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1、第十一章 联 接,由于使用、制造、装配、维修及运输等原因，机器中有 相当多的零件需要彼此联接。所谓联接，就是指被联接件与 联接件的组合结构。起联接作用的零件，如螺栓、螺母、键 以及铆钉等，称为联接件；需要联接起来的零件，如齿轮与 轴、箱盖与箱体等，称为被联接件。有些联接没有联接件， 如成形联接等。 联接可以分可拆联接和不可拆联接。可拆联接是指联接 拆开时，不会损坏联接件和被联接件，如螺纹联接、键联接、 花键联接、成形联接和销联接等。不可拆联接是指联接拆开 时，会损坏联接件或被联接件，如铆接、焊接和粘接等。机 械联接还可分为动联接和静联接。在机器工作时，被联接零 件间可以有相对运动的称为动联接，
2、如各种运动副、变速器 中滑移齿轮的联接。反之，称为静联接，如减速器中箱体与 箱盖的联接。,键联接主要用于轴与轴上零件（如齿轮、带轮）之间的周 向固定，用以传递转矩，其中有的键联接也兼有轴向固定或轴 向导向的作用。键是标准件，它可以分为平键、半圆键、楔键 和切向键等几类。平键联接和半圆键联接构成松键联接，楔键 和切向键联接构成紧键联接。 （一）、松键联接 松键联接依靠两侧面传递转矩。键的上表面与轮毂键槽底 面有间隙（图111），不影响轴与轮毂的同心精度，装拆方便。,第一节 键联接,1、平键联接 图11-1a所示，这种平键联接结构简单， 装拆方便，对中性好，应用最广泛。但它不能承受轴向力， 故对轴
3、上零件不能起到轴向固定作用。,按用途不同，平键可以分为普通平键、导向平键和滑键三 种。普通平键用于静联接，导向平键和滑键用于动联接。,图11-1 普通平键联接,（1）、普通平键 这种键应用最广（表11-1）。按键的端 部形状可分为圆头（A型）、方头（B型）和单圆头（C型）三 种，如图11-1中的b、c、d所示。,图11-2 轴上键槽的加工,采用圆头平键时，轴上的键槽采用端铣刀在立式铣床上加 工（图11-2a），键在轴上的键槽中固定良好，但轴上键槽端 部的应力集中较大。采用方头平健时，轴上键槽采用圆盘铣刀 加工（图11-2b），键槽两端的应力集中较小，但键在轴上的 轴向固定不好；当键的尺寸较大时
4、，需用紧定螺钉把键压紧在 轴上的键槽中（图11-1c）。,单圆头平键常用于轴端与轮毂的联接。轮毂上的键槽一般用插刀或拉刀加工，因此都是开通的。,图11-3 导向平键联接和滑键联接,（2）、导向平键 导向平键是一种较长的平键，用螺钉固定在轴槽中，为了便于 拆装，在键上制有起键螺钉孔（图11-2a）。键与轮毂采用间 隙配合，轮毂可沿键作轴向滑移。常用于变速器中的滑移齿轮 与轴的联接。,（2）、导向平键 导向平键是一种较长的平键，用螺钉固定在轴槽中，为了 便于拆装，在键上制有起键螺钉孔（图11-2a）。键与轮毂采用 间隙配合，轮毂可沿键作轴向滑移。常用于变速器中的滑移齿 轮与轴的联接。,图11-4
5、半圆键联接,2、半圆键联接 如图11-4所示，半圆键用于静联接，它 靠键的两个侧面传递转矩。,轴上键槽用半径与键相同的盘状铣刀铣出，因而键在轴槽中能绕其几何中心摆动，以适应轮毂槽由于加工误差所造成的斜度。半圆键联接的优点是轴槽的加工工艺性较好，装配方便，缺点是轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大。,一般只宜用于轻载，尤其适用于锥形轴端的联接。,（二）紧键联接 1、楔键联接 楔键联接用于静联接，如图11-5所示。楔键 的上表面和与它配合的轮毂槽底面均有1：100的斜度。装配后， 键的上、下表面与毂和轴上键槽的底面压紧，因此键的上下表 面为工作面，键的两侧面与键槽都留有间隙。工作时，靠键楔 紧的摩擦力
6、来传递转矩，同时还能承受单向轴向载荷。,图11-5 楔键联接,这类键由于装配楔紧时破坏了轴与轮毂的对中性；另外，在冲击、振动和承受变载荷时易产生松动。因此楔键联接仅适用于对传动精度要求不高、低速和载荷平稳的场合。,楔键分普通楔键和钩头楔键，普通楔键又分圆头和方 头两类。钩头楔键便于拆装，用于轴端时，为了安全，应 加防护罩。,2、切向键联接 切向键是由一对普通楔键组成，如图 11-6a所示。装配后两键的斜面相互贴合，共同楔紧在轴毂 和轴之间，键的上下两平行窄面是工作面，依靠其与轴和轮 毂的挤压传递单向转矩，如图11-6b所示。,图11-6 切向键联接,当要传递双向转矩时，须用两对互成120130
7、的切向键（图11-6c）。切向键联接主要用于轴径大于100mm，对中要求不高而载荷很大的重型机械，如矿山机。,二、平键联接的选用和强度计算 （一）、键的选择 1、键的类型选择 选择键的类型应考虑以下一些因素：对中性要求；传递 转矩的大小；轮毂是否需要沿轴向滑移及滑移距离大小；键 在轴的中部或端部等。 2、键的尺寸选择 平键的主要尺寸为键宽b、键高h和键长L。设计时，根据 轴的直径从标准中（见表11-1）选取平键的宽度b和高度h； 键长L略短于轮毂的宽度（一般比轮毂宽度短510mm）， 并符合标准中规定的长度系列。,（二）、平键的强度校核 平键联接工作时的受力情况如图11-7所示，键受到剪切和
8、挤压的作用。,图11-7 平键联接的受力分析,实践证明，标准平键联接，其主要失效形式是键、轴和轮 毂中强度较弱的工作表面被压溃（对静联接）或磨损（对动联 接）。因此，通常只需校核挤压强度（对静联接）或压强（对 动联接）。,设载荷沿键长均匀分布，则挤压强度条件为,(11-1),式中，T为传递的转矩（Nmm）；d为轴的直径（mm）； h为键的高度，mm；l为键向工作长度，对A型键：lLb， 对B型键：lL， 对C型键lL 。,p较弱材料的许用挤压应力（Mpa），其值查表112， 对动联接则以压强p和许用压强p代替式中的p和p。,如校核结果联接的强度不够，则可采取以下措施： （1）适当增加轮毂和键的
9、长度，但键长不宜超过2.5d。 （2）用两个键按相隔180布置，考虑到载荷在两个键上分 布的不均匀性，强度计算时，只按1.5个键计算。,在轴上加工出多个键齿称为花键轴，在轮毂孔上加工出多 个键槽称为花键孔，二者组成的联接称为花键联接，如图118 所示，花键齿的侧面为工作面，靠轴与毂的齿侧面的挤压传递转 矩。,第二节 花键联接,图118 外花键和内花键,由于多键传递载荷，所以它比平键联接的承载能力高，对中性和导向性好；由于键槽浅，齿根应力集中小，故对轴的强度削弱小。一般用于定心精度要求高和载荷大的静联接和动联接，如汽车、飞机和机床等都广泛地应用花键联接。但花键联接的制造需要专用设备，故成本较高。
10、,一、花键联接的类型和特点： 花键已标准化，常用花键按其齿形分为矩形花键和渐开线 花键两类。,图119 矩形花键联接,1、矩形花键 矩形花键如图119所示，键的剖面形状为矩形，加工方便， 标准规定，用热处理后磨削过的小径定心，即外花键和内花键的 小径为配合面。它的定心精度高，稳定性好，因此应用广泛。,2、渐开线花键 渐开线花键的齿廓为渐开线，如图1110所示。它可用制 造齿轮的方法加工，工艺性较好，制造精度也较高。与矩形花 键相比，渐开线花键的根部较厚，应力集中小，承载能力大。,图1110 渐开线花键联接,渐开线花键的定心方式为齿形定心，它具有自动对中作用，并有利于各键的均匀受力；但加工小尺寸
11、的渐开线花键孔的拉刀制造复杂，成本较高。因此，它适用于载荷较大、定心精度要求较高和尺寸较大的联接。渐开线花键的标准压力角为30和45。,销联接通常用来固定零件间的相互位置（图1111a）， 它是组合加工和装配时的重要辅助零件（图1111b）；同时 也可用于轴与轮毂的联接，以传递不大的载荷（图1111c）， 还可以作为安全装置中的过载剪断元件（图1111d）,第三节 销联接,图1111 销联接,销为标准件，其材料根据用途可选用35、45钢。按销形状 的不同，可分为圆柱销、圆锥销、开口销、异形销等。,图1112 圆锥销,圆柱销利用微量过盈固定在铰制孔中，多次拆装后定位精 度和联接紧固性会下降；圆锥
12、销具有1：50的锥度，小头直径 为标准植。圆锥销安装方便，且多次装拆对定位精度的影响也 不大，应用较广。为确保销安装后不致松脱，圆锥销的尾端可 制成开口的，如图1112b所示的开尾圆锥销。为方便销的拆 卸，圆锥销的上端也可做成带内、外螺纹的，如图1112c、d 所示。,图1113 开口销,开口销（图1113）常用低碳钢丝制成，是一种防松零件。,第四节 螺纹联接,螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联接，其结构简单， 装拆方便，成本低，广泛用于各类机械设备中。 联接螺纹采用自锁性好的普通螺纹。最常用的普通螺纹， 其牙型角60，根据螺距不同有粗牙和细牙之分。一般 联接采用粗牙螺纹，因细牙螺纹经常拆装容
13、易产生滑牙。但 细牙螺纹螺距小，小径和中径较大，升角小，自锁性好，所 以细牙螺纹多用于强度要求较高的薄壁零件或受变载、冲击 及振动的联接中。例如，轴上零件固定的圆螺母即为细牙螺纹。,一、螺纹联接基本类型、结构尺寸应用 螺纹联接的主要类型有螺栓联接、双头螺栓联接、螺钉联 接以及紧定螺钉联接。它们的结构尺寸、特点和应用见表113。,表11-3 螺纹联接的基本类型、特点及应用,表11-3 螺纹联接的基本类型、特点及应用,二、螺纹联接件 螺纹联接件的类型很多，其中常用的有螺栓、双头螺栓、 螺钉、紧定螺钉、螺母、垫圈以及防松零件等。其结构形式 和尺寸均已标准化。它们的公称尺寸均为螺纹的大径，设计 时可根
14、据标准选用。其常用类型、结构特点及应用见表114。,表11-4 常用标准螺纹联接件,三、螺纹联接件的防松装置 联接螺纹都能满足自锁条件，且螺母和螺栓头部支承面处 的摩擦也能起防松作用，故在静载荷下，螺纹联接不会自动松 脱。但在冲击、振动或变载荷的作用下，或当温度变化很大时， 螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬时消失。这种观象多次重复， 联接就会松开，影响联接的牢固和紧密。甚至会引起严重事故。 因此在设计螺纹联接时，必须考虑防松措施。防松的根本问题 是防止螺母和螺栓的相对转动，防松方法很多，常用的防松方 法见表115。,螺栓联接中的单个螺栓受力分为受轴向拉力和横向剪力两 种，前者的失效形式多为螺纹部分
15、的塑性变形或断例，如果联 接经常装拆也可能导致滑扣。后者在工作时，螺栓接合面处受 剪，并与被联接孔相互挤压，其失效形式为螺杆被剪断，螺杆 或孔壁被压溃等。根据上述失效形式，对受轴向拉伸螺栓主要 以拉伸强度条件作为计算依据；对受剪螺栓则是以螺栓的剪切 强度条件、螺栓杆或孔壁的挤压强度条件作为计算依据。至于 螺纹其它各部分的尺寸通常不需要进行强度计算。可按螺纹的 公称直径(螺纹大径)直接从标准中查取。,第五节 螺栓联接的强度计算,一、受轴向拉伸的螺栓联接 1松螺栓联接 螺栓的强度条件为,(11-2),式中，d1为螺纹小径（mm）,F为螺纹承受的轴向工作载荷（N） 为松螺栓联接的许用应力（MPa）。
16、,图11-14 起重吊钩,图1114所示吊钩尾部的螺纹联接即属松螺栓联接。螺栓装配时，螺母不需要拧紧，在承受工作载荷之前螺栓并不受力螺栓的轴向工作载荷由外载荷确定，即 。,。,2紧螺栓联接 紧螺栓联接装配时需要拧紧，加上外载荷之前，螺栓已承 受预紧力。拧紧时，螺栓既受拉伸，又因旋合螺纹副中摩擦阻 力矩的作用而受扭转，故在危险截面上既有拉应力，又有扭转 切应力。考虑到预紧力及拧紧过程中的受载，根据第四强度理 论，对于标准普通螺纹的螺栓，其螺纹部分的强度条件可简化 为,(11-3),式中,e为螺栓的当量拉应力；其它符号含义同式（11-2）。,（1）只受预紧力的紧螺栓联接 受横向外载荷和接合面内受转矩作用的普通螺栓联接， 均为只受预紧力F0作用下的紧螺栓联接。,。,图1115所示为受 横向外载荷的普通螺栓联接，外载荷F与螺栓轴线垂直，螺栓杆与孔之间有间隙。,图11-15 只受预紧力的螺栓联接,如图1116所示为接合面内受转矩T作用的普通螺栓联接，
