模块三项目八 机械连接

机械连接9.1螺纹连接9.2键连接和销连接9.3联轴器、离合器和制动器相关知识点螺纹连接相关知识点1.螺纹的形成

螺纹连接的基本知识

螺纹连接123如图所示，将一直角三角形abc绕在直径为d2的圆柱体表面上，使三角形底边ab与圆柱体的底边重合，则三角形的斜边amc在圆柱体表面形成一条螺旋线。三角形abc的斜边与底边的夹角Ψ，称为螺纹升角。螺纹连接Ph右旋、单头螺纹连接2.螺纹的分类按螺旋线的绕行方向：分为左旋螺纹和右旋螺纹按螺旋线的数目：分为单线螺纹和多线螺纹右旋左旋单线双线三线螺纹连接按工作性质分：分为连接螺纹和传动螺纹按执行标准分：分为米制螺纹和英制螺纹分为外螺纹和内螺纹

按螺纹位置：普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹按螺纹牙的形状：普通螺纹和管螺纹主要用于连接，其余三种主要用于螺纹传动螺纹连接

普通螺纹即米制三角形螺纹，牙型α=60°。同一直径按螺距的大小分为粗牙和细牙两种，螺距最大的一种是粗牙，其余的均为细牙。一般连接多用粗牙螺纹。细牙螺纹的牙浅、升角小、自锁性能好，多用于薄壁零件或细小零件，以及受冲击、振动和变载荷的连接中，也可用作微调机构的调整螺纹。（1）普通螺纹

管螺纹是英制细牙三角形螺纹，牙型角α=55°，牙顶有较大的圆角，内、外螺纹旋合后牙型间无径向间隙，公称直径近似为管子的内径。多用于有紧密性要求的管件连接。（2）管螺纹3.几种常用螺纹的特点螺纹连接

牙型为正方形，牙型角α=0°。传动效率高，牙根强度弱，精加工困难，对中精度低，常用于传力螺纹。（3）矩形螺纹

牙型角α=33°，牙的工作面倾斜3°，牙的非工作面倾斜30°。传动效率及强度都比梯形螺纹高，外螺纹的牙底有相当大的圆角，以减小应力集中。螺纹副的大径处无间隙，对中性良好，多用于单向受力的传动螺纹。

牙型为等腰梯形，牙型角α=30°。牙根强度高，工艺性好，螺纹副对中性好，传动效率略低于矩形螺纹，常用于传动螺纹。（4）梯形螺纹（5）锯齿形螺纹螺纹连接外（内）螺纹牙厚与牙槽相等处的假想圆柱体直径。确定螺纹配合性质。4.螺纹的主要参数（1）大径d（D）外（内）螺纹最大直径，即与螺纹牙顶（底）相重合的假想圆柱面的直径。在标准中又称为公称直径。（2）小径d1（D1）外（内）螺纹最小直径，即与螺纹牙底（顶）相重合的假想圆柱面的直径。（3）中径d2（D2）螺纹连接在螺纹的轴向截面上，螺纹牙两侧边的夹角。（4）线数n螺纹的螺旋线数目。一般n≤４。（5）螺距P

相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。（6）导程S

螺纹上任意一点沿同一条螺旋线转动一周所产生的轴向位移量，S=nP。（8）螺旋升角Ψ

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。（7）牙型角α螺纹连接矩形螺纹（α=

0o)图示为一矩形螺纹的起重螺旋（千斤顶）。螺杆不转，给螺母手柄加旋转力矩T，使螺母及托盘带动重物FQ上升，达到利用螺旋起重的目的。为分析受力方便，可将螺母视为一滑块，受轴向载荷FQ，在水平驱动力Ft的推动下沿螺纹表面匀速向上移动。如将螺旋面沿中径展开，即相当于滑块在水平力Ft的推动下沿斜面匀速向上移动。螺旋副的受力分析、效率和自锁螺纹连接点击观看螺栓连接的装配过程螺纹连接的类型和应用1.螺栓连接用于通孔或连接两个较薄零件。螺纹连接（1）普通螺栓连接用于被连接件厚度不大并开有通孔，通孔和螺栓杆之间留有间隙的场合。螺栓受拉。（2）铰制孔螺栓连接被连接件上为铰制孔，螺栓杆和通孔之间为过渡配合，可对被连接件进行准确的定位，主要用于传递横向载荷。螺栓受剪。

注意事项：垫圈开口方向（与螺纹旋向相反）

普通螺栓螺纹余留长度：静载荷l1≥(0.3～0.5)d；变载荷l1≥0.75d；冲击载荷或弯曲载荷l1≥d。铰制孔螺栓l1≈d。螺纹伸出长度a≈(0.2～0.3)d。

螺纹连接点击观看双头螺柱连接的装配过程2.双头螺柱连接主要用于被连接件之一太厚而又需经常装拆或结构上受限制不能采用螺栓连接的场合。注意事项：螺柱下端螺纹全部拧入螺纹孔下端螺纹孔画法

座端拧入深度H：螺纹孔材料为钢或青铜H≈d；铸铁H=(1.25～1.5)d；铝合金H=(1.5～2.5)d。螺纹连接用于轴与轴上零件的连接，可以传递较小的轴向或周向载荷。3.螺钉连接用于被连接件之一太厚或结构上受限制不能采用螺栓连接，且不需经常装拆的场合。点击观看螺钉连接的装配过程4.紧定螺钉连接螺纹连接螺栓、螺钉、螺柱、螺母、垫圈等都已经标准化。在设计时可查阅相关标准。（1）螺栓和螺钉6.3.2标准螺纹连接件螺纹连接（2）螺母螺纹连接（3）双头螺柱螺纹连接（5）垫圈（4）紧定螺钉螺纹连接预紧力的大小要适度，太小起不到预紧的作用，太大可能使螺栓过载断裂。对于重要的螺纹连接，装配时必须控制其预紧力的大小。预紧力与拧紧力矩成正比，一般可通过控制拧紧力矩来间接控制预紧力。螺纹连接的预紧

大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加的作用力称为预紧力，这一拧紧过程称为预紧。

增强连接的可靠性、紧密性和防松能力，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧和预紧力预紧的目的

预紧力的控制螺纹连接预紧力的大小，取决于螺母的拧紧程度，即所施加的拧紧力矩的大小。拧紧螺母时，加在扳手上的拧紧力矩T等于克服螺纹副之间的阻力矩T1和螺母支撑面间的摩擦阻力矩T2之和：

对于M10～M64的米制粗牙普通螺纹的钢制螺栓，螺纹副中无润滑时，有预紧力和预紧力矩之间的关系：

螺纹连接为了控制预紧力的大小，常采用测力矩扳手和定力矩扳手。测力矩扳手定力矩扳手对于大型螺栓连接，可采用测量螺栓伸长量的方法来控制预紧力。注意：对于重要的连接，应尽量不采用直径过小(＜M12)的螺栓。螺纹连接重要的螺纹连接均应采取防松措施。防松的根本问题是防止螺旋副的相对转动。按防松原理不同，防松方法可分为摩擦防松、机械防松和永久防松等。螺纹连接的防松螺纹连接具有自锁性螺纹连接通常采用三角形螺纹，其升角Ψ

(1.5°~3.5°)小于当量摩擦角φv(5°~6°)，满足自锁条件，一般情况下不会自行松脱。松脱的原因在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致连接失效。防松方法螺纹连接1.摩擦防松使螺纹副中有不随连接载荷而变的压力，因而始终有摩擦力矩防止相对转动。压力可由螺纹副纵向或横向压紧而产生。特点：结构简单，使用方便，但在振动冲击载荷作用下，防松效果较差。（1）对顶螺母防松原理：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的作用。特点：结构简单，防松效果好，适用于低速、平稳和重载的固定装置的连接。（2）弹簧垫圈防松原理：螺母拧紧后，靠垫圈压平而产生的反弹力使旋合螺纹间压紧。螺纹连接（3）金属锁紧螺母

利用螺母末端椭圆口的弹性变形箍紧螺栓，横向压紧螺纹。（4）尼龙圈锁紧螺母利用螺母末端的尼龙圈箍紧螺栓，横向压紧螺纹（5）楔紧螺纹锁紧螺母利用楔紧螺纹，使螺纹副纵向压紧。螺纹连接2.机械防松利用便于更换的金属元件约束螺纹副。

（1）开口销与槽形螺母利用开口销使螺栓、螺母相互约束。（2）止动垫圈垫片约束螺母而自身又折在被连接件上。（3）串联金属丝利用金属丝使一组螺钉的头部相互约束，当有松动趋势时，金属丝互相牵制。螺纹连接3.永久防松把螺纹副转变为非运动副，从而排除相对转动的可能。焊住冲点粘结螺纹连接键连接和销连接相关知识点键连接和销连接通过键将轴与轴上零件(齿轮、带轮、凸轮等)结合在一起，实现周向固定，并传递转矩的连接称为键连接。其中，有的键连接也兼有轴向固定或轴向导向的作用。键连接属于可拆连接，具有结构简单，工作可靠，装拆方便及已经标准化等特点，故得到广泛的应用。键连接按其结构特点和工作原理不同，分为松键连接(平键、半圆键连接)和紧键连接(楔键连接和切向键连接)两类。常用的键连接类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接、切向键连接和花键连接等。键是标准件。特点是结构简单，装拆方便，工作可靠。

（1）平键连接。

平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩。使用时不能实现轴向固定。根据用途，平键又可分为：普通平键、导向平键和滑键。普通平键与轮毂上键槽的配合较紧，属静连接；导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松，属动连接。键连接和销连接普通平键按其端部结构形状的不同分为：①圆头普通平键(A型)②方头普通平键(B型)③单圆头普通平键(C型)A型B型C型键连接和销连接

当轴向移动距离较大时，导向平键的长度过大，制造困难，宜选用滑键。导向平键和滑键都应用于轴上零件轴向移动的场合。

导向平键使用时，用螺钉固定在轴上的键槽中，轴上零件沿键作轴向移动。

滑键使用时，通常固定在轮毂上，轴上零件和键一起在轴上的键槽中作轴向移动。导向平键滑键键连接和销连接（2）半圆键连接在半圆键连接中，轴上的键槽是用尺寸相同的半圆键槽铣刀铣出的，因而键在槽中能绕其几何中心摆动以适应轮毂键槽的斜度。半圆键工作时，也是靠键的侧面来传递转矩。半圆键连接工艺性好，装配方便；但轴上槽较深对轴的强度削弱大。一般用于轻载静连接中，适用于锥形轴端的连接。键连接和销连接（3）楔键连接键的上表面与轮毂键槽的底面各有1:100的斜度，键楔入键槽后具有自锁性，可在轴、轮毂孔和键的接触表面上产生很大的楔紧力，工作时靠摩擦力实现轴上零件的周向固定并传递转矩，同时可实现轴上零件的单向轴向固定，传递单方向的轴向力。楔键连接会使轴上零件与轴的配合产生偏心，故适用于精度要求不高和转速较低的场合。常用的有普通楔键和钩头楔键。键连接和销连接（4）切向键连接切向键由一对普通楔键组成，装配时将两键楔紧，窄面为工作面，其中与轴槽接触的窄面过轴线，工作压力沿轴的切向作用，能传递很大的转矩。一对切向键只能传递单向转矩，传递双向转矩时，需用两对切向键，互成120°~135°分布。切向键对中性较差，键槽对轴的削弱大，适用于载荷很大，对中性要求不高的场合，如重型及矿山机械。键连接和销连接

花键是由外花键和内花键组成的。工作时，利用内花键和外花键的相互挤压传递运动和转矩。

花键的齿侧为工作面，其承载能力高，定心性和导向性好，对轴的强度削弱小，多适用于传递中等或较大载荷的固定连接或滑动连接。（5）

花键连接键连接和销连接适用于载荷大和定心精度要求高的静连接、动连接及大批量生产，如汽车、飞机、拖拉机、机床等。

花键已标准化。按齿形的不同，花键可分为矩形花键和渐开线花键。矩形花键安装时，靠内外花键的小径定心。渐开线花键安装时，靠内外花键的齿侧定心。矩形花键渐开线花键花键连接的承载能力高，定心性和导向性好，对轴的削弱小，但加工花键需专门的设备和刀具，成本高。键连接和销连接销是标准的连接件，按结构可分为圆柱销和圆锥销等，按用途可分为定位销、连接销和安全销。销与孔多为过渡配合。圆柱销配合精度高，但不宜经常装拆，否则会降低定位精度或紧固性。圆锥销有1:50的锥度，定位精确，装拆方便，具有自锁性，可多次装拆。定位销连接销安全销键连接和销连接键连接和销连接键连接和销连接联轴器、离合器和制动器相关知识点联轴器用来连接两轴或轴与回转件，使它们一起旋转并传递运动和转矩。作用：特点：联轴器连接的两根轴，只有在机器停车后，经过拆卸才能把它们分离。

联轴器所连接的两轴，在设计时应该严格对中，但由于制造及安装的误差、承载后的变形和温度的影响，会导致两轴产生某种形式的相对位移。轴向位移x径向位移y角位移α综合位移x、y、α普通联轴器刚性联轴器挠性联轴器夹壳式联轴器凸缘式联轴器有弹性元件无弹性元件齿轮联轴器十字滑块联轴器膜片联轴器弹性套柱销联轴器轮胎联轴器套筒联轴器（无补偿能力)（有补偿能力）万向联轴器联轴器的类型联轴器1.刚性联轴器刚性联轴器具有结构简单、制造容易、成本低廉的特点，适用于转速不高、载荷平稳的场合。（1）套筒联轴器套筒联轴器是由公用套筒将两轴连成一个整体，通过键、紧定螺钉或销钉传递转矩和运动。

套筒联轴器结构简单，径向尺寸小，所以在机床中应用很广。它的缺点是装卸时需做轴向移动。该类联轴器尚未标准化。联轴器（2）夹壳联轴器由轴向剖分的两半联轴器和连接螺栓组成。其特点是装卸方便、不需要沿轴向移动即可装卸，但由于其转动平衡性较差，常用于低速场合。（3）凸缘联轴器由两个分装在轴端的半联轴器和螺栓组成。特点是结构简单、制造方便、成本低、工作可靠、装卸方便、可传递较大转矩。目前，凸缘联轴器已经标准化，是应用最广的刚性联轴器。联轴器2.挠性联轴器

无弹性元件联轴器，因其无弹性元件，故不具有缓冲减振的功能，适用于低速、重载、转速平稳的场合。

由两个在端面上开有凹槽的半联轴器和一个两面带有凸块的中间圆盘组成。中间圆盘两侧的凸块相互垂直，可以在凹槽中滑动，以此来补偿两轴的径向位移和角位移。（1）十字滑块联轴器联轴器点击画面播放（2）齿轮联轴器

由齿数相同的内齿圈外壳和带有外齿的半联轴器、及连接螺栓组成。两个带有外齿的半联轴器分别与两轴相连。在相啮合齿间留有较大的齿侧间隙，并将直齿齿面改进为鼓形齿齿面，以补偿较大的两轴的相对位移。其结构复杂，造价较高，适用于低速、重载的场合。联轴器§9.3联轴器（3）万向联轴器

两轴间具有较大的角位移的联轴器。结构型式很多，目前最常用的是十字轴式。双万向联轴器是由两个十字轴万向联轴器组成的，当输入轴和输出轴与中间轴夹角相等时，输入轴和输出轴的转速相等。广泛应用于汽车、多头钻床等机器的传动系统中。点击相应图面播放联轴器动画演示——螺旋齿-单十字轴万向节联轴器联轴器动画演示——相交轴万向节联轴器动画演示——重合轴万向节联轴器动画演示——连轴节的应用联轴器动画演示——万向连轴节的应用联轴器

有弹性元件联轴器，在转动不平稳时有很好的缓冲减振的作用，适用于高速、轻载、常温的场合。（1）弹性套柱销联轴器

结构与凸缘联轴器相似，只是用带橡胶套的柱销代替连接螺栓。它靠弹性套的弹性变形来缓冲减振，并补偿被联两轴的相对偏移。

结构简单、制造容易、装卸方便、成本较低。适用于转矩小、转速高、起动频繁、载荷变化不大的场合。使用时，应确保无油质，防止橡胶套的老化。联轴器（2）轮胎联轴器

利用轮胎状橡胶弹性元件连接两半联轴器，通过螺栓固定的一种联轴器。它具有较高的弹性，减振能力强，补偿能力较大，结构简单，但径向尺寸大，承载能力不高。适用于起动频繁、正反转多变、冲击较大的场合，也可以在有粉尘、水分的工作环境下工作。联轴器（3）膜片联轴器

由单片或若干片叠合的薄钢板（膜片）2用螺栓4和螺母5交错地与两个半联轴器1、3连接而成。利用薄钢片的弹性变形来补偿两轴的相对偏移。它结构简单、质量小、耐高温和低温。但扭转弹性较低，缓冲减振能力差，适用于载荷平稳的高速转动。例如拖拉机、航空、矿山等机械传动系统。联轴器焊接是利用局部加热或加压的方法使两个以上的金属件在连接处形成原子或分子间的结合而构成的不可拆连接。焊接焊接方法的主要特点节省材料,减轻重量简化复杂零件和大型零件的制造过程适应性强满足特