《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》課件第11章

第11章聯(lián)接11.1概述

11.2螺紋的形成、

類型和主要參數(shù)

11.3螺旋副的受力分析、自鎖和效率

11.4螺紋聯(lián)接的基本類型和螺紋聯(lián)接件

11.5螺栓聯(lián)接的預(yù)緊與防松

11.6鍵聯(lián)接

11.7剪切與擠壓的實(shí)用計(jì)算

11.1概述

所有的機(jī)器都是由多個零件聯(lián)接而成的。按組成聯(lián)接的零件在工作中相對位置是否變化，聯(lián)接可分為動聯(lián)接和靜聯(lián)接兩類。組成聯(lián)接的零件在工作中相對位置發(fā)生變化（即構(gòu)成運(yùn)動副）的聯(lián)接，稱為動聯(lián)接，例如：軸與滑動軸承的聯(lián)接、車床主軸箱中滑移齒輪與軸的聯(lián)接等。組成聯(lián)接的零件在工作中相對位置不發(fā)生變化的聯(lián)接，稱為靜聯(lián)接，例如：減速器中齒輪與軸的聯(lián)接、箱蓋與箱體的聯(lián)接等。

所有的機(jī)器都是由多個零件聯(lián)接而成的。按組成聯(lián)接的零件在工作中相對位置是否變化，聯(lián)接可分為動聯(lián)接和靜聯(lián)接兩類。組成聯(lián)接的零件在工作中相對位置發(fā)生變化（即構(gòu)成運(yùn)動副）的聯(lián)接，稱為動聯(lián)接，例如：軸與滑動軸承的聯(lián)接、車床主軸箱中滑移齒輪與軸的聯(lián)接等。組成聯(lián)接的零件在工作中相對位置不發(fā)生變化的聯(lián)接，稱為靜聯(lián)接，例如：減速器中齒輪與軸的聯(lián)接、箱蓋與箱體的聯(lián)接等。

按拆開聯(lián)接時是否需要破壞聯(lián)接件，聯(lián)接又可分為可拆聯(lián)接和不可拆聯(lián)接兩類。鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接和螺紋聯(lián)接等屬于可拆聯(lián)接；而鉚接、焊接和粘接等則屬于不可拆聯(lián)接。過盈聯(lián)接是利用材料本身的彈性變形，在一定裝配過盈量下使被聯(lián)接件套裝起來的聯(lián)接。采用不同的過盈量可得到可拆聯(lián)接或不可拆聯(lián)接。組成聯(lián)接的零件可分為聯(lián)接件和被聯(lián)接件。起聯(lián)接作用的零件，如鍵、銷、鉚釘、螺栓、螺母等稱為聯(lián)接件；需要聯(lián)接起來的零件，如減速器的箱蓋、箱座等稱為被聯(lián)接件。也有的聯(lián)接不需要聯(lián)接件，如過盈聯(lián)接等。

由于聯(lián)接的廣泛應(yīng)用，大多數(shù)的聯(lián)接零件都有國家標(biāo)準(zhǔn)或部頒標(biāo)準(zhǔn)，有的還有行業(yè)規(guī)范。目前已實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接零件有平鍵、螺栓、螺母、銷，鉚釘?shù)?，因此，設(shè)計(jì)聯(lián)接時應(yīng)盡量遵循有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以便簡化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的成本。生產(chǎn)實(shí)踐中廣泛地應(yīng)用著螺紋零件，如螺栓、絲杠和螺母等。利用螺紋零件將兩個或兩個以上的零件相對固定起來的聯(lián)接，稱為螺紋聯(lián)接。螺紋聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便及聯(lián)接可靠等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械制造和工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛。大多數(shù)螺紋和螺紋零件均已標(biāo)準(zhǔn)化，并有專門工廠生產(chǎn)。

11.2

螺紋的形成、類型和主要參數(shù)

1.螺紋的形成和類型如圖11-1（a）所示，將一直角三角形（底邊AB長為πd）繞在直徑為d的圓柱體上，同時使底邊AB與圓柱體端面圓周線重合，則此直角三角形的斜邊在圓柱體的表面上形成一條螺旋線。用不同形狀的車刀沿螺旋線可切制出三角形、矩形、梯形和鋸齒形的螺紋，如圖11-1(b)~圖11-1(e)所示。

在圓柱體上沿一條螺旋線切制的螺紋，稱為單線螺紋（如圖11-2（a）所示）；也可沿二條、三條螺旋線分別切制出雙線螺紋和三線螺紋（如圖11-2（b）、（c）所示）。單線螺紋主要用于聯(lián)接，多線螺紋主要用于傳動。

圖11-1螺紋的形成及其類型

圖11-2不同線數(shù)的螺紋(a)單線螺紋；(b)雙線螺紋；(c)三線螺紋

圖11-3左、右旋螺紋(a)右旋螺紋；(b)左旋螺紋

螺紋有外螺紋和內(nèi)螺紋之分。在圓柱體外表面上形成的螺紋，稱為外螺紋；在圓柱體的內(nèi)表面上形成的螺紋，稱為內(nèi)螺紋。螺紋還可分為普通螺紋、英寸制螺紋、管螺紋和錐螺紋等。普通螺紋又有粗牙和細(xì)牙兩種。公稱直徑相同時，細(xì)牙螺紋的螺距小，升角小，自鎖性好，螺桿強(qiáng)度較高，適用于受沖擊、振動和變載荷的聯(lián)接以及薄壁零件的聯(lián)接。但細(xì)牙螺紋比粗牙螺紋的耐磨性差，不宜經(jīng)常拆卸，故生產(chǎn)實(shí)踐中廣泛使用粗牙螺紋。

2.螺紋的主要參數(shù)現(xiàn)以圖11-4所示的三角形外螺紋為例說明螺蚊的主要參數(shù)：（1）大徑（d、D）——螺紋的最大直徑。對外螺是牙頂圓柱直徑（d），對內(nèi)螺紋是牙底圓柱直徑（D）。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定大徑為螺紋的公稱直徑。（2）小徑（d1、D1）——螺紋的最小直徑。對外螺紋是牙底圓柱直徑（d1），對內(nèi)螺紋是牙頂圓柱直徑（D1）。（3）中徑（d2、D2）——處于大徑和小徑之間的一個假想圓柱直徑，該圓柱的母線位于牙型上凸起（牙）和溝槽（牙間）寬度相等處。（4）螺距（P）——在中徑線上，相鄰牙對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。（5）導(dǎo)程（S）——同一螺旋線上，相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)之間的軸向距離。對單線螺紋，S=P；對于線數(shù)為n的多線螺蚊，S=nP。（6）牙形角（α）——在軸向截面內(nèi)螺紋牙形兩側(cè)邊的夾角。（7）升角（λ）——在中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角，其計(jì)算式為（11-1）

圖11-4螺紋的主要參數(shù)

11.3螺旋副的受力分析、自鎖和效率

11.3.1矩形螺紋（牙形角α=0°）

1.螺旋副的受力分析如圖11-5（a）所示，舉重螺桿的舉重量為Q，當(dāng)對螺桿加一轉(zhuǎn)矩T后，重物將被舉起。設(shè)Q均勻分布在各圈螺紋的工作面上，如圖11-5（b）所示。為了分析方便，現(xiàn)將螺桿簡化為一個滑塊，如圖11-5（c）所示，并假定Q力集中作用在滑塊上。在圓周力F的推動下，滑塊沿螺母的螺紋斜面上升。

圖11-5矩形螺紋螺旋副的受力分析

若按螺母螺紋中徑圓柱展開，則螺紋牙在展開圖上變成一斜面，如圖11-5（d）所示。當(dāng)滑塊沿斜面等速上升時，在載荷Q、圓周力F、法向反力N、摩擦力Ff的共同作用下，滑塊處于平衡狀態(tài)。由于N和F可合成全反力R（R與N的夾角ρ為摩擦角），則滑塊將在Q、F、R作用下處于平衡狀態(tài)，由力的封閉三角形可得到：F=Qtan（λ+ρ）

（11-2）

當(dāng)螺旋副轉(zhuǎn)動時，為克服螺紋中的阻力所需的轉(zhuǎn)矩為：

（11-3）

2.螺旋傳動的效率

螺桿轉(zhuǎn)動一周時轉(zhuǎn)矩T所做的功為：

因螺桿轉(zhuǎn)動一周時，重物上升的距離為導(dǎo)程S（如圖11-6所示），故舉升重物所做的有效功為

A2=QS=Qπd2tanλ

因此，螺旋傳動的效率為

（11-4）

圖11-6滑塊等速上升做功

3.螺紋的自鎖如圖11-7（a）所示，當(dāng)滑塊沿斜面等速下滑時，摩擦力Ff的方向沿斜面向上。F為支持力，Q為主動力，F(xiàn)f和法向力N合成全反力R，如圖11-7（b）所示，由力的封閉三角形得F=Qtan(λ-ρ)（11-5）

由式(11-5)可知，若λ＜ρ，則F＜0。這就是說，在λ＜ρ時，為了使滑塊沿斜面等速下滑，需要給滑塊加一力F，其大小按式(11-5)計(jì)算，方向與圖11-7所示的F方向相反。如果不給滑塊加一力F，則不論軸向載荷Q多大，滑塊都不會自行滑下，即不論舉重螺桿舉升重量Q有多大，螺桿都不會自動下降，這種現(xiàn)象稱為自鎖。自鎖條件為λ<ρ

（11-6）

為了保證自鎖，通常取λ≤4.5°。舉重螺桿能夠自鎖，可以不用裝設(shè)制動裝置，但由于螺紋升角λ較小，故效率較低。

圖11-7

滑塊等速下降時的受力分析

11.3.2其他螺紋（牙形角α≠0°）牙形角不等于零的螺紋有三角形、梯形、鋸齒形螺紋。螺旋副工作時，螺桿與螺母在轉(zhuǎn)矩T的作用下相對轉(zhuǎn)動，并承受軸向載荷Q，螺桿牙下表面沿螺母牙的上表面移動，如圖11-8（a）所示。此種情況相當(dāng)于槽面摩擦，如圖11-8（b）所示。將分析矩形螺紋所得的各公式中的摩擦系數(shù)f和摩擦角ρ換成當(dāng)量摩擦系數(shù)fv=f/cos(α/2)和當(dāng)量摩擦角ρv=arctgfv，即得牙形角不等于零的螺紋的圓周力F、轉(zhuǎn)矩T和效率η的計(jì)算公式為（11-7）

（11-8）

（11-9）

旋松螺紋時，施加的力為

（11-10）

自鎖條件為

λ<ρv

（11-11）

圖11-8三角形螺紋副的受力分析分析上述幾個公式，可得如下結(jié)論：（1）為了提高螺旋傳動的效率，傳動應(yīng)該采用多頭螺紋，因?yàn)槎囝^螺蚊的升角較大。（2）為了聯(lián)接可靠，聯(lián)接應(yīng)該采用單線三角形螺紋。因?yàn)槿切温菁y的當(dāng)量摩擦系數(shù)fv＞f，摩擦角ρv＞ρ，所以自鎖性好，聯(lián)接可靠性高。細(xì)牙螺紋比粗牙螺紋的升角小，故對聯(lián)接緊密性要求較高的場合，應(yīng)采用細(xì)牙螺紋。（3）傳動螺紋多采用矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。因?yàn)樗鼈儽热切温菁y的當(dāng)量摩擦角小，所以傳動效率高。11.4螺紋聯(lián)接的基本類型和螺紋聯(lián)接件

11.4.1螺紋聯(lián)接的基本類型螺紋聯(lián)接的基本類型有螺栓聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接、螺釘聯(lián)接、緊定螺釘聯(lián)接。它們的結(jié)構(gòu)和尺寸關(guān)系見表11-1。

表11-1螺紋聯(lián)接基本類型的結(jié)構(gòu)和尺寸

表11-1螺紋聯(lián)接基本類型的結(jié)構(gòu)和尺寸

1.螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接是將螺栓穿過被聯(lián)接件的孔，然后擰緊螺母，將被聯(lián)接件聯(lián)接起來。螺栓聯(lián)接分為普通螺栓聯(lián)接和配合螺栓聯(lián)接，前者是螺栓桿與孔壁之間留有間隙，后者是螺栓桿與孔壁之間沒有間隙，常采用基孔制過渡配合。螺栓聯(lián)接無須在被聯(lián)接件上切制螺紋孔，所以結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，應(yīng)用廣泛。這種聯(lián)接適用于被聯(lián)接件不太厚并能從被聯(lián)接件兩邊進(jìn)行裝配的場合。

2.雙頭螺柱聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接是將雙頭螺柱的一端旋緊在被聯(lián)接件之一的螺紋孔中，另一端則穿過其余被聯(lián)接件的通孔，然后擰緊螺母，將被聯(lián)接件聯(lián)接起來。這種聯(lián)接適用于被聯(lián)接件之一太厚，不能采用螺栓聯(lián)接或希望聯(lián)接結(jié)構(gòu)較緊湊，且需經(jīng)常裝拆的場合。

3.螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接是將螺釘穿過一被聯(lián)接件的通孔，然后旋入另一被聯(lián)接件的螺紋孔中。這種聯(lián)接不用螺母，有光整的外露表面，它適用于被聯(lián)接件之一太厚且不經(jīng)常裝拆的場合。

4.緊定螺釘聯(lián)接

緊定螺釘聯(lián)接是將緊定螺釘旋入被聯(lián)接件之一的螺紋孔中，并以其末端頂住另一被聯(lián)接件的表面或頂入相應(yīng)的凹坑中，以固定兩個零件的相互位置。這種聯(lián)接多用于軸與軸上零件的聯(lián)接，并可傳遞不大的載荷。

11.4.2螺紋聯(lián)接件螺紋聯(lián)接件有螺拴、雙頭螺柱、螺釘、緊定螺釘、螺母、墊圈、防松零件等，它們多為標(biāo)準(zhǔn)件，其結(jié)構(gòu)、尺寸在國家標(biāo)準(zhǔn)中都有規(guī)定。它們的公稱尺寸均為螺紋大徑d，設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用。

1.螺栓螺栓類型很多，常用的結(jié)構(gòu)形式如圖11-9所示。螺栓的一部分為制有螺紋的螺桿，另一部分為螺栓頭。螺栓頭部形狀很多，如六角頭、方頭、圓柱頭和T形頭等，應(yīng)用最多的是六角頭。

圖11-9螺栓

2.雙頭螺柱雙頭螺柱的結(jié)構(gòu)為兩端均制有螺紋的螺桿，如圖11-10所示。雙頭螺柱兩端螺紋的公稱直徑及螺距相同，但兩端螺紋長度有不等或相等之分。

圖11-10

雙頭螺柱

3.螺釘螺釘結(jié)構(gòu)與螺栓相似，如圖11-11所示。螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式有六角頭螺釘、內(nèi)六角沉頭螺釘、開槽淺沉頭螺釘、開槽圓頭螺釘?shù)鹊取?/p>

圖11-11螺釘

4.緊定螺釘緊定螺釘沿桿全長或部分長度制有螺紋，如圖11-12所示。末端的形狀有倒角端、圓柱端、錐端等。倒角端用于接觸面硬度較高的聯(lián)接；錐端用于接觸面硬度較低的聯(lián)接；圓柱端用于傳遞較大的載荷。

圖11-12緊定螺釘

5.螺母常見的螺母有六角螺母、方螺母、圓螺母等，如圖11-13所示。其中以六角螺母應(yīng)用最為普遍。六角螺母有厚薄之分，薄螺母用于尺寸受限制的地方，厚螺母用于經(jīng)常裝拆易于磨損之處。軸上零件要求軸向固定時，可采用圓螺母。

圖11-13螺母

6.墊圈常用的墊圈有彈簧墊圈、平墊圈等，如圖11-14所示。墊圈放在螺母和被聯(lián)接件之間，它的作用是：(1)防止擰緊螺母時擦傷被聯(lián)接件的表面；(2)墊平被聯(lián)接件的支承面，避免螺桿受到附加的偏心載荷；(3)增加被聯(lián)接件的支承面積，減少接觸處的擠壓應(yīng)力；(4)有的墊圈還可以防止聯(lián)接松動（見表11-2）。

圖11-14墊圈

11.5

螺栓聯(lián)接的預(yù)緊與防松

1.螺栓聯(lián)接的預(yù)緊

螺栓聯(lián)接在裝配時要擰緊螺母，使螺栓聯(lián)接受到預(yù)緊力的作用。螺栓聯(lián)接的預(yù)緊增強(qiáng)了聯(lián)接的可靠性，防止聯(lián)接在工作載荷作用下松動。對有氣密性要求的管路、壓力容器等聯(lián)接，預(yù)緊可使被聯(lián)接件的接合面在工作載荷的作用下，仍具有足夠的緊密性，避免泄漏。對承受橫向載荷的螺栓聯(lián)接，預(yù)緊力在被聯(lián)接件的接合面間產(chǎn)生所需的正壓力，使結(jié)合面間產(chǎn)生的總摩擦力足以平衡外載荷，由此可知預(yù)緊在螺栓聯(lián)接中起著重要的作用。重要的螺栓聯(lián)接，裝配時應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)緊力。有兩種控制預(yù)緊力的方法：一是采用定力矩扳手；二是采用測力矩扳手。重要的螺栓聯(lián)接應(yīng)盡量不采用小于M12～M16的螺栓，以免裝配時由于鎖緊力過大而被擰斷。

2.螺栓聯(lián)接的防松螺栓聯(lián)接的防松就是防止螺紋副的相對轉(zhuǎn)動。當(dāng)螺栓聯(lián)接采用三角形螺紋時，由于標(biāo)準(zhǔn)螺紋的升角比較小，而量摩擦角較大，故聯(lián)接具有自鎖性。在靜載荷的作用下，當(dāng)工作溫度變化不大時，這種自瑣性可以防止螺母松脫，但如果聯(lián)接是在沖擊、振動、變載荷作用下或工作溫度變化很大時，螺栓聯(lián)接則可能松動，聯(lián)接松脫往往會造成嚴(yán)重事故。因此設(shè)計(jì)螺栓聯(lián)接時，應(yīng)考慮防松的措施。

表11-2常用的防松方法

表11-2常用的防松方法

11.6

鍵聯(lián)接

在各種機(jī)器上都有很多轉(zhuǎn)動零件，如飛輪、帶輪、齒輪、凸輪和蝸輪等。這些零件和軸大多數(shù)采用鍵或花鍵聯(lián)接，如圖11-15所示。鍵聯(lián)接的作用是聯(lián)接轉(zhuǎn)動零件與軸，以傳遞運(yùn)動和動力。

圖11-15鍵聯(lián)接

11.6.1鍵聯(lián)接的類型根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和承受載荷情況的不同，鍵聯(lián)接可分為松鍵聯(lián)接和緊鍵聯(lián)接。

1.松鍵聯(lián)接松鍵聯(lián)接分為平鍵聯(lián)接和半圓鍵聯(lián)接。

1）平鍵聯(lián)接平鍵分為普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵三種。

（1）普通平鍵（如圖11-16所示）。普通平鍵的上平面與下平面互相平行，兩個側(cè)面也互相平行，其端部結(jié)構(gòu)有圓頭（A型）、平頭（B型）和單圓頭（C型）三種。采用普通圓頭平鍵時，軸上的鍵槽宜用端銑刀加工（如圖11-17（a）所示），它的優(yōu)點(diǎn)是鍵在鍵槽中的固定較好，但鍵槽端部的應(yīng)力集中較大；采用普通平頭平鍵時，軸上的鍵槽宜用圓盤銑刀加工（如圖11-7（b）所示），其優(yōu)點(diǎn)是鍵槽端部應(yīng)力集中較小，但鍵在鍵槽軸向固定不好；單圓頭平鍵常用在軸端的聯(lián)接中。

圖11-16普通平鍵

圖11-17軸上鍵槽的加工

裝配時，一般先將鍵放入軸上鍵槽內(nèi)，然后推上輪轂，構(gòu)成平鍵聯(lián)接，如圖11-18所示。這種聯(lián)接，鍵的上面與輪轂鍵槽的底面之間留有間隙，而鍵的兩側(cè)面與軸、輪轂鍵槽的側(cè)面配合緊密。為了便于裝拆，軸上鍵槽一般制成與鍵的形狀一樣，而輪轂鍵槽開通。工作時，依靠鍵和鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩，因此平鍵的側(cè)面為工作面。

圖11-18平鍵聯(lián)接

（2）導(dǎo)向平鍵。導(dǎo)向平鍵（如圖11-19所示）是加長的普通平鍵，其端部形狀有A型和B型兩種。導(dǎo)向平鍵聯(lián)接是將鍵用螺釘固定在軸上的鍵槽中，轉(zhuǎn)動零件的輪轂可在軸上沿軸向滑動。為了拆卸方便，在鍵的中部制有起鍵用的螺釘孔。導(dǎo)向平鍵聯(lián)接適用于軸上零件的軸向移動量不大的場合，如變速箱中的滑移齒輪。

圖11-19導(dǎo)向平鍵聯(lián)接

（3）滑鍵聯(lián)接。當(dāng)軸上零件的軸向移動量很大時，導(dǎo)向平鍵將很長，不易制造，這時可采用滑鍵（如圖11-20所示）?；I聯(lián)接是將滑鍵固定在輪轂上，并與輪轂一起在軸的鍵槽中滑動。

圖11-20滑鍵聯(lián)接

2）半圓鍵聯(lián)接半圓鍵（如圖11-21（a）所示）的上表面為一平面，下表面為半圓形弧面，兩側(cè)面互相平行。裝配時，半圓鍵放在軸上半圓形的鍵槽內(nèi)，然后推上輪轂（如圖11-21（b）所示）。這種鍵聯(lián)接，鍵的上表面與輪轂鍵槽的底面間留有間隙，鍵的側(cè)面和軸、輪轂鍵槽的側(cè)面貼合。工作時，依靠鍵和鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩，因此半圓鍵的側(cè)面是工作面。

圖11-21半圓鍵聯(lián)接

2.緊鍵聯(lián)接

1）楔鍵聯(lián)接楔鍵如圖11-22所示，鍵的頂面有1∶100的斜度，兩側(cè)面互相平行。楔鍵分為普通楔鍵（如圖11-22（a）所示）和鉤頭楔鍵（如圖11-22（b）所示）兩種，它們均為標(biāo)準(zhǔn)件。這種鍵聯(lián)接（如圖11-23所示），鍵的側(cè)面不與鍵槽側(cè)壁接觸，鍵的頂面和底面分別與輪轂鍵槽和軸槽的底面緊密貼合。因此，鍵與軸、輪轂之間產(chǎn)生很大的擠壓力。工作時，靠擠壓力及其在接觸面上所產(chǎn)生的摩擦力來傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩，可承受不大的單方向的軸向力。由此可見，楔鍵的頂面和底面為工作面。

圖11-22楔鍵

圖11-23楔鍵聯(lián)接(a)普通楔鍵聯(lián)接；(b)鉤頭楔鍵聯(lián)接

由于楔鍵在裝配時被打入軸和輪轂之間的鍵槽內(nèi)，所以使套在軸上的零件向鍵所在的方向移動一微小距離，造成軸和軸上零件的中心線不重合，即產(chǎn)生偏心。另外，當(dāng)受到?jīng)_擊、變載荷作用時，楔鍵聯(lián)接容易松動。因此，楔鍵聯(lián)接只適用于對中性要求不高、轉(zhuǎn)速較低的場合，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械等。鉤頭楔鍵的鉤頭是供拆卸楔鍵時用的，但易發(fā)生人身安全事故，所以應(yīng)加裝防護(hù)罩。

2）切向鍵聯(lián)接切向鍵是由兩個具有1∶100單面斜度的普通楔鍵沿斜面貼合在一起組成的（如圖11-24（a）所示），該組合體的上平面與下平面互相平行。裝配時，鍵自輪轂兩端打入，楔緊在軸與輪轂的鍵槽中，組成切向鍵聯(lián)接（如圖11-24（b）所示）。裝配后，切向鍵的下平面在通過軸心線的平面內(nèi)，上平面與輪轂槽底面壓緊。工作時，靠切向鍵上、下平面與鍵槽底面的擠壓力和輪轂接觸面上的摩擦力來傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩。因此，切向鍵的上、下平面為工作面。

一副切向鍵只能傳遞單方向的轉(zhuǎn)矩，當(dāng)需要傳遞兩個方向的轉(zhuǎn)矩時，應(yīng)裝兩副切向鍵，并在軸上互成110°～135°分布（如圖11-24（c）所示）。切向鍵的鍵槽對軸的強(qiáng)度削弱較大，另外，切向鍵聯(lián)接還使裝在軸上的零件與軸產(chǎn)生偏心，故切向鍵聯(lián)接適用于對中性和運(yùn)動精度要求不高、低速、重載、軸徑大于100mm的場合。

圖11-24切向鍵聯(lián)接

11.6.2花鍵聯(lián)接

1.花鍵的特點(diǎn)和應(yīng)用在軸上加工出多個鍵齒則稱為花鍵軸，而在輪轂孔上加工出多個鍵槽則稱為花鍵孔，二者組成的聯(lián)接即為花鍵聯(lián)接（如圖11-25所示）。與平鍵聯(lián)接相比，花鍵聯(lián)接因多齒承載，接觸面大，所以能傳遞較大的載荷，而且軸上零件與軸的對中性和沿軸向移動的導(dǎo)向性都較好。另外，由于齒槽較淺，故對軸的強(qiáng)度削弱較小。因此，花鍵聯(lián)接適用于載荷大、定心精度要求高的靜聯(lián)接和動聯(lián)接，特別是在汽車、飛機(jī)和各種機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是加工較復(fù)雜，需用專門的加工設(shè)備，生產(chǎn)成本較高。

圖11-25花鍵聯(lián)接

2.花鍵聯(lián)接的分類和定心方式

按齒形的不同，花鍵聯(lián)接主要分為矩形花鍵聯(lián)接和漸開線花鍵聯(lián)接。

1）矩形花鍵矩形花鍵的齒形為矩形，常用外徑定心（如圖11-26（a）所示），其特點(diǎn)是承載能力大、定心精度高、導(dǎo)向性好，能用磨削的方法獲得較高精度。另外，由于矩形齒的齒槽較淺、應(yīng)力集中較小，故對軸和輪轂的強(qiáng)度削弱較小。矩形花鍵齒廓形狀簡單，容易加工，所以應(yīng)用最廣。

2）漸開線花鍵漸開線花鍵的齒形為漸開線（如圖11-26（b）所示），多采用齒形定心。這種花鍵可用齒輪加工方法切制，工藝性好，加工精度高。與矩形花鍵相比，漸開線花鍵齒根較厚，強(qiáng)度高，應(yīng)力集中小。

圖11-26花鍵聯(lián)接的分類及定心方式

11.7

剪切與擠壓的實(shí)用計(jì)算

11.7.1剪切與擠壓的概念與實(shí)例

1.剪切的概念與實(shí)例工程中常用的聯(lián)接件，如銷釘、鍵、螺栓、鉚釘、焊縫等，都是構(gòu)件承受剪切的實(shí)例。如圖11-27（a）所示的鉚釘聯(lián)接，當(dāng)拉力F增加時，鉚釘沿m-m截面發(fā)生相對錯動(如圖11-27（c）所示)，甚至可能被切斷。其受力特點(diǎn)是：鉚釘受到一對大小相等、方向相反、作用線平行且相距很近的外力作用；其變形特點(diǎn)是：鉚釘沿兩個力作用線之間的截面發(fā)生相對錯動，這種變形稱為剪切變形，發(fā)生相對錯動的面稱為剪切面。剪切面上與截面相切的內(nèi)力稱為剪力，用Fs表示。只有一個剪切面的剪切變形稱為單剪(如圖11-27（d）所示)；有兩個剪切面的剪切變形稱為雙剪（如圖11-28所示）。

圖11-27剪切與擠壓變形

圖11-28雙剪現(xiàn)象

2.擠壓的概念與實(shí)例

聯(lián)接件在發(fā)生剪切變形的同時，在傳遞力的接觸面上也受到較大的壓力作用，從而出現(xiàn)局部壓縮變形，這種現(xiàn)象稱為擠壓，發(fā)生擠壓的接觸面稱為擠壓面，擠壓面上的壓力稱為擠壓力，用Fbs表示。如圖11-29所示，上鋼板孔左側(cè)與鉚釘上部左側(cè)互相擠壓，下鋼板孔右側(cè)與鉚釘下部右側(cè)互相擠壓。當(dāng)擠壓力過大時，相互接觸面處將產(chǎn)生局部顯著的塑性變形，鉚釘孔被壓成長圓孔。工程機(jī)械上常用的平鍵經(jīng)常發(fā)生擠壓破壞。

圖11-29擠壓破壞11.7.2剪切與擠壓的實(shí)用計(jì)算

1.剪切的實(shí)用計(jì)算由于聯(lián)接件發(fā)生剪切而使剪切面上產(chǎn)生了剪應(yīng)力τ，剪應(yīng)力在剪切面上的分布情況一般比較復(fù)雜，工程中為便于計(jì)算，通常認(rèn)為剪應(yīng)力在剪切面上是均勻分布的。由此得剪應(yīng)力τ的計(jì)算公式為

（11-12）

式中：Fs為剪切面上的剪力；A