第17章其他常用联接零件和弹簧

1、第十四章第十四章 其他常用联接零件和弹簧其他常用联接零件和弹簧本章主要内容本章主要内容第一节第一节 键联接和花键联接键联接和花键联接第二节第二节 销联接和无键联接销联接和无键联接第三节第三节 弹弹 簧簧本章学习要求本章学习要求 1 1、掌握键联接的类型、工作原理、结构形式和应用。、掌握键联接的类型、工作原理、结构形式和应用。 2 2、掌握键联接截面尺寸和长度尺寸的确定方法；了解、掌握键联接截面尺寸和长度尺寸的确定方法；了解失效形式和强度计算方法。失效形式和强度计算方法。 3 3、了解花键联接的类型、工作特点、结构形式、失效、了解花键联接的类型、工作特点、结构形式、失效形式及强度计算。形式及强度

2、计算。 4 4、了解销联接和无键联接的类型、特点及应用。、了解销联接和无键联接的类型、特点及应用。 5 5、了解弹簧的功用和类型，圆柱弹簧的结构形式和设、了解弹簧的功用和类型，圆柱弹簧的结构形式和设计方法。计方法。本章重点本章重点普通平键的选用、受力分析及强度计算普通平键的选用、受力分析及强度计算 第一节第一节 键联接和花键联接键联接和花键联接一、键联接一、键联接（一）平键联接（一）平键联接 用来实现轴与轮毂的周向固定并传递转矩。用来实现轴与轮毂的周向固定并传递转矩。 1 1、普通平键联接、普通平键联接（主要用于轴与轮毂之间无相对移动的静联接）（主要用于轴与轮毂之间无相对移动的静联接）a) a

3、) 结构形式结构形式 b) b) 圆头平键（圆头平键（A A型）型） c) c) 方头平键（方头平键（B B型）型） d) d) 单圆头平键单圆头平键图图 14 14 1 1 普通平键联接普通平键联接一、键联接一、键联接（一）平键联接（一）平键联接 用于动联接，用于动联接，能实现轴上零能实现轴上零件的轴向移动。导向平键较长，件的轴向移动。导向平键较长，用螺钉将键固定在轴槽内。用螺钉将键固定在轴槽内。第一节第一节 键联接和花键联接键联接和花键联接2 2、导向平键联接、导向平键联接 用于动联接。轮毂在轴上的滑动用于动联接。轮毂在轴上的滑动距离较长时距离较长时, ,导向平键会导致键过长，导向平键会导

4、致键过长，可采用滑键联接。可采用滑键联接。3 3、滑键、滑键图图 14 14 2 2 导向平键联接和滑键联接导向平键联接和滑键联接 导向平键联接导向平键联接 滑键联接滑键联接第一节第一节 键联接和花键联接键联接和花键联接一、键联接一、键联接（二）半圆键联接（二）半圆键联接 键是圆弧形，可绕其圆心在一定范围内摆动，靠键的侧面与键是圆弧形，可绕其圆心在一定范围内摆动，靠键的侧面与键槽接触来传递载荷，键槽接触来传递载荷，两侧面为工作面。两侧面为工作面。 主要用于锥形轴与轮毂的联接，或轻载静联接。主要用于锥形轴与轮毂的联接，或轻载静联接。图图 14 3 半圆键联接半圆键联接第一节第一节 键联接和花键联

5、接键联接和花键联接一、键联接一、键联接（三）楔键联接（三）楔键联接 上下两个表面是工作面，两个表面具有上下两个表面是工作面，两个表面具有1 1：100100的斜度。的斜度。 靠楔紧所产生的摩擦力在轴与轮毂之间传递转矩，并可轴向固定靠楔紧所产生的摩擦力在轴与轮毂之间传递转矩，并可轴向固定和承受单向轴向力。和承受单向轴向力。 主要用于定心精度要求不高。载荷平稳和低速的场合。主要用于定心精度要求不高。载荷平稳和低速的场合。图图 14 14 4 4 楔键联接楔键联接第一节第一节 键联接和花键联接键联接和花键联接一、键联接一、键联接（四）切向键联接（四）切向键联接 由两个斜度为由两个斜度为1 1：100

6、 100 的楔键组成，键的窄面是工作面靠工作面的挤的楔键组成，键的窄面是工作面靠工作面的挤压和轴与轮毂间的的摩擦力传递转矩。压和轴与轮毂间的的摩擦力传递转矩。图图 14 14 5 5 切向键联接切向键联接第一节第一节 键联接和花键联接键联接和花键联接二、平键联接的尺寸选择和强度校核二、平键联接的尺寸选择和强度校核 4 MPappTdhl平键的尺寸选择平键的尺寸选择：按按 GB/T 1096-1979)GB/T 1096-1979)，见表见表14141 1截面尺寸截面尺寸b bh h（键宽（键宽b b键高键高h h），），按轴的直径按轴的直径d d 由标准中选取由标准中选取； 键的长度键的长度L

7、 L按轮毂的长度定按轮毂的长度定由标准中选取由标准中选取。强度计算：强度计算：（1 1）普通平键主要失效形式）普通平键主要失效形式 工作面压溃工作面压溃 图图 14 14 6 6 平键联接受力分析平键联接受力分析普通平键的挤压强度条件为普通平键的挤压强度条件为（按工作面上挤压应力进行强度校核计算）（按工作面上挤压应力进行强度校核计算）第一节第一节 键联接和花键联接键联接和花键联接二、平键联接的尺寸选择和强度校核（续）二、平键联接的尺寸选择和强度校核（续）（2）导向平键联接和滑键联接（动联接）主要失效形式：）导向平键联接和滑键联接（动联接）主要失效形式： 工作面过度磨损工作面过度磨损见表见表14

8、2。 pp和和 4 (MPa)Tppdhl按工作面上的压力进行条件性强度校核计算，强度条件为按工作面上的压力进行条件性强度校核计算，强度条件为（按工作面的过度磨损进行强度计算）（按工作面的过度磨损进行强度计算）第一节第一节 键联接和花键联接键联接和花键联接例例 14-114-1解：（解：（1 1）选择键联接的类型和尺寸）选择键联接的类型和尺寸 7 7级精度齿轮传动要求轮毂联接具有较高的定心级精度齿轮传动要求轮毂联接具有较高的定心精度。由于齿轮与轴为静联接，故初步选用普通圆头平键联接。考虑到加工的需要，精度。由于齿轮与轴为静联接，故初步选用普通圆头平键联接。考虑到加工的需要，键槽两端尚需留出键槽

9、两端尚需留出5mm5mm的间距，故取键槽长度的间距，故取键槽长度L=70mmL=70mm。根据表。根据表14-114-1查得键宽查得键宽b=20mmb=20mm，键，键高高h=12mmh=12mm。2）校核键联接的强度）校核键联接的强度 A型键的工作长度型键的工作长度 。根据轴。根据轴与轮毂的材料，从表与轮毂的材料，从表14-2中查得键联接的许用应力中查得键联接的许用应力 ，根据式（，根据式（14-1）计算轴毂联接处的挤压应力为计算轴毂联接处的挤压应力为110pMPa 344 1000 1095.2470 12 50ppTMPaMPadhl 键的标记为：键键的标记为：键202070 GB/T

10、1096-197970 GB/T 1096-1979。 （一般（一般 A A 型键不标出型键不标出“ “ A ”A ”，但对于，但对于 B B 型或型或 C C 型键，需将型键，需将“键键” ” 标为标为“键键 B ”B ”或或“键键 C ” )C ” ) 一铸铁齿轮与轴之间的轴毂联接采用键联接一铸铁齿轮与轴之间的轴毂联接采用键联接, ,齿轮精度为齿轮精度为7 7级，载荷有轻微级，载荷有轻微冲击，联接所传递的转矩为冲击，联接所传递的转矩为1000Nm1000Nm，联接处轴的直径为，联接处轴的直径为70mm70mm，轴段长，轴段长80mm80mm，轮毂长，轮毂长82mm82mm，试确定键联接的类

11、型和尺寸。，试确定键联接的类型和尺寸。(7020)50lLbmmmm（合适）（合适）第一节第一节 键联接和花键联接键联接和花键联接 三、花键联接三、花键联接 花键联接的类型：花键联接的类型：按断面形状可分为矩形花键和渐开线花键。按断面形状可分为矩形花键和渐开线花键。 花键联接常用于载荷大，经花键联接常用于载荷大，经常滑移，定心精度高的场合。常滑移，定心精度高的场合。花键联接由内花键和外花键组成。花键联接由内花键和外花键组成。图图 14 14 7 7 花键花键a a）外花键）外花键 b b）内花键）内花键矩形花键（小径定心）矩形花键（小径定心） 渐开线花键（齿形定心）渐开线花键（齿形定心）图图

12、14 14 8 8 矩形花键联接和渐开线花键联接矩形花键联接和渐开线花键联接第一节第一节 键联接和花键联接键联接和花键联接三、花键联接三、花键联接花键联接强度计算花键联接强度计算:花键联接主要失效形式：花键联接主要失效形式：工作面压溃（静联接）工作面压溃（静联接）工作面过度磨损（动联接）工作面过度磨损（动联接）pmpzhldT2静联接静联接动联接动联接 pzhldTPm2图图 14 14 9 9 花键联接受力情况花键联接受力情况 图图 14 14 9 9 花键联接受力情况花键联接受力情况 第二节第二节 销联接和无键联接销联接和无键联接 一、销联接一、销联接 圆柱销圆柱销销是标准件销是标准件圆锥

13、销圆锥销主要用于固定零件间的相对位置的称定位销；主要用于固定零件间的相对位置的称定位销；作为安全装置中的过载剪断元件称安全销。作为安全装置中的过载剪断元件称安全销。联接销联接销 安全销安全销 图图 14 14 11 11 联接销和安全销联接销和安全销圆柱销圆柱销 圆锥销圆锥销图图 14 14 10 10 定位销定位销 螺尾圆锥销螺尾圆锥销 内螺纹圆锥销内螺纹圆锥销图图 14 14 1212 带螺纹的圆锥销带螺纹的圆锥销第二节第二节 销联接和无键联接销联接和无键联接二、无键联接二、无键联接（一）型面联接（一）型面联接 （二）胀紧联接（二）胀紧联接一个胀套一个胀套 两个胀套两个胀套图图 14 14

14、 15 15 采用采用Z1Z1型胀套的胀紧联接型胀套的胀紧联接图图 14 14 型面联接用型面联接用 等距曲线等距曲线a a）柱形轴和毂孔）柱形轴和毂孔 b b）锥形轴和毂孔）锥形轴和毂孔图图 14 14 13 13 型面联接型面联接第三节第三节 弹弹 簧簧一、弹簧的功用和类型一、弹簧的功用和类型弹簧的主要功能有：弹簧的主要功能有：（1）控制机械运动）控制机械运动（2）缓冲或减振）缓冲或减振（3）储存能量）储存能量（4）测量力或力矩）测量力或力矩常用弹簧的类型、特点和应用常用弹簧的类型、特点和应用 见表见表14144 4第三节第三节 弹弹 簧簧二、圆柱螺旋弹簧的结构形式二、圆柱螺旋弹簧的结构形

15、式（一）圆柱螺旋压缩弹簧（一）圆柱螺旋压缩弹簧 在自由状态下，弹簧各圈之间有间距在自由状态下，弹簧各圈之间有间距，以便弹簧受压时有产生相应变形的可能。以便弹簧受压时有产生相应变形的可能。圆柱螺旋压缩弹簧圆柱螺旋压缩弹簧图图 14 18 圆柱螺旋压缩弹簧的端面圈圆柱螺旋压缩弹簧的端面圈a a）YY型型 b b）YY型型 c c）YY型型图图 14 14 17 17 圆柱螺旋压缩弹簧圆柱螺旋压缩弹簧第三节第三节 弹弹 簧簧二、圆柱螺旋弹簧的结构形式二、圆柱螺旋弹簧的结构形式（二）圆柱螺旋拉伸弹簧（二）圆柱螺旋拉伸弹簧图图 14 19 圆柱螺旋拉伸弹簧圆柱螺旋拉伸弹簧圆柱螺旋拉伸弹簧挂钩的形式圆柱螺

16、旋拉伸弹簧挂钩的形式图图 14 14 20 20 圆柱螺旋拉伸弹簧挂钩的形式圆柱螺旋拉伸弹簧挂钩的形式a a）LILI型型 b b）LIILII型型 c c） LVIILVII型型 d d）LVIIILVIII型型第三节第三节 弹弹 簧簧三、弹簧的材料和制造三、弹簧的材料和制造常用的金属弹簧材料：常用的金属弹簧材料： 碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢和铜合金。碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢和铜合金。（一）弹簧的材料（一）弹簧的材料材料选择的依据：材料选择的依据： 根据弹簧的功用、重要程度及工作条件（包括载荷性质、大小根据弹簧的功用、重要程度及工作条件（包括载荷性质、大小及循环特性、工作温度和周围

17、介质等）选取不同类型的材料。及循环特性、工作温度和周围介质等）选取不同类型的材料。（二）圆柱螺旋弹簧的制造圆柱螺旋弹簧的制造制造工艺：制造工艺： 卷绕；卷绕；两端面加工（压缩弹簧）或制作挂钩（拉伸弹簧）；两端面加工（压缩弹簧）或制作挂钩（拉伸弹簧）；热处理；工艺试验等。必要时，还需进行强压或喷丸处理。热处理；工艺试验等。必要时，还需进行强压或喷丸处理。第三节第三节 弹弹 簧簧四、圆柱螺旋弹簧和拉伸弹簧的设计计算四、圆柱螺旋弹簧和拉伸弹簧的设计计算（一）普通圆柱螺旋弹簧的几何尺寸计算（一）普通圆柱螺旋弹簧的几何尺寸计算普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸：普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸： 外径外径 、

18、中径、中径 、内径、内径 、节距、节距 、螺旋升角、螺旋升角 、及弹簧、及弹簧钢丝线径钢丝线径 。2DD1Dtad图图 14 14 21 21 圆柱螺旋弹簧的结构参数圆柱螺旋弹簧的结构参数a a）压缩弹簧）压缩弹簧 b b）拉伸弹簧）拉伸弹簧第三节第三节 弹弹 簧簧四、圆柱螺旋弹簧和拉伸弹簧的设计计算（续四、圆柱螺旋弹簧和拉伸弹簧的设计计算（续1）（二）特性曲线（二）特性曲线拉伸弹簧的特性曲线拉伸弹簧的特性曲线a a）拉伸弹簧）拉伸弹簧 b b）没有初拉力时的特性曲线）没有初拉力时的特性曲线c c）有初拉力时的特性曲线）有初拉力时的特性曲线a a）压缩弹簧）压缩弹簧 b b）特性曲线）特性曲线

19、图图 14 14 22 22 压缩弹簧的特性曲线压缩弹簧的特性曲线图图 14 14 23 23 拉伸弹簧的特性曲线拉伸弹簧的特性曲线压缩弹簧特性曲线压缩弹簧特性曲线第三节第三节 弹弹 簧簧四、圆柱螺旋弹簧和拉伸弹簧的设计计算（续四、圆柱螺旋弹簧和拉伸弹簧的设计计算（续2）（三）圆柱螺旋弹簧的强度和刚度计算（三）圆柱螺旋弹簧的强度和刚度计算1 弹簧中的应力弹簧中的应力2 弹簧的强度条件弹簧的强度条件3 弹簧的刚度条件弹簧的刚度条件弹簧丝内侧的最大应力：弹簧丝内侧的最大应力：28dFCKKT 2max8dCFKnCGdnDGdfFF33488曲度系数曲度系数剪切力剪切力弹簧指数弹簧指数最大工作载荷

20、最大工作载荷有效圈数有效圈数切变模量切变模量轴向变形量轴向变形量CCCK615. 04414第三节第三节 弹弹 簧簧四、圆柱螺旋弹簧和拉伸弹簧的设计计算（续四、圆柱螺旋弹簧和拉伸弹簧的设计计算（续3）（四）圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计（四）圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计弹簧的设计步骤：弹簧的设计步骤：1）根据工作条件，选择弹簧材料，查出其力学性能数据。）根据工作条件，选择弹簧材料，查出其力学性能数据。2）参照刚度要求，选择弹簧指数）参照刚度要求，选择弹簧指数C。根据结构尺寸要求初定弹簧中径。根据结构尺寸要求初定弹簧中径D，估取弹簧钢丝线径估取弹簧钢丝线径d,由表由表145查出许用应力。查出许

21、用应力。3）按强度条件确定所需弹簧钢丝线径）按强度条件确定所需弹簧钢丝线径d.4）按刚度条件确定弹簧有效圈数）按刚度条件确定弹簧有效圈数n。5）计算弹簧的几何尺寸。）计算弹簧的几何尺寸。6）进行疲劳强度、静强度和稳定性等验算。）进行疲劳强度、静强度和稳定性等验算。设计依据：设计依据：通常根据最大工作载荷通常根据最大工作载荷Fmax和变形量和变形量fmax及结构要求（如安及结构要求（如安 装空间对弹簧尺寸的限制）等来决定弹簧钢丝线径、弹簧中径、有装空间对弹簧尺寸的限制）等来决定弹簧钢丝线径、弹簧中径、有 效圈效圈 数、弹簧的螺旋升角和长度等。数、弹簧的螺旋升角和长度等。 解：解： （1 1） 选选材料，确定材料，确定许许用用应应力力 。根据。根据弹弹簧所受的簧所受的载载荷特性在表荷特性在表14-514-5中中选选用用 C C级碳级碳素素弹弹簧簧钢丝钢丝，则则由表由表14-514-5可知可知=0.5=0.5 b b 。弹弹簧簧钢丝钢丝的抗拉强度的抗拉强度 b b与弹与弹簧簧钢丝钢丝直直径径d d有有关关 。先假。先假设设d=6mmd=6mm，查查表表14-614-6，则对应则对应的的b=1420MPa。 = 0.5b = 0.5 = 0.5b = 0.51420MPa =