机械联接

第10章联接10.1螺纹联接10.2轴毂联接10.3轴间联接10.4弹性联接10.5其他常用联接1.主要内容联接在实际工作中的应用，常用联接方法的选择、验算和设计。2.重点、难点提示螺纹联接形式的选择和应用，平键联接的选择、验算。本章知识导读螺纹联接是利用螺纹零件工作的，它可以将若干个零件联接在一起，装拆方便、结构简单、工作可靠，在机械设备中应用广泛。10.1螺纹联接螺纹的主要参数大径d小径d1中径d2螺距P导程S升角l牙型角a牙型1、螺栓联接被联接件都不切制螺纹，使用不受被联接件材料的限制，构造简单，装拆便，成本低，应用最广。用于通孔，能从被联接件两边进行装配的场合10.1.1螺纹联接的类型及应用场合螺栓连接el1adl1ad(a)(b)2、双头螺柱联接双头螺柱的两端都有螺纹，其一端紧固地旋入被联接件之一的螺纹孔内，另一端与螺母旋合而将两被联接件联接用于不能用螺栓联接且又需经常拆卸的场合双头螺柱连接dl1H2H1Hae螺钉联接螺钉联接不用螺母，而且能有光整的外露表面，应用与双头螺柱相似，但不宜用于经常拆卸的联接，以免损坏被联接件的螺纹孔双头螺柱连接dl1H2H1Hae紧定螺钉联接紧定螺钉联接旋入被联接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被联接件的表面或顶入相应的坑中，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的转矩紧钉螺钉连接90°(a)(b)(c)常用的标准螺纹联接件有螺栓、螺钉、双头螺柱、螺母、垫圈和防松零件等。这些零件的结构形式和尺寸已经标准化。10.1.2常用标准螺纹联接件螺栓双头螺柱螺钉紧定螺钉特殊螺丝、螺母螺母新型螺丝和螺母螺纹紧固件的强度级别用数字表示:螺栓用两个数字来表示，小数点前的数字表示抗拉强度极限σBmin的1/100，小数点后数字表示屈服极限与强度极限比值（σSmin/σBmin）的10倍螺母用一位数字表示，数字为σBmin/100。例如，螺栓（螺钉、双头螺柱）的强度级别标记为4.6，表示抗拉强度极限σBmin=400MPa，屈服极限σSmin=240MPa。螺母的强度级别标记为6，表示抗拉强度极限σBmin=600MPa。螺纹紧固件的强度级别1.螺纹联接的预紧按螺纹联接装配时是否拧紧，分为松联接和紧联接。对于预紧力大小的控制，一般螺栓联接可凭经验控制，重要螺栓联接通常要采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制。对于常用的钢制M10～M68的粗牙普通螺纹，拧紧力矩T的经验公式为T≈0.2F′dT———拧紧力矩，N·mm;F′———预紧力，N;d———螺纹的公称直径，mm。10.1.3螺纹联接的预紧和防松2、螺栓联接的防松联接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象。螺纹联接防松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。常用的防松方法:摩擦防松机械防松:其他防松•弹簧垫圈•对顶螺母•自锁螺母•开口销•带翅垫片•止动垫片2.螺纹联接的防松（1）利用摩擦力防松采用各种结构措施使螺纹副中的摩擦力不随联接的外载荷波动而变化，保持较大的防松摩擦阻力矩。①弹簧垫圈防松②双螺母防松③自锁螺母防松利用防松零件控制螺纹副的相对运动。（2）机械防松①槽形螺母与开口销防松②止动垫圈防松③串联钢丝防松（3）破坏螺纹副的不可拆防松1.普通螺栓联接的强度计算10.1.4螺栓联接的强度计算（1）松螺栓联接的强度计算松螺栓联接实例松螺栓联接在工作时只承受轴向工作载荷F，其强度校核与设计计算公式分别为（2）紧螺栓联接的强度计算①受横向工作载荷的紧螺栓联接螺栓的强度校核与设计计算公式分别为②受轴向工作载荷的紧螺栓联接螺栓的强度校核与设计计算公式分别为2.铰制孔用螺栓联接的强度计算铰制孔用螺栓联接的失效形式一般为螺栓杆被剪断，螺栓杆或孔壁被压溃。因此，铰制孔用螺栓联接须进行剪切强度和挤压强度计算。螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为螺栓杆的剪切强度条件为（1）螺栓组的布置应尽可能对称，以使接合面受力比较均匀，一般都将接合面设计成对称的简单几何形状，并应使螺栓组的对称中心与接合面的形心重合10.1.5螺纹联接的结构设计要点10.1.5螺纹联接的结构设计要点（2）当螺栓联接承受弯矩和转矩时，还须将螺栓尽可能地布置在靠近接合面边缘，以减少螺栓中的载荷。10.1.5螺纹联接的结构设计要点（3）分布在同一圆周上的螺栓数，应取为4、6、8等易于等分的数目，以便于加工（4）在一般情况下，为了安装方便，同一组螺栓中不论其受力大小，均采用同样的材料和规格尺寸，如螺栓直径和长度尺寸等。（5）螺栓布置要有合理的距离。在布置螺栓时，螺栓中心线与机体壁之间、螺栓相互之间的距离，要根据扳手活动所需的空间大小来决定10.1.5螺纹联接的结构设计要点（3）分布在同一圆周上的螺栓数，应取为4、6、8等易于等分的数目，以便于加工（4）在一般情况下，为了安装方便，同一组螺栓中不论其受力大小，均采用同样的材料和规格尺寸，如螺栓直径和长度尺寸等。（6）避免承受附加弯曲应力，为了减少加工面，常将支承面做成凸台、凹坑。为了适应特殊的支承面（倾斜的支承面、球面），可采用斜垫圈、球面垫圈，10.1.5螺纹联接的结构设计要点避免附加弯曲应力键联接主要是用来实现轴和轮毂（如齿轮、带轮等）之间的周向固定，并用来传递运动和转矩，有些还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动（导向）10.2轴毂联接10.2.1键联接键联接分为平键联接、半圆键联接和楔键联接等1.平键联接（1）普通平键联接普通平键的主要尺寸是键宽b、键高h和键长L。端部有圆头（A型）、平头（B型）和单圆头（C型）三种形式A型C型B型表10-7（2）导向平键和滑键联接当轴上零件与轴构成移动副时，采用导向平键联接，轮毂可沿键做轴向滑移，由于导向平键较长，要用螺钉固定在轴上，键中间设有起键螺孔，以便拆卸。当轴上零件移动距离较大时，宜采用滑键联接，但因其键过长，制造、安装困难。2.半圆键联接用半圆键联接时，轴上键槽用半径与键相同的盘状铣刀铣出，因而键在槽中能摆动以适应轮毂键槽的斜度。这种联接的优点是工艺性较好，缺点是轴上键槽较深，对轴的削弱较大，故主要用于轻载荷和锥形轴端的联接。3.楔键联接楔键的上表面和轮毂槽底均有∶100的斜度，键楔紧在轴毂之间。楔键的上下表面为工作面，依靠压紧面的挤压力和摩擦力传递转矩及单向轴向力。楔键分普通楔键和钩头楔键。1.键的选择（1）键的类型选择选择键的类型应考虑以下因素:对中性的要求;传递转矩的大小;轮毂是否需要沿轴向滑移及滑移的距离大小;键在轴的中部或端部等。（2）键的尺寸选择在标准中，根据轴的直径可查出键的截面尺寸b×h，键的长度L根据轮毂的宽度L1确定。10.2.2键联接的尺寸选择和强度计算平键的失效键表面的挤压、键被剪断。通常只须按工作面上的挤压强度进行计算。键被剪断FsFsT2.平键联接的强度计算平键联接的受力情况如图所示。假设载荷沿键的长度方向是均布的，平键联接的挤压强度条件为][4jyjydhlT2.平键联接的强度计算轮毂键槽深度为t1，轴上键槽深度为t，它们的宽度与键的宽度相同。键联接按配合情况分为较松联接、一般联接和较紧联接3.键槽尺寸及公差10.2.3花键联接花键联接由轴上加工出的外花键和轮毂孔内加工出的内花键组成，工作时靠键齿的侧面互相挤压传递转矩1.矩形花键国家标准规定，矩形花键联接采用小径定心，这种定心方式可采用热处理后磨内花键孔的工艺，提高定心精度，并在单件生产或花键孔直径较大时避免使用拉刀，以降低制造成本矩形花键联接2.渐开线花键渐开线花键联接渐开线花键的齿廓为渐开线，工作时各齿均匀承载，强度高。渐开线花键可以用齿轮加工设备制造，工艺性好，加工精度高，互换性好。因此，渐开线花键联接常用于传递载荷较大、轴径较大、大批量生产的重要场合花键的标记为：N（键数）×d（小径）×D（大径）×B（键槽宽）观看花键的安装零件1圆锥销零件210.2.4销联接销联接通常用于固定零、部件之间的相对位置，即定位销。定位销轴轴套圆柱销也用于轴毂间或其他零件间的联接，即联接销联接销可充当过载剪断元件，即安全销安全销10.3轴间联接在机械联接中，联轴器和离合器都是用来联接两轴，使两轴一起转动并传递转矩的装置。所不同的是，联轴器只能保持两轴的接合，而离合器却可在机器的工作中随时完成两轴的接合和分离。联轴器离合器10.3.1联轴器联轴器所联接的两轴，由于制造和安装误差、受载变形、温度变化和机座下沉等原因，可能产生轴线的径向、轴向、角度或综合位移因此，要求联轴器在传递运动和转矩的同时，还应具有一定范围内补偿位移、缓冲吸振的能力。1.固定式刚性联轴器刚性联轴器对轴线的位移没有补偿能力，适用于载荷平稳、两轴对中性好的场合。常用的刚性联轴器有套筒联轴器和凸缘联轴器等（1）套筒联轴器套筒联轴器是利用套筒和联接零件，即键或销，将两轴联接起来（2）凸缘联轴器凸缘联轴器由两个带凸缘的半联轴器和一组螺栓组成2.可移式刚性联轴器（1）十字滑块联轴器由两个在端面上开有凹槽的半联轴器1、3和一个两端面均带有凸牙的中间盘2组成，中间盘两端面的凸牙位于互相垂直的两个直径方向上，并在安装时分别嵌入1、3的凹槽中。（2）万向联轴器万向联轴器是由分别装在两轴端的叉形接头1、3以及与叉头相联的十字轴2组成。机器工作时即使夹角发生改变仍可正常传动，但α过大会使传动效率显著降低（3）齿式联轴器利用内外齿啮合来实现两个半联轴器的联接。（1）弹性套柱销联轴器3.弹性联轴器弹性套柱销联轴器利用弹性套的弹性变形来补偿两轴的相对位移。（2）弹性柱销联轴器这种联轴器与弹性套柱销联轴器很相似，仅用弹性柱销（通常用尼龙制成）将两个半联轴器联接起来4、联轴器的选择大部分联轴器已经标准化。应根据工作条件和使用要求确定联轴器的类型，再根据其所传递的转矩、转速和被连接轴的直径确定其结构尺寸。TC=K×TK—工作情况系数TC≤Tmn≤nm选择型号时，应满足下列条件：10.3.2离合器离合器按其工作原理可分为牙嵌式、摩擦式和电磁式三类;按控制方式可分为操纵式和自动式两类。操纵式离合器需要借助于人力或动力进行操纵特点：利用牙齿的啮合来传递转矩，能保证两轴同步运转；但接合的功能只能在停车或低速时进行。1.牙嵌离合器牙嵌离合器由两个端面带牙的半离合器1、2组成。半离合器通过导向平键或花键与轴联接，中间通过对中环使两轴对中，滑环3可操纵离合器的分离或接合利用主、从动半离合器摩擦片接触面间的摩擦力传递扭矩。特点：能在不停车或两轴有较大转速差时进行平稳结合，且可在过载时因摩擦片间打滑而起到过在保护作用。2.摩擦离合器摩擦离合器利用主、从动半离合器摩擦片接触面间的摩擦力传递转矩。为提高传递转矩的能力，通常采用多片摩擦片。它能在不停车或两轴有较大转速差时进行平稳接合，且可在过载时因摩擦片间打滑而起到过载保护的作用。3.安全离合器端面带牙的离合器左半2和右半3，靠弹簧1嵌合压紧以传递转矩。当从动轴4上的载荷过大时，牙面5上产生的轴向分力将超过弹簧的压力，而迫使离合器发生跳跃式的滑动，使从动轴4自动停转。调节螺母6可改变弹簧压力，从而改变离合器传递转矩的大小4.超越离合器超越离合器的星轮1与主动轴相联，顺时针回转，滚柱3受摩擦力作用滚向狭窄部位被楔紧，带动外环2随星轮1同向回转，离合器接合。星轮1逆时针回转时，滚柱3滚向宽敞部位，外环2不与星轮1同转，离合器自动分离。滚柱一般为3～8个。弹簧4起均载作用10.3.3制动器制动器的主要作用是降低机械运转速度或迫使机械停止转动，制动器多数已标准化，可根据需要选用。当杠杆受FQ作用时，挠性带收紧而抱住制动轮，靠带与轮之间的摩擦力来制动。1.带式制动器带式制动器2.内涨蹄铁式制动器制动蹄1上装有摩擦材料，通过销轴2与机架固联，制动轮3与所要制动的轴固联10.4弹性联接利用弹性零件实现被联接件在有限区间内运动，并保持固定联系的动联接，称为弹性联接。机械设计中利用各种类型的弹簧（即弹性零件）来实现这种联接，应用非常广泛10.4.1弹性联接的功用和弹簧的类型1.弹性联接的功用（1）缓冲和吸振汽车减振弹簧（2）储存和输出能量钟表发条钟