機械基礎(chǔ)-學做一體化 課件 任務(wù)八 各種連接的選擇與計算

任務(wù)八各種連接的選擇與計算8.1鍵連接8.2

聯(lián)軸器8.3其他連接簡介

連接可以分為可拆連接和不可拆連接。可拆連接是指連接拆開時，不會損壞連接件和被連接件，如圖8-1(a)所示的螺紋連接等。不可拆連接是指連接拆開時，會損壞連接件或被連接件，如鉚接、焊接和黏接等。機械連接還可分為動連接和靜連接。在機器工作時，被連接零件間可以有相對運動的稱為動連接，如各種運動副、變速器中滑移齒輪的連接。反之，稱為靜連接，如圖8-1(b)所示軸與零件的連接。圖8-1連接示例

8.1鍵連接

8.1.1松鍵連接1.平鍵連接如圖8-2(a)所示，這種平鍵連接結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，對中性好，應用較廣泛。但它不能承受軸向力，故對軸上零件不能起到軸向固定作用。按用途不同，平鍵可以分為普通平鍵、導向平鍵和滑鍵三種。普通平鍵用于靜連接，導向平鍵和滑鍵用于動連接。圖8-2普通平鍵連接

(1)普通平鍵。普通平鍵應用最廣。按鍵的端部形狀可分為圓頭(A型)、方頭(B型)和單圓頭(C型)三種，如圖8-2(b)、(c)、(d)所示。平鍵連接和鍵槽尺寸見表8.1。

如圖8-2(b)所示，采用圓頭平鍵時，鍵在軸的鍵槽中固定良好，但軸上鍵槽端部的應力集中較大。采用方頭平鍵時，鍵槽兩端的應力集中較小，但鍵在軸上的軸向固定不好；當鍵的尺寸較大時，需用緊定螺釘將鍵壓緊在軸上的鍵槽中(見圖8-2(c))。單圓頭平鍵常用于軸端與輪轂的連接(見圖8-2(d))。

(2)導向平鍵。導向平鍵是一種較長的平鍵，用螺釘固定在軸槽中，為了便于拆裝，在鍵上制有起鍵螺孔，見圖8-3。鍵與輪轂采用間隙配合，輪轂可沿鍵做軸向滑移，常用于變速器中的滑移齒輪與軸的連接。圖8-3導向平鍵連接

(3)滑鍵。當軸上滑移距離較大時(如臺鉆主軸與帶輪的連接等)，因為當滑移距離較大時，用過長的平鍵，制造困難?；I(見圖8-4)固定在輪轂上，輪轂帶動滑鍵在軸槽中做軸向移動，因而需要在軸上加工長的鍵槽。圖8-4滑鍵連接

2.半圓鍵連接

如圖8-5所示，半圓鍵用于靜連接，它靠鍵的兩個側(cè)面?zhèn)鬟f轉(zhuǎn)矩。鍵在軸槽中能繞其幾何中心擺動，以適應輪轂槽由于加工誤差所造成的斜度。半圓鍵連接的優(yōu)點是軸槽的加工工藝性較好，裝配方便；半圓鍵連接的缺點是軸上鍵槽較深，對軸的強度削弱較大，一般只宜用于輕載，尤其適用于錐形軸端的連接。圖8-5半圓鍵連接

8.1.2緊鍵連接

1.楔鍵連接

楔鍵連接用于靜連接，如圖8-6所示。楔鍵的上表面和與它配合的輪轂槽底面均有1∶100的斜度。裝配后，鍵的上、下表面與轂和軸上鍵槽的底面壓緊，因此，鍵的上下表面為工作面，鍵的兩側(cè)面與鍵槽都留有間隙。工作時，靠鍵楔緊的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，同時還能承受單向軸向載荷。楔鍵由于裝配楔鍵時破壞了軸與輪轂的對中性；另外，在沖擊、振動和承受變載荷時易產(chǎn)生松動。因此楔鍵連接僅適用于對傳動精度要求不高、低速和載荷平穩(wěn)的場合。圖8-6楔鍵連接

2.切向鍵連接

切向鍵是由一對普通楔鍵組成，如圖8-7所示。裝配后兩鍵的斜面相互貼合，共同楔緊在軸轂和軸之間，鍵的上、下兩平行窄面是工作面，依靠其與軸和輪轂的擠壓傳遞單向轉(zhuǎn)矩。當要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時，須用兩對互成120°～130°的切向鍵。切向鍵連接主要用于對中要求不高，軸徑大于100?mm而載荷很大的重型機械。圖8-7切向鍵連接

8.1.3平鍵連接的選用和強度計算

1.鍵類型的選擇

選擇鍵的類型時應考慮的因素有：對中性要求；傳遞轉(zhuǎn)矩的大?。惠嗇炇欠裥枰剌S向滑移及滑移距離的大?。绘I在軸的中部或端部等。

2.鍵尺寸的選擇

平鍵的主要尺寸為鍵寬b、鍵高h和鍵長L。設(shè)計時，根據(jù)軸的直徑從標準中(見表8.1)選取平鍵的寬度b和高度h；鍵長L略短于輪轂的寬度(一般比輪轂寬度短5～10?mm)，并須符合標準中規(guī)定的長度系列。

3.平鍵的強度校核

平鍵連接工件時的受力情況如圖8-8所示，鍵受到剪切和擠壓的作用。實踐證明，標準平鍵連接，其主要失效形式是鍵、軸和輪轂中強度較弱的工作表面被壓潰(對靜連接)或磨損(對動連接)。因此，通常只需校核擠壓強度(對靜連接)或壓強(對動連接)即可。圖8-8平鍵連接的受力分析

設(shè)載荷沿鍵長均勻分布，則擠壓強度條件為

式中，l為平鍵的軸向工作長度：A型l?=?L?-?b，B型l?=?L，C型l?=?L?-?b/2；T為軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩(N·mm)；d為軸的直徑(mm)；h為鍵的高度(mm)；[σp]為鍵、軸和輪轂中擠壓強度最低的材料的許用應力(MPa)，見表8.2。

如校核結(jié)果連接的強度不夠，則可采取以下措施：

(1)適當增加輪轂和鍵的長度，但鍵長不宜超過2.5d。

(2)用兩個鍵按相隔180°布置，考慮到載荷在兩個鍵上分布的不均勻性，在進行強度計算時，只按1.5個鍵計算。

例8.1已知齒輪減速器輸出軸與齒輪之間鍵連接，傳遞的轉(zhuǎn)矩T?=?700?N·m，軸的直徑d?=?60?mm，輪轂寬B?=?85?mm，載荷有輕微沖擊，齒輪材料為鑄鋼。試設(shè)計該鍵連接。

解(1)類型選擇：為保證齒輪傳動嚙合良好，要求軸轂對中性好，故選用A型普通平鍵。

(2)尺寸選擇：按軸徑d?=?60?mm，查表8.1選擇鍵的尺寸b?×?h?=?18?×?11；根據(jù)輪轂寬B?=?85?mm，取鍵長L?=?80?mm。

(3)強度校核：查表8.2得[σp]?=?100～120?MPa。

故所選鍵連接的強度足夠。

標記為：鍵18?×?80GB/T1096—2003。

8.2聯(lián)軸器

8.2.1聯(lián)軸器的分類聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造和安裝誤差以及承載后變形、受熱變形和基礎(chǔ)下沉等一系列原因，都可能使兩軸的軸線不重合而產(chǎn)生某種形式的相對位移，如圖8-9所示。這就要求聯(lián)軸器在結(jié)構(gòu)上具有補償軸線一定位移量的能力。圖8-9軸的偏移

8.2.2常用聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)、特點及其應用

1.套筒聯(lián)軸器

套筒聯(lián)軸器是用一個套筒，通過鍵或銷等零件使兩軸相連接，如圖8-10所示。圖8-10套筒聯(lián)軸器

2.凸緣聯(lián)軸器

凸緣聯(lián)軸器由兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器用鍵及連接螺栓組成。它有兩種對中方法：一種是用一個半聯(lián)軸器上的凸肩與另一個半聯(lián)軸器上的凹槽相嵌合而對中，見圖8-11(a)；另一種是用鉸制孔用螺栓對中，見圖8-11(b)。前一種方法對中精度高。當要求兩軸分離時，后者只要卸下螺栓即可，不用移軸，因此裝卸比前者簡便。其規(guī)格尺寸可按附表四查取。圖8-11凸緣聯(lián)軸器

3.彈性套柱銷聯(lián)軸器

這種聯(lián)軸器的構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器相似，不同之處是用帶有彈性套的柱銷代替了連接螺栓，如圖8-12所示。彈性套柱銷聯(lián)軸器已經(jīng)標準化了，其規(guī)格尺寸可按附表五查取。圖8-12彈性套柱銷聯(lián)軸器

4.彈性柱銷聯(lián)軸器

彈性柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)(見圖8-13)與彈性套柱銷聯(lián)軸器相似，差別主要在于用尼龍銷代替了橡膠套柱銷，它利用彈性柱銷將兩個半聯(lián)軸器連接起來，使其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力增大。為防止柱銷滑出，兩側(cè)裝有擋板。柱銷的材料用尼龍6，也可用酚醛布棒等其他材料制造。其規(guī)格尺寸可按附表六查取。圖8-13彈性柱銷聯(lián)軸器

8.2.3聯(lián)軸器的選用

聯(lián)軸器大多已標準化，其主要性能參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)矩T、許用轉(zhuǎn)矩[T]、許用轉(zhuǎn)速[n]、位移補償量和被連接軸的直徑范圍等。選用聯(lián)軸器時，通常先根據(jù)使用要求和工作條件確定合適的類型，再按轉(zhuǎn)矩(Tc≤[T])、軸徑和轉(zhuǎn)速(n≤[n])選擇聯(lián)軸器的型號，必要時應校核其薄弱件的承載能力。

考慮工作機啟動、制動、變速時的慣性力和沖擊載荷等因素，應按計算轉(zhuǎn)矩Tc選擇聯(lián)軸器。計算轉(zhuǎn)矩Tc和工作轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系為

式中，K為工況系數(shù)，見表8.3；T為額定轉(zhuǎn)矩。

例8.2一電動機與油泵之間由聯(lián)軸器相聯(lián)，外載荷有中等沖擊，已知電動機功率P?=?17?kW，轉(zhuǎn)速n?=?1460?r/min，軸徑d?=?42?mm，油泵軸徑d?=?45?mm。試選擇此聯(lián)軸器。

8.3其他連接簡介

8.3.1螺紋連接1.螺紋連接的基本類型、結(jié)構(gòu)尺寸及應用(1)螺栓連接。螺栓連接有普通螺栓連接(圖8-14(a))和鉸制孔螺栓連接(圖8-14(b))兩種，用于被連接件能夠做成通孔，且能夠在被連接件兩邊裝配的場合，無需在被連接件上切制螺紋。(2)雙頭螺栓連接。如圖8-15所示，當被連接件之一較厚而不宜制成通孔又需經(jīng)常拆卸時，可采用雙頭螺柱連接。圖8-14螺栓連接圖8-15雙頭螺柱連接

(3)螺釘連接。如圖8-16所示，這種連接的特點是不用螺母，其用途和雙頭螺柱連接相似，多用于不需經(jīng)常拆卸的場合。圖8-16螺釘連接

(4)緊定螺釘連接。如圖8-17所示，固定兩個零件的相對位置并傳遞不大的力或扭矩。圖8-17緊定螺釘連接

2.螺紋連接件

圖8-18所示為六角頭螺栓和六角頭鉸制孔用螺栓，圖8-19所示為雙頭螺柱，圖8-20所示為各種螺釘，圖8-21所示為緊定螺釘頭部和末端形狀，圖8-22所示為各種六角螺母和圓螺母。圖8-18螺栓圖8-19雙頭螺柱圖8-20螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式圖8-21緊定螺釘?shù)念^部和末端圖8-22螺母

3.螺紋連接件的防松

1)摩擦防松

摩擦防松是在螺紋副中產(chǎn)生正壓力，以形成阻止螺紋副相對轉(zhuǎn)動的摩擦力。摩擦防松的主要方式有彈簧墊圈、對頂螺母和自鎖螺母防松，如圖8-23～圖8-25所示。圖8-23彈簧墊圈圖8-24對頂螺母圖8-25錐圓口自鎖螺母

2)機械防松

機械防松是采用各種專用的止動元件來限制螺紋副的相對轉(zhuǎn)動。機械防松的主要方式有開口銷與槽形螺母、止動墊片和圓螺母用帶翅墊片，見圖8-26～圖8-28。圖8-26開口銷與槽形螺母圖8-27止動墊片圖8-28圓螺母用帶翅墊片

3)不可拆卸連接

不可拆卸連接是采用各種措施使得螺紋副變?yōu)榉锹菁y副而成為不可拆連接的一種防松方法。它的主要方式有焊點法、串聯(lián)鋼絲和沖點法等，見圖8-29～圖8-31。圖8-26開口銷與槽形螺母圖8-27止動墊片圖8-28圓螺母用帶翅墊片

8.3.2離合器

1.牙嵌離合器

牙嵌離合器是一種嚙合式離合器，如圖8-32所示。圖8-32牙嵌離