《機械設計基礎》課件-第15章

第15章聯(lián)接15.1鍵聯(lián)接15.2花鍵聯(lián)接15.3銷聯(lián)接15.4螺紋聯(lián)接

15.1鍵聯(lián)接

15.1.1鍵聯(lián)接的類型和應用

1.松鍵聯(lián)接

松鍵聯(lián)接中，鍵的兩側面是工作面，工作時，靠鍵與鍵槽側面的擠壓來傳遞轉矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間留有間隙(圖15-1(a))。圖15-1普通平鍵聯(lián)接

1)平鍵聯(lián)接

(1)普通平鍵。普通平鍵按構造分為圓頭(A型)、平頭

(B型)及單圓頭(C型)三種，如圖15-1(b)、(c)、(d)所示。普通平鍵和鍵槽尺寸見表15-1。圓頭平鍵軸上的鍵槽用端銑刀加工(圖15-2(a))，鍵在槽中固定良好，但軸上鍵槽端部的應力集中較大。平頭平鍵軸上的鍵槽用盤銑刀加工(圖15-2(b))，應力集中較小，但鍵在軸上的軸向固定不好。單圓頭平鍵常用于軸的端部聯(lián)接，軸上鍵槽常用端銑刀銑通。圖15-2鍵槽加工方法

(2)導向平鍵。當被聯(lián)接的輪轂類零件在工作過程中須在軸上作較小距離的軸向移動時，則采用導向平鍵，見圖15-3(a)。導向平鍵較長，用螺釘固定在軸上的鍵槽中，為了便于拆卸，鍵上制有起鍵螺孔，以便擰入螺釘使鍵退出鍵槽。軸上的傳動零件可沿鍵作軸向滑移，如變速箱中的滑移齒輪等。

(3)滑鍵。當軸上零件滑移距離較大時，因所需導向鍵的尺寸過大，制造困難，固采用滑鍵，見圖15-3(b)、(c)?；I固定在輪轂上，輪轂帶動滑鍵在軸上的鍵槽中作軸向滑移。這樣只需在軸上銑出較長的鍵槽，而鍵可以做得較短。圖15-3導向平鍵聯(lián)接和滑鍵聯(lián)接

2)半圓鍵聯(lián)接

半圓鍵聯(lián)接如圖15-4所示。半圓鍵能在軸的鍵槽內擺動，以適應輪轂鍵槽底面的斜度，特別適合錐形軸端的聯(lián)接。它的缺點是鍵槽對軸的削弱較大，只適合于輕載聯(lián)接。圖15-4半圓鍵聯(lián)接

2.緊鍵聯(lián)接

1)楔鍵聯(lián)接

楔鍵聯(lián)接用于靜聯(lián)接，如圖15-5所示。圖15-5楔鍵聯(lián)接

2)切向鍵聯(lián)接

切向鍵是由一對斜度為1∶100的楔鍵組成的，如圖15-6(a)所示。裝配時，兩個鍵分別自輪轂兩端楔入，裝配后兩個相互平行的窄面是工作面；工作時依靠工作面的擠壓傳遞轉矩。一對切向鍵只能傳遞單向轉矩，當傳遞雙向轉矩時，應裝兩對相互成120°～135°的切向鍵，見圖15-6(b)。切向

鍵能傳遞很大的轉矩，常用于重型機械。圖15-6切向鍵聯(lián)接15.1.2平鍵聯(lián)接的選擇和強度計算

1.鍵的類型選擇

選擇鍵的類型主要應考慮以下幾個因素：傳遞轉矩大小，對中性要求，輪轂是否需要作軸向移動及滑移距離大小，鍵在軸的中部或端部等。

2.鍵的尺寸選擇

平鍵的主要尺寸為鍵寬b、鍵高h和鍵長L。設計時，根據(jù)軸的直徑d從表15-1所列標準中選擇平鍵的寬度b和高度h；鍵的長度L略小于輪轂的長度(一般比輪轂長度短5mm～10mm)，并符合標準中規(guī)定的長度系列。

3.平鍵的強度校核

平鍵工作時的受力情況如圖15-7所示，鍵受到剪切和擠壓作用。圖15-7平鍵的強度校核設載荷沿鍵長均勻分布，則靜聯(lián)接的擠壓強度條件為

(15-1)

動聯(lián)接的壓強條件為

(15-2)經(jīng)校核若聯(lián)接強度不夠，可采取以下措施：

(1)適當增加輪轂和鍵的長度，但鍵長不宜大于2.5d。

(2)用兩個鍵相隔180°布置，考慮到載荷分布的不均勻性，只能按1.5個鍵作強度計算。

15.2花鍵聯(lián)接

花鍵聯(lián)接由具有周向均勻分布的多個鍵齒的花鍵軸和具有同樣數(shù)目鍵槽的輪轂組成，如圖15-8(a)所示?；ㄦI依靠鍵齒側面的擠壓傳遞轉矩，由于是多齒傳遞載荷，所以承載能力強。由于齒槽淺，故對軸的削弱小，應力集中小，故其具有定心好和導向性能好等優(yōu)點，但需要專用設備進行加工，生產(chǎn)成本高。

花鍵聯(lián)接適用于定心精度要求高、載荷大或經(jīng)?；频穆?lián)接中?；ㄦI按齒形分為矩形花鍵(圖15-8(b))和漸開線花鍵(圖15-8(c))。矩形花鍵齒形簡單，易于制造，應用廣泛。漸開線花鍵齒根厚，強度高，加工工藝性好，適用于載荷較大及尺寸較大的聯(lián)接。圖15-8花鍵聯(lián)接

15.3銷聯(lián)接

銷聯(lián)接的主要用途是固定零件間的相對位置，并可傳遞較小的轉矩，也可作為安全裝置中的過載剪斷元件。

按銷的形狀不同，可分為圓柱銷(圖15-9(a))和圓錐銷(圖15-9(b)、(c))。圓柱銷利用過盈配合固定，多次拆卸會降低定位精度和可靠性。圓錐銷常用的錐度為1：50，裝配方便，定位精度高，多次拆卸不會影響定位精度。圖15-9銷聯(lián)接

15.4螺紋聯(lián)接

15.4.1螺紋的類型及主要參數(shù)

1.螺紋的類型

螺紋按螺旋線的旋向可分為左旋螺紋和右旋螺紋，一般多用右旋螺紋。螺紋按螺旋線的數(shù)目，可分為單線螺紋、雙線螺紋和多線螺紋，聯(lián)接一般多用單線螺紋。按牙型螺紋可分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋(圖15-10(b))，聯(lián)接一般用三角形螺紋。按螺紋是在外表面或內表面可分為外螺紋和內螺紋，內、外螺紋組成螺旋副。圖15-10常用螺紋的牙型

2.螺紋的主要參數(shù)

現(xiàn)以普通螺紋即米制三角形螺紋為例，說明螺紋的主要參數(shù)，如圖15-11所示。圖15-11螺紋的主要參數(shù)

(1)大徑d(D)：外(內)螺紋的公稱直徑。

(2)小徑d1(D1)：外(內)螺紋的最小直徑。

(3)中徑d2(D2)：外(內)螺紋的平均直徑。

(4)螺距P：相鄰兩螺牙上對應點之間的軸向距離。

(5)線數(shù)n：螺紋螺旋線的數(shù)目，一般n≤4。

(6)導程L：在同一條螺紋上相鄰兩螺牙上對應點之間的軸向距離。若螺紋線數(shù)為n，則L=nP。

(7)螺紋升角λ：在中徑圓柱上，螺旋線的切線與端面之間的夾角，即

(8)牙型角α：在軸向剖面內，相鄰螺紋牙型兩側邊之間的夾角。

(9)牙側角β：在軸向剖面內，螺紋牙型側邊與螺紋軸線的垂線之間的夾角。對于對稱牙型，β=α/2。15.4.2螺紋聯(lián)接的基本類型、結構尺寸及應用

1.聯(lián)接用螺紋

螺紋聯(lián)接一般采用三角形螺紋，主要有普通螺紋和管螺紋。

普通螺紋基本尺寸見表15-3。

2.螺紋聯(lián)接的類型

螺紋聯(lián)接有四種基本類型，如圖15-12所示。圖15-12螺紋聯(lián)接的類型15.4.3螺紋聯(lián)接件

螺紋聯(lián)接件大多已有國家標準，設計時一般根據(jù)大徑d(D)按標準選用。

1.螺栓

螺栓的頭部形狀很多，常用的有標準六角頭和小六角頭兩種(圖15-13)。由冷鐓法生產(chǎn)的小六角頭螺栓具有用材省、生產(chǎn)率高、力學性能好等優(yōu)點。但其頭部尺寸較小，不宜用于頻繁拆卸、被聯(lián)接件強度低和容易銹蝕的地方。圖15-13螺栓

2.雙頭螺柱

雙頭螺柱(圖15-14)旋入被聯(lián)接件螺紋孔的一端稱為座端，與螺母相配合的一端稱為螺母端。圖15-14雙頭螺柱

3.螺釘和緊定螺釘

螺釘和緊定螺釘?shù)念^部有內六角頭、十字槽頭、開槽頭、滾花頭等多種形式(圖15-15(a))，以適應不同擰緊方法的要求。緊定螺釘用末端頂住被聯(lián)接件，其末端形式有錐端、平端、凹端、圓柱端等(圖15-15(b))。圖15-15螺釘和緊定螺釘

4.螺母

螺母的形狀也很多，常用的有六角螺母(圖15-16)和圓螺母(圖15-17)。六角螺母有普通螺母、薄螺母、厚螺母。薄螺母用于高度尺寸受到限制的地方，厚螺母用于經(jīng)常拆卸、容易磨損的地方。圓螺母常與止動墊圈配合使用，用于軸上零件的軸向固定。圖15-16六角螺母圖15-17圓螺母

5.墊圈

墊圈的作用是增大被聯(lián)接件的支承面，降低支承面的壓強，防止擰緊螺母時擦傷被聯(lián)接件的表面。常用的墊圈有普通墊圈(圖15-18(a))和彈簧墊圈(圖15-18(b))。圖15-18墊圈15.4.4螺紋聯(lián)接的預緊與防松

1.螺紋聯(lián)接的預緊

一般螺紋聯(lián)接在裝配時都必須擰緊，稱為預緊。這時螺紋受到預緊力的作用。預緊的目的是防止工作時螺紋聯(lián)接出現(xiàn)縫隙和滑移，保證聯(lián)接的緊密性和可靠性。如果預緊力過小，會使聯(lián)接不可靠；如果預緊力過大，容易將螺栓拉斷。

2.螺紋聯(lián)接的防松

螺紋聯(lián)接是利用螺紋的自鎖性來達到聯(lián)接要求的，一般情況下不會松動。但是，在沖擊、振動、變載、溫度變化較大時螺紋會產(chǎn)生自動松脫。因此，在設計螺紋聯(lián)接時必須考慮防松。螺紋聯(lián)接防松的根本問題是阻止螺旋副相對轉動。防松的方法很多，常用的防松方法見表15-4。15.4.5螺栓聯(lián)接的失效形式

普通螺栓的主要失效形式是螺栓桿或螺紋部分的塑性變形和斷裂；鉸制孔用螺栓的失效形式是螺栓桿被剪斷、螺栓桿或孔壁被壓潰；經(jīng)常拆卸時會因磨損產(chǎn)生滑扣。15.4.6提高螺栓聯(lián)接強度的措施

1.改善螺紋牙間的載荷分布

由于螺栓和螺母的剛度不同、變形不同，因此各牙受力不均勻。從螺母支承面算起，第一圈承載最大，以后各圈遞減，到第8～10圈以后，螺紋幾乎不受載荷。為改善各牙受力分布不均勻，可采用懸置螺母(圖15-19(a))、內斜螺母(圖15-19(b))、環(huán)槽螺母(圖15-19(c))等，使螺紋牙間的載荷分

配趨于均勻，以提高螺栓的強度。圖15-19均載螺母結構

2.減小應力集中

適當增大螺紋牙根過渡處圓角半徑、在螺紋結束部位采用退刀槽等，都能使截面變化均勻，減小應力集中，提高螺栓的疲勞強度。

3.避免附加應力

由于各種原因，可能使螺栓承受附加彎曲應力。這對

螺