机械基础-机械连接

机械连接螺纹连接8.1键连接8.2销连接8.3其他连接8.48.1螺纹连接8.1.1螺纹概述8.1.2标准螺纹连接8.1.3螺纹连接的预紧和防松8.1.4螺栓连接的设计8.1.1螺纹概述1．螺纹的形成动点A沿圆柱的母线做等速直线运动，同时母线又绕圆柱轴线做等速旋转运动，动点A在圆柱面上的运动轨迹称为圆柱螺旋线。2．螺纹的形式根据螺纹所在零件表面的位置可将螺纹分为外螺纹和内螺纹两种类型；根据螺纹的形状可将螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。3．螺纹的加工加工螺纹通常在车床上进行，加工时工件做等速旋转运动，刀具沿轴向做等速移动，即可在工件上加工出螺纹。对于直径较小的螺纹，可用板牙或丝锥加工。4．螺纹的要素螺纹种类繁多，为了正确使用螺纹，必须明确以下螺纹基本要素。（1）牙型。牙型是指通过螺纹轴线剖面上的螺纹轮廓线形状。常见的螺纹牙型有三角形、梯形、锯齿形及矩形等。（2）螺纹直径。螺纹直径包括大径、小径和中径3个类型。大径也称公称直径，螺纹的标注通常只标注大径。外螺纹的大径、小径和中径分别用符号d、d1和d2表示，内螺纹的大径、小径和中径分别用符号D、D1和D2表示。大径：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径。小径：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径。中径：母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等位置的假想圆柱直径，它是控制螺纹精度的主要参数之一。（3）螺纹的线数沿圆柱面上一条螺旋线所形成的螺纹称为单线螺纹。两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹称为双线或多线螺纹。（4）螺纹的螺距相邻两个牙型在中径线上对应两点间的轴向距离称为螺距P。导程Pn是指同一螺旋线上的相邻牙型在中径线上两对应点间的轴向距离。（5）螺纹的旋向螺纹有右旋和左旋之分，顺时针旋转时旋入的螺纹，称右旋螺纹；逆时针旋转时旋入的螺纹，称左旋螺纹。工程上常用右旋螺纹。8.1.2标准螺纹连接1．常用标准螺纹紧固件（1）普通螺栓。六角头螺栓铰制孔螺栓（2）双头螺柱双头螺柱没有头部，两端均外带螺纹，其中旋入被连接件螺纹孔的一端称为座端，另一端为螺母端。（3）螺钉螺钉是具有各种结构形状头部的螺纹紧固件，结构形状与螺栓类似。但螺钉头部的形式较多，有内六角圆柱头螺钉、开槽圆柱头螺钉、半圆头螺钉以及开槽沉头螺钉等。（4）螺母螺母是具有内螺纹并与螺栓配合使用，用以传递运动或动力的紧固件，根据形状可分为六角螺母、六角开槽螺母、圆螺母等。（5）垫圈垫圈是垫在被连接件与螺母之间的辅助配件，用来保护被连接件的表面不受螺母擦伤以及分散螺母对被连接件的压力。常用的有平垫圈、弹簧垫圈以及止动垫圈等类型。2．螺纹连接的类型及其应用（1）螺栓连接螺栓连接是在被连接件上钻出通孔，然后从孔中穿入螺栓，之后再套上垫圈，拧紧螺母而形成的机械连接，通常由螺栓、垫圈和螺母3种零件组成。螺栓连接加工简单，装卸方便，因而应用广泛，主要适用于两零件被连接处厚度不大而受力较大、需要经常装卸的场合。普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接（2）双头螺柱连接双头螺柱连接的一端旋入较厚的被连接件的螺纹孔中并固定，另一端穿过较薄的被连接件的通孔，然后放上垫圈，拧紧螺母，实现连接。双头螺柱连接常用于被连接件的机座零件厚度太大，无法加工出通孔，或受被连接零件的结构限制而无法安装螺栓的场合。（3）螺钉连接螺钉连接中的螺钉穿过较薄连接件上的通孔，直接旋入较厚被连接件的螺孔中。螺钉连接的另一连接件通常较厚，由于不使用螺母，因此结构更加紧凑。连接螺钉主要用于不经常拆卸，并且受力不大的场合。连接螺钉由头部和杆身两部分组成，其中头部有多种不同的结构形式，杆身上刻有部分螺纹或全部螺纹。将杆身上的螺纹旋入螺孔后依靠其头部压紧被连接件即可实现两者的连接。（4）紧定螺钉连接紧定螺钉连接的螺钉旋入一个被连接件的螺纹孔中，并用尾部顶住另一个被连接件的表面或相应的凹坑中，用于固定两个零件的相对位置，可传递不大的力和转矩。螺钉连接紧定螺钉连接8.1.3螺纹连接的预紧和防松1．螺纹连接的预紧（1）预紧的目的预紧的目的是为了增强连接的刚性，增加紧密性和提高防松能力。（2）确定预紧力预紧力F0用来预加轴向作用力（拉力）。预紧过紧，F0过大，螺杆静载荷增大，会降低螺杆本身强度；预紧过松，预紧力F0过小，会导致工作不可靠（3）预紧力F0的控制预紧力F0可以用力矩扳手进行控制。测力矩扳手可以测出预紧力矩；定力矩扳手能在达到固定的拧紧力矩T时自动打滑。2．螺纹连接的防松（1）摩擦力防松双螺母防松。弹簧垫圈防松。（2）机械防松开口销与槽形螺母防松止动垫圈防松串联钢丝防松开口销和槽形螺母防松止动垫圈防松串联钢丝防松8.1.4螺栓连接的设计1．受拉螺栓连接（1）受拉松螺栓连接。受拉松螺栓连接只能承受静载荷，在未承受载荷以前由于没拧紧便不受力，只有工作时才受拉力。（2）受拉紧螺栓连接受拉紧螺栓连接能承受变载荷。2．受剪螺栓连接工作时，螺栓在连接结合面处受剪，并与被连接件孔壁互相挤压。其常见的失效形式有螺栓被剪断、栓杆或孔壁被压溃等。3．螺栓组的结构设计（1）为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常连接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。（2）为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。（3）螺栓布置应使各螺栓的受力合理。（4）螺栓的排列应有合理的间距、边距，并考虑扳手空间。（5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷4．提高螺栓连接强度的措施（1）均匀分配螺纹牙受力（2）减小附加应力（3）减轻应力集中8.2键连接8.2.1平键连接8.2.2半圆键连接8.2.3楔键连接8.2.4切向键连接8.2.5花键连接8.2.1平键连接1．平键连接的类型（1）普通平键。（2）导向平键连接导向平键是一种较长的平键，用螺钉将其固定在轴的键槽中。导向平键除实现周向固定外，由于轮毂与轴之间均为间隙配合，允许零件沿键槽做轴向移动，构成动连接。为装拆方便，在键的中部设有起键螺孔。（3）滑键连接滑移距离较大时，过长的平键制造困难，因此当轴上零件滑移距离较大时宜采用滑键。滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴槽中做轴向移动，因而需要在轴上加工长的键槽2．平键连接设计（1）失效形式压溃：在静连接中，主要发生在键、轴、毂中较弱者的工作表面上。磨损：发生在动连接中，特别是在载荷作用下移动时。剪断：此种失效形式在工作中发生较少。（2）平键的选择需要传递转矩的大小。考虑连接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离的长短。连接的对中性要求。键是否需要具有轴向固定的作用。键在轴上的位置（在轴的中部还是端部）（3）确定尺寸8.2.2半圆键连接半圆键连接的键呈半圆形，用于静连接。与平键一样，键的两侧面为工作面。这种键连接工艺性好，但轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，故主要用于轻载和锥形轴端的连接。半圆键连接具有良好的调心性能，装配方便，尤其适合于锥形轴与轮毂的连接。8.2.3楔键连接装配后，键的上、下表面与毂和轴上的键槽的底面压紧，工作时，靠键、轮毂、轴之间的摩擦力来传递转矩。楔键连接易松动，主要用于定心精度不高、载荷平稳和低速的场合。钩头楔键的钩头是为了便于拆卸，用于轴端时，应加防护罩。由于楔键打入时，迫使轴和轮毂产生偏心，因此楔键仅适用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的连接。8.2.4切向键连接两个楔键沿斜面拼合后，相互平行的上下两面是工作面。装配时，把一对楔键分别从轮毂两端打入并楔紧，其中之一的工作面通过轴心线的平面，使工作面上的压力沿轴的切线方向作用，因此切向键连接能传递很大的转矩。切向键工作时靠工作面间的相互挤压和轴与轮毂的摩擦力传递转矩。采用一个切向键连接，只能传递单向的转矩。有反转要求时，必须采用两个切向键，此时为了不至于削弱轴的强度，两个切向键相隔120°～130°布置。8.2.5花键连接1．花键连接的类型（1）矩形花键连接（2）渐开线花键连接矩形花键连接渐开线花键连接2．花键连接的特点由于其工作面为均布多齿的齿侧面，故承载能力高。轴上零件和轴的对中性好；导向性好；键槽浅，齿根应力集中小，对轴和轮毂的强度影响小。加工时需要专用的设备、量刀和刃具，制造成本高。适用于载荷较大、定心要求较高的静连接和动连接，在汽车、拖拉机、机床制造和农业机械中有较广泛的应用，特别是作为轴毂的动连接更具有其独特的优越性。花键齿的制造需用专门的设备和工具，制造费用较高，这使得花键连接的应用受到一定的限制。3．花键连接设计（1）失效形式。花键连接的常见失效形式如下。键齿的压溃，常发生在静连接。齿面的磨损，常发生在动连接。齿根剪断和弯断等。在生产中，花键齿面的压溃和磨损是主要的失效形式。（2）花键的选择。在选择花键的类型和尺寸时，可根据轴径按标准来确定，同时确定定心方式。8.3销连接8.3.1销的形状和结构8.3.2常用销的标记8.3.3销连接的种类8.3.1销的形状和结构1．圆柱销圆柱销一般不承受载荷或只承受很小的载荷，用于固定两个零件之间的相对位置，经常成对使用，并安装在两个零件结合面的对角处，以加大两销之间的距离，提高定位精度。2．圆锥销圆锥销只承受不大的载荷，用于轴与轮毂的连接或其他零件的连接，适用于轻载和不重要的场合。圆锥销有1∶50的锥度，可自锁，定位精度较高，允许多次装拆，且便于拆卸。3．开口销开口销主要用于连接的防松，不能用于定位，常与槽形螺母合用，而且开口销结构简单，工作可靠，装拆方便。8.3.2常用销的标记8.3.3销连接的种类1．定位销定位销主要用于零件间位置的定位，常用做组合加工和装配时的主要辅助零件。2．连接销连接销主要用于零件间的连接或锁定，可传递不大的载荷。连接销的类型可根据工作要求选定，其尺寸可根据连接的结构特点按经验或规范确定，必要时再按剪切和挤压强度条件进行校核计算。3．安全销安全销主要用于安全保护装置中的过载剪断元件。定位销连接销安全销8.4其他连接8.4.1过盈连接8.4.2焊接和胶接8.4.1过盈连接1、连接原理2、特点3、装配方法过盈连接装配时可采用压入法和温差法两种装配方法。压入法将较大的轴强制压入较小的毂孔中，压入过程中不可避免地会损伤配合表面，故降低了连接的紧固性。8.4.2焊接和胶接1．焊接2．胶接