项目三选用工程联接

项目三 选用工程联接107项目三 选用工程联接将两个或两个以上的物体接合在一起的形式称为联接，来实现预期的性能要求。机械中采用了大量的联接，生产和生活中的联接也随处可见。所以必须了解机械中常用的各种联接方法、特点和应用情况，掌握一定的常用联接的设计准则和方法，熟悉各种常用联接零件的类型、结构与使用条件。常用的机械联接方法分类如下：机械动联接：被联接的各个零部件之间可以有相对位置变化，例如我们在前面所介绍的各类运动副；机械静联接：被联接起来的各个零部件之间的位置固定，不允许产生相对运动的联接。模块一 选用轴与轴上零件的连接学习目标 能够识别常用联接键的类型。 能够正确选用键与销。工作任务 选用齿轮与轴间连接的普通平键。任务分析键联接的作用是用键将轴和做回转转动的轮毂件（齿轮、带轮、凸轮、联轴器等）联成一个整体，使它们在共同转动时没有相对运动，以传递转动运动和较大的力矩。这种联接具有结构简单、装拆方便、工作可靠等特点。销联接主要应用于零件之间的相互定位。键通常为自制标准件，其截面尺寸按国家标准制造，长度根据需要在键长系列中取，键 及 无 键 联 接螺 纹 联 接楔 联 接销 联 接可 拆 卸 联 接 会 损 坏 其 中 一 个 零 件 ）（ 这 种 联 接 拆 卸 时铆 接 、 焊 接 、 胶 接 等不 可 拆 卸 联 接机 械 静 联 接机 械 动 联 接机 械 联 接项目三 选用工程联接108图 6.5 导向键与滑键联接a）导向键联接 b）滑键联接图 6.4 轴上键槽的加工a）用立铣刀加工 b）用盘状铣刀加工常用材料为中碳钢。键的作用是将轴和轮毂件联成一个整体，以传递运动和扭矩。键联接可分为松键联接和紧键联接。松键联接的工作原理是靠键受剪切和挤压的能力传递扭矩和转动的；键的两侧面是工作表面；其结构特点是键的上表面与轮毂键槽底面之间留有间隙；传动特点是定心良好，装拆方便，承载小；应用于高速轻载传动中。普通平键有 A、B、C 三种类型，注意其标注。当工作要求轮毂件在轴上能作轴向滑移时，可采用滑键和导向平键。花键承载能力强，导向性好，但成本高。半圆键适用于轴端。紧键联接的工作原理是靠楔紧键后，产生的静摩擦力传递扭矩和转动的；键的上下两面是工作表面；其结构特点是键的两侧面与轮毂键槽和轴键槽两侧面之间留有间隙；传动特点是定心不好，装拆不便，承载大；应用于低速重载传动中。基础知识一、 松键联接（一）普通平键联接键的两侧面是工作面，靠键与键槽的侧面挤压来传递扭矩；普通平键主要用于静联接。平键联接不能承受轴向力，因而对轴上的零件不能起到轴向固定作用。普通平键的截面为长方形，一半嵌入轴槽，一半插入轮毂槽，键的顶面与轮毂槽底面有间隙，两侧面与轮毂槽紧密接触，借以传递扭矩。普通平键端部结构有 A、B、C 三种类型（见图 6.3），A 型为圆头平键，定位可靠，应用最广泛；B型为平头平键，有时要用螺栓顶住，以免松动；C 型为半圆头平键，只用于轴端。键是标准件，它的规格采用 标志，其中Lhbb 为键宽，h 为键高；L 表示键长，图中 l 表示键的工作长度，联接的结构形式也见图 6.3。轴上的 A、C 型键槽要用立铣刀加工（见图 6.4a），B 型键槽要用盘状铣刀加工（见图 6.4b）。B 型键槽的应力集中较小。普通平键联接具有结构简单、装拆方便、对中良好等优点。但承载能力不大。（二）导向键与滑键联接当工作要求轮毂件在轴上能作轴向移动时，可采用导向键或滑键联接。这两种键联接主要用于动联接。导向键端部形状同平键（见图 6.5a），其特点是键较长。工作时，键与轮毂的键槽采用间隙配合，故轮毂可以沿键作轴向滑动（例如变速箱中滑移齿轮与轴的动联接）。为了防止键松动，用螺钉将其固定在轴上。便于拆卸，在其中部有起键螺钉孔。当零件需要滑移的距图 6.3 普通平键联接a）圆头（A 型） b）平头（B 型） C ）单圆头（C 型）项目三 选用工程联接109图 6.7 半圆键联接图 6.6 花键联接a）花键轴侧图 b）矩形花键联接 c）渐开线花键联接离较大时，因所需的导向平键长度过大，制造困难，一般度采用滑键。滑键固定在轴上零件的轮毂孔内（见图 6.5b），工作时轮毂与键一起沿轴上的长键槽滑动。与导向键相比，滑键更适用于轴向移动距离较长的场合。只需要在轴上铣出较长的键槽，而键可以做的很短。（三）花键联接花键联接是由周向均布的带键齿的花键轴与带键齿槽花键孔组成的一种联接形式（见图 6.6），工作时齿的工作面为齿的侧面。靠键齿的侧面与键槽侧面的挤压传递转矩。花键也象导向平键一样，适用于轮毂在轴上移动动联接的场合。由于是多齿传递载荷，与平键相比，花键具有承载能力强、轴和毂受力均匀、导向性好，并有较高的定心精度等优点。广泛用于汽车、拖拉机、机床等行业。其主要缺点是制造成本高、加工需专用设备等。根据花键的齿形不同，可分为矩形花键、渐开线花键等。在矩形花键中，轻型花键采用内径定心，定心精度高，易加工；中型花键采用采用侧面定心；重型花键则用外径定心。其定心面的粗糙度要求 1.6 以上。渐开线花键的两侧曲线为渐开线，其压力角规定有 30 和 45 两种。其定心方式为齿型定心，利于均匀载荷，易对中。渐开线花键根部强度较大，应力集中小，承载能力大。适用于对心精度高、载荷大、尺寸较大的场合。这两种花键的规格尺寸都已经标准化，在设计时可以参考相关的标准和规范进行。（四）半圆键联接图 6.7 所示为半圆键联接。半圆键的上表面为一平面，下表面为半圆形，两侧面平行。装配时在轴的半圆形键槽内可以自由摆动，轮毂内的键槽为通槽。半圆键用于静联接，其两侧面是工作面。工作时也是靠键的两侧面受挤压传递转矩的。其优点是工艺性好，联接装配方便；缺点是轴上键槽较深，对轴的强度有较大削弱，故多用于轻载的锥形轴端联接中。二、紧键联接（一）楔键联接楔键的工作面是顶面和底面，其顶面有 1:100 的斜度，键的两侧面与键槽留有间隙，可分为普通楔键和钩头楔键两类（见图 6.8）。装配时轮毂件键槽上顶面也具有1:100 的斜度。通常是先将图 6.8 楔键联接a）普通楔键联接 b）钩头楔键联接项目三 选用工程联接110轮毂装好后，在把键放入并打紧，使键楔紧在轴与毂的键槽中，楔键的斜面的键、轴和毂之间产生较大的摩擦力传递转矩。同时还可承受单向轴向载荷，对轮毂起到单向轴向定位作用。钩头楔键有利于拆卸，但安全性差。楔键装配后可使轮毂件有一微小径向移动，造成轴和轮毂的配合产生偏心和倾斜，故对中性差。当受振动载荷作用时易松动。因此主要用于定心精度要求不高和低速的场合。（二）切向键联接图 6.9 所示为切向键联接。切向键由两个斜度为 1:100 的普通楔键反装而成，其断面合成为一长方形，装配时先将轮毂装好，将两个楔键从轮毂槽的两端分别打入，使键楔紧在轴与毂的键槽中。切向键的工作面为上下表面。一对切向键只能传递单向转矩，若要传递双向转矩时，则需装两对互成 120135的切向键，如图 6.9c 所示。切向键对轴的强度削弱较大，对中性较差，故适用于对中性、运动精度要求不高，低速、重载、轴径大于 100mrn 的场合。三、键联接的强度计算在各种类型的键联接中，以普通平键联接应用最广。故我们只讨论普通平键联接的强度计算。键联接的设计首先需要根据联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择平键类型；再根据轴径 d 的大小，从表 6.1 中选出键的剖面尺寸 bh(b 为键宽，h 为键高)；键的长度L 根据轮毂宽度而定，一般略小于轮毂的宽度。但必须符合标准规定的长度尺寸系列（见表 6.1），最后进行强度校核计算。表 6.1 普通平键的型式和尺寸（GB/T1096.79）a） b） c）图 6.9 切向键联接项目三 选用工程联接111平键联接传递扭矩时的受力情况如图 6.10 所示，对于常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键联接（静联接），普通平键主要的失效型式是平键两侧工作面挤压破坏。因此，普通平键联接通常只按工作面的挤压强度进行校核计算。设轴传递的功率为 P（kw.千瓦），轴的转速是 n（r/min.转/ 每分钟），则轴上受到的转矩为 T（Nmm）是： T6105.9普通平键联接的强度条件式为： 项目三 选用工程联接112（MPa）4ctcdhlTAF是键与轮毂的接触长度（mm），对于双圆头 A 型平键有 ；对于方头 B 型l bLl键有 ；单圆头 C 型键是L2bLl为许用挤压应力。它是键联接中，轴、轮毂、键c挤压强度最低的材料（一般是轮毂材料）。其值见表 6.2键的材料没有统一的规定，但是一般都采用抗拉强度不小于 600MPa 的钢，多为 45 钢。在平键联接强度计算中，如强度不足时，可采用双键，相隔 布置。但在强度计算中，考虑到键联接载荷分配180的不均匀性，在强度校核中只按 1.5 个键计算。键的标记为：键 bxL GB/T1096-79（对于 A 型键可不标出，但对于 B、C 型，必须标注“键 B”或“键 C”）。表 6.2 键联接的许用挤压应力 （MPa）c载荷性质联接方式 轮毂材料静载荷 轻微冲击 冲击钢 125150 100120 6090静联接铸铁 7080 5060 3045动联接 钢 50 40 30四、销销的主要形式由圆柱销和圆锥销（1：50 锥度）。联接销孔一般需要经过铰制。同时还有许多特殊的形式，例如开口销、槽销等，如表 6.3 所示。表 6.3 几种常用销的特点和应用类型和标准 图 例 特 点 应 用圆 柱 销销孔需铰制，过盈紧固，定位精度高主要用于定位，也可用于联接圆 锥 销销孔需铰制，比圆柱销定位精度更高，安装方便，可多次装拆主要用于定位，也可用于固定零件，传递动力开 口 销工作可靠，拆卸方便，用于防止螺母或销松脱用于销定其它紧固件，与槽形螺母配合使用任务实施【工程案例】如图 6.10 所示，轮毂是直齿圆柱齿轮材料为 45 号锻钢，轴的材料也是45 号锻钢。齿轮的轮毂长度为 120，轴的直径 ，传递的转矩 Nm。10d30T轻微冲击，要求对中。选择普通平键尺寸并验算其强度。【解】1.键的类型选择齿轮与轴周向形成静联接，为了便于装配，选用 A 型普通平键，也满足对中要求。2.平键的尺寸选择图 10-3 图 6.10 普通平键受力图项目三 选用工程联接113根据轴径 ，由表 6.1 查得：键宽 ，键高 ；由轮毂宽10d28b16h120，由表 6.1 选取键长 。L3.键的强度验算由于 ； ；对于 A 型键有 ；由表 6.26h 820Ll查的 =100MPa； Nm c3T键的强度： MPa15.982104ccdl 键的强度足够。四、销及销联接销联接是工程中常用的一种重要联接形式，销可用来确定零件间的相互位置，并可传递不大的载荷，也可用于两零件间的联接，还可用做安全装置中的过载剪断元件。定位销一般不承受载荷或只承受很小的载荷，平面定位时其数目不得少于 2 个。联接销能承受较小载荷，常用于轻载或非动力传输结构。填写工作单4.1 普通平键、导向平键、半圆键、花键的用途有什么不同？连接类型 国标号 标记示例 基本参数 用途普通平键、导向平键半圆键花键4.2 平键联接的结构是怎样的？分几种类型？A10650 是什么意义？模块二 选用螺纹联接学习目标 能够正确选用螺纹联接。 会采用正确的方式对螺纹联接的预紧与防松。工作任务 分析螺纹连接结构的合理性，如有不合理处，请指正并画出正确的结构图。项目三 选用工程联接114任务分析螺纹是一种标准件，应用极其广泛。按旋向有左、右旋之分，按线数有单头、多头之分，按牙型分为三角形、梯形、矩形和锯齿形螺纹。理解螺纹的主要参数：大径、小径、中径、螺距等。三角螺纹的单头螺纹多用于联接，并保证其自锁性；其它螺纹用于传动，更多的考虑其传动效率。在螺纹参数中大径表示螺纹大小；小径说明螺纹的强度；中径是螺纹几何尺寸计算直径；螺距表示了螺纹的疏密程度；头数表示螺旋线的根数；螺纹升角表示螺旋线的倾斜程度；牙型角表示螺纹的类型；牙侧角说明螺纹牙的强度。螺纹联接必须有外螺纹和内螺纹相配合才行的，内外螺纹的旋向相同、牙型一致、参数相等。螺纹连接的主要类型有普通螺栓联接、铰制孔用螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联接，注意各种联接方法的特点和适用范围。在螺栓联接中，受拉螺栓联接是靠拧紧螺母产生的静摩擦力进行联接的；铰制孔螺栓是靠螺栓杆受剪切和挤压的能力进行联接的。它们有各自的联接特点。螺纹紧固件包括：螺栓、头螺柱、螺钉、紧定螺钉、垫圈。在螺栓联接中必须拧紧，提供足够的摩擦力进行联接；必须有防松措施，防止螺栓联接在变载荷作用时松开。弹簧垫圈是最常用的一种较好防松措施。重要的场合易采用机械防松或其它方法防松。螺纹联接的预紧与防松在工程实际中非常重要，应注意掌握螺纹联接常用的防松方法。基础知识螺纹可以作联接件，又可是传动件，是十分常用的机械零件结构形式。一、螺纹概述（一）螺纹的形成与主要参数螺纹的形成见图 6.11a，将一直角三角形（底边长为d2）绕在一圆柱体（直径为 d2）上，使三角形底边与圆柱体底面圆周重合，则此三角形斜边在圆柱体表面形成的空间曲线称为螺旋线。螺纹的主要参数（参见图 6.11b）如下。1大径（d 或 D）螺纹的最大直径，即与外螺纹牙顶（或内螺纹牙底）相切的假想圆柱的直径。规定它为公称直径。2小径（d 1 或 D1）螺纹的最小直径，即与外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）相切的假想圆柱的直径。是螺纹强度计算的依据。3中径（d 2 或 D2）螺纹轴向截面内，牙型上的凸起的螺纹牙和沟槽螺纹牙间宽度相等处的假想圆柱的直径，用来进行螺纹受力及理论分析。4螺距（P）相邻两螺纹牙在中径线上两对应点间的轴向距离。它表示了 图 6.12 螺纹旋向图 6.11 螺纹形成及主要参数项目三 选用工程联接115螺纹的疏密程度。5线数（n）形成螺纹的螺旋线的数目，也称头数。一般为便于制造 n4。单线螺纹的自锁性较好，多用于联接；双线螺纹和多线螺纹主要用于传动。6导程（S）同一螺旋线相邻牙在中径线上对应点间的轴向距离。其中有 （见图 6.11a）。nps这个参数于螺纹轴向移动位移大小有关。7螺旋升角（）在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。它反映了螺纹的倾斜程度。由图 6.11 可得： 2tandnps8牙型角（）在螺纹轴向截面内螺纹牙型两侧边的夹角。（二）螺纹的类型、特点及应用根据螺旋线的缠绕方向可将螺纹分为右旋（正扣）和左旋（反扣）。判定方法是，将螺杆（母）的轴线竖起，看过去右高左低即为右旋，反之为左旋。常用螺纹为右旋，只有在特殊情况下才用左旋螺纹，如汽车左车轮用的螺纹、煤气罐减压阀螺纹等。见图 6.12根据牙型分为普通螺纹（三角螺纹）、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等（见图 6.13）。1普通螺纹普通螺纹的牙型角为 60，牙根强度高、自锁性好，工艺性能好，常用于联接。普通螺纹中又有粗牙和细牙螺纹之分。粗牙用于一般联接。公称直径相同时，螺距小的是细牙螺纹。细牙螺纹升角小、螺纹深度浅，自锁性最好，螺杆强度较高，适用于受冲击、振动载荷的联接以及薄壁零件的联接。但细牙螺纹耐磨性较差，牙根强度较低，易滑扣。2管螺纹管螺纹的牙型角为 55，公称直径近似为管子孔径，以 in（英寸）为单位。多用于有紧密性要求的管件联接。内外螺纹旋合后无径向间隙，以保证配合紧密，适于 MP6.1以下的水、煤、气、油等管路。锥管螺纹与管螺纹相似，但螺纹是绕制在1：16 的圆锥面上。管螺纹广泛用于水、气、润滑和电气以及高温、高压的管路系统中；锥管螺纹联接的紧密性好、不用填料，适用于密封要求较高的管道联接。图 6.13 螺纹牙型分类项目三 选用工程联接1163矩形螺纹牙矩形螺纹的剖面一般为矩形，牙厚是螺距的一半，牙根强度较低；难于精确加工；磨损后间隙难以补偿，对中精度低；但当量摩擦系数小，传动效率高，多用于螺旋传动。4梯形螺纹梯形螺纹比三角形螺纹当量摩擦因数小，传动效率较高，比矩形螺纹牙根强度高，承载能力高，加工容易，对中性能好，可补偿磨损间隙，故综合传动性能好。5锯齿形螺纹锯齿形螺纹综合了矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根强度大的特点，但只能用于单向受力的传动。（三）螺纹自锁与传动效率分析1.螺旋副自锁螺旋副的自锁是指不论受到的轴向载荷有多大，螺纹不能自动松退的性能。具有自锁性的螺纹只有施加足够大的与拧紧相反的力矩，使螺旋副产生相对转动才能松脱。一般用于联接的螺纹都具有自锁性。螺旋副的自锁条件是： 。V其中： 是螺旋升角，有： 、 、 分别是螺纹的头数、螺距和中经2tanpd2d是当量摩擦角； 是螺旋副中的摩擦因数， 为螺纹牙型角。vcosrfV 2.螺旋副传动效率螺旋副工作时的传动效率就是拧紧拧紧螺母的效率 。有： 在螺旋)tan(V用于传动时要考虑其效率的大小。3.自锁与传动效率分析由上可知：在其它条件相同的情况下，牙型角越大，螺纹的头数越多螺旋副的效率就越低，自锁性能就越好。所以三角螺纹的单头螺纹多用于紧固联接（利用其自锁性），其它螺纹或多头螺纹用于传动，以提高传动效率。二、螺纹联接螺纹联接具有结构简单、装拆方便、联接可靠等特点，是一种应用广泛的可拆联接。螺纹联接键大部分已标准化，根据国家标准选用十分便利。（一）常用螺纹联接件（紧固件）常用螺纹联接件有螺栓（带螺栓头的螺栓、无螺栓头的双头螺柱）、螺钉、紧定螺钉（顶丝）、螺母、垫圈等。常用螺纹联接件的结构特点及应用见表 6.4。表 6.4 常用螺纹联接件的结构特点及应用类 型 图 例 结构特点及应用六角头螺栓螺栓是工程上、日常生活中应用最为普遍、广泛的紧固件之一种类很多分为 A、B、C 三级，通用机械制造中多用 C 级，螺栓杆部可制出一段螺纹或全螺纹，螺纹可用粗牙或细牙（A、B 级）螺栓的头部有各种不同形状，但是我们最常见的是六角头，又有标准六角头和小六角头。一般情况下我们使用标准六角头，在空间尺寸受到限制的地方使用小六角头螺栓。但是，小六角头螺栓的支承面积较小，如果用于经常拆卸的场合时，螺栓头的棱角也易于磨圆。项目三 选用工程联接117双头螺柱螺柱两端都有螺纹，两端螺纹可相同或不同，螺柱可带退刀槽或制成全螺纹，螺柱的一段常用于旋入铸铁或有色金属的螺孔中，旋入后即不拆卸；另一端则用于安装螺母以固定其他零件螺钉螺钉的头部有各种形状，为了明确表示螺钉的特点，所以通常以其头部的形状来命名，有六角头、圆柱头、圆头、盘头和沉头等，头部旋具（起子）槽有一字槽、十字槽、十一字槽和内六角孔等形式。十字槽螺钉头部强度高，对中性好，易于实现自动化装配；内六角孔螺钉能承受较大的扳手力矩，联接强度高，可代替六角头螺栓，用于要求结构紧凑的场合。螺钉的承载力一般较小。在许多情况下，螺栓也可以用作螺钉紧定螺钉紧定螺钉的末端形状，常用的有锥端、平端和圆柱端。锥端适用于被顶进零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶进硬度较大的平面或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于紧定空心轴上的零件位置。紧定螺钉主要用于小载荷的情况下，例如，以传递圆周力为主，防止传动零件的轴向串动等。可以看出：紧定螺钉的工作面是在末端，所以对于重要的紧定螺钉需要淬火硬化后才能满足要求。六角螺母螺母是和螺栓相配套的标准零件，其外形有：六角形、圆形、方形及其它特殊的形状。根据六角螺母厚度的不同，分为标准、厚、薄等三种。六角螺母的制造精度和螺栓相同，分为 A、B、C 三级，分别与相同级别的螺栓配用圆螺母圆螺母常与止动垫圈配用，装配时将垫圈内舌插入轴上的槽内，而将垫圈的外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧。它常作为轴上零件的轴向固定用项目三 选用工程联接118垫圈如图所示。垫圈是螺纹联接中不可缺少的零件，常放置在螺母和被联接件之间，主要是为了增加支承面积，起保护支承面等作用。平垫圈按加工精度分为 A 级和 C 级两种，用于同一螺纹直径的垫圈又分为特大、大、普通和小四种规格，特大垫圈主要在铁木结构上使用，斜垫圈只用于倾斜的支承面上钢膨胀螺栓安装示意图 用于墙壁上物体的支承固定。联接靠胀管在预钻孔内膨胀，与孔壁挤压产生足够的联接力。常用螺纹规格 M6M16，螺旋长度65300mm。胀管直径 1022mm。钻孔直径见有关手册塑料胀管分为甲型、乙型。适用于木螺钉旋紧联接处。靠螺钉旋入胀管，胀管径向膨胀与预钻孔壁胀紧，形成联接。常用于混凝土、硅酸盐砌块等墙壁。直径 612mm，长度3160mm。钻孔直径应小于或等于胀管直径紧定螺钉多用于联接较薄的钢板和有色金属板。螺钉较硬，一般热处理硬度 5056HRC。安装前需预制孔，在实际使用时，应根据具体条件，经过适当的工艺验证，确定最佳预制孔尺寸，但不需预制螺纹，在联接时利用螺钉直接攻出内螺纹。自攻螺钉用板厚为1.25.1mm（二）螺纹联接的主要类型螺纹联接由螺纹联接件（紧固件）与被联接件构成，是一种应用广泛的可拆联接。螺纹联接具有结构简单、装拆方便、联接可靠等特点。螺纹联接的主要类型包括：普通螺栓联接、铰制孔用螺栓联接（又称配合螺栓联接）、双头螺柱联接、螺钉联接及紧定螺钉联接等几种类型。其联接结构形式、主要尺寸及应用特点等见表 6.5。表 6.5 螺纹联接的主要类型类型 构 造 特点及应用 主要尺寸关系螺栓联接普通螺栓联接螺栓穿过被联接件的通孔，孔和杆之间留有间隙，可以补偿各孔之间的位置误差，与螺母组合使用。装拆方便，成本低，不受被联接件材料限制，广泛用于传递轴向载荷且被联接件厚度不大，能从两边进行安装的场合。通孔的大小不能随意，应该根据装配精度查机械设计手册确定。拧紧螺母，在两个被联接表面之间，产生较大的变形挤压力，进而可产生较大的摩擦力，克服外载进行联接紧固。1螺纹余留长度 l1静载荷l1(0.30.5)d变载荷l10.75d冲击、弯曲载荷l1d铰制孔时l102螺纹伸出长度 l2l2(0.20.3)d3旋入被联接件中的长度 l3被联接件的材料为钢或青铜l3d铸铁图 1014项目三 选用工程联接119图 6.14 测力矩扳手a）扭力扳手 b）定力矩扳手铰制孔用螺栓联接螺栓穿过被联接件的铰制孔并与之过渡配合，如 H7/m6，H7/n6 等，螺杆与通孔加工精度高。由于孔与杆之间是过渡配合，具有定位作用，但是加工成本高。与螺母组合使用，适用于传递横向载荷或需要精确固定被联接件的相互位置的场合。铰制孔用螺栓联接是靠螺栓受挤压的能力，克服外载进行联接紧固。双头螺柱联接双头螺柱的一端旋入较厚被联接件的螺纹孔中并固定，另一端穿过较薄被联接件的通孔，与螺母组合使用，适用于被联接件之一较厚或受到空间位置尺寸限制，材料较软且经常装拆，联接紧固或紧密程度要求较高的场合这种联接拆卸时，只需要把螺母拧下即可，而螺柱留在原位，以免因多次拆卸使内螺纹损坏（磨损失效）。其螺柱的拧入深度的取值与被联接件的材料、螺柱的直径有关。螺钉联接螺钉穿过较薄被联接件的通孔，直接旋入较厚被联接件的螺纹孔中，不用螺母，结构紧凑，适用于被联接件之一较厚，受力不大，空间位置受到限制，且不经常装拆，联接紧固或紧密程度要求不太高的场合。紧定螺钉联接紧定螺钉旋入一被联接件的螺纹孔中，并用尾部顶住另一被联接件的表面或相应的凹坑中，固定它们的相对位置，还可传递不大的力或转矩。有时为了防止轴向串动加设紧定螺钉。l3(1.251.5) d铝合金l3(1.52.5)d4螺纹孔的深度 l4l4l 3(22.5)P5钻孔深度 l5l5l 4(33.5)P 6螺栓轴线到被联接件边缘的距离 eed(3 6)mm7通孔直径 d0d01.1d6紧定螺钉直径d0(0.20.3)d 轴三、螺纹联接的预紧与防松（一）螺纹联接的预紧螺纹联接在实际安装使用时，可分为紧联接与松联接。大多数螺纹联接都需要拧紧，螺钉或螺栓承受预紧力，称为紧联接。在零件未受工作载荷前需要将螺母拧紧，使组成联接的所有零件都产生一定的弹性变形（螺栓伸长、被联接件压缩），从而可以有效地保证联接的可靠。这样，各零件在承受工作载荷前就受到了力的作用，这种方式就称为预紧，这个预加的作用力就称为预紧力，预紧力使螺栓承受拉力。预紧的目的就是：增强联接的紧密性、可靠性，防止受载后被联接件之间出现间隙或发生相对滑移。预紧力要适当，既不使螺栓过载，又保证联接所需的预紧力。过大的预紧力会使紧固件在装配或偶尔过载时断裂。因此，对于重要的螺栓联接，在装配时需要控制预紧力。 预紧力矩 dFTQ2.0螺纹大径 螺纹受到的轴向载荷d通常限制预紧力的方法有：采用指针式扭力扳手或预置式定力矩扳手（见图 6.14），对于重要的联接，项目三 选用工程联接120采用测量螺栓伸长法检查。少数螺纹联接不需要拧紧，螺钉或螺栓不受预紧力，称为松联接。（二）螺纹联接的防松联接用的普通三角螺纹都具有自锁性，满足 。在静载荷、工作温度变化不大时，V螺纹联接件不会自行松脱。但螺纹联接受到冲击、振动、变载荷作用下，螺纹副之间的摩擦力会出现瞬时消失或减小的现象，造成螺栓与螺母之间产生相对转动，使联接的逐渐松脱，造成很大危害。因此，螺纹联接的防松是工程工作中必须考虑的问题。常见的防松的方法有：摩擦防松、机械防松和其它防松方法。常用的防松方法见表 6.6。表 6.6 螺纹联接常用的防松方法防松方法 结 构 形 式 特 点 和 应 用对顶螺母两螺母对顶拧紧后使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力，从而起到防松作用。该方式结构简单，适用于平稳、低速和重载的固定装置上的联接，但周详尺寸较大。弹簧垫圈螺母拧紧后，靠垫圈被压平产生的弹簧弹性反力使旋合螺纹间压紧，同时垫圈斜口的尖端抵住螺母与被联接件的支承面也有防松作用。该方式结构简单，使用方便。但在冲击震动的工作条件下，其防松效果较差，一般用于不甚重要的场合。摩擦力防松自锁螺母螺母一端制成非圆型收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧后，收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹压紧。该方式结构简单，防松可靠，可多次装拆而不降低防松能力。开口销与六角开槽螺母防松将开口销穿入螺栓尾部销孔和螺母槽内，并将开口销尾部掰开与螺母侧面贴紧，靠开口销阻止螺栓与螺母相对转动以防松。该方式适用于较大冲击、振动的高速机械中。止动垫圈螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫圈上的耳分别向螺母和被联接件的侧面折弯贴紧，即可将螺母锁住。该方式结构简单，使用方便，防松可靠。机械防松 串联钢丝用低碳钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺钉串联起来使其相互制约，使用时必须注意钢丝的穿入方向。该方式适用于螺钉组联接，其防松可靠，但装拆不方便。项目三 选用工程联接121粘和剂用粘合剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后粘合剂能自动固化，防松效果良好，但不便拆卸。其它方法防松冲点在螺纹件旋合好后，用冲头在旋合缝处或在端面冲点防松。这种防松方法效果很好，但此时螺纹联接成了不可拆联接。任务实施工程案例 分析螺纹连接结构的合理性，该螺纹连接结构有哪些不合理处？请指正并画出正确的结构图。图 6.31 原教材 P183填写工作单简要说明普通粗牙螺纹、普通细牙螺纹、管螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹及矩形螺纹的牙型角及使用场合、特点。螺纹类型 国标号 标记示例 基本参数 使用场合普通粗牙螺纹普通细牙螺纹管螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹矩形螺纹习题4.2.1 简述每个螺纹参数及意义。4.2.2 怎样区分螺纹的左旋、右旋？怎样区分螺纹是单头还是多头？螺纹为什么有自锁性？它与螺纹升角有何关系？4.2.3 螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接各有什么不同？使用在什么场合？4.2.4 螺纹联接为什么要预紧和控制预紧力？4.2.5 常用防松方法有哪几种？各举一二例说明。项目三 选用工程联接122模块三 选用螺旋传动学习目标 能够识别螺旋传动的类型、常用的标准螺旋联接件。 能够正确选用螺旋传动。工作任务 设计一差动螺旋机构，机架 1 和螺杆 2 在 A 处采用右旋螺纹，导程SA=4mm，螺母 3 相对机架 1 只能移动，不能转动。要求当手柄 4 沿箭头方向移动 5 圈时，螺母 3 向左移动 5mm， 试求：螺旋副 B 的导程 SB；(2) B 处螺纹的旋向。任务分析螺旋传动是螺杆与螺母组成的螺旋机构，有自己的传动特点。主要分为传力螺旋和传导螺旋。基础知识（一）螺旋传动概述螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动，以传递运动和动力的一种机械传动方式。螺旋传动形式有1螺杆只是转动不移动，螺母只是移动不转动。如车床的丝杠。 2螺杆即转动，同时又移动。螺母固定。这种型式应用较多。如螺钉联接。 3螺母只是转动不移动，螺杆只是移动不转动。 4螺母即转动，同时又移动。螺杆固定这种型式应用较少。在螺旋传动中，如果转动的转速 （r/min）；轴向移动速度 （mm/min ）则有：nv（mm/min） 式中 S 为螺纹导程（mm）。Snv由上式可知，螺纹每旋转一圈，螺母（螺杆）只移动一导程，减速比很大，因此这种机构可用于减速或增力。（二）螺旋传动的类型螺旋传动是应用较广泛的一种传动，有多种应用形式，常见的有普通螺旋传动、相对位移螺旋传动和差动位移螺旋传动等。根据用途又可分为调整螺旋、传力螺旋、传导螺旋和测量螺旋。1调整螺旋调整螺旋是利用螺杆或螺母移动来调整或固定零件之间的相对位置。图 6.15 是台式虎钳的应用示例。螺杆 1 装在活动钳口 2 上，在活动钳口里能做回转运动，但不能相对移动；螺母 4 与固定钳口 3 固定，不能做相对运动，螺杆 1 与螺母 4 旋合。当操纵手柄转动螺杆1 时，螺杆 1 就相对螺母 4 既做旋转运动又做轴向移动，从而带动活动钳口 2 相对固定钳口 3 做合拢或张开动作，以实现对工件的夹紧和松开。项目三 选用工程联接123图 6.15 台式虎钳 图 6.16 螺旋千斤顶1螺杆 2活动钳口 3固定钳口 4螺母 1托盘 2螺母 3手柄 4螺杆2传力螺旋传力螺旋以传递动力为主，要求以较小力矩转动螺杆（或螺母），使其产生轴向运动和较大的轴向力，用来做起重和加压工作，如螺旋千斤顶（见图 6.16）。其特点是转速低、间歇工作，传递轴向力大、具有自锁性。3传导螺旋传导螺旋以传递运动为主，要求具有较高的传动精度，如车床进给机构。其特点是速度高、连续工作、运动精度高。4测量螺旋测量螺旋是利用螺旋机构中螺杆的精确、连续的位移变化，做精密测量，如千分尺中的微调机构、应力试验机上的观察镜螺旋调整装置（见图 6.17）。（三）螺旋传动的特点1螺旋传动结构简单，加工容易，传动平稳，工作可靠，传递动力大，传动比大。2具有一定的自锁性，故在螺旋压力机、千斤顶中采用，以保证工作安全可靠；3传递效率低（一般只有约 3040%），磨损比较严重，寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗大，传动效率低，传动精度较低。填写工作单4.3.1 螺旋传动有何特点？有哪几种类型？螺旋传动类型 结构特点 使用特点 安装与放松调整螺旋传力螺旋传导螺旋测量螺旋图 6.17 观察镜螺旋调整装置1观察镜 2螺杆 3螺母 4机架项目三 选用工程联接124模块四 选用轴间联接学习目标 能够正确选用联轴器、离合器。 会安装与维护联轴器、离合器。任务分析联轴器与离合器都用于轴间联接，其区别在于联轴器是一种固定联接装置，在机器运转过程中不能使两轴的运动分离升，而离合器则是一种能随时将两轴接合或分离的可动联接装置。阅读本节时注意联轴器与离合器的种类及使用场合。固定式联轴器不能补偿两轴相对位移，可移式联轴器能补偿两轴相对位移。相对位移有角偏移、径向偏移、轴向偏移、综合偏移。在可移式联轴器中，刚性联轴器用于重载；弹性联轴器用于轻、中载。离合器分为牙嵌式离合器和摩擦式离合器，它们的工作原理不同；但都需要施加轴向力，保证两个半离合器保持良好的接触状态。将两轴直接联接起来以传递运动和动力的联接形式称为轴间联接，通常采用联轴器和离合器来实现。联轴器、离合器是机械中常用的部件，如图 6.18 所示的就有联轴器和离合器的使用。在机器中使用联轴器和离合器的目的就是为了实现两轴的联接，以便于共同回转并传递动力。联轴器和离合器都能把不同部件的两根轴联接成一体。两者之间的区别是联轴器是一种固定联接装置，在机器运转过程中被联接的两根轴始终一起转动而不能脱开，只有在机器停止运转并把联轴器拆开的情况下，才能把两轴分开；而离合器则是一种能随时将两轴接合或分离的可动联接装置，从而达到操纵机器传动系统的断续，以便进行变速和换向等。基础知识一、联轴器图 15 1 图 6.18 传送带装置项目三 选用工程联接125联轴器分为固定式和可移式两类，前者用于两轴严格对中并在工作中不发生相对位移的场合，而后者用于两轴线有一定限度的偏斜并在工作时可能发生位移的场合。联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，联轴器所联接的两轴轴线往往不能保证严格的对中，会产生径向、轴向、偏角或综合位移，如图 6.19 所示。这就要求所设计的联轴器，要从结构上采取各种措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。根据联轴器有无弹性元件，可以将联轴器分为两大类，即刚性联轴器和弹性联轴器。刚性联轴器又根据器结构特点分为固定式和可移动式两类。 刚性固定式联轴器要求被联接的两轴中心线严格对中。刚性可移式联轴器的是依靠联轴器中刚性零件之间的活动度，来补偿两轴之间产生的位移和偏斜。否则，工作中会在轴、轴承和联轴器中引起附加的动载荷，甚至出现强烈的振动，破坏机器的正常工作。因而应用更为广泛。弹性联轴器是一种可移式联轴器，依靠联轴器中弹性零件的变形，来补偿两轴之间产生的位移和偏斜。弹性联轴器视其所具有弹性元件材料的不同，又可以分为金属弹簧式和非金属弹性元件式两类，弹性联轴器不仅能在一定范围内补偿两轴线间的位移，还具有缓冲减振的作用。（一）固定式刚性联轴器固定式联轴器包括套筒联轴器（见图 6.20）、凸缘联轴器（见图 6.21）等。其中凸缘联轴其应用最为广泛。1套筒联轴器套筒联轴器是一类最简单的联轴器，这种联轴器是一个圆柱型套筒，用两个圆锥销键或螺钉与轴相联接并传递扭矩。此种联轴器没有标准，需要自行设计，例如机床上就经常采用这种联轴器。图 6.20 套筒联轴器a）用键联接 b）用销联接图 152图 6.19 联轴器位移类型项目三 选用工程联接126图 6.21 凸缘联轴器2凸缘联轴器凸缘联轴器是由两个半联轴器（凸缘盘）和联接螺栓组成。半联轴器与轴间用键联接。凸缘联轴器有两种对中的方法：一种是用铰制孔螺拴（型）来实现对中，螺栓与孔为略有过盈的紧配合，工作时靠螺栓受剪与挤压来传递转矩，装拆时不需要作轴向移动，但要配铰制螺栓孔。另一种是利用凸肩与凹槽配合（型）来实现对中，并用螺栓联接，工作时靠两半联轴器接触面间的摩擦力传递转矩，装拆时需要作轴向移动。凸缘式联轴器结构简单、价格低廉，使用方便，能传递较大的转距，但要求被联接的两轴必须安装准确，所承受载荷要较平稳。且径向尺寸较大。由于固定式联轴器是使两轴刚性地联接在一起，所以在传递载荷时不能缓和冲击和吸收震动。此外要求对中精确，否则由于两轴偏斜或不同心将会引起附加载荷和严重磨损。（二）可移式刚性联轴器1齿轮联轴器齿轮联轴器如图 6.22，由两个带有外齿的凸缘套筒（内装键与轴联接）与两个带有内齿的外套筒相啮合，两个外套筒用螺栓联接成一体。内外齿套筒的轮齿数、模数相同，齿廓都是压力角为 20 的渐开线。为能补偿两轴的相对位移，将外齿环的轮齿做成鼓形齿，齿顶做成中心线在轴线上的球面，齿顶和齿侧留有较大的间隙。齿式联轴器允许两轴有较大的综合位移。当两轴有位移时，联轴器齿面间因相对滑动产生磨损。为减少磨损，联轴器内注有润滑剂。联轴器上的螺塞、密封圈封住注油孔和防止润滑剂外泄的作用。这种联轴器转速高，传递扭矩大，补偿的偏斜位移大，外廓尺寸较紧凑，可靠性高；但结构复杂，制造成本高，重量大，用于高速重载的重型机械。2十字头滑块联轴器十字头滑块联轴器如图 6.23，是由两个端面开有凹槽的套筒（内装键与轴联接），与两端面具有互相垂直十字头凸块的浮动滑块组成。十字头滑块分别嵌入两套筒凹槽中，将两轴联为一体，并可在套筒的凹槽中滑动。故允许一定的径向位移（即偏心距）y0.04d，和角位移 0.5 。为了减少摩擦及磨损，使用时应中间盘的油孔注油进行润滑。十字头滑块联轴器其结构简单、浮动性大，但转速高时，十字头滑块离心力较大，增大动载荷及磨损。适用低、中速轴联接。这种联轴器一般用于转速 n 250r/min，轴的刚度较大，且无剧烈冲击的场合。3万向联轴器万向联轴器又称万向铰链机构如图 6.24a，是由两个具有叉形接头和一个十字销组成。用以传递两轴间夹角可以变化、两相交轴之间的运动。这种机构广泛地应用于汽车、机床、轧钢等机械设备中。万向接头与轴用销联接。两轴角偏移可达 3545 。万向联轴器当主动轴一周时，从动轴也将随之转一周，两轴的平均传动比不变。但是，两轴的瞬时传动比却是作周期性变化的。这种特性称作瞬时传动比的不均匀性。这将增大联轴器的动载荷，项目三 选用工程联接127图 6.22 齿轮联轴器 图 6.23 十字头滑块联轴器1套筒 2外套筒 3注油孔 4螺栓 5密封圈 1、3凹槽套筒 2十字头滑块产生冲击和震动。为了避免从动轴与主动轴瞬时角速度的变化，一般成对使用如图 6.24b所示，中间为伸缩轴。a） b）图 6.24 万向联轴器a）示意图 b）成对使用的万向联轴器1、3万向接头 2十字销（三）可移式弹性联轴器在弹性联轴器中，由于安装有弹性元件，它不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且有缓冲和吸振的能力。故此，适用于频繁启动、经常正反转、变载荷及高速运转的场合。制造弹性元件的材料有金属和非金属两种。非金属材料有橡胶、尼龙和塑料等，其特点为重量轻、价格便宜，有良好的弹性滞后性能，因而减振能力强，但橡胶寿命较短。常用的非金属弹性联轴器有弹性圈柱销联轴器，尼龙柱销联轴器。金属材料制造的弹性元件，主要是各种弹簧，其强度高、尺寸小、寿命长，主要用于大功率。1弹性圈柱销联轴器如图 6.25，弹性圈柱销联轴器与凸缘联轴器相似，但用弹性圈柱销代替铰制孔螺栓。由于柱销上装有弹性圈，弹性圈柱销联轴器结构简单，制造容易，装拆方便。它适用于高速运转，经常正、反转，频繁起动的场合。2尼龙柱销联轴器如图 6.26，这种联轴器是用尼龙柱销与挡环将弹性圈柱销联轴其中的弹性圈柱销代替。其结构更加紧凑，造价更加便宜，性能与弹性圈柱销联轴器相似。项目三 选用工程联接128图 6.25 弹性圈柱销联轴器 图 6.26 尼龙柱销联轴器（四）常用联轴器的选用常用联轴器的种类很多，大多数已标准化和系列化，一般不需要重新设计，直接从标准中选用即可。选择联轴器的步骤是：先选择联轴器的类型，再选择型号，最后进行必要的强度校核。1联轴器类型的选择联轴器的类型应根据机器的工作特点和要求，结合各类联轴器的性能，并参照同类机器的使用来选择。一般如两轴的对中要求高，轴的刚度大，传递的转矩较大。可选用套筒联轴器或凸缘联轴器。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中、工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用有补偿作用的联轴器。例如当径向位移较大时，可选用滑块联轴器，角位移较大时或相交两轴的联接可用万向联轴器等。两轴对中困难、轴的刚度较小、轴的转速较高且有振动时，则应选用对轴的偏移具有补偿能力的弹性联轴器；特别是非金属弹性元件联轴器，由于具有良好的综合性能，广泛适用于一般中小功率传动。对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有较高弹性的联轴器。在满足使用性能的前提下，应选用拆装方便、维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但简单，而且拆装方便，可用于低速、刚性大的传动轴。2联轴器型号的选择联轴器的型号是根据所传递的转矩、轴的直径和转速，从联轴器标准中选用的。（1）计算联轴器的计算转矩由于及其启动时的动载荷和运转中可能出现过载现象，所以应当按轴上的最大转矩作为计算转矩 ，计算转矩按下式进行：cTcATK其中：T 为公称转矩，单位 Nm；K A 为工况系数，见表 6.7。（2）确定联轴器的型号根据计算转矩 及所选的联轴器类型，按照 的条件由联轴器标准中选定联轴c c器型号（见附表 2）。（3）校核最大转速被联接轴的转速 n 不应超过所选联轴器的允许最高转速 ，即maxnmax（3）协调轴孔直径多数情况下，每一型号联轴器适用的轴的直径均有一个范围。标准中或者给出轴直径的最小值和最大值，或者给出适用直径的尺寸系列，被联接两轴的直径应当在此范围内。一般情况下被联接两轴的直径是不同的，两个轴端的形状也可能是不同的。如主动轴轴端为圆柱形，所以联接的从动轴的轴端是圆锥形。任务实施【例 1】在电动机与增压油泵间用联