機械設計基礎

第10章連接學習導航知識目標：能力目標：掌握螺紋連接、軸轂連接、軸間連接的應用場合及特點。掌握常用連接的選擇、驗算和設計方法。能夠根據(jù)連接的結(jié)構合理地選擇螺紋連接的類型。能夠正確地選擇鍵的類型及參數(shù)，了解銷連接的應用場合。能夠根據(jù)軸間連接的情況合理地選用聯(lián)軸器及其類型。第10章連接

10.1螺紋連接

10.2軸轂連接

10.3軸間連接

10.4彈性連接

10.5其他常用連接

10.1螺紋連接10.1.1螺紋連接的類型及應用場合10.1.2常用標準螺紋連接件學習要點掌握螺紋連接的類型、應用場合及防松方法，能夠通過計算合理地選擇螺栓直徑。10.1.3螺紋連接的預緊和防松10.1.4螺栓連接的強度計算10.1.5螺紋連接的結(jié)構設計要點10.1.1螺紋連接的類型及應用場合類型構造特點及應用螺栓連接被聯(lián)接件都不切制螺紋，使用不受被聯(lián)接件材料的限制，構造簡單，裝拆便，成本低，應用最廣用于通孔，能從被聯(lián)接件兩邊進行裝配的場合螺栓桿與孔之見緊密配合，有良好的承受橫向載荷的能力和定位作用螺紋聯(lián)接由聯(lián)接件和被聯(lián)接件組成，聯(lián)接的主要類型有螺栓聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接、螺釘聯(lián)接和緊定螺釘聯(lián)接。10.1.1螺紋連接的類型及應用場合類型構造特點及應用雙頭螺栓連接雙頭螺柱的兩端都有螺紋，其一端緊固地旋入被聯(lián)接件之一的螺紋孔內(nèi)，另一端與螺母旋合而將兩被聯(lián)接件聯(lián)接用于不能用螺栓聯(lián)接且又需經(jīng)常拆卸的場合螺釘連接螺釘聯(lián)接不用螺母，而且能有光整的外露表面，應用與雙頭螺柱相似，但不宜用于經(jīng)常拆卸的聯(lián)接，以免損壞被聯(lián)接件的螺紋孔緊定螺釘連接緊定螺釘聯(lián)接旋入被聯(lián)接件之一的螺紋孔中，其末端頂住另一被聯(lián)接件的表面或頂入相應的坑中，以固定兩個零件的相互位置，并可傳遞不大的轉(zhuǎn)矩10.1.2常用標準螺紋連接件螺栓1雙頭螺栓2動畫10.1.2常用標準螺紋連接件螺釘3緊定螺釘4動畫10.1.2常用標準螺紋連接件螺母5動畫墊片6動畫動畫動畫10.1.2常用標準螺紋連接件螺紋緊固件的強度級別7

螺紋緊固件的強度級別用數(shù)字表示:螺栓用兩個數(shù)字來表示，小數(shù)點前的數(shù)字表示抗拉強度極限σBmin

的1/100，小數(shù)點后數(shù)字表示屈服極限與強度極限比值(σSmin/σBmin

)的10倍螺母用一位數(shù)字表示，數(shù)字為σBmin/100。例如，螺栓（螺釘、雙頭螺柱）的強度級別標記為4.6，表示抗拉強度極限σBmin=400MPa，屈服極限σSmin

=240MPa。螺母的強度級別標記為6，表示抗拉強度極限σ

Bmin

=600MPa。10.1.3螺紋連接的預緊和防松螺紋連接的預緊1按螺紋聯(lián)接裝配時是否擰緊，分為松聯(lián)接和緊聯(lián)接。對于預緊力大小的控制，一般螺栓聯(lián)接可憑經(jīng)驗控制，重要螺栓聯(lián)接通常要采用測力矩扳手或定力矩扳手來控制。對于常用的鋼制M10～M68的粗牙普通螺紋，擰緊力矩T的經(jīng)驗公式為T≈0.2F′d

T———擰緊力矩，N·mm;

F′———預緊力，N;

d———螺紋的公稱直徑，mm。10.1.3螺紋連接的預緊和防松螺紋聯(lián)接的防松2聯(lián)接用螺紋標準件都能滿足自鎖條件。擰緊螺母后，螺母與被聯(lián)接件支承面間的摩擦力也有助于防止螺母松脫。

(1)利用摩擦力防松采用各種結(jié)構措施使螺紋副中的摩擦力不隨聯(lián)接的外載荷波動而變化，保持較大的防松摩擦阻力矩。利用摩擦力防松10.1.3螺紋連接的預緊和防松螺紋聯(lián)接的防松2

(2)機械防松槽型螺母與開口銷防松止動墊片防松串聯(lián)鋼絲防松10.1.3螺紋連接的預緊和防松螺紋聯(lián)接的防松2

(3)破壞螺紋副的不可拆防松

如圖所示，在螺母擰緊后，采用沖點、焊接、豁結(jié)等方法，使螺紋連接不可拆卸。這種方法一般用于永久性連接，方法簡單可靠。不可拆防松10.1.4螺栓連接的強度計算普通螺栓聯(lián)接的強度計算1

(1)松螺栓聯(lián)接的強度計算松螺栓聯(lián)接在工作時只承受軸向工作載荷F，其強度校核與設計計算公式分別為松螺栓連接實例10.1.4螺栓連接的強度計算普通螺栓聯(lián)接的強度計算1

(2)緊螺栓聯(lián)接的強度計算

①受橫向工作載荷的緊螺栓連接②受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接10.1.4螺栓連接的強度計算鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強度計算2鉸制孔用螺栓聯(lián)接的失效形式一般為螺栓桿被剪斷，螺栓桿或孔壁被壓潰。因此，鉸制孔用螺栓聯(lián)接須進行剪切強度和擠壓強度計算。鉸制孔用螺栓連接螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為螺栓桿的剪切強度條件為10.1.5螺紋連接的結(jié)構設計要點

(1)螺栓組的布置應盡可能對稱，以使接合面受力比較均勻，一般都將接合面設計成對稱的簡單幾何形狀，并應使螺栓組的對稱中心與接合面的形心重合。螺栓組的布置10.1.5螺紋連接的結(jié)構設計要點

(2)當螺栓聯(lián)接承受彎矩和轉(zhuǎn)矩時，還須將螺栓盡可能地布置在靠近接合面邊緣，以減少螺栓中的載荷。如果普通螺栓聯(lián)接受較大的橫向載荷，則可用套筒、鍵、銷等零件來分擔橫向載荷，以減小螺栓的預緊力和結(jié)構尺寸。減荷裝置10.1.5螺紋連接的結(jié)構設計要點

(3)分布在同一圓周上的螺栓數(shù)，應取為4、6、8等易于等分的數(shù)目，以便于加工。

(4)在一般情況下，為了安裝方便，同一組螺栓中不論其受力大小，均采用同樣的材料和規(guī)格尺寸，如螺栓直徑和長度尺寸等。

(5)螺栓布置要有合理的距離。在布置螺栓時，螺栓中心線與機體壁之間、螺栓相互之間的距離，要根據(jù)扳手活動所需的空間大小來決定。扳手空間10.1.5螺紋連接的結(jié)構設計要點

(6)避免承受附加彎曲應力。引起附加彎曲應力的因素很多，除因制造、安裝上的誤差及被聯(lián)接件的變形等因素外，螺栓、螺母支承面不平或傾斜，都可能引起附加彎曲應力。支承面一般應為加工面。為了減少加工面，常將支承面做成凸臺、凹坑。為了適應特殊的支承面（傾斜的支承面、球面），可采用斜墊圈、球面墊圈。避免承受附加彎曲應力的措施

10.2軸轂連接10.2.1鍵連接10.2.2鍵連接的尺寸選擇和強度計算學習要點掌握平鍵連接參數(shù)的選擇方法，會驗算鍵的強度。了解花鍵連接及銷連接的應用場合。10.2.3花鍵連接10.2.4銷連接10.2.1鍵連接平鍵連接1平鍵連接的剖面結(jié)構如圖所示，平鍵的下面與軸上鍵槽緊貼，上面與輪轂鍵槽頂面留有間隙。兩側(cè)面為工作面，依靠鍵與鍵槽之間的擠壓力Ft傳遞轉(zhuǎn)矩T。10.2.1鍵連接平鍵連接1

(1)普通平鍵連接普通平鍵的主要尺寸是鍵寬b、鍵高h和鍵長L。端部有圓頭（A型）、平頭（B型）和單圓頭（C型）三種形式。普通平鍵連接10.2.1鍵連接平鍵連接1

(1)普通平鍵連接普通平鍵的主要尺寸是鍵寬b、鍵高h和鍵長L。端部有圓頭（A型）、平頭（B型）和單圓頭（C型）三種形式。鍵槽加工動畫動畫10.2.1鍵連接平鍵連接1

(2)導向平鍵和滑鍵連接當軸上零件與軸構成移動副時，采用導向平鍵聯(lián)接，輪轂可沿鍵做軸向滑移，由于導向平鍵較長，要用螺釘固定在軸上，鍵中間設有起鍵螺孔，以便拆卸。當軸上零件移動距離較大時，宜采用滑鍵聯(lián)接，但因其鍵過長，制造、安裝困難。導向平鍵連接花鍵連接動畫動畫10.2.1鍵連接半圓鍵連接2用半圓鍵連接時，軸上鍵槽用半徑與鍵相同的盤狀銑刀銑出，因而鍵在槽中能擺動以適應輪轂鍵槽的斜度。這種聯(lián)接的優(yōu)點是工藝性較好，缺點是軸上鍵槽較深，對軸的削弱較大，故主要用于輕載荷和錐形軸端的聯(lián)接。半圓鍵連接動畫10.2.1鍵連接楔鍵連接3楔鍵的上表面和輪轂槽底均有1∶100的斜度，鍵楔緊在軸轂之間。楔鍵的上下表面為工作面，依靠壓緊面的擠壓力和摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩及單向軸向力。楔鍵分普通楔鍵和鉤頭楔鍵。楔鍵連接動畫10.2.2鍵連接的尺寸選擇和強度計算鍵的選擇1

(1)鍵的類型選擇選擇鍵的類型應考慮以下因素:對中性的要求;傳遞轉(zhuǎn)矩的大小；輪轂是否需要沿軸向滑移及滑移的距離大小；鍵在軸的中部或端部等。

(2)鍵的尺寸選擇在標準中，根據(jù)軸的直徑可查出鍵的截面尺寸b×h，鍵的長度L根據(jù)輪轂的寬度L1確定。10.2.2鍵連接的尺寸選擇和強度計算平鍵連接的強度計算2鍵連接的主要失效形式是較弱工作面的壓潰（靜連接）或過度磨損（動連接），因此應按照擠壓應力σP

或壓強p進行條件性的強度計算，校核公式為10.2.2鍵連接的尺寸選擇和強度計算鍵槽尺寸及公差3輪轂鍵槽深度為t1

，軸上鍵槽深度為t，它們的寬度與鍵的寬度相同。鍵連接按配合情況分為較松連接、一般連接和較緊連接。鍵槽尺寸及偏差10.2.3花鍵連接花鍵連接由軸上加工出的外花鍵和輪轂孔內(nèi)加工出的內(nèi)花鍵組成，工作時靠鍵齒的側(cè)面互相擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩。

花鍵連接的優(yōu)點是：鍵齒數(shù)多，承載能力強；鍵槽較淺，應力集中小，對軸和輪轂的強度消弱也小；鍵齒均布，受力均布；軸上零件與軸的對中性好；導向性好。

花鍵連接的缺點是：加工成本較高?；ㄦI10.2.3花鍵連接矩形花鍵1國家標準規(guī)定，矩形花鍵連接采用小徑定心，這種定心方式可采用熱處理后磨內(nèi)花鍵孔的工藝，提高定心精度，并在單件生產(chǎn)或花鍵孔直徑較大時避免使用拉刀，以降低制造成本。矩形花鍵聯(lián)接10.2.3花鍵連接漸開線花鍵2漸開線花鍵的齒廓為漸開線，工作時各齒均勻承載，強度高。漸開線花鍵可以用齒輪加工設備制造，工藝性好，加工精度高，互換性好。因此，漸開線花鍵連接常用于傳遞載荷較大、軸徑較大、大批量生產(chǎn)的重要場合。漸開線花鍵連接10.2.4銷連接銷連接通常用于固定零、部件之間的相對位置，即定位銷。也用于軸轂間或其他零件間的連接，即連接銷?？沙洚斶^載剪斷元件，即安全銷。定位銷連接銷安全銷10.2.4銷連接

銷分類及應用場合：銷按形狀分為圓柱銷、圓錐銷和異形銷三類。圓柱銷靠過盈與銷孔配合，為保證定位精度和連接的堅固性，不宜經(jīng)常裝拆，主要用于連接或定位。圓錐銷具有1:50的錐度，小端直徑為標準值，自鎖性能好，定位精度高，主要用于定位或連接。圓柱銷和圓錐銷的銷孔均需鉸制。異形銷種類很多，其中開口銷工作可靠，拆卸方便，常與槽形螺母合用，鎖定螺紋連接件。

10.3軸間連接10.3.1聯(lián)軸器10.3.2離合器學習要點掌握聯(lián)軸器的類型特點，能夠合理選用聯(lián)軸器。10.3.3制動器10.3.1聯(lián)軸器聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造和安裝誤差、受載變形、溫度變化和機座下沉等原因，可能產(chǎn)生軸線的徑向、軸向、角度或綜合位移。因此，要求聯(lián)軸器在傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的同時，還應具有一定范圍內(nèi)補償位移、緩沖吸振的能力。聯(lián)軸器所連接兩軸的位移形式10.3.1聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器對軸線的位移沒有補償能力，適用于載荷平穩(wěn)、兩軸對中性好的場合。常用的剛性聯(lián)軸器有套筒聯(lián)軸器和凸緣聯(lián)軸器等。

(1)套筒聯(lián)軸器套筒聯(lián)軸器是利用套筒和連接零件，即鍵或銷，將兩軸連接起來。剛性聯(lián)軸器1套筒聯(lián)軸器10.3.1聯(lián)軸器

(2)凸緣聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器1凸緣聯(lián)軸器聯(lián)軸器有兩種對中方式：一種是通過分別具有凸槽和凹槽的兩個半聯(lián)軸器的相互嵌合來對中，半聯(lián)軸器之間采用普通螺栓連接，如圖上半部所示；另一種是通過鉸制孔用螺栓與孔的緊配合對中，如圖下半部所示。當尺寸相同時后者傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，且裝拆時軸不必做軸向移動。10.3.1聯(lián)軸器

(1)十字滑塊聯(lián)軸器可移式剛性聯(lián)軸器2十字滑塊聯(lián)軸器由兩個在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器1、3和一個兩端面均帶有凸牙的中間盤2組成，中間盤兩端面的凸牙位于互相垂直的兩個直徑方向上，并在安裝時分別嵌入1、3的凹槽中。動畫10.3.1聯(lián)軸器

(2)萬向聯(lián)軸器可移式剛性聯(lián)軸器2萬向聯(lián)軸器萬向聯(lián)軸器是由分別裝在兩軸端的叉形接頭1、3以及與叉頭相聯(lián)的十字軸2組成。機器工作時即使夾角發(fā)生改變?nèi)钥烧鲃樱吝^大會使傳動效率顯著降低。動畫10.3.1聯(lián)軸器

(3)齒式聯(lián)軸器可移式剛性聯(lián)軸器2齒式聯(lián)軸器齒式聯(lián)軸器應用較廣泛，它是利用內(nèi)外齒嚙合來實現(xiàn)兩個半聯(lián)軸器的聯(lián)接。10.3.1聯(lián)軸器

(1)彈性套柱銷聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器3彈性套柱銷聯(lián)軸器利用彈性一套的彈性變形來補償兩軸的相對位移。彈性套柱銷聯(lián)軸器10.3.1聯(lián)軸器

(2)彈性柱銷聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器3這種聯(lián)軸器與彈性套柱銷聯(lián)軸器很相似，僅用彈性柱銷（通常用尼龍制成）將兩個半聯(lián)軸器聯(lián)接起來。彈性柱銷聯(lián)軸器10.3.1聯(lián)軸器聯(lián)軸器的選擇4聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩可按下式計算：10.3.2離合器用離合器連接的兩軸可在機器運轉(zhuǎn)過程中隨時進行接合或分離。離合器按其工作原理可分為牙嵌式、摩擦式和電磁式三類：按控制方式可分為操縱式和自動式兩類。對于已標準化的離合器，其選擇步驟和計算方法與聯(lián)軸器相同。對于非標準化或不按標準制造的離合器，可先根據(jù)工作情況選擇類型，再進行具體設計計算，具體的計算方法及計算內(nèi)容可查閱有關資料。10.3.2離合器牙嵌離合器1牙嵌離合器10.3.2離合器摩擦離合器2摩擦離合器利用主、從動半離合器摩擦片接觸面間的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩。為提高傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，通常采用多片摩擦片。它能在不停車或兩軸有較大轉(zhuǎn)速差時進行平穩(wěn)接合，且可在過載時因摩擦片間打滑而起到過載保護的作用。多片式摩擦離合器及摩擦片10.3.2離合器安全離合器3牙嵌式安全離合器端面帶牙的離合器左半2和右半3，靠彈簧1嵌合壓緊以傳遞轉(zhuǎn)矩。當從動軸4上的載荷過大時，牙面5上產(chǎn)生的軸向分力將超過彈簧的壓力，而迫使離合器發(fā)生跳躍式的滑動，使從動軸4自動停轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)螺母6可改變彈簧壓力，從而改變離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。10.3.2離合器超越離合器4超越離合器的星輪1與主動軸相聯(lián)，順時針回轉(zhuǎn)，滾柱3受摩擦力作用滾向狹窄部位被楔緊，帶動外環(huán)2隨星輪1同向回轉(zhuǎn)，離合器接合。星輪1逆時針回轉(zhuǎn)時，滾柱3滾向?qū)挸ú课唬猸h(huán)2不與星輪1同轉(zhuǎn)，離合器自動分離。滾柱一般為3～8個。彈簧4起均載作用。超越離合器動畫10.3.3制動器帶式制動器1制動器的主要作用是降低機械運轉(zhuǎn)速度或迫使機械停止轉(zhuǎn)動，制動器多數(shù)已標準化，可根據(jù)需要選用。常用的有帶式制動器、內(nèi)漲蹄鐵式制動器等。當杠桿受FQ

作用時，撓性帶收緊而抱住制動輪，靠帶與輪之間的摩擦力來制動。簡單帶式制動器10.3.3制動器內(nèi)漲蹄鐵式制動器2內(nèi)漲蹄鐵式制動器分為單蹄、雙蹄、多蹄和軟管多蹄等。制動蹄1上裝有摩擦材料，通過銷軸2與機架固聯(lián)，制動輪3與所要制動的軸固聯(lián)內(nèi)漲蹄鐵式制動器

10.4彈性連接10.4.1彈性連接的功用和彈簧的類型10.4.2彈簧的材料及制作學習要點了解彈簧的類型及應用。10.4.1彈性連接的功用和彈簧的類型彈性連接的功用1(1)緩沖和吸振(2)儲存和輸出能量汽車減振彈簧鐘表發(fā)條10.4.1彈性連接的功用和彈簧的類型彈性連接的功用1(3)測量載荷(4)控制運動彈簧秤安全閥10.4.1彈性連接的功用和彈簧的類型彈簧的類型2根據(jù)制造材料的不同，彈簧可分為金屬彈簧和非金屬彈簧;根據(jù)其形狀不同，可分為螺旋彈簧、碟形彈簧、環(huán)形彈簧、板彈簧等;根據(jù)承載性質(zhì)，可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧等。10.4.2彈簧的材料及制作彈簧的材料1彈簧一般在變載荷下工作，其破壞形式主要是疲勞破壞，因此要求彈簧材料在力學性能方面應具有高的屈服強度、疲勞強度及足夠的沖擊韌性；在工藝性能方面具有良好的淬透性，不易脫碳，便于卷繞。彈簧的材料主要是熱軋鋼、冷拉彈簧鋼以及橡膠等非金屬材料。10.4.2彈簧的材料及制作彈簧的制作2為使載荷作用線與彈簧軸線趨于重合，大多