第十二章螺纹连接与螺旋传动设计

1、第十章第十章 联接设计联接设计 教学目标教学目标 1）了解螺纹的类型及主要参数；）了解螺纹的类型及主要参数； 2）掌握螺纹联接、预紧和防松措施、螺栓组）掌握螺纹联接、预紧和防松措施、螺栓组 联接的设计；联接的设计； 3）掌握提高螺栓联接强度的措施；）掌握提高螺栓联接强度的措施； 4）了解键联接的类型、特点，掌握键联接的）了解键联接的类型、特点，掌握键联接的 选择及强度计算；选择及强度计算； 5）了解花键联接、无键联接、销联接等知识。）了解花键联接、无键联接、销联接等知识。 10.1 概述概述 在机器的设计和制造中，为了减少制造、安在机器的设计和制造中，为了减少制造、安 装、维修和运输费用，以及

2、尽可能减轻机器重量、装、维修和运输费用，以及尽可能减轻机器重量、 节约贵重金属、降低生产成本和提高劳动生产率，节约贵重金属、降低生产成本和提高劳动生产率， 在一部机器中我们经常可以看到使用了不同的材在一部机器中我们经常可以看到使用了不同的材 料来制造不同的零件，然后通过一定的方式和联料来制造不同的零件，然后通过一定的方式和联 接手段把这些零件联接成一个整体，来实现预期接手段把这些零件联接成一个整体，来实现预期 的性能要求。因此，作为一个工程技术人员，无的性能要求。因此，作为一个工程技术人员，无 论从事那一个行业的工作，都必须了解机械中常论从事那一个行业的工作，都必须了解机械中常 用的各种联接方

3、法、特点和应用情况，掌握一定用的各种联接方法、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。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：常用的机械联接方法分类如下： 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 除以上的联接方式外，常用的还有过盈配合除以上的联接方式外，常用的还有过盈配合 联接、型联接等。联接、型联接等。 机械动联接机械动联接：被联接的各个零部件之间可以有

4、相被联接的各个零部件之间可以有相 对位置变化，例如我们前面介绍的各类运动副；对位置变化，例如我们前面介绍的各类运动副； 机械静联接：机械静联接：被联接起来的各个零部件之间的位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。置固定，不允许产生相对运动的联接。 机械静联接是我们本章介绍的主要内容，机械静联接是我们本章介绍的主要内容， 而螺纹联接是机械中应用最为广泛的静联接方式而螺纹联接是机械中应用最为广泛的静联接方式 之一，它具有结构简单、工作可靠、装拆方便、之一，它具有结构简单、工作可靠、装拆方便、 形式多样、能满足各种要求等优点。所以，我们形式多样、能满足各种要求等优点。所以

5、，我们 本章主要介绍螺纹联接，同时对常用的键联接和本章主要介绍螺纹联接，同时对常用的键联接和 不可拆卸联接进行适当的介绍。不可拆卸联接进行适当的介绍。 顾名思义，螺纹联接是采用螺纹和顾名思义，螺纹联接是采用螺纹和 螺纹联接件来实现的联接。这类联接有螺纹联接件来实现的联接。这类联接有 结构简单、拆装方便、工作可靠等特点，结构简单、拆装方便、工作可靠等特点， 在各个行业及日常生活中得到了广泛使在各个行业及日常生活中得到了广泛使 用。用。 同时，螺纹和螺纹紧固件绝大多数同时，螺纹和螺纹紧固件绝大多数 已经标准化了。这种联接的设计，其主已经标准化了。这种联接的设计，其主 要任务就是正确的选用。在重要的

6、场合要任务就是正确的选用。在重要的场合 进行强度计算。当然在工程上，为了满进行强度计算。当然在工程上，为了满 足一些特殊的工程要求，有时也需要自足一些特殊的工程要求，有时也需要自 制一些特殊的螺纹紧固件。为了全面了制一些特殊的螺纹紧固件。为了全面了 解和研究螺纹联接，我们首先需要了解解和研究螺纹联接，我们首先需要了解 螺纹。螺纹。 10.2 螺螺 纹纹 一螺纹的主要几何尺寸 在机械制图中，我们已经接触过螺纹和螺纹联接件。 现在我们就以图10-1来说明螺纹的主要几何参数，该 图是GB192-81标准化的螺纹牙型图。标准化的螺纹牙型图。 图图101 （1）大径）大径d（D）：）： 螺纹的最大直径，

7、在螺纹的最大直径，在 标准中也作公称直径。标准中也作公称直径。 （2）中径）中径 （ ） 通过螺纹轴向剖面内通过螺纹轴向剖面内 牙型上的沟槽和凸起牙型上的沟槽和凸起 宽度相等处的假想圆宽度相等处的假想圆 柱面的直径，近似等柱面的直径，近似等 于螺纹的平均直径，于螺纹的平均直径， 是确定螺纹几何参数是确定螺纹几何参数 的直径。的直径。 2 d 2 D （3）小径）小径 （ ）：即）：即 螺纹的最小直径，螺纹的最小直径，在强度 计算中常作为危险剖面的 计算直径。 1 d 1 D （4）螺距）螺距 ：螺纹：螺纹 相邻两牙在中径上相邻两牙在中径上 对应两点的轴向距对应两点的轴向距 离。离。 （5）线数

8、）线数n：螺纹：螺纹 的螺旋线数量，也的螺旋线数量，也 称螺纹头数。称螺纹头数。 （6）导程）导程s：同一：同一 螺旋线上的相邻两螺旋线上的相邻两 牙在中径线上对应牙在中径线上对应 两点间的轴向距离。两点间的轴向距离。 对于单线螺纹对于单线螺纹s=p； 对于多线螺纹对于多线螺纹s=np。 p （7）升角）升角 ：中径：中径 圆圆 柱上，螺旋线的切线与垂柱上，螺旋线的切线与垂 直于螺纹轴线的平面的夹直于螺纹轴线的平面的夹 角。角。 2 d 对于这些几何参数值的规定，国际上对于这些几何参数值的规定，国际上 和国内都已经标准化。规定的值不同，就和国内都已经标准化。规定的值不同，就 会形成不同的螺纹，

9、需要时可以查阅相关会形成不同的螺纹，需要时可以查阅相关 的手册和国家标准。的手册和国家标准。 (8)牙型角牙型角 ：螺：螺 纹牙型两侧边的夹纹牙型两侧边的夹 角。角。 (9)螺纹的工作高螺纹的工作高 度度h：表示内外螺：表示内外螺 纹沿径向的接触高纹沿径向的接触高 度。度。 二螺纹分类二螺纹分类 螺纹主要尺寸的不同，其性能、用途也不螺纹主要尺寸的不同，其性能、用途也不 同。常用的螺纹牙型有普通螺纹、管螺纹、矩形同。常用的螺纹牙型有普通螺纹、管螺纹、矩形 螺螺 纹、梯形螺纹和矩形螺纹（其中除矩形螺纹外纹、梯形螺纹和矩形螺纹（其中除矩形螺纹外 锯齿型螺纹：单向 ；梯形螺纹：双向传动传动螺纹：有矩形

10、螺纹 与圆锥管螺纹相似）圆锥螺纹：管路联接（ 高压管路。 性。高温、圆锥管螺纹：具有自封 圆柱管螺纹：管路联接 管螺纹 自锁性好。 构。细牙：小载荷、调整机 粗牙：普通联接使用 普通螺纹 联接螺纹 螺纹 都已经标都已经标 准化）。准化）。 详细详细 的分类、的分类、 性能可以性能可以 参见教材参见教材 1）三角形螺纹（普）三角形螺纹（普 通螺纹）通螺纹） 牙型角为牙型角为60 ，可，可 以分为粗牙和细牙，以分为粗牙和细牙， 粗牙用于一般联接；粗牙用于一般联接； 与粗牙螺纹相比，细与粗牙螺纹相比，细 牙由于在相同公称直牙由于在相同公称直 径时，螺距小，螺纹径时，螺距小，螺纹 深度浅，导程和升角深

11、度浅，导程和升角 也小，自锁性能好，也小，自锁性能好， 宜用于薄壁零件和微宜用于薄壁零件和微 调装置。调装置。 2）管螺纹）管螺纹 多用多用 于有紧密性要求于有紧密性要求 的管件联接，牙的管件联接，牙 型角为型角为55，公称，公称 直径近似于管子直径近似于管子 内径，属于细牙内径，属于细牙 三角螺纹。三角螺纹。 3）梯形螺纹）梯形螺纹 牙型角为30，是应用最为广泛的 传动螺纹。 4）锯齿型螺纹）锯齿型螺纹 两侧牙型角分别为3和30，3 的一侧用来承受载荷,可得到较高效率；30一侧 用来增加牙根强度,适用于单向受载的传动螺纹。 5）矩形螺纹）矩形螺纹 牙型角为0，适于作传动螺纹。 以上以上5种常

12、见螺纹牙型如图种常见螺纹牙型如图10-2所示。所示。 图图102 另外，螺纹可另外，螺纹可 以根据需要制成左以根据需要制成左 旋或右旋（通常螺旋或右旋（通常螺 纹为右旋）。纹为右旋）。 沿螺纹轴线方沿螺纹轴线方 向看，螺旋线自下向看，螺旋线自下 而上向右倾斜为右而上向右倾斜为右 旋（如图旋（如图a），向），向 左倾斜为左旋（如左倾斜为左旋（如 图图b）。左旋螺纹）。左旋螺纹 的标准紧固件通常的标准紧固件通常 制有左旋标记。制有左旋标记。 图图103 按制订的螺纹标准不同，现在常见的有米制按制订的螺纹标准不同，现在常见的有米制 和英制两大类。我国除管螺纹外，一般采用米制。和英制两大类。我国除管螺

13、纹外，一般采用米制。 要注意要注意：在实际工作中，特别是从事维修行：在实际工作中，特别是从事维修行 业时要注意一些进口机器中螺纹的单位制。业时要注意一些进口机器中螺纹的单位制。 凡是牙型、大径和螺距符合国家标准的螺纹凡是牙型、大径和螺距符合国家标准的螺纹 都称为都称为标准螺纹标准螺纹。除机械制造中常用的标准螺纹。除机械制造中常用的标准螺纹 外，还有适用于某些特殊行业的专用螺纹标准，外，还有适用于某些特殊行业的专用螺纹标准， 在需要的时候可以查阅有关的设计手册。在需要的时候可以查阅有关的设计手册。 虽说螺纹并不陌生，但为了从理论的高度来虽说螺纹并不陌生，但为了从理论的高度来 理解和研究螺纹联接，

14、接下来我们就需要对螺纹理解和研究螺纹联接，接下来我们就需要对螺纹 联接的基本类型和螺纹常用紧固件进行了解。联接的基本类型和螺纹常用紧固件进行了解。 10.3 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁 为了便于分析，我们根据牙型角不同常把为了便于分析，我们根据牙型角不同常把 螺纹分为矩形螺纹和非矩形螺纹两种情况。螺纹分为矩形螺纹和非矩形螺纹两种情况。 一、矩形螺纹一、矩形螺纹 图图104 螺旋副是由外螺螺旋副是由外螺 纹（螺杆）和内螺纹（螺杆）和内螺 纹组成的运动副，纹组成的运动副， 经过简化可以看作经过简化可以看作 推动滑块（重物）推动滑块（重物） 沿螺纹表面运动沿螺纹表面运动

15、 （如图所示）（如图所示）。 图图104 将矩形螺纹沿中径将矩形螺纹沿中径d d2 2处展开，得一倾斜角处展开，得一倾斜角 为为（即螺纹升角）的斜面，斜面上的滑块代（即螺纹升角）的斜面，斜面上的滑块代 表螺母，螺母和螺杆的相对运动可以看作滑块表螺母，螺母和螺杆的相对运动可以看作滑块 在斜面上的运动。在斜面上的运动。 图图b所示为滑所示为滑 块在斜面上块在斜面上 高速上升时高速上升时 的受力图。的受力图。 为轴向载荷，为轴向载荷，F相当于螺转螺母时作用在螺相当于螺转螺母时作用在螺 纹中径上的水平推力，纹中径上的水平推力， 为法向反力，摩擦力为法向反力，摩擦力 ， 为摩擦系数，为摩擦系数， 为为

16、与与 的合的合 力，为力，为 与与 的夹角，称为的夹角，称为摩擦角摩擦角 图图104 Q F N F Nf FfF f R F N F f F R F N F farctan 根据平衡条件根据平衡条件 作力封闭图得：作力封闭图得： )tan( Q FF 所以，转动螺纹所需的转矩为：所以，转动螺纹所需的转矩为： )tan( 22 2 2 1 dF d FT Q 螺母旋转一周所需的输入功为：螺母旋转一周所需的输入功为： ；此；此 时螺母上升一个导程时螺母上升一个导程s，其有效功为：，其有效功为： 。 因此螺旋副的效率为：因此螺旋副的效率为： 11 2 TW sFW Q 2 )tan( tan )t

17、an( 2 2 tan 2 2 2 11 2 dF dF T sF W W Q QQ 图图105 将效率公式绘制成曲线，如图所示。可见当将效率公式绘制成曲线，如图所示。可见当 时效率最高，但过大的升角使制造困难。时效率最高，但过大的升角使制造困难。 并且由曲线图可以看出：当并且由曲线图可以看出：当 之后，效率的之后，效率的 40 25 增加不明显，所以增加不明显，所以 通常取通常取不超过不超过25。 图图106 当滑块沿斜面等速下降时，摩擦力向上，当滑块沿斜面等速下降时，摩擦力向上， 轴向载荷轴向载荷 变成驱动滑块等速下滑的驱动力，变成驱动滑块等速下滑的驱动力，F 为阻碍滑块下降的支持力，由如

18、图所示的力封闭为阻碍滑块下降的支持力，由如图所示的力封闭 图可知：图可知： Q F )tan( Q FF 当转动一周时，输入功率为当转动一周时，输入功率为 输输 出功率为出功率为 ，此时螺旋副的效率为：，此时螺旋副的效率为： sFW Q 1 22 dFW tan )tan( 由公式可知，若由公式可知，若 ，则，则 0，说明此时无论轴向，说明此时无论轴向 载荷载荷 有多大，滑块（即螺母）都不能沿斜面运动，有多大，滑块（即螺母）都不能沿斜面运动， 这种现象称为这种现象称为自锁自锁。 0表明螺旋副处于临界自锁状表明螺旋副处于临界自锁状 态。态。 0。 在没有资料时，可按下面推荐值选用：在没有资料时，

19、可按下面推荐值选用： =（0.20.6）F 一般联接，工作载荷稳定；一般联接，工作载荷稳定； =（0.61.0）F 一般载荷，工作载荷不稳一般载荷，工作载荷不稳 定；定； =（1.51.8）F 要求由密封性的联接；要求由密封性的联接； F 地脚螺栓联接地脚螺栓联接 p Q p Q p Q p Q p Q p Q 由图由图10-41的几何关系得到关系式：的几何关系得到关系式： ； 我们把我们把 、 分别称为螺栓和被联接件的刚分别称为螺栓和被联接件的刚 度，即产生单位变形所需力的大小。一旦材料度，即产生单位变形所需力的大小。一旦材料 和结构确定后，和结构确定后， 、 可视为常数。可视为常数。 图图

20、10-41 bb b p C Q tan mm m p C Q tan b C m C b C m C 图图10-41 同样，由几何关系可导出下面的关系式：同样，由几何关系可导出下面的关系式： bb CFtan mm CFFtan 所以得到：所以得到： m b C C FF F 故： F CC C F mb b 从而可以得到：从而可以得到： F CC C QQ mb b p 为保证有足够的残余预紧力为保证有足够的残余预紧力 ,就要保证：就要保证： p Q F CC C QFFQQ mb m ppp )( 其中：其中： mb b CC C 称作螺栓的相对刚度；称作螺栓的相对刚度； mb m CC

21、 C 称作被联接件的相对刚度。称作被联接件的相对刚度。 常数常数 的值是通过试验获得的，可的值是通过试验获得的，可 以以参阅（教材）参阅（教材）。 mb b CC C 由式由式 可以看出，当可以看出，当 时，时， 外载施加在螺栓上的载荷将很小。在其它条件外载施加在螺栓上的载荷将很小。在其它条件 不变的情况下，不变的情况下，Q、 将减小。所以，在一般将减小。所以，在一般 联接件中采用较硬的金属垫片以减小螺栓直径。联接件中采用较硬的金属垫片以减小螺栓直径。 密封性要求较高时，采用软金属作垫片。密封性要求较高时，采用软金属作垫片。 我们知道，理论计算和工程实际是有差别我们知道，理论计算和工程实际是有

22、差别 的，为了保证可靠预紧，在求得的，为了保证可靠预紧，在求得Q以后，考虑以后，考虑 到其它因素（如扭转剪切应力等）的影响，应到其它因素（如扭转剪切应力等）的影响，应 将将Q增加增加30%。 所以：所以： F CC C F mb b b C m C p Q 4 3 . 1 2 1 d Q ca 10.9 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施 螺栓联接的强度主要取决于螺栓强度，而影螺栓联接的强度主要取决于螺栓强度，而影 响螺栓强度的因素有许多。那么如何提高螺栓响螺栓强度的因素有许多。那么如何提高螺栓 联接强度呢？联接强度呢？ 一降低影响螺栓疲劳强度的应力幅一降低影响螺栓疲劳强度的应力幅

23、图图10-41 图图10-41 1)由图由图10-41可以看出，随着外载在可以看出，随着外载在0F之间的之间的 变化，螺栓总拉力将在变化，螺栓总拉力将在Q和和 之间变化，其变之间变化，其变 动幅度为动幅度为 ，而，而 ，显然随着，显然随着 的增加，的增加， 在在 不变的条件下，不变的条件下， 会下降，就可以使螺栓会下降，就可以使螺栓 承受的变应力相对减小，载荷趋于平稳。承受的变应力相对减小，载荷趋于平稳。 p Q F F CC C F mb b p Q F p Q F 2）由）由 可知，可知， 与螺栓和被联接件的与螺栓和被联接件的 刚度有关，增大刚度有关，增大 或减小或减小 都可以使都可以使

24、减减 小，也可以减小变应力对强度的影响。为达此小，也可以减小变应力对强度的影响。为达此 目的，可以：目的，可以： F CC C F mb b F m C b CF 图图10-42 （1）改变螺栓的长）改变螺栓的长 度或形状，如图度或形状，如图10- 42所示，以降低螺栓所示，以降低螺栓 的刚度；的刚度； （2）利用一定的方法提高）利用一定的方法提高 ，例如图，例如图9- 22所示，采用刚度较大的金属垫片或采用所示，采用刚度较大的金属垫片或采用 密封圈进行密封。密封圈进行密封。 m C 图图10-43 二改善螺纹牙间的载荷分布不均现象二改善螺纹牙间的载荷分布不均现象 在联接承受轴向载荷作用时，在

25、整个螺纹长度上， 其承受的载荷是不同的，而是逐圈递减的。试验试验 证明证明：约有三分之一的载荷集中在第一圈螺纹上， 以后各圈递减，在第八圈以后螺纹几乎不 图图10-44 图图10-45 承受载荷，如 图10-44和10- 45所示。所以 希望利用增加 螺母厚度来提 高联接强度， 其效果不大。 改善载荷不均匀的措施，原则上是减小螺 栓与螺母二者承受载荷时螺距的变化差，尽可 能使螺纹各圈承受载荷接近均等。常用的方法常用的方法 有：有：1）将螺母设计成受拉伸的；2）在螺母 的旋入端最初螺纹上制出倒角，如图10-46； 图图10-46 3）采用均载 钢丝套，利用 钢丝螺套的膨 胀作用起到均 载的用。

26、图图10-47 三避免或减小附加应力三避免或减小附加应力 附加应力是指由于制造、装配或不正确设计附加应力是指由于制造、装配或不正确设计 而在螺栓中产生的附加弯曲应力。为此，联接的而在螺栓中产生的附加弯曲应力。为此，联接的 支承面必须进行加工，设计时常将支承面设计成支承面必须进行加工，设计时常将支承面设计成 单个凸台锪（单个凸台锪（huo）平或采用沉头座（又称鱼眼）平或采用沉头座（又称鱼眼 坑），保证设计、坑），保证设计、 制造、安装时螺栓制造、安装时螺栓 轴线与被联接件的轴线与被联接件的 接合面垂直，如图接合面垂直，如图 10-47。 图图10-48 四减小应力集中的影响四减小应力集中的影响

27、我们知道应力集中是十分有害的。螺栓的我们知道应力集中是十分有害的。螺栓的 断裂也最容易在应力集中处产生。为了减少应断裂也最容易在应力集中处产生。为了减少应 力集中，可以采用如图力集中，可以采用如图10-48所示的卸载结构。所示的卸载结构。 五采用合理的制造工艺五采用合理的制造工艺 采用合理的制造工艺方法，也可以提高螺栓的采用合理的制造工艺方法，也可以提高螺栓的 疲劳强度，例如采用冷墩、滚压或利用氮化和疲劳强度，例如采用冷墩、滚压或利用氮化和 氰化的热处理工艺，可以极大地提高螺栓的疲氰化的热处理工艺，可以极大地提高螺栓的疲 劳强度（滚压大约劳强度（滚压大约 可以提高可以提高30 40%，如果经过

28、热，如果经过热 处理再滚压甚至可处理再滚压甚至可 以提高大约以提高大约70 100%）。）。 至此，螺栓联接的内容我们就讲解完毕，至此，螺栓联接的内容我们就讲解完毕， 那么我们在实际工作中应如何利用这些知识呢？那么我们在实际工作中应如何利用这些知识呢？ 下面我们就来看书上给我们提供的例题。下面我们就来看书上给我们提供的例题。 例：例：(略略) 在联接中，除了螺纹联接外，还有一些无在联接中，除了螺纹联接外，还有一些无 法利用螺栓来实现联接的场合，例如安装在轴法利用螺栓来实现联接的场合，例如安装在轴 上的零件（齿轮、链轮、带轮等），这种联接上的零件（齿轮、链轮、带轮等），这种联接 （轮毂与轴）统称

29、为轴毂联接，其主要方式有（轮毂与轴）统称为轴毂联接，其主要方式有 键联接、花键联接、无键联接等等。接下来我键联接、花键联接、无键联接等等。接下来我 们就开始逐步进行介绍。们就开始逐步进行介绍。 10.10 键联接键联接 一键联接的类型、特点及应用一键联接的类型、特点及应用 键联接是是应用最广泛的一直中轴毂联接。 这种联接具有结构简单、装拆方便、工作可靠等 特点。其主要类型有：平键联接、半圆键联接、 楔键联接和切向键联接。 1 1平键联接平键联接 其特点是：键的两侧面是工作面，靠键与 键槽的侧面挤压来传递扭矩；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。常用的平键有常用的平

30、键有：普通平键和导向平键。平键 联接具有结构简单、装拆方便、对中良好等优点。 普通平键主要用于静联接。普通平键普通平键主要用于静联接。普通平键 按端部形状不同分为按端部形状不同分为A A型（圆头）、型（圆头）、B B型型 （平头）、（平头）、C C型（半圆头）三种型式型（半圆头）三种型式, ,如图如图 所示。所示。 采用采用A A、C C型平键时，轴上的键槽用键槽铣型平键时，轴上的键槽用键槽铣 刀铣出，键在槽中固定良好，但当轴工作时，刀铣出，键在槽中固定良好，但当轴工作时， 轴上键槽端部的应力集中较大。采用轴上键槽端部的应力集中较大。采用B B型平键型平键 时，轴上的键槽用盘铣刀铣出，键槽两端

31、的应时，轴上的键槽用盘铣刀铣出，键槽两端的应 力集中较小。力集中较小。C C型平键常用于轴端的联接。轮型平键常用于轴端的联接。轮 毂上的键槽一般用插刀或拉刀加工。毂上的键槽一般用插刀或拉刀加工。 图图10-50 导向平键用于动联接，如图导向平键用于动联接，如图10-5110-51所示。按端所示。按端 部形状分部形状分A A型和型和B B型两种型式，其特点是键较长，型两种型式，其特点是键较长， 键与轮毂的键槽采用间隙配合，故轮毂可以沿键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，需要用螺钉

32、将键固定在接）。为了防止键松动，需要用螺钉将键固定在 轴上的键槽中。为了便于拆卸，键上制有起键螺轴上的键槽中。为了便于拆卸，键上制有起键螺 孔。孔。 图图10-51 当零件需要滑移的距离较大时，因所需的导向平 键长度过大，制造困难，一般度采用滑键，如图所示。 滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴上的键槽中坐 轴向滑移。这样，只需要在轴上铣出较长的键槽，而 键可以做的很短。 图图10-53 2、半圆键联接、半圆键联接 半圆键联接如图10-53所示。轴上键槽用尺寸 与半圆键相同的半圆键铣刀铣出，因而键在槽 中能绕其几何中心摆动以适应毂上键槽的倾斜 度。半圆键用于静联接，其两侧面是工作面。 其优点是工

33、艺性好，缺点是轴上的键槽较深， 对轴的强度影响较 大，所以一般多用 于轻载情况的锥形 轴端联接。 图图10-54 3 3楔键联接楔键联接 楔键联接的特点是：键的上下两面是工作面， 键的上表面和轮毂键槽底部各有1：100的斜度。 装配时，通常是先将轮毂装好后，在把键放入并 打紧，使键楔紧在轴与毂的键槽中。 工作时，主要靠键、轴和毂之间的摩擦力传 递转矩，同时还可以承受单向的轴向载荷，对 轮毂起到单向轴向定位作用。其缺点：是楔紧 后，轴和轮毂的配合产生偏心和倾斜。因此主 要用于定心精度要求不高和低速的场合。 图图10-54 楔键分为普通楔键和钩头楔键两种，如 图10-54。普通楔键也有A型、B型、

34、C型三种型 式。钩头键的钩头供拆卸用，如果安装在外露 的轴端时，应注意加装防护罩。 图图10-54 4 4切向键联接切向键联接 切向键联接如图10-55所示。是由一对斜度 为1：100的楔键组成。装配时，先将轮毂装好， 然后将两楔键从轮毂两端装入键槽并打紧，使键 楔紧在轴与毂的键槽中。 图图10-55 切向键的上下两面为工作面，工作时，靠工作面上 的挤压应力及轴与毂间的摩擦力来传递转矩。 用一个切向键时只能传递单向转矩，当要传递双向 转矩时，必须使用两个切向键，两个切向键之间的夹角 为 。 图图10-55 135120 由于切向键的键槽对轴的削弱 较大，因而只用于直径大于100mm的 轴上。切

35、向键联接能传递很大的扭 矩，主要用于对中要求不高的重型 机械中。 二键联接的强度计算二键联接的强度计算 在各种类型的键联接中，以平键联接应用 最广。故我们只讨论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 根据轴径大小从标准中选出键的剖面尺寸 bxh(b为键宽，h为键高)，然后参考轮毂宽度 选取键的长度L，键的长度应符合标准规定的 尺寸系列。最后进行强度校核计算。 - 图图10-56 平键联接传递扭矩时的受力情况如图10-56 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），其主要的失效型式是 工作面被压坏。除非有严重

36、过载，一般不会出现 键的剪断。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。 导向键为动联接，其主要 的失效形式为工作面的过 度磨损，因此通常只按工 作面上的压力进行条件性 的强度校核计算。 假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通 平键联接的强度条件式为： pp kld T 102 3 （MPa） 导向平键联接的强度条件为： 102 3 p kld T p （MPa） 和 分别称作许用挤压应力和许 用压力。 p p 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

37、键联接载荷分配的不均匀性，在强度校核 中只按1.5个键计算。 键的标记为键的标记为：键bxL GB1096-79（对于A型 键可不标出，但对于B、C型，必须标注“键B” 或“键C”）。 10.11 花键联接花键联接 一花键联接的类型、特点及应用一花键联接的类型、特点及应用 由轴和轮毂孔周向均布的多个键齿构成的联接称 为花键联接花键联接。与平键相类似，在工作时，齿的工 作面为齿的侧面，靠工作面的挤压传递扭矩。由 于是多齿传递载荷，所 以与普通平键相比具 有承载力高、轴和毂 受力均匀、定心性和 导向性好等优点。但 加工需要专用设备和 工具，成本较高。 花键联接可用于静联接或动联接。按 其齿型的不同

38、，可以分为矩形花键和渐开 线花键两类。 定心，利于均载。合。其定心方式为齿型 尺寸较大的场载荷大、对心精度高、中，稳定性好，适宜于 。工艺性好，易于对或力角为渐开线花键：分度圆压 外径定心 侧面定心：重载时使用 、易加工，多用内径定心：定心精度高 重型 中型 轻型 矩形花键 花键联接 4530 对于花键联接，其定心面的粗糙度要求1.6 以上。 对于大径为14125mm的矩形花键， GB1144-87规定用小径定心，可以通过磨削消 除热处理变形，获得较高的定心精度。 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。渐开线花键根部强度 较大，应力集中小，承载能力大。 这两种花键的规格

39、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。 二花键联接的强度计算二花键联接的强度计算 实践证明：对于花键联接，挤压 破坏是其主要的失效形式。因此静联 接通常按工作面上的挤压强度进行校 核，动联接按工作面上的压力进行条 件性强度校核。 图图10-58 如图10-58所示，假定载荷在齿的工作面上 均匀分布，各齿面压力的合力作用在平均值处， 并引入系数来考虑载荷在各齿上的分配不均，于 是花键联接的强度条件式为： 静联接： p m p zhld T 102 3 动联接： 102 3 p zhld T p m 其中：其中：T传递的扭矩（Nm） 载荷分配不均匀系数，按花键齿 数的多少取为0

40、.70.8。 z 花键的齿数。 花键齿侧面的工作长度（mm）。 h 花键齿侧面的工作高度(mm)， 矩形花键 ，D为外花键的大径，d为小 径，C为倒角尺寸；渐开线花键 时，h=m； 时，h=0.8m，m为模数 l C dD h2 2 30 dm 花键的平均直径(mm)，矩形花键 ；渐开线花键 ， 为分度 圆直径（mm）。 许用挤压应力（MPa）。 许用压力（MPa）。 花键联接的零件多用强度极限不低于 600MPa的钢制造，多数要经过热处理（特别 是用于动联接），以获得足够的硬度和耐磨性。 2 dD d m fm dd f d p p 9.11 销联接 销联接也是工程中常用的一种 重要联接形式，主要用来固定零 件之间的相对位置，当载荷不大 时也可以用作传递载荷的联接， 同时可以作为安全装置中的过载 剪断元件。 图图10-59 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，如图所示