机械基础第十章连接

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1、第10章 联 接,10-1 键 联 接 10-2 螺纹联接,基本要求: 了解键联接的主要类型及应用特点 掌握平键联接强度校核计算方法 了解螺纹联接的基本知识：类型、特性、标准、结构、应用场合及防松方法等 掌握螺栓联接强度计算方法,机械设计基础联接,总 论,静联接,动联接运动副,机械设计基础联接,与动力 源组合,零件,构件,机构,机器,静联接,动联接,(运动副),可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等,不可拆联接：铆接、焊接、胶接等,联接,10-1 键联接,一、键联接的分类及结构 二、键的强度校核 三、花键联接,机械设计基础联接,一、键联接的分类及结构,目的： 键是用来实现轴与轴上零件的周向固定以

2、传递转矩（静联接），或实现轴上零件的轴向固定或轴向移动（动联接 ） 它是标准件 分类：,机械设计基础联接,键联接,松联接,紧联接楔键（静联接，单向轴向固定）,平键,半圆键 （静联接）,普通平键 （静联接）,导向平键 （动联接）,花键,1 松联接,（1）平键联接 结构:键两侧与键槽相配合(静联接为过渡配合, 动联接为间隙配合), 上端面与轮毂键槽底面有间隙 工作原理:两侧面是工作面，靠两侧面挤压传递转矩,失效形式: 静联接：工作面挤溃，键剪断 动联接：工作面磨损 特点：结构简单，装折方便，对中性好，承载能力大，应用广泛 成对使用: 承载能力不够时采用, 按 180布置两个键。,机械设计基础联接,

3、平键分类,普通平键 (圆头)型：立铣刀，键定位好，轴应力集中大 (平头)型：盘铣刀，轴向键无定位，应力集中小 (单圆头)型：立铣刀加工，用于轴端,导向平键 键固定于轴上, 滑移距离小,机械设计基础联接,(2) 半圆键联接,结构: 工作原理: 两侧面是工作面，侧面挤压传递转矩 构造与加工: 键: 用圆钢切制或冲压后磨削 键槽: 盘状铣刀加工,失效形式: 键剪断, 工作面压溃 特点: 便于安装, 对中好, 用于锥形轴端, 但对轴削弱大 成对使用: 承载能力不够时用, 沿同一母线布置,机械设计基础联接,2 紧联接,楔键联接 结构: 键侧与键槽有间隙 , 上下面楔紧 工作原理: 上下面为工作面，靠摩擦

4、力传递转矩 方头楔键、钩头楔键、圆头楔键,失效形式: 工作面压溃 特点: 简单, 且可实现轮毂在轴上单向轴向固定 楔紧产生偏心, 对中性差, 不适于高速及对中要求高的场合,机械设计基础联接,机械设计基础联接,: 1.一对楔键组成, 上下窄面为工作面 2.只能单向传递转矩,T,: 两对切向键 (120130分布),双向传递,结构,: 承载力大重型机械,特点,动画,3. 切向键,二、键的强度校核,1 键的选择 键是标准零件：p173 表10-2 材料多采用碳素钢 键的类型选择根据使用要求和工作条件: 转矩、转速、载荷性质、是否移动、对中性 键的尺寸选择（同时确定配合类型）: 工作要求 键的种类按轴

5、径d选键的b 、 h选键长L(标准; 短于轮毂宽度),机械设计基础联接,机械设计基础联接,1 平键的选用,（1）键的尺寸选择 断面尺寸 bh： 根据轴径 d 查标准确定。 键长 L：应略短于轮毂的宽度，并符合标准尺寸系列。,附：键的长度系列： 10 12 14 16 18 20 22 25 32 36 40 45 50 63 70 80 90 100 110 125 140 160 ,机械设计基础联接,2 键的强度校核,静联接: 压溃挤压强度,键被剪断剪切强度,机械设计基础联接,圆头: ls=L-b 平头: ls=L 单圆头: ls=L-b/2,sp 查表10-3 一般不会发生键的剪断，故一般

6、不作剪断强度校核,机械设计基础联接,强度不够怎么办？,1.适当增加键的长度 2.采用两个键按对称布置(180度),承载能力不够时采用, 按 180布置两个键。一对平键按1.5 个键校核计算,三、花键联接,特点： 受力较均匀，应力集中小，承载能力大 对中性好，导向性好，精度高 需专门设备和工具, 成本高 结构: 轴及轮毂孔周向均布的多个键齿互相配合, 构成花键联接,机械设计基础联接,工作原理: 键侧是工作面，靠键侧面与键槽挤压传递转矩,机械设计基础联接,2、花键类型,矩形花键,矩形花键联接按新标准为内径定心，定心精度高，定心稳定性好，配合面均要研磨，磨削消除热处理后变形，应用广泛, 渐开线花键,

7、定心方式为齿形定心，当齿受载时，齿上的径向力能自动定心，有利于各齿均载，应用广泛，优先采用,三角形花键齿数较多，齿较小，对轴强度削弱小。适于轻载、直径较小时及轴与薄壁零件的联接应用较少,机械设计基础联接,二、花键联接的设计计算,设计：选花键类型按轴径定花键尺寸验算联接强度,失效形式：键齿的压溃（静联接） 磨损（动联接） 齿根剪断,设：工作载荷沿键的工作长度l均匀分布。且各齿面上压力的合力N作用在平均半径dm处，如图,挤压强度条件：,动联接（耐磨性条件）：,T传递扭矩（N.m） Z花键齿数 l 键齿工作长度（mm）dm花键的平均直径 载荷分布不均系数 h键齿侧面工作高度（mm）,机械设计基础联接

8、,34 销联接,定位销主要用于零件间位置定位，左图，常用作组合加工和装配时的主要辅助零件。 联接销主要用于零件间的联接或锁定，中图，可传递不大的载荷 安全销主要用于安全保护装置中的过载剪断元件 ，右图,机械设计基础联接,圆柱销不能多于装拆（否则定位精度下降） 圆锥销1：50锥度，可自锁，定位精度较高，允许多于装拆，且便于拆卸 特殊型式销带螺纹锥销，开尾锥销（右图）弹性销，开口销，槽销和开口销等多种形式,机械设计基础联接,33 无键联接,用轴与毂的联接不用键或花键时，统称无键联接,一、型面联接,轴和毂孔有柱形和圆锥形等。 特点：没有应力集中源，对中性好，承载能力强，装拆方便，但加工不方便，需用专

9、用设备，应用较少。另外成形面还有方形、六边形及切边圆形等，但对中性较差。,机械设计基础联接,二、胀套联接,如图为弹性环联接利用锥面贴合并挤紧在轴毂之间用摩擦力传递扭矩，有过载保护作用。 弹性环的材料为高碳钢或高碳合金钢（65，70，55Cr2、60Cr2）并经热处理。锥角一般为12.517，另外要求内、外环锥面配合良好。,特点：可传递较大扭矩和轴向力，无应力集中，对中性好，但加工要求较高，应用受限制,不超过3-4个为宜。,机械设计基础联接,过盈连接是依靠包容件（孔）和被包容件（轴）配合后的过盈来实现紧固连接的。这种连接的结构简单、同心度好、承载能力强，能承受变载和冲击力，还可避免零件因加工出键

10、槽等而削弱强度，但配合加工精度要求较高，采用圆柱面接合时装拆不便。过盈连接的配合面主要是圆柱面和圆锥面，其他形式较少。,3-5 过盈联接,机械设计基础联接,过盈联接,机械设计基础联接,过盈连接的装配要求,配合表面应具有良好的表面粗糙度，零件经加热或冷却后要将配合面擦净。 压合前，配合表面处理干净并涂以润滑油，以免装配中擦伤配合面。 压入过程应连续，不宜过快；压入速度一般为24mm/s（不宜超过10mm/s），并应准确控制压入行程。 压合时，应始终保持轴和孔同轴线，不许偏斜；应经常用角尺检查校正。 对于细长的薄壁件，更要细心检查其过盈量和形状偏差，装配时尽可能垂直压入，以防变形。,机械设计基础联

11、接,过盈连接的装配方法,压入配合法 可用手锤加垫块敲击压入，也可采用各类压力机压入。 热胀配合法 又称红套，是利用金属材料热胀冷缩的物理特性，在套与轴有一定过盈时，将套加热，使孔胀大，然后将轴装入胀大的孔中，待冷却后，轴与套孔就获得了传递轴向力、扭矩或轴向力与扭矩同时作用的结合体。 冷缩配合法 此法是将被包容件进行低温冷却使之冷缩，对小过盈量的小型连接件和薄壁衬套等多采用于冰冷缩（可冷至-78）；过盈量较大的连接件，如发动机的主、副杆衬套等，多采用液氮冷缩（可冷至-196）。 液压套合法是使高压油注入锥套中，使油压增大，锥套膨胀顶出或装入。,10-2 螺纹联接,一、螺纹的主要参数 二、螺旋副力

12、学特性 三、螺纹常用类型 四、螺纹联接件主要类型 五、螺纹联接防松装置 六、螺栓联接的计算 七、螺栓材料和许用应力,机械设计基础联接,一、螺纹的主要参数,1 螺纹形成 螺旋线形成：倾斜线绕在圆柱体上形成的曲线 螺纹形成：平面图形沿螺旋线形成 三角形、矩形、梯形、锯齿形、半圆形螺纹 螺旋线的数目(线数):单线、多线,机械设计基础联接,粗牙螺纹 一般联接 细牙螺纹 d1大、强度大、自锁性好，常用于变载 旋向(螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋 问题：旋向判断 ？,联接,传动,螺纹旋向判断,旋向(螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋 旋向判断: (1)轴线垂直放，右边高右旋 左边高左旋,机

13、械设计基础联接,(2)右手旋，前进右旋 左手旋，前进左旋,机械设计基础联接,1) 普通螺纹(三角形螺纹),特点：螺纹的牙型角=2=60。 因牙型角大，所以当量 摩擦因数大，自锁性能 好，主要用于连接。,二、 螺纹的类型、特点和应用,1、根据螺纹在螺杆轴向剖面上的形状不同,机械设计基础联接,细牙螺纹与粗牙螺纹的比较,粗牙：常用,细牙缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。,细牙：螺距小，自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中。,机械设计基础联接,2) 矩形螺纹,特点：牙形为正方形，=0，所以效率高，齿根强度低，用于传动。,机械设计基础联接,3) 梯形螺纹,特点：

14、 =2=30。比矩形螺纹效率略低，在螺旋传动中有广泛应用。,机械设计基础联接,4) 锯齿形螺纹,特点：工作边=3，非工作边=30。 它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。,机械设计基础联接,5) 圆柱管螺纹,特点：用于紧密性要求的管件连接的三角螺纹,=55。,2 主要参数,大径d、D：最大直径公称直径 小径d1：外螺纹的危险剖面直径 强度直径 中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽宽与牙的宽度相等 计算直径 螺距P：相邻两牙轴向距离 导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，S = nP,机械设计基础联接,机械设计基础联接,升角y ：螺纹与其轴线

15、的垂直平面所成的夹角 牙型角a ：螺纹两侧边的夹角,d1,D, d,二、螺旋副力学特性,螺旋副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面 螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动 当螺杆和螺母之间受到轴向力Q时，拧动螺杆或螺母，螺旋面间将产生摩擦力 1 斜面摩擦 2 矩形螺纹 3 三角形螺纹 4 螺纹联接的拧紧力矩,机械设计基础联接,1 矩形螺纹,螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动 滑块沿斜面运动 假设：1)载荷分布在中线上; 2)单面产生摩擦力,螺旋升角,拧紧力,拧紧力矩,防松力,防松力矩,机械设计基础联接,1 斜面摩擦,分析使滑块等速运动所需要的水平力 等速上升： 平衡条件： 拧紧力： 拧紧力矩： 传动效率：,机械设计基础联接,等速下滑： 平衡条件： 防松力： 效率：,自锁条件： 当y r时，F 0，原工作阻力F反向作用，作为驱动力时，滑块才能移动 结论：当 y r 时，滑块自锁,机械设计基础联接,2 三角形螺纹,反力 摩擦力 当量摩擦角,Q,机械设计基础联接,拧紧力 拧紧力矩,防松力 防松力矩,三角形螺纹（续）,效 率 自锁条件,Q,y rv,思考： 1. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动？ 2. 矩形