性要
求较高的动、静联接。
分类,按齿形分
1.矩形花键联接
轻系列：用于静联接或轻载联接
中系列：用于中等载荷的联接。
定心方式：小径定心（外花键和内花键的小径为配合
面，大径处有间隙），定心精度高，稳定性好。
2,渐开线花键联接
特点,齿廓为渐开线，加工方便，齿的根部强度高，应力
集中小，承载能力高，对中性好，适用重载或轴径较大的联
接。
定心方式,齿形定心，内、外花键的齿顶和齿根处有间隙。
渐开线花键分度圆压力角有 30o（应用较广）和 45o（齿钝而短，
适用于载荷较小和直径较小的静联接。
二,花键联接的强度计算
其设计为选择性设计，包括类型选择和尺寸选择，然后进行强
度校核。
1．类型选择
2．尺寸选择
根据轴径 D，按标准确定 zxDxdxb（齿宽），同时确定定心
方式。
3．强度校核计算
受力,与平键受力相同
失效形式,压溃（静联接），磨损（动联接）
计算准则,挤压强度准则 σ P≤[ σ ]p； 耐磨性准则
p≤[p] 。
强度计算公式
假定：①工作面上受力均匀，且各个齿受力均匀；
②挤压力 N作用在平均直径处 dm。
静联接：
动联接：
? ? p
m
P z h ld
T ?
?? ??
2000
? ?pzh ldTp
m
?? ?2 0 0 0
9.1 无键联接
凡是不用键或花键的轴毂联接，统称为 无键联接 。
（ 1）型面联接
型面联接装拆方便，能保证良好的对中性；联接面上没有键
槽及尖角，减少了应力集中，故可传递较大的转矩。
§ 9 其它联接
（ 2）弹性环联接
弹性环联接（亦称胀紧联接）是利用轴、毂孔和锥形弹性环
之间接触面上产生的摩擦力来传递转矩和轴向力的。
(3)圆锥面过盈联接 —— 轴端
液压装卸法：装、卸时注入高压油（过盈量大、重载）
螺纹联接,毂微量移动（过盈小、轻载）
9.2 销 联 接
开尾圆锥销在联接时的防松效
果好, 适用于有冲击, 振动的场
合的 联接 。
圆锥销具有 1:50的锥度, 安装
方便, 定位精度高 。
圆柱销靠过盈配合固定在销
孔中, 经多次装拆会降低定位
精度和可靠性 。
定位销,确定相对位置
安全销,安全装置中的过载剪断元件
联接销,用于联接，可传递不大的载荷
特殊圆锥销 (内螺纹圆锥销）,端部带螺纹的圆锥销
可用于盲孔或拆卸困难的场合
