第5篇  連接件與緊固件

第1章連接設計基礎

1.1連接的類型和選擇5-3

1.1.1連接的分類5-3

1.1.2連接的選擇5-3

1.2連接設計應考慮的問題5-3

1.2.1被連接件接合面設計5-3

1.2.2受載均勻化設計5-3

1.2.3減小緊固件所受載荷5-4

1.2.4強度和剛度計算5-4

1.2.5其他方面問題5-4

1.3緊固件的標準和檢驗5-4

1.3.1緊固件的有關標準5-4

1.3.2緊固件的檢驗項目5-4



第2章螺紋連接

2.1螺紋5-6

2.1.1螺紋的類型、特點和應用5-6

2.1.2螺紋術語及其定義5-8

2.1.3螺紋標準5-14

2.1.4普通螺紋5-15

2.1.4.1普通螺紋牙型與基本尺寸5-15

2.1.4.2普通螺紋公差5-20

2.1.5梯形螺紋5-25

2.1.5.1梯形螺紋牙型與基本尺寸5-25

2.1.5.2梯形螺紋的公差5-27

2.1.6鋸齒形螺紋5-32

2.1.6.1鋸齒形螺紋牙型與基本尺寸5-32

2.1.6.2鋸齒形螺紋公差5-37

2.1.755°非螺紋密封的管螺紋5-42

2.1.8 55°密封管螺紋5-44

2.1.960°密封管螺紋5-46

2.1.10米制密封螺紋5-48

2.1.11矩形螺紋5-50

2.2螺紋連接件5-50

2.2.1緊固件的標記方法5-50

2.2.2螺栓5-51

2.2.3螺母5-75

2.2.4螺釘5-93

2.2.5墊圈和擋圈5-125

2.3螺紋零件的結構要素5-149

2.3.1外螺紋零件的末端5-149

2.3.2普通螺紋收尾、肩距、退刀槽、倒角5-151

2.3.3螺釘擰入深度、攻螺紋深度和鑽孔深度5-153

2.3.4螺塞與連接螺孔尺寸5-154

2.3.5地腳螺栓孔和凸緣5-155

2.3.6孔沿圓周的配置5-155

2.3.7通孔與沉孔尺寸5-156

2.3.8普通螺紋的內、外螺紋餘留長度、鑽孔餘留深度、螺柱突出螺母的末端長度5-158

2.3.9扳手空間5-158

2.3.10對邊和對角寬度尺寸5-160

2.4螺紋緊固件的性能等級和常用材料5-162

2.4.1螺栓、螺釘和螺柱的性能等級、材料和熱處理5-162

2.4.2螺紋緊固件的應力截面積5-164

2.4.3小拉力載荷和保證載荷5-165

2.4.4螺母的性能等級5-168

2.4.5有效力矩型鋼六角鎖緊螺母5-171

2.4.6不鏽鋼螺栓、螺釘、螺柱和螺母5-173

2.4.7緊定螺釘5-174

2.4.8自攻螺釘、自擠螺釘和自鑽自攻螺釘5-175

2.4.9耐熱用螺紋連接副5-176

2.4.10有色金屬螺紋連接件5-177

2.5螺紋連接的結構設計5-178

2.5.1螺紋連接的類型和選擇5-178

2.5.2螺栓組的結構設計5-180

2.5.3螺紋連接的預緊5-180

2.5.4螺紋連接的防松5-182

2.6螺紋連接的強度計算5-185

2.6.1螺栓組的受力分析5-185

2.6.2螺栓連接的強度計算5-187

2.6.2.1不預緊螺栓連接、預緊螺栓連接5-187

2.6.2.2受偏心載荷的預緊螺栓連接5-189

2.6.2.3高溫螺栓連接5-189

2.6.2.4低溫螺栓連接5-190

2.6.2.5鋼結構用高強度螺栓連接5-190

2.7螺紋連接設計示例5-190



第3章鍵、花鍵和銷連接

3.1鍵連接5-192

3.1.1鍵和鍵連接的類型、特點和應用5-192

3.1.2鍵的選擇和鍵連接的強度校核計算5-192

3.1.3鍵連接的尺寸繫列、公差配合和表面粗糙度5-194

3.1.3.1平鍵5-194

3.1.3.2半圓鍵5-197

3.1.3.3楔鍵5-198

3.1.3.4切向鍵5-201

3.1.3.5鍵和鍵槽的形位公差、配合及尺寸標注5-203

3.1.4鍵連接設計示例5-203

3.2花鍵連接5-204

3.2.1花鍵連接的類型、特點和應用5-204

3.2.2花鍵連接的強度計算5-205

3.2.2.1簡單計算方法5-205

3.2.2.2花鍵承載能力計算的精確算法5-206

3.2.3矩形花鍵連接5-211

3.2.3.1矩形花鍵基本尺寸繫列5-211

3.2.3.2矩形花鍵的公差、配合5-212

3.2.3.3矩形花鍵的標記與尺寸標注5-213

3.2.4圓柱直齒漸開線花鍵連接5-213

3.2.4.1漸開線花鍵的術語與代號5-213

3.2.4.2漸開線花鍵的基本齒廓5-215

3.2.4.3漸開線花鍵的基本參數和尺寸計算5-217

3.2.4.4漸開線花鍵的尺寸繫列5-219

3.2.4.5漸開線花鍵公差與配合5-224

3.2.4.6漸開線花鍵參數標注與標記5-229

3.2.5花鍵連接設計示例5-231

3.3銷連接5-232

3.3.1銷的類型、特點和應用5-232

3.3.2銷的選擇和銷連接的強度計算5-232

3.3.3銷的標準件5-235

3.3.3.1圓柱銷5-235

3.3.3.2圓錐銷5-239

3.3.3.3開口銷和軸銷5-241

3.3.4銷連接設計示例5-242



第4章過盈連接

4.1過盈連接的類型、特點和應用5-244

4.2圓柱面過盈連接設計計算5-245

4.2.1計算方法5-245

4.2.2設計計算示例5-250

4.3圓錐過盈配合的計算和選用5-252

4.3.1圓錐過盈連接的形式、特點及應用5-252

4.3.2圓錐過盈連接的計算和選用5-252

4.3.2.1計算基礎與假定條件5-252

4.3.2.2計算要點與公式5-252

4.3.3油壓裝拆圓錐過盈連接的參數選擇5-255

4.3.4過盈設計示例5-255

4.4過盈連接的結構設計5-258

4.4.1圓柱面過盈連接的合理結構5-258

4.4.2圓錐面過盈連接的結構和要求5-259



第5章脹套及型面連接

5.1脹套連接5-260

5.1.1脹套連接的特點和應用5-260

5.1.2脹套連接的類型5-260

5.1.3脹套連接的選用和設計5-267

5.1.3.1脹套連接類型的選擇5-267

5.1.3.2脹套型號選擇5-267

5.1.3.3結合面的公差與表面粗糙度5-267

5.1.3.4被連接的軸與輪轂尺寸5-268

5.1.4脹套連接安裝和拆卸的一般要求5-269

5.2型面連接5-269

5.2.1型面連接的結構、特點和應用5-269

5.2.2型面連接的廓形和尺寸5-269

5.2.3強度計算5-270

5.3星盤連接5-271

5.3.1星盤連接的結構、特點和應用5-271

5.3.2星盤連接的設計5-271



第6章焊、鉚、粘連接

6.1焊接5-273

6.1.1焊接結構的特點和應用5-273

6.1.2焊接方法和焊接材料5-273

6.1.3焊接接頭5-276

6.1.4電弧焊接頭的坡口選擇和點焊、縫焊接頭尺寸推薦值5-279

6.1.5焊接接頭的靜載強度計算5-281

6.1.5.1許用應力設計法5-281

6.1.5.2可靠性設計方法5-286

6.1.6焊接接頭的疲勞強度計算5-286

6.1.6.1許用應力計算法5-286

6.1.6.2應力折減繫數法5-288

6.1.6.3結構構造細節分析法5-290

6.1.7焊接件的工藝及設計注意要點5-292

6.1.8焊接設計示例5-292

6.2鉚釘連接5-293

6.2.1鉚接的類型、特點與應用5-293

6.2.2鉚縫的設計5-293

6.2.2.1鉚縫的形式5-293

6.2.2.2鋼結構鉚縫的結構參數5-293

6.2.2.3鉚釘連接的強度計算5-295

6.2.2.4鉚釘材料和連接的許用應力5-295

6.2.3鉚接結構設計中應注意的幾個問題5-296

6.2.4鉚釘5-296

6.2.5鉚接設計要點5-309

6.3粘接5-310

6.3.1粘接的特點和應用5-310

6.3.2膠黏劑的選擇5-311

6.3.2.1膠黏劑的分類5-311

6.3.2.2膠黏劑選擇原則和常用膠黏劑5-311

6.3.3粘接接頭設計5-314

6.3.3.1粘接接頭設計原則5-314

6.3.3.2常用粘接接頭形式及其改進結構5-314

6.3.3.3接頭結構強化措施5-315

6.3.4粘接工藝與步驟5-317

6.3.4.1表面處理5-317

6.3.4.2膠液配制和塗敷5-318

6.3.4.3晾置與固化5-318



第7章錨固連接

7.1錨固連接的特點與作用原理5-320

7.2錨固連接及錨栓的分類5-320

7.3錨栓的安裝5-324

7.4錨固連接設計5-325

7.5錨栓的規格、材料及安裝尺寸5-326

7.5.1FZA型後擴底柱錐式錨栓規格、材料及安裝尺寸5-326

7.5.2FZEA型錨栓規格、材料及安裝尺寸5-327

7.5.3FH型轉矩控制型後繼膨脹套管錨栓規格、材料及安裝尺寸5-327

7.5.4FAZ型轉矩控制型後繼膨脹螺杆錨栓規格、材料及安裝尺寸5-328

7.5.5FBN型轉矩控制型螺杆錨栓規格、材料及安裝尺寸5-330

7.5.6SLM-N型轉矩控制型重載錨栓規格、材料及安裝尺寸5-331

7.5.7RGM型高強化學粘接型普通螺杆錨栓規格、材料及安裝尺寸5-331

7.5.8鋼膨脹螺栓規格、材料及安裝尺寸5-332

7.5.9膨脹螺母規格、材料及安裝尺寸5-333



參考文獻5-334

《現代機械設計手冊》版自2011年3月出版以來，贏得了機械設計人員、工程技術人員和高等院校專業師生廣泛的青睞和好評，榮獲了2011年全國優秀暢銷書（科技類）。同時，因其在機械設計領域重要的科學價值、實用價值和現實意義，《現代機械設計手冊》還榮獲2009年國家出版基金資助和2012年中國機械工業科學技術獎。

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在本版手冊的修訂過程中，我們廣泛深入機械制造企業、設計院、科研院所和高等院校進行調研，聽取各方面讀者的意見和建議，終確定了《現代機械設計手冊》第二版的根本宗旨：一方面，新版手冊進一步加強機、電、液、控制技術的有機融合，以全面適應機器人等智能化裝備繫統設計開發的新要求；另一方面，隨著現代機械設計方法和工程設計軟件的廣泛應用和普及，新版手冊繼續促進傳動設計與現代設計的有機結合，將各種新的設計技術、計算技術、設計工具全面融入傳統的機械設計實際工作中。

《現代機械設計手冊》第二版共6卷35篇，它是一部面向“中國制造2025”，適應智能裝備設計開發新要求、技術先進、數據可靠、符合現代機械設計潮流的現代化的機械設計大型工具書，涵蓋現代機械零部件及傳動設計、智能裝備及控制設計、現代機械設計方法及應用三部分內容，具有以下六大特色。

1.權威性。《現代機械設計手冊》陣容強大，編、審人員大都來自設計、生產、教學和科研線，具有深厚的理論功底、豐富的設計實踐經驗。他們中很多人都是所屬領域的知名專家，在業內有廣泛的影響力和知名度，獲得過多項國家和省部級科技進步獎、發明獎和技術專利，承擔了許多機械領域國家重要的科研和攻關項目。這支專業、權威的編審隊伍確保了手冊準確、實用的內容質量。

2.現代感。追求現代感，體現現代機械設計氣氛，滿足時代要求，是《現代機械設計手冊》的基本宗旨。“現代”二字主要體現在：新標準、新技術、新材料、新結構、新工藝、新產品、智能化、現代的設計理念、現代的設計方法和現代的設計手段等幾個方面。第二版重點加強機械智能化產品設計（3D打印、智能零部件器件）、智能裝備（機器人及智能化裝備）控制及繫統設計、數字化設計等內容。

（1）“零件結構設計”等篇進一步完善零部件結構設計的內容，結合目前的3D打印（增材制造）技術，增加3D打印工藝下零件結構設計的相關技術內容。

“機械工程材料”篇增加3D打印材料以及新型材料的內容。

（2）機械零部件及傳動設計各篇增加了新型智能零部件器件及其應用技術，例如“滑動軸承”篇增加了新型的智能軸承，“潤滑”篇增加了微量潤滑技術等內容。

（3）全面增加了工業機器人設計及應用的內容：新增了“工業機器人繫統設計”篇；“智能裝備繫統設計”篇增加了工業機器人應用開發的內容；“機構”篇增加了自動化機構及機構創新的內容；“減速器、變速器”篇增加了工業機器人減速器選用設計的內容；“帶傳動、鏈傳動”篇增加並完善了工業機器人適用的同步帶傳動設計的內容；“齒輪傳動”篇增加了RV減速器傳動設計、諧波齒輪傳動設計的內容等。

（4）“氣壓傳動與控制”“液壓傳動與控制”篇重點加強並完善了控制技術的內容，新增了氣動繫統自動控制、氣動人工肌肉、液壓和氣動新器件及新產品等內容。

（5）繼續加強第5卷機電控制繫統設計的相關內容：除增加“工業機器人繫統設計”篇外，原“機電一體化繫統設計”篇充實擴充形成“智能裝備繫統設計”篇，增加並完善了智能裝備繫統設計的相關內容，增加智能裝備繫統開發實例等。

“傳感器”篇增加了機器人傳感器、航空航天裝備用傳感器、微機械傳感器、智能傳感器、無線傳感器的技術原理和產品，加強傳感器應用和選用的內容。

&ldquo器件和”篇和“電動機”篇全面更新產品，重點推薦了一些新型的智能和節能產品，並加強產品選用的內容。

（6）第6卷進一步加強現代機械設計方法應用的內容：在3D打印、數字化設計等智能制造理念的倡導下，“逆向設計”“數字化設計”等篇全面更新，體現了“智能工廠”的全數字化設計的時代特征，增加了相關設計應用實例。

增加“綠色設計”篇；“創新設計”篇進一步完善了機械創新設計原理，全面更新創新實例。

（7）在貫徹新標準方面，收錄並合理編排了目前頒布的國家和行業標準。

3.實用性。新版手冊繼續加強實用性，內容的選定、深度的把握、資料的取舍和章節的編排，都堅持從設計和生產的實際需要出發：例如機械零部件數據資料主要依據國家和行業標準，並給出了相應的設計實例供設計人員參考；第5卷機電控制設計部分，完全站在機械設計人員的角度來編寫——注重產品如何選用，摒棄或簡化了控制的基本原理，突出機電繫統設計器件、傳感器、電動機部分注重介紹主流產品的技術參數、性能、應用場合、選用原則，並給出了相應的設計選用實例；第6卷現代機械設計方法中簡化了煩瑣的數學推導，突出了終的計算結果，結合具體的算例將設計方法通俗地呈現出來，便於讀者理解和掌握。

為方便廣大讀者的使用，手冊在具體內容的表述上，采用以圖表為主的編寫風格。這樣既增加了手冊的信息容量，更重要的是方便了讀者的查閱使用，有利於提高設計人員的工作效率和設計速度。

為了進一步增加手冊的承載容量和時效性，本版修訂將部分篇章的內容放入二維碼中，讀者可以用手機掃描查看、下載打印或存儲在PC端進行查看和使用。二維碼內容主要涵蓋以下幾方面的內容：即將被廢止的舊標準（新標準一旦正式頒布，會及時將二維碼內容更新為新標準的內容）；部分推薦產品及參數；其他相關內容。

4.通用性。本手冊以通用的機械零部件器件設計、選用內容為主，主要包括機械設計基礎資料、機械制圖和幾何精度設計、機械工程材料、機械通用零部件設計、機械傳動繫統設計、液壓和氣壓傳動繫統設計、機構設計、機架設計、機械振動設計、智能裝備繫統設計器件和等，既適用於傳統的通用機械零部件設計選用，又適用於智能化裝備的整機繫統設計開發，能夠滿足各類機械設計人員的工作需求。

5.準確性。本手冊盡量采用原始資料，公式、圖表、數據力求準確可靠，方法、工藝、技術力求成熟。所有材料、零器件、產品和工藝方面的標準均采用公布的標準資料，對於標準規範的編寫，手冊沒有簡單地照抄照搬，而是采取選用、摘錄、合理編排的方式，強調其科學性和準確性，盡量避免差錯和謬誤。所有設計方法、計算公式、參數選用均經過長期檢驗，設計實例、各種算例均來自工程實際。手冊中收錄通用性強、標準化程度高的產品，供設計人員在了解企業實際生產品種、規格尺寸、技術參數，以及產品質量和用戶的實際反映後選用。

6.全面性。本手冊一方面根據機械設計人員的需要，按照“基本、常用、重要、發展”的原則選取內容，另一方面兼顧了制造企業和大型設計院兩大群體的設計特點，即制造企業側重基礎性的設計內容，而大型的設計院、工程公司側重於產品的選用。因此，本手冊力求實現零部件設計與整機繫統開發的和諧統一，促進機械設計與控制設計的有機融合，強調產品設計與工藝技術的緊密結合，重視工藝技術與選用材料的合理搭配，倡導結構設計與造型設計的完美統一，以全面適應新時代機械新產品設計開發的需要。

經過廣大編審人員和出版社的不懈努力，新版《現代機械設計手冊》將以嶄新的風貌和鮮明的時代氣息展現在廣大機械設計工作者面前。值此出版之際，謹向所有給過我們大力支持的單位和各界朋友表示衷心的感謝！



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