機械設(shè)計基礎(chǔ)第10章連接(鍵、花鍵-六)

第10章連接§10－1

螺紋§10－2

螺旋副的受力分析、效率和自鎖§10－3

機械制造常用螺紋（略）

§10－4

螺紋連接的基本類型及螺紋緊固件

§10－5

螺紋連接的預(yù)緊與防松§10－6

螺栓連接的強度計算§10－8

提高螺栓連接強度的措施§10－11

鍵連接和花鍵連接§10－7

螺栓的材料和許用應(yīng)力§10－9螺旋傳動（略）§10－10

滾動螺旋簡介（略）§10－11

鍵連接和花鍵連接一、鍵連接的類型三、鍵的公差與配合二、平鍵連接的強度校核四、花鍵連接§10－12

銷連接五、花鍵連接強度計算潘存云教授研制§10－11

鍵連接和花鍵連接作用：用來實現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞扭矩，或?qū)崿F(xiàn)零件的軸向固定或移動。一、鍵連接的類型類型：平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵等。1.平鍵連接工作面特點：定心好、裝拆方便。種類普通平鍵導向平鍵間隙軸潘存云教授研制普通平鍵結(jié)構(gòu)單圓頭(C型)圓頭(A型)平頭(B型)用指狀銑刀加工，固定良好，軸槽應(yīng)力集中大。用盤銑刀加工，軸的應(yīng)力集中小。用于軸端普通平鍵應(yīng)用最廣。A型B型C型盤銑刀薄型平鍵的高度為普通平鍵的60~70%，也分圓頭、平頭、單圓頭三種。傳遞扭矩能力低，常用于薄壁結(jié)構(gòu)、空心軸等徑向尺寸受限制的場合。起鍵螺孔導向平鍵固定螺釘零件可以在軸上移動，構(gòu)成動聯(lián)接。滑移距離較大時，平鍵過長，制造困難，故可采用滑鍵。結(jié)構(gòu)特點：長度較長，需用螺釘固定。為便于裝拆，制有起鍵螺孔。潘存云教授研制起鍵螺孔固定螺釘潘存云教授研制雙鉤頭滑鍵結(jié)構(gòu)特點：兩端有鉤頭，鍵固定在輪轂上，鍵短，槽長。潘存云教授研制潘存云教授研制單圓鉤頭滑鍵結(jié)構(gòu)特點：單圓鉤頭，嵌入輪轂中。潘存云教授研制潘存云教授研制表10-10

普通平鍵和鍵槽尺寸（GB/T1095-2003、GB/T1096-2003）

A型B型C型bhC×45?或r1LLLbhbbt2d+t2標記實例:圓頭普通平鍵(A型):

鍵16×100GB/T1096-2003方頭普通平鍵(B型):鍵B16×100GB/T1096-2003單圓頭普通平鍵(C型):鍵C16×100GB/T1096-2003dd-t1t1R=b/2寬×長潘存云教授研制dbhC或rLt1t2

半徑r續(xù)表10-10鍵的尺寸鍵槽軸的直徑自6~8226~201.21〉8~10330.16~0.256~361.81.40.08~0.16〉10~12448~452.51.8〉12~175510~563.02.3〉17~22660.25~0.414~703.52.80.16~0.25〉22~308718~904.03.3〉30~3810822~1105.03.3〉38~4412828~1405.03.3〉44~501490.4~0.636~1605.53.80.25~0.4〉50~58161045~1806.54.3〉58~65181150~2007.04.4〉65~75201256~2207.54.9〉75~85221463~2509.05.40.6~0.80.4~0.6潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制2.半圓鍵連接優(yōu)點：定心好，裝配方便。因半圓鍵能在軸槽中擺動以適應(yīng)輪轂槽底面。缺點：對軸的削弱較大，只適用于輕載連接。特別適用于錐形軸端的連接。工作面潘存云教授研制3.楔鍵連接和切向鍵連接結(jié)構(gòu)特點：鍵的上表面有1:100的斜度，輪轂槽的底面也有1:100的斜度。缺點：定心精度不高。應(yīng)用：只能應(yīng)用于定心精度不高，載荷平穩(wěn)和低速的連接。安裝時用力打入工作面潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制d類型：普通楔鍵、鉤頭楔鍵。鉤頭是用來拆卸用的拆卸空間斜度1：100在重型機械中常采用切向鍵——一對楔鍵組成。裝配時將兩楔鍵楔緊，鍵的窄面是工作面，所產(chǎn)生的壓力沿切向方向分布，當雙向傳遞扭矩時，需要兩對切向鍵分布成120~130?。窄面工作面二、平鍵聯(lián)接的強度校核1.類型的選擇應(yīng)根據(jù)各種平鍵的特點及具體應(yīng)用情況來選擇?？紤]：扭矩大小、對中性要求、軸上位置等情況。2.尺寸的選擇鍵是一種標準件，主要尺寸：長L、寬b、高hb×h____按軸的直徑由標準選取。表10－9P156L_____參照輪轂寬度B從標準中選取

一般：L=B－(5～10)mm3.材料的選擇鍵的材料常用45鋼：σB≥600

MPa的碳素鋼二、平鍵聯(lián)接的強度校核1.類型的選擇2.尺寸的選擇3.材料的選擇4.強度計算1）受力分析bh/2dTFF為簡化工程計算，均布力用集中力來考慮，并假設(shè)作用于半徑處2）失效形式動聯(lián)接：工作面過渡磨損靜聯(lián)接：較弱件工作面被壓潰極個別情況出現(xiàn)鍵被剪斷d3）計算準則防止壓潰失效，保證擠壓強度防止磨損失效，進行耐磨性計算一般不會出現(xiàn)二、平鍵聯(lián)接的強度校核4.強度計算1）受力分析2）失效形式3）計算準則4）計算公式σp=AF(h/2)lT/(d/2)=≤[σp

]MPa

dhl4T=l=LbB型Ll=L-bbA型lLl=L-b/2lbC型式中：T____扭矩N·mml____鍵的工作長度mmd____軸徑mmh____鍵高mm［σp］_____許用擠壓應(yīng)力查表10－11P163σp=AF(h/2)lT/(d/2)=≤[σp

]MPa

dhl4T=鋼

125~150100~12060~90表10-11鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力、許用壓強

許用值輪轂材料靜載荷輕微沖擊沖擊載荷性質(zhì)鑄鐵

70~8050~6030~45鋼

504030[p

][σp

]≤[p

]dhl4Tp=對于動聯(lián)接，以［p］代替

［σp］即可：注意：▲［p］、［σp］均應(yīng)取軸、輪轂、鍵三者中較弱者▲當強度不夠時：①考慮l是否可以加長②能否更換材料（提高許用應(yīng)力）③用兩個鍵，對稱布置。按1.5個鍵計算④改用花鍵聯(lián)接⑤加過盈聯(lián)接（）。過盈量的計算見手冊例：已知齒輪與軸用圓頭平鍵連接，軸徑d＝70mm，齒輪寬為80mm，傳遞的轉(zhuǎn)矩T=620000N.mm，有輕微沖擊，試設(shè)計鍵的尺寸．軸2)設(shè)計鍵尺寸:

由軸徑d＝70mm,查教材P161表10-10得:

b×h=20×12

由輪轂長=80mm;選鍵長L=70mm

工作長度l=70－20=50mm所選鍵為:鍵20×70GB/T1096-20033)校核鍵的強度:查表10-11得:[σp]=100~120MPa解:1)選型號:選平鍵A型∴σp<[σp]合格潘存云教授研制d若強度不時，可采用雙鍵連接?？紤]到載荷分布的不均勻性，校核強度時按1.5個鍵計算。雙鍵布置規(guī)則：平鍵：按180?布置；半圓鍵：同一條母線上；楔鍵：夾角成120?~130?

120?~130?半圓鍵連接強度計算bdT≤[σp

]MPa

kld2Tσp=lkNy≈d/2l近似為公稱長度用于靜聯(lián)接，失效形式為表面壓潰三、鍵的公差與配合1.尺寸公差配合基制：基孔制(鍵視為軸；軸和輪轂上的鍵槽視為孔)主要配合尺寸：鍵與鍵槽寬度其配合代號及尺寸公差均可查機械設(shè)計手冊2.形位公差1)槽相對于軸心線的對稱度“”：按7～9級選2）當鍵長L與鍵寬b之比大于等于8時，(L/b≥8)

應(yīng)標注鍵寬兩側(cè)面的平行度公差“”。b≥40mm：5級b≥8～36mm：6級b≤6mm：7級3.表面粗糙度鍵的表面粗糙度見160頁表10－10一、鍵連接的類型二、平鍵連接的強度校核課設(shè)P107課設(shè)P158軸見課設(shè)P52表6－2轂見課設(shè)P54表6－3普通平鍵的型式和尺寸（GB/T1096—2003摘錄）普通平鍵的型式和尺寸（GB/T1096—2003摘錄）例題：軸的直徑d＝50mm，輪轂寬B＝120mm，試選擇該鍵尺寸，并標注公差。解：查表10－10b×h＝14×9取鍵長L=B－10＝120－10＝110mm潘存云教授研制14Js9(±0.0215)φ50φ5014N9(0)－0.04344.50

－0.253.80+0.2AA0.02A0.02At1＝5.5,d－t1＝44.5;d－t1

的公差按t1的公差取t2＝3.8,d＋t2＝53.8d＋t2的公差按t2的公差取∵L/b＝110/14＝7.9<8,可不標注平行度公差課設(shè)P107課設(shè)P1571.花鍵連接的類型、特點和應(yīng)用1)均勻受力；四、花鍵連接結(jié)構(gòu)特點：沿周向均布多個鍵齒。齒側(cè)為工作面。組成：外花鍵、內(nèi)花鍵。優(yōu)點：2)對軸的削弱程度小;3)載能力高;齒數(shù)多，總接觸面積大4)軸上零件與軸的對中性好；對高速及精密機器很重要5)導向性好;對動聯(lián)接很重要6)可用磨削方法提高加工精度及聯(lián)接質(zhì)量。潘存云教授研制潘存云教授研制因齒槽淺，齒根應(yīng)力集中小軸和輪轂直接而均勻制出齒與槽缺點：齒根仍有應(yīng)力集中、需專用設(shè)備制造，成本高。潘存云教授研制潘存云教授研制應(yīng)用：定心精度要求高、載荷大、或經(jīng)?；频穆?lián)接。類型——制造容易，應(yīng)用最廣。——用于高強度聯(lián)接?！糜诒”诹慵?lián)接。矩形花鍵漸開線花鍵1）矩形花鍵輕系列：輕系列的承載能力較小，多用于靜聯(lián)接和輕載聯(lián)接；按齒高的不同，矩形花鍵的齒型尺寸在標準中規(guī)定了兩個系列，中系列：中系列用于中等載荷的聯(lián)接。定心方式：小徑定心——精度高，穩(wěn)定性好。α=30?α=45?又稱為:三角形花鍵

2）漸開線花鍵分為α=30?，α=45?兩種，對應(yīng)的齒頂高分別為：與漸開線齒輪相比，花鍵齒短，齒根寬，不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)較少。定心方式：齒形定心——具有自動定心作用，受力均勻。α=45?α=30?ha=0.5m,ha=0.4m潘存云教授研制d潘存云教授研制d特點：制造工藝性好，精度高齒根強度高，易于定心。常用于傳遞大扭矩和大軸徑的場合。α=45?的花鍵工作面高度較小，承載能力較低，多用于載荷較輕，直徑較小的靜聯(lián)接。特別適用于薄壁零件的連接。潘存云教授研制設(shè)各齒壓力的合力作用在平均半徑rm處，取不均勻系數(shù)K=0.7~0.8，則花鍵連接所能傳遞的扭矩為：靜連接：T=Kzhl′rm[σp

]動連接：T=Kzhl′rm[p

]

l′為接觸長度；h為齒面工作高度；h=(D–d)/2–2Crm=(D+d)/4C為齒頂?shù)箞A半徑；D/2d/2hrmCCFt五、花鍵連接強度計算失效形式：工作面被壓潰（靜連接）；工作面過渡磨損（動連接）一般只驗算擠壓強度和耐磨性。σp=2T≤[σp

]MPa

Kzhl′rm靜連接：動連接：花鍵連接強度條件：≤[p

]MPakzhl′rm2Tp=潘存云教授研制不良35~5040~70表10-11花鍵連接的許用擠壓應(yīng)力[σp

]和許用壓強[p

]連接工作方式齒面未經(jīng)熱處理齒面經(jīng)熱處理[σp

]或[p

]中等60~100100~140良好80~120120~200動連接[p

](空載下移動)靜連接[σp

]工作條件動連接[p

](在載荷下移動)不良15~2025~35中等20~3030~60良好25~4040~70不良----3~10中等----3~15良好----10~20潘存云教授研制無鍵連接

型面連接是用非圓截面的柱面體或錐面體的軸與相同輪廓的轂孔配合以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的可拆連接，它是無鍵連接的一種型式。一、型面連接

在家用機械、辦公機械等中，采用了大量的壓鑄、注塑零件。要注塑出各種各樣的非圓形孔是毫無困難的，故型面連接的應(yīng)用獲得了發(fā)展。應(yīng)用較多的是帶切口圓形和正六邊形型面。

由于型面連接要用到非圓形孔，以前因其加工困難，限制了型面連接的應(yīng)用。潘存云教授研制潘存云教授研制配合部分形狀柱體錐體----只能傳遞扭矩----能同時傳遞扭矩和軸向力，用于不允許有間隙和要求高可靠性的場合。1)裝拆方便，對中性好；型面連接的特點：2)聯(lián)接面上沒有應(yīng)力鍵槽和尖角，減少了應(yīng)力集中；3)可傳遞較大的扭矩；4)切削加工有難度，不易保證配合精度。但隨著成型工藝的發(fā)展，促進了型面聯(lián)接的應(yīng)用。潘存云教授研制潘存云教授研制DD常用連接型面有：帶切口的圓形電風扇方形六邊形等距曲線脹緊連接是在軸與轂孔之間裝配一個或幾個脹緊聯(lián)接套，在軸向力的作用下，同時脹緊軸與轂產(chǎn)生壓緊力，靠摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向力的一種靜聯(lián)接。二、脹緊連接結(jié)構(gòu)類型：Z1型脹套、Z2型脹套潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制兩個脹緊套一個脹緊套1)Z1型脹套2)Z2型脹套

Z1型脹套中，與軸或轂孔貼合的套筒均有縱向間隙，以利于變形和脹緊。擰緊聯(lián)接螺釘，便可以將軸和轂長進。各種脹套已標準化，可根據(jù)軸與轂孔尺寸以及傳遞載荷的大小，從標準中選用合適的型號與尺寸。脹套尺寸的選擇Dd選擇時應(yīng)滿足：傳遞轉(zhuǎn)矩時：傳遞軸向力時：同時傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向力時：當一個脹套不滿足要求時，可用兩個以上的脹套串聯(lián)使用，此時總的額定載荷為：m為額定載荷系數(shù)。脹套連接的優(yōu)點：定心好、裝拆方便，引起的應(yīng)力集中較小，承載能力較高，并且有安全保護作用。缺點：由于軸與轂孔之間要安裝脹套，有時應(yīng)用受結(jié)構(gòu)尺寸的限制。潘存云教授研制§10－12銷連接作用：固定零件之間的相對位置，并可傳遞不大的載荷。按用途分類型定位銷按形狀分定位銷：用來固定零件之間的相對位置，它是組合加工和裝配時的重要輔助零件。通常不受載荷或只受很小的載荷，故不作強度校核計算，其直徑按結(jié)構(gòu)確定，數(shù)目一般不少于2