键、无键连接和销连接培训知识

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1、机械设计,蔡惠坤 ,第六章 键、无键连接和销连接,连 接,不可拆连接,装拆方便，多次装拆无损于使用性能。如螺纹连接、键连接、销连接,在拆开连接时会损坏连接中的零件或使用性能。如焊接、铆接、粘接,可拆连接,（永久性连接）,（一）键的功能、分类、结构形式及应用,1 平键连接,普通平键,导向平键,滑键,薄型平键,功能： 用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩， 或实现零件的轴向固定或导向移动。,主要类型： 平键连接 半圆键连接 楔键连接 切向键连接,1、键连接,盘形铣刀,端铣刀,轴向固定好,A型键与B型键的差异, 加工方式差异, 对轴强度影响的差异, 轴向固定性差异, 外形差异,2）薄型平键,A型

2、键,B型键,C型键,常用于轴端,其高度约为普通平键的60%、70%，传递能力较低，常用于薄壁结构、空心轴等,普通平键的联接性质静联接,工作长度差异,轴向固定差,应力集中大,应力集中小,3）导向平键,连接性质动连接,外形特点键较长，用螺钉固定在轴的键槽中，键上制有起键孔，以便于拆卸,适用场所轴上零件滑移距离不大的场所。,相对运动方式轴上零件沿键滑移。,4）滑键,联接性质动联接,外形特点鞍状，包在零件上,适用场所轴上零件滑移距离较大的场所。,相对运动方式键与零件一同沿轴槽滑移。,注意：滑键与导向平键的区别,普通平键、薄型平键、导向平键和滑键的工作面均为键的侧面,双平键,当同一轴段需装两个平键时，两

3、键须相隔180,2 半圆键联接,优点：键能绕其几何中心摆动以适应榖槽的斜度；工艺性好，装配方便。,缺点：轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大,适用场所轻载，锥形轴端 与轮毂的联接。,注意：同一轴段若需装两个 半圆键时，只能装在同一 母线上，而不能相隔180 安装,联接性质静联接,半圆键的摆动特点,半圆键工作 面为键的侧面,半圆键,工作面,3 楔键（斜键）联接,楔键的形状：键的上表面具有 1：100的斜度,楔键的类型,普通楔键,勾头楔键,勾头楔键的勾头 供拆卸用,楔键的工作面,楔键的传力方式靠键的楔紧传力, 同时能承受轴向力和单向轴向 固定。,楔键连接的最大缺点： 楔紧后，轴和轮榖的 配合产生偏心,

4、楔键连接不宜的场所： 高速、定心精度高,3 切向键连接,切向键的组成： 由一对1:100的楔键组成,切向键的工作面： 由一对楔键沿斜面拼合后 相互平行的两个窄面。, 轴单向转动时，可安一个切向 键；,切向键的缺点： 键槽对轴的强度削弱较大, 双向转动时，相隔120130 安装 两个切向键。,切向键的适用的场所： 大型传动（重载）。如 大型带轮、矿山设备等。,（二）键的选择和键连接的强度计算,1 键的选择,类型选择根据使用要求、工作条件和结构特点选,尺寸选择bh依轴径d而定；L依毂宽B而定。,2 键连接的强度计算,（1）平键连接强度计算,平键连接的主要失效形式,静连接（普通平键连接）挤压破坏,动

5、连接（导向键、滑键）磨损,静连接强度条件,动连接强度条件,K=0.5h,T 扭矩 T =FyF d/2,键、轴、毂三者中最弱材料的许用挤压应力,键、轴、毂三者中最弱材料的许用挤压力,（2）半圆键连接强度计算,键的工作长度,A型键,B型键,只需作挤压强度计算,若强度不够，可采用两个键。考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按1.5个键计算。,双平键,双键安装角 平键：180 半圆键：0 楔键：90-120 切向键：120-130,（一）花键连接的类型、特点及应用 花键连接是平键连接在数目上的扩充,花键连接 的组成,内花键,外花键,花键连接的优点,a）受力均匀； b）应力集中小； c）承载能力强；

6、d）轴上零件的对中性好； e）导向性好； f）可用磨削的方法提高 加工和连接质量。,花键连接的缺点,a）无法根除应力集中；,b）需用专门设备加工；,c）制造成本高。,2、花键连接,矩形花键连接为内径定心，定心精度高，制造容易，在工程中应用最广泛,矩形花键,花键类型：矩形花键、渐开线花键。,用于高强度连接,渐开线花键,承载能力强，适用于大扭矩、大直径场所,也称三角形花键，适用于轻载小直径连接,渐开线花键的定心方式,齿形定心,也称三角形花键 用于薄壁零件连接,渐开线花键制造方法：,同齿轮加工一样 需采用专用机床 加工工艺性好 制造精度较高 制造成本较高,（二）花键连接的强度计算,花键连接的失效形式

7、,静连接挤压破坏,动连接磨损,强度计算的合理假设,强度条件为：,静连接,动连接,各参数含义及取值见有关内容,凡是轴与轮毂的连接不用键或花键时，统称为无键连接。,（一）型面连接,把安装轮榖的那一段轴做成表面光滑的非圆形截面的柱体或非圆形截面的锥体，并在轮榖上制成相应的孔，这种轴与轮毂相配合而构成的连接，称为型面连接。,配合面为柱体，只能传递扭矩,配合面为锥体，既能传递 扭矩，又能传递轴向力。 用于高可靠性场所。,3、无键连接,型面连接的特点： 1.对中性好； 2.应力集中小； 3.加工复杂，造价高。,常用的连接型面,（二）胀紧连接,胀紧连接是在榖孔和轴之间装入 胀紧连接套而构成的静连接。,根据胀

8、紧套结构形式的不同，国家标准规定了五种型号（Z1Z5）,加一个胀紧套的结构,加两个胀紧套的结构,Z1型胀紧连接,Z2型胀紧连接,传递扭矩时：,传递轴向力时：,既传递扭矩又轴向力时，合成载荷为：,公式中的参数请参阅教材。,定位销,连接销,安全销,按功能分,连接销,安全销,圆柱销,圆锥销,4、销连接,销的几种特殊形状,端部带螺纹的圆锥销,开尾圆锥销,槽销,销的失效（破坏）形式,连接销挤压或剪切失效,安全销剪断（工作需要）,定位销受力很小，一般不破坏,强度计算请参考机械设计手册有关内容,第七章 铆接、焊接、胶接和过盈,连 接,不可拆连接,装拆方便，多次装拆无损于使用性能。如螺纹连接、键连接、销连接,

9、在拆开连接时会损坏连接中的零件或使用性能。如焊接、铆接、粘接,可拆连接,（永久性连接）,1、铆接,铆接是将铆钉穿过被联接件的预制孔中经铆合而成的联接方式。其联接部分称为铆缝。,（一）铆接的种类、特性及应用 特性：联接牢固可靠，抗震，耐冲击。但结构笨重， 施工噪音大，劳动条件差。 应用：飞机制造、桥梁、建筑。,热铆接-直径 d12mm 的钢制铆钉；,铆接工艺分冷铆和热铆：,冷铆接-直径 d 12mm 的钢制铆钉、塑性较好 的有色金属及其合金制成的铆钉。, 按接头型式分：,（a） （b） （c） （d） （e） （a）单排搭接；(b)双排搭接；(c)三排搭接；(d)单排单盖板对接；(e)双排双盖板

10、对接, 按铆钉排数分：, 按铆缝性能分：,以强度为基本要求的强固铆缝。 应用：飞机蒙皮、起重设备机架、建筑物桁架,要求有足够的强度和足够紧密性的强密铆缝。 应用：蒸汽锅炉、高压器皿。,要求有足够的紧密性的紧密铆缝。 应用：流体储存器、低压管道,飞机蒙皮,蒸汽机车模型,（二）铆钉主要类型和标准 铆钉已标准化 GB /T863.1-1986 GB /T876-1986,铆钉铆接后的联接形式：,1.受力：剪切力和挤压力。 2.失效形式：,（三）铆缝的受力、失效形式、设计要点,3、铆缝的设计要点,强度计算主要是材料力学的基本公式。,强度计算的假设前提： 联接的横向力F通过铆钉组形心，一组铆钉中 各个铆

11、钉受力均等；,设计铆缝时，先根据铆缝的破坏形式进行强度计算。, 铆缝不受弯矩作用；, 被铆件结合面摩擦力略去不计；, 被铆件危险剖面上的拉(压)应力，铆钉的剪应力， 工作挤压应力都是均匀分布的。,4、单排搭接铆缝的静强度,取图中宽度等于垂直于受载方向的钉距t 的阴影部分进行计算。,（1）被铆件的抗拉强度,（2）被铆件孔壁的挤压强度,（3）铆钉的剪切强度,许用应力见表7-1。,2、焊接,焊接是利用局部加热或加压的方法使两个以上的金属件在连接处形成原子或分子间的结合而构成的不可拆连接。,熔化焊是将被焊接的结合部位加热达熔化状态（通常加入充填金属，如焊条或焊丝等），冷凝后形成牢固的接头而成为一体。

12、压力焊接是对两被焊件施加压力（或同时加热），使它们的结合部位接触在一起，形成分子或原子间的结合而连成一体。 钎焊是将被焊件和作为填充金属的钎料加热，被焊件熔点高不被熔化，钎料的熔点低，被融化后充填于被焊件的结合部位之间，与固态的被焊件金属相互溶解和扩散，冷凝后连成一体。,根据实现金属原子或分子间结合的方式不同，焊接可分为熔化焊、压力焊和钎焊三种。,焊接 方法,熔化焊,电弧焊 气焊 电渣焊 等离子焊 电子束焊 激光焊,压力焊,钎焊,摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊等,电阻钎焊、真空钎焊、高频感应钎焊等,特性：焊接结构重量轻，节约金属材料，施工方便，生产率 高，易实现自动化，且焊接结构的成本低，应

13、用很广。,(一)电弧焊缝的基本形式及特点,正接角焊缝,搭接角焊缝,榫头式,对接角焊缝,卷边焊缝,塞焊缝,在机械制造中，最常用的被焊件材料是低碳钢和低合金钢 (如Q215、Q235、15、20、16Mn等)。焊条的材料最好与被焊件的材料相同。,(二)焊接件常用材料,(三)焊缝的受力及破坏形式,1对接焊缝在拉（压）力或弯矩的作用下沿焊缝断裂。,2搭接角焊缝沿着与垂直平分线重合的最小剖面上开始破裂。,角焊缝与受力方向垂直 称正面角焊缝，只承受拉力。,角焊缝与受力方向平行 称侧面角焊缝， 承受拉力或弯矩。,角焊缝与受力方向垂直 称混合角焊缝 承受拉力或弯矩。,k,危险截面宽度 ksin450.7k,（

14、四）焊缝强度的计算 焊缝附近的应力很复杂，应力集中和内应力很难准确确定，因此焊缝强度的计算通常是在假设应力为均匀分布且不计残余内应力的条件下进行的条件性简化计算。其许用应力值则根据实验确定。,1焊缝应按被焊件厚度制成相应坡口，或进行一般的侧棱、修边工艺。 在焊接前，应对坡口进行清洗整理；,（五）焊接件的工艺及设计注意要点,2在满足强度条件下，焊缝的长度应按实际结构的情况尽可能地取得 短些或分段进行焊接，并应避免焊缝交叉；,3在焊接工艺上采取措施，使构件在冷却时能有微小自由移动的可能；,4焊缝在焊后应经热处理（如退火），消除残余应力；,5在焊接厚度不同的对接板件时，应使对接部位厚度一致，以利于焊

15、缝 金属均匀熔化；,6设计焊接件时，注意恰当选择母体材料和焊条；,7合理布置焊缝及长度；,8对于那些有强度要求的重要焊缝，必须按照有关行业的强度规范进行 焊缝尺寸校核，明确工艺要求和技术条件，并在焊后仔细进行质量检验。,（六）焊接在机器零件中的应用,焊接的减速箱体,焊接的齿轮结构,由于焊接具有强度高、工艺简单、因联接而增加的质量小 等特点，焊接技术的应用日益广泛。 在技术革新、单件生产、新产品试制等情况下，采用焊接 制造箱体、 机架等，一般比较经济。 随着焊接技术的发展，许多零件已改变了它们的传统制造 方法。一向是铸造出的机座、机壳、大齿轮等零件，已有很 大一部分改用了焊接。,3、胶接,一、概述：用胶粘剂直接把被联接件联接在一起且具有一定强度且不可拆卸的联接，利用胶粘剂凝固后出现的粘附力来传递载荷。,胶接组合蜗轮,螺纹接套与管件胶接,蜂窝结构填料,蒙皮与型材胶接,结构胶粘剂（环氧树脂、酚醛树脂） 非结构胶粘剂 其它胶粘剂。,二、胶粘剂,三、胶粘的工艺过程,1.胶接件表面的制备 2.胶接剂配置 3.涂胶 4.清理 5.固化,6.质量检验，常用方法有：, 超声波探伤；, 放射同位素摄影；, 激光全息摄影。, X光探伤；,四、胶接接头的结构形式: 对接、搭接、角接头。,实践表明，胶接接头的抗剪切及抗拉伸能力