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1、第5章 连接及轴系结构分析,5.1 连 接 5.2 轴及轴承,所谓连接就是将两个或两个以上的零件联合成一体的结构。为了便于机器的制造、装配、维修和运输等原因，机器中相当多的零件需要彼此连接。例如，减速器箱盖和箱座之间用螺栓连接成一体，齿轮和轴用普通平键做周向固定。连接分三大类:一类是不可拆连接，如焊接、铆接、粘接等，这些连接在拆开时必须破坏或损伤连接中的零件;另一类连接是可拆卸连接，如键连接、螺纹连接、销连接等，这些连接装拆方便，在拆开时不损坏连接件中的任一零件。此外还有过盈配合连接，本节主要讨论可拆卸连接。 5.1.1螺纹连接 1.螺纹连接的类型,5.1连 接,下一页,螺纹连接是利用螺纹零件
2、构成的可拆连接，其结构简单，装拆方便，广泛应用于各种机械设备中。 螺纹连接有四种基本类型:螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接。 1)螺栓连接 螺栓连接的结构特点是，螺栓穿过两个被连接件的通孔，并配有螺母。它们可分为以下两种类型。 (1)普通螺栓连接 如图5-1(a)所示，螺栓杆和孔之间有间隙，杆和孔的加工精度要求低，使用时需拧紧螺母。普通螺栓连接装拆方便，应用最广泛。,5.1连 接,下一页,上一页,5.1连 接,(2)铰制孔螺栓连接 如图5-1 (b)所示，螺栓杆和孔之间没有间隙，应用在光杆和孔的加工精度高(孔需铰制)，能承受和螺栓轴线方向垂直的横向载荷并起定位作用的场合。 2)双
3、头螺柱连接 双头螺柱连接如图5-1 (c)所示，螺柱两头都制有螺纹，一头与螺母配合，另一头与被连接件配合。这种连接多用于被连接件之一太厚，不适于钻成通孔或不能钻成通孔时。在拆卸时只须拧出螺母、取下垫圈，而不必拧出螺柱，因此采用这种连接不会损坏被连接件上的螺孔。 3)螺钉连接,下一页,上一页,5.1连 接,如图5-1 (d)所示，在螺纹连接中只有螺钉连接不需要螺母，直接拧入被连接件的螺孔内，结构简单，但不宜经常装拆，以免损坏孔内螺纹。 4)紧定螺钉连接 如图5-2所示，紧定螺钉分为柱端、锥端和平端三种。与螺栓、双头螺柱和螺钉不同，紧定螺钉不是利用旋紧螺纹产生轴向压力压紧机件起固定作用。柱端紧定螺
4、钉利用其端部小圆柱插入机件小孔图5-2(a)或环槽图5-2(c)中起定位、固定作用，阻止机件移动。锥端紧定螺钉利用端部锥面顶入机件上小锥坑图5-2(b)起定位、固定作用。平端紧定螺钉则依靠其端平面与机件的摩擦力起定位作用。三种紧定螺钉能承受的横向力递减。,下一页,上一页,有时也将紧定螺钉“骑缝”旋入(将两机件装好，加工螺孔，使螺孔在两机件上各有一半，再旋入紧定螺钉)，起固定作用，如图5-2 (d)所示。此时称为“骑缝螺钉”。 2.螺纹连接件 由于使用的场合及要求各不相同，螺纹连接件的结构形式也有多种类型。常用的有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫圈等。螺纹连接件大多已标准化，设计时应结合实际，根据
5、有关标准合理选用。其常用的类型、结构特点和应用见表5-1。 3.螺纹连接的预紧和防松 1)螺纹连接的预紧,下一页,上一页,5.1连 接,生产实际中，绝大多数螺栓连接都是紧螺栓连接，即在装配时必须拧紧螺母，使螺纹连接在承受工作载荷前就受到预紧力的作用。螺纹连接预紧的目的是增加连接的刚度、紧密性和提高防松能力。一般螺栓连接的预紧力规定为: 合金钢螺栓 碳素钢螺栓 式中，s为螺栓材料的屈服点(MPa) ; A为螺杆最小横截面(按螺纹小径计算)的面积(mm2)。 对一般螺纹连接，预紧力可凭经验控制;对重要螺纹连接，通常借助测力矩扳手或定矩扳手来控制其大小。对于M10M68的粗牙,下一页,上一页,5.1
6、连 接,普通螺纹，拧紧力矩T(Nmm)的经验公式为 式中，F为预紧力(N); d为螺纹公称直径(mm)。 由于摩擦因数不稳定和扳手上的力难以准确控制，有时可能拧得过紧而使螺杆拧断，因此在重要的连接中如果不能严格控制预紧力的大小，不宜使用直径小于12mm的螺栓。 2)螺纹连接的防松 螺纹连接一般都能满足自锁条件，拧紧后螺母和螺栓头部等支承面上也有防松作用，所以在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹连接不会自动松脱。,下一页,上一页,5.1连 接,下一页,上一页,5.1连 接,但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致连接失效
7、。螺纹连接一旦失效，将严重影响机器的正常工作，甚至造成事故。因此，为保证连接安全可靠，设计时必须采取有效的防松措施。 防松的实质就是防止螺纹副的相对转动。防松的措施很多，按工作原理可分为摩擦力防松、机械方法防松和破坏螺纹副关系防松三类。 (1)摩擦力防松 这种防松方法是设法使螺纹副间产生附加的摩擦力，即使螺杆上的轴向外载荷减小，甚至消失，也能保证螺纹副间的正压力(附加摩擦力)依然存在。这种正压力通过螺纹副沿轴向或径向张紧来产生。,双螺母防松 如图5-3(a)所示，两个螺母对顶拧紧，螺杆旋合段受拉而螺母受压，使螺纹副轴向张紧，从而达到防松目的。这种防松方法用于平稳、低速和重载的连接。其缺点是在载
8、荷剧烈变化时不十分可靠，而且螺杆增长，螺母增多，结构尺寸变大。 弹簧垫圈防松 如图5-3(b)所示，它是靠拧紧螺母时，垫圈被压平后产生的弹性反力使螺纹副轴向张紧，从而达到防松目的。应当指出，垫圈的斜口尖端顶住螺母及被连接件的支承面，也有防松作用。这种方法结构简单、使用方便。但在冲击、振动很大的情况下，防松效果不十分可靠，,5.1连 接,下一页,上一页,一般用于不太重要的连接。 自锁螺母防松 如图5-3 (c)所示，螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧后，收口胀开，利用收口的弹力使螺纹副径向张紧，达到防松目的。这种防松方法结构简单，防松可靠，多次拆装也不会降低防松能力。 (2)机械
9、防松法 机械方法防松是利用便于更换的防松元件，直接防止螺纹副的相对运动，常用的有以下几种。 开口销和槽形螺母防松,5.1连 接,下一页,上一页,如图5-4(a)所示，螺母拧紧后，把开口销插入螺母槽与螺栓尾部孔内，并将开口销尾部扳开，阻止了螺母与螺栓的相对转动。此方法防松可靠，但安装困难，且不经济，故只用于冲击、振动较大的重要连接。 止动垫圈防松 图5-4(b)为双耳式止动垫圈，垫圈的一边向上弯贴在螺母的侧面上，另一边向下弯且放人被连接件的小槽中，以防止螺母松脱。此方法经济可靠，但需有容纳弯耳之处。 串联钢丝防松 如图5-4(c)所示，将钢丝穿人各螺钉头部的孔内，使其相互制约，,下一页,上一页,
10、5.1连 接,达到防松的目的。此方法防松可靠，但拆装不便，特别要注意钢丝的穿绕方向，仅适用于螺钉组连接。 (3)破坏螺纹副关系防松 如果连接不需拆开，可把螺纹副转化为非运动副，从而排除相对运动的可能，这是以破坏螺纹副关系来达到防松目的。如图5-5所示，常用的方法如下。 焊接法 将螺母与螺栓焊在一起，防松可靠，但不能拆卸，如图5-5(a)所示。 冲点法,下一页,上一页,5.1连 接,螺母拧紧后，利用冲头在螺栓尾部与螺母旋合的末端冲23点，这种方法防松可靠，适合不拆卸的连接，如图5-5(b)所示。 用薪合剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母待薪合剂固化，即将螺栓与螺母薪接在一起。这种方法简单有效，并能保证
11、密封;但时间长了，其防松能力就差了，需拆开重新涂胶装配。 4.螺检组的结构设计 布置螺栓组时，要注意以下几点: (1)螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。 对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置8个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均;当螺栓连接受弯矩或转矩,下一页,上一页,5.1连 接,时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力如图5-6所示。 (2)螺栓的排列应有合理的间距、边距，保证扳手等工具使用时所需的空间如图5-7所示。 (3)分布在同一圆周上的螺栓数目应取成偶数，以便于分度和画线。 (4)同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均应相同。 (5)保证被连接
12、件、螺母和螺栓头支承面平整，并与螺栓轴线相互垂直。在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台图5-8(a)或沉头座图5-8(b)。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈图5-8(c)等。,5.1连 接,下一页,上一页,5.1.2键连接 键连接是一种应用很广泛的可拆连接，主要用于轴与轴上零件的周向相对固定，以传递运动或转矩。键连接的主要类型有:平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。其中平键连接和半圆键连接为松键连接，楔键连接和切向键连接为紧键连接。 1)平键连接 平键是应用最广的键。按照用途分为普通平键、导向平键和滑键。平键以两侧面为工作面，工作时通过轴上键槽和轮毅键槽与键的侧面接触传递
13、扭矩。键的上表面与轮毅槽底面留有间隙。平键连接具有易于制造，装拆方便，轴与轴上零件的对中性好等特点，所以应用广泛，,下一页,上一页,5.1连 接,但它不能实现轴上零件的轴向固定，常用于静连接，即轮毅与轴之间无相对移动的连接。 (1)普通平键 如图5-9所示，按键结构可分为n型(圆头)、B型(方头)、C型(半圆头)三类。使用圆头平键时，轴上键槽是用指状铣刀加工的图5-9 (a)键放置于与之形状相同的键槽中，键的轴向定位好，但键槽对轴的应力集中较大。使用方头平键时图5-9(b)轴上键槽用圆盘铣刀加工，因而避免了圆头平键的缺点，但键在键槽中固定不好，常用螺钉紧定。半圆头平键常用于轴端与轴上零件的连接
14、。不论采用哪类键连接，由于轮毅上的键槽是用插刀或拉刀加工的，因此都是开通的，如,下一页,上一页,5.1连 接,图5-10所示。 (2)导向平键和滑键 用于动连接，即轮毅与轴之间有轴向相对移动的连接。导向平键(图5-11)是一种较长的平键，键用螺钉固定在轴上，轮毅可沿键作轴向滑移。当轴上零件滑移距离较大时，宜采用滑键(图5-12)，因为滑移距离较大时，用过长的平键，制造困难。滑键固定在轮毅上，轮毅带动滑键在轴槽中作轴向移动，因而需要在轴上加工长的键槽。 2)半圆键连接 半圆键连接的工作情况与平键相同，不同的是半圆键能在轴槽中摆动，以自动适应轮毅中键槽的斜度。,5.1连 接,下一页,上一页,它装配
15、方便，尤其适用于锥形轴端的连接(图5-13)。但其键槽较深，对轴的强度削弱较大。 3)楔键连接 楔键(图5-14)上表面和轮毅键槽具有1:100的斜度，键的上下面是工作表面。装配靠键的上下表面楔紧作用传递扭矩，并能轴向固定零件和传递单方向的轴向力，但会使轴上零件与轴的配合产生偏心与偏斜，在高速、振动下易松动。故多用在对中要求不高、载荷平稳和低速的场合。常用的有普通楔键和钩头楔键图5-14(c)。钩头楔键便于拆卸。为了安全，应加防护罩。 4)切向键,5.1连 接,下一页,上一页,切向键连接只用于静连接。切向键的连接结构如图5-15所示，由两个普通楔键组成。装配时，把两个键从轮毅的两端打入并楔紧，
16、因此会影响到轴和轮毅的对中性;工作时，靠工作面的挤压和轴与轮毅间的摩擦力传递较大的转矩，但只能传递单向转矩。当要传递双向转矩时，需两组切向键，并应错开120130布置。切向键连接主要用于轴径d100mm，对中要求不高而载荷很大的重型机械，比如矿山用大型绞车的卷筒、齿轮与轴的连接等。 5)花键连接 如果使用一个平键，不能满足轴所传递的扭矩的要求时，可在同一轴毅连接处均匀布置两个或三个平键。,下一页,上一页,5.1连 接,5.1连 接,而且由于载荷分布不均的影响，在同一轴毅连接处均匀布置2(3)个平键时，只相当于1.5(2)个平键所能传递的扭矩。显然，键槽愈多，对轴的削弱就愈大。如果把键和轴作成一体就可以避免上述缺点。多个键与轴作成一体就形成了花键，如图5-16所示。 花键已标准化，按其剖面齿形分为矩形花键、渐开线花键等，如图5-17所示。 5.1.3销连接 销连接主要用于固定零、部件之间的相互位置(定位销)，是装配机器的重要辅件;同时也可用于轴与轮毅的连接并传递不大的载荷，如图5-18所示。,下一页,上一页,5
