机械基础-学做一体化 课件 任务八 各种连接的选择与计算

任务八各种连接的选择与计算8.1键连接8.2

联轴器8.3其他连接简介

连接可以分为可拆连接和不可拆连接。可拆连接是指连接拆开时，不会损坏连接件和被连接件，如图8-1(a)所示的螺纹连接等。不可拆连接是指连接拆开时，会损坏连接件或被连接件，如铆接、焊接和黏接等。机械连接还可分为动连接和静连接。在机器工作时，被连接零件间可以有相对运动的称为动连接，如各种运动副、变速器中滑移齿轮的连接。反之，称为静连接，如图8-1(b)所示轴与零件的连接。图8-1连接示例

8.1键连接

8.1.1松键连接1.平键连接如图8-2(a)所示，这种平键连接结构简单，装拆方便，对中性好，应用较广泛。但它不能承受轴向力，故对轴上零件不能起到轴向固定作用。按用途不同，平键可以分为普通平键、导向平键和滑键三种。普通平键用于静连接，导向平键和滑键用于动连接。图8-2普通平键连接

(1)普通平键。普通平键应用最广。按键的端部形状可分为圆头(A型)、方头(B型)和单圆头(C型)三种，如图8-2(b)、(c)、(d)所示。平键连接和键槽尺寸见表8.1。

如图8-2(b)所示，采用圆头平键时，键在轴的键槽中固定良好，但轴上键槽端部的应力集中较大。采用方头平键时，键槽两端的应力集中较小，但键在轴上的轴向固定不好；当键的尺寸较大时，需用紧定螺钉将键压紧在轴上的键槽中(见图8-2(c))。单圆头平键常用于轴端与轮毂的连接(见图8-2(d))。

(2)导向平键。导向平键是一种较长的平键，用螺钉固定在轴槽中，为了便于拆装，在键上制有起键螺孔，见图8-3。键与轮毂采用间隙配合，轮毂可沿键做轴向滑移，常用于变速器中的滑移齿轮与轴的连接。图8-3导向平键连接

(3)滑键。当轴上滑移距离较大时(如台钻主轴与带轮的连接等)，因为当滑移距离较大时，用过长的平键，制造困难。滑键(见图8-4)固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴槽中做轴向移动，因而需要在轴上加工长的键槽。图8-4滑键连接

2.半圆键连接

如图8-5所示，半圆键用于静连接，它靠键的两个侧面传递转矩。键在轴槽中能绕其几何中心摆动，以适应轮毂槽由于加工误差所造成的斜度。半圆键连接的优点是轴槽的加工工艺性较好，装配方便；半圆键连接的缺点是轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，一般只宜用于轻载，尤其适用于锥形轴端的连接。图8-5半圆键连接

8.1.2紧键连接

1.楔键连接

楔键连接用于静连接，如图8-6所示。楔键的上表面和与它配合的轮毂槽底面均有1∶100的斜度。装配后，键的上、下表面与毂和轴上键槽的底面压紧，因此，键的上下表面为工作面，键的两侧面与键槽都留有间隙。工作时，靠键楔紧的摩擦力来传递转矩，同时还能承受单向轴向载荷。楔键由于装配楔键时破坏了轴与轮毂的对中性；另外，在冲击、振动和承受变载荷时易产生松动。因此楔键连接仅适用于对传动精度要求不高、低速和载荷平稳的场合。图8-6楔键连接

2.切向键连接

切向键是由一对普通楔键组成，如图8-7所示。装配后两键的斜面相互贴合，共同楔紧在轴毂和轴之间，键的上、下两平行窄面是工作面，依靠其与轴和轮毂的挤压传递单向转矩。当要传递双向转矩时，须用两对互成120°～130°的切向键。切向键连接主要用于对中要求不高，轴径大于100 mm而载荷很大的重型机械。图8-7切向键连接

8.1.3平键连接的选用和强度计算

1.键类型的选择

选择键的类型时应考虑的因素有：对中性要求；传递转矩的大小；轮毂是否需要沿轴向滑移及滑移距离的大小；键在轴的中部或端部等。

2.键尺寸的选择

平键的主要尺寸为键宽b、键高h和键长L。设计时，根据轴的直径从标准中(见表8.1)选取平键的宽度b和高度h；键长L略短于轮毂的宽度(一般比轮毂宽度短5～10 mm)，并须符合标准中规定的长度系列。

3.平键的强度校核

平键连接工件时的受力情况如图8-8所示，键受到剪切和挤压的作用。实践证明，标准平键连接，其主要失效形式是键、轴和轮毂中强度较弱的工作表面被压溃(对静连接)或磨损(对动连接)。因此，通常只需校核挤压强度(对静连接)或压强(对动连接)即可。图8-8平键连接的受力分析

设载荷沿键长均匀分布，则挤压强度条件为

式中，l为平键的轴向工作长度：A型l = L - b，B型l = L，C型l = L - b/2；T为轴上传递的转矩(N·mm)；d为轴的直径(mm)；h为键的高度(mm)；[σp]为键、轴和轮毂中挤压强度最低的材料的许用应力(MPa)，见表8.2。

如校核结果连接的强度不够，则可采取以下措施：

(1)适当增加轮毂和键的长度，但键长不宜超过2.5d。

(2)用两个键按相隔180°布置，考虑到载荷在两个键上分布的不均匀性，在进行强度计算时，只按1.5个键计算。

例8.1已知齿轮减速器输出轴与齿轮之间键连接，传递的转矩T = 700 N·m，轴的直径d = 60 mm，轮毂宽B = 85 mm，载荷有轻微冲击，齿轮材料为铸钢。试设计该键连接。

解(1)类型选择：为保证齿轮传动啮合良好，要求轴毂对中性好，故选用A型普通平键。

(2)尺寸选择：按轴径d = 60 mm，查表8.1选择键的尺寸b × h = 18 × 11；根据轮毂宽B = 85 mm，取键长L = 80 mm。

(3)强度校核：查表8.2得[σp] = 100～120 MPa。

故所选键连接的强度足够。

标记为：键18 × 80GB/T1096—2003。

8.2联轴器

8.2.1联轴器的分类联轴器所连接的两轴，由于制造和安装误差以及承载后变形、受热变形和基础下沉等一系列原因，都可能使两轴的轴线不重合而产生某种形式的相对位移，如图8-9所示。这就要求联轴器在结构上具有补偿轴线一定位移量的能力。图8-9轴的偏移

8.2.2常用联轴器的结构、特点及其应用

1.套筒联轴器

套筒联轴器是用一个套筒，通过键或销等零件使两轴相连接，如图8-10所示。图8-10套筒联轴器

2.凸缘联轴器

凸缘联轴器由两个带有凸缘的半联轴器用键及连接螺栓组成。它有两种对中方法：一种是用一个半联轴器上的凸肩与另一个半联轴器上的凹槽相嵌合而对中，见图8-11(a)；另一种是用铰制孔用螺栓对中，见图8-11(b)。前一种方法对中精度高。当要求两轴分离时，后者只要卸下螺栓即可，不用移轴，因此装卸比前者简便。其规格尺寸可按附表四查取。图8-11凸缘联轴器

3.弹性套柱销联轴器

这种联轴器的构造与凸缘联轴器相似，不同之处是用带有弹性套的柱销代替了连接螺栓，如图8-12所示。弹性套柱销联轴器已经标准化了，其规格尺寸可按附表五查取。图8-12弹性套柱销联轴器

4.弹性柱销联轴器

弹性柱销联轴器的结构(见图8-13)与弹性套柱销联轴器相似，差别主要在于用尼龙销代替了橡胶套柱销，它利用弹性柱销将两个半联轴器连接起来，使其传递转矩的能力增大。为防止柱销滑出，两侧装有挡板。柱销的材料用尼龙6，也可用酚醛布棒等其他材料制造。其规格尺寸可按附表六查取。图8-13弹性柱销联轴器

8.2.3联轴器的选用

联轴器大多已标准化，其主要性能参数为：额定转矩T、许用转矩[T]、许用转速[n]、位移补偿量和被连接轴的直径范围等。选用联轴器时，通常先根据使用要求和工作条件确定合适的类型，再按转矩(Tc≤[T])、轴径和转速(n≤[n])选择联轴器的型号，必要时应校核其薄弱件的承载能力。

考虑工作机启动、制动、变速时的惯性力和冲击载荷等因素，应按计算转矩Tc选择联轴器。计算转矩Tc和工作转矩T之间的关系为

式中，K为工况系数，见表8.3；T为额定转矩。

例8.2一电动机与油泵之间由联轴器相联，外载荷有中等冲击，已知电动机功率P = 17 kW，转速n = 1460 r/min，轴径d = 42 mm，油泵轴径d = 45 mm。试选择此联轴器。

8.3其他连接简介

8.3.1螺纹连接1.螺纹连接的基本类型、结构尺寸及应用(1)螺栓连接。螺栓连接有普通螺栓连接(图8-14(a))和铰制孔螺栓连接(图8-14(b))两种，用于被连接件能够做成通孔，且能够在被连接件两边装配的场合，无需在被连接件上切制螺纹。(2)双头螺栓连接。如图8-15所示，当被连接件之一较厚而不宜制成通孔又需经常拆卸时，可采用双头螺柱连接。图8-14螺栓连接图8-15双头螺柱连接

(3)螺钉连接。如图8-16所示，这种连接的特点是不用螺母，其用途和双头螺柱连接相似，多用于不需经常拆卸的场合。图8-16螺钉连接

(4)紧定螺钉连接。如图8-17所示，固定两个零件的相对位置并传递不大的力或扭矩。图8-17紧定螺钉连接

2.螺纹连接件

图8-18所示为六角头螺栓和六角头铰制孔用螺栓，图8-19所示为双头螺柱，图8-20所示为各种螺钉，图8-21所示为紧定螺钉头部和末端形状，图8-22所示为各种六角螺母和圆螺母。图8-18螺栓图8-19双头螺柱图8-20螺钉的结构型式图8-21紧定螺钉的头部和末端图8-22螺母

3.螺纹连接件的防松

1)摩擦防松

摩擦防松是在螺纹副中产生正压力，以形成阻止螺纹副相对转动的摩擦力。摩擦防松的主要方式有弹簧垫圈、对顶螺母和自锁螺母防松，如图8-23～图8-25所示。图8-23弹簧垫圈图8-24对顶螺母图8-25锥圆口自锁螺母

2)机械防松

机械防松是采用各种专用的止动元件来限制螺纹副的相对转动。机械防松的主要方式有开口销与槽形螺母、止动垫片和圆螺母用带翅垫片，见图8-26～图8-28。图8-26开口销与槽形螺母图8-27止动垫片图8-28圆螺母用带翅垫片

3)不可拆卸连接

不可拆卸连接是采用各种措施使得螺纹副变为非螺纹副而成为不可拆连接的一种防松方法。它的主要方式有焊点法、串联钢丝和冲点法等，见图8-29～图8-31。图8-26开口销与槽形螺母图8-27止动垫片图8-28圆螺母用带翅垫片

8.3.2离合器

1.牙嵌离合器

牙嵌离合器是一种啮合式离合器，如图8-32所示。图8-32牙嵌离