《机械基础》课件-第11章连接

机械基础授课教师:XXX

授课日期:2020年X月X日连接学习目标了解键连接的功用与分类。会正确选用键连接。了解销连接的类型、特点和应用。了解常用螺纹的类型、特点和应用。熟悉螺纹连接的主要类型、应用和结构。了解螺纹连接预紧及防松方法。了解弹簧的类型、特点和应用。了解联轴器的功用、类型、特点和应用。了解离合器的功用、类型、特点和应用。11.1键连接键的用途键是一种标准件，它的作用是将装配在旋转轴上的机件，如齿轮、带轮、曲柄、联轴器等，使其与轴紧固在一起，以传递动力。使用时，键的一部分嵌入轴内，另一部分则嵌于轮毂的凹槽中。轴与轮毂上的凹槽均称为键槽，如图11-1所示。键是一种连接机件，多用抗压及抗剪强度较高的中碳钢制成。安装时，键的各棱线必须与轴的中心线平行，且键的两侧必须与键槽紧密配合。键的种类1．普通平键普通平键按其结构可分为圆头（A型，见图11-2b）、方头（B型，见图11-2c）和单圆头（C型，见图11-2c）三种型式。键的种类2．楔键为使键与键槽有紧密配合，并能承受振动而不致脱落，将方头平键的一端约一键宽起至另一端制成倾斜状，斜度通常为1:100，如图11-3所示。为便于拆卸楔键，可将键较厚的一端制成钩头的开头，称为“钩头楔键”，如图11-4所示。键的种类3．半圆键半圆键又称“半月键”，外形呈半圆形，如图11-5所示。轴上的键槽为半圆形，轮毂上的键槽为直槽，这种键配合时具有自动调心的作用。由于轴必须铣切较深的键槽，会影响轴的强度与刚度，因此适用于传递转矩较小的场合。键的种类4．花键花键是将轴制成周向均布的多个键，轮毂则制成与键配合的槽，如图11-6所示。传动时可使转轴与轮毂作周向与轴向运动。花键强度大，可传递极大的扭矩，广泛用于汽车及其他机械中需要传递极大扭力的场合，如离合器及汽车前轮驱动轴等。花键连接按其齿形不同，有矩形花键（图11-7a）和渐开线花键（图11-7b）两种。键的种类5．滑键滑键又称为“活键”，可固定于轮毂或利用埋头螺钉连接于轴上，键及键槽均无斜度，如图11-8所示。这种键可使键和轮毂间作轴向滑动，用于传递大的动力。键的种类6．切向键切向键又称为“路易氏键”，由两个形状相同的楔键相对组合而成，其斜度为1∶100，如图11-9所示。这种键安装时，键的对角线必须在轴的周缘上，以承受剪力，若要传递双向动力时，则需同时装置两组互成120°~135°的切向键。这种键适合承受冲击载荷。键的材料及选用1．键的材料键的材料采用强度极限不低于600MPa的碳素钢，通常用45钢。当轮毂用非铁金属或非金属材料时，键可用20钢或Q235钢。2．键的主要失效形式在静连接中，平键连接的主要失效形式是工作面的压溃。除非有严重过载，一般不会发生键被剪断的现象。3．键的选用按照轴结构设计的结果，根据轮毂的长度L1来确定键的长度L，键长L略短于轮毂的宽度，一般比轮毂宽度短5~10mm。11.2销连接按销连接的功能分类1．定位销定位销一般不承受载荷或只能承受很小的载荷，用于固定两个零件间的相对位置，一般成对使用，并安装在两个零件接合面的对角处，以加大两销间的距离，增加定位精度。定位销如图11-10a、b所示。按销连接的功能分类2．连接销连接销只能承受不大的载荷，用于轴与轴毂的连接或其他零件的连接，适用于轻载和不很重要的场合，例如汽车的活塞销。连接销如图11-10c所示。3．安全销安全销是在安全装置中的过载剪断元件。安全销如图11-10d所示。按销的形状分类1．圆柱销圆柱销是一直径相同的圆柱体，两端倒角或倒圆，由淬火钢经研磨制成。它主要用于定位，也可用作连接。圆柱销与销孔之间是过盈配合的关系，为了保证其定位精度和连接的紧固性，不宜经常拆卸。圆柱销如图11-11a所示。按销的形状分类2．圆锥销圆锥销如图11-11b所示，是一圆锥体，两端成圆角，有1∶50的锥度，小头直径为标准值（图11-12a），具有自锁性能，便于拆卸，定位精度比圆柱销高，大多用于经常装拆的场合。按销的形状分类3．开口销开口销以断面为半圆的退火钢或黄铜制成，如图11-11c所示。开口销经常与槽形螺母配合使用，使用时将开口销贯穿机件的小孔，并将销端弯曲，以防脱落。图11-13所示为开口销应用于汽车传动轴上。11.3螺纹螺纹各部分名称螺纹各部分名称如图11-14所示。1）外螺纹：在圆柱或圆锥机件外表面加工而成的螺纹。2）内螺纹：在机件内孔加工而成的螺纹。3）大径：又称“公称直径”，是螺纹的最大直径。4）小径：是螺纹的最小直径。5）中径：是介于大径和小径间的假想圆柱直径，即螺纹的平均直径。6）牙顶：螺纹的顶部。螺纹各部分名称7）牙底：螺纹的底部。8）螺距：为相邻两螺纹牙对应点的轴向距离。9）导程：螺纹旋转一圈，沿轴向的移动距离。10）螺纹深度：螺纹牙顶与牙底之间沿径向的垂直距离。11）牙型角：相邻两螺纹牙间所成的槽角。12）螺纹开角（导程角）：螺旋线切线与轴线间的夹角。螺纹的功用1．连接或固定机件机械中某些需要随时拆卸的零件，可利用螺纹加以连接或固定。2．传递动力或运动用于输送动力或运动的螺纹应具备较高的机械效率，以减少传动时的动力损失。3．调节距离或测微机件间的相对位置需要改变时，可利用螺纹加以调整，如滑动轴承中的剖分式轴承，此类螺纹大都使用三角形螺纹。螺纹的种类1．按螺纹的旋向分（1）右旋螺纹由轴端方向看，顺时针旋转时旋入的螺纹，称为“右旋螺纹”，如图11-17所示。一般使用的螺纹，如果没有特别标示，均为右旋螺纹。螺纹的种类（2）左旋螺纹由轴端方向看，逆时针旋转时旋入的螺纹，称为“左旋螺纹”，如图11-18所示。左旋螺纹只用在较特殊的场合，如砂轮机械侧砂轮的轴使用左旋螺纹锁紧砂轮。螺纹的种类2．按螺纹线数分（1）单线螺纹由一条螺旋线绕于基柱上所制成的螺纹，其导程Ph恰好等于螺距P，这种螺纹称为“单线螺纹”,如图11-19所示。（2）多线螺纹基柱体上刻有多条螺旋线的螺纹称为“多线螺纹”。若由两条螺旋线在轴端相隔180°，绕于基柱上所制成的螺纹，称为“双线螺纹”，其导程为螺距的两倍，如图11-20a所示。螺纹的种类3．按螺纹用途分（1）连接用螺纹1）普通螺纹。我国国家标准中，将由国际标准组织（ISO）所制定的国际公制标准螺纹称为普通螺纹。此类螺纹牙型角为60°，牙顶为平面，牙底呈弧形，如图11-21所示。螺纹的种类3．按螺纹用途分（1）连接用螺纹2）管螺纹。管螺纹为英制螺纹，除了细牙普通螺纹外，常用的还有非螺纹密封的管螺纹，又称圆柱管螺纹，牙型角为55°，如图11-22a所示；用螺纹密封的管螺纹，又称圆锥管螺纹，牙型角为55°或60°，如图11-22b所示。螺纹的种类（2）传动螺纹1）矩形螺纹。如图11-23所示，矩形螺纹的断面呈矩形。矩形螺纹主要用于传递运动和动力，传递效率与其他螺纹相比要较高些，可传递较大的动力。2）梯形螺纹。如图11-24所示，其断面呈梯形。一般常用的是米制梯形螺纹，牙型角为30°3）锯齿形螺纹。如图11-25所示螺纹的种类4）滚珠螺纹。滚珠螺纹的牙顶为平面，牙根呈半圆形，如图11-26所示。杆与螺母之间放置若干钢珠，可改变一般螺杆与螺母间的滑动摩擦而成为滚动摩擦，因此摩擦因数小、传动效率高，且可避免因滑动摩擦生热所产生热胀冷缩后形成间隙，因此传递精密度高。此种螺纹常用于数控工具机及机械手等精密度要求较高的传动。11.4螺纹连接件及螺纹连接的基本类型常用螺纹连接件螺纹连接件品种很多，大都已标准化。常用的标准螺纹连接件有螺栓、螺钉、双头螺柱、紧定螺钉、螺母和垫圈。（1）螺栓螺栓头部形状很多，最常用的有六角头（图11-27a）和小六角头（图11-27b）两种。常用螺纹连接件（2）螺钉螺钉的结构形式与螺栓相同，但头部形式较多（图11-28），以适应对装配空间、拧紧程度、连接外观和拧紧工具的要求。有时也把螺栓作为螺钉使用。常用螺纹连接件（3）双头螺柱双头螺柱没有钉头，两端制有螺纹。结构有A型（有退刀槽，见图11-29a）与B形（无退刀槽，见图11-29b）之分。（4）紧定螺钉紧定螺钉的头部和尾部制有各种形状。常见的头部形状有一字槽（图11-30a）等。常用螺纹连接件（5）螺母螺母的结构形式很多，最常用的是六角螺母（图11-31a）。螺母的制造精度与螺栓相同，也分为粗制和精制两种，以便与同精度的螺栓配用。图11-31b所示的圆螺母常用作轴上零件的轴向固定，并配有止动片。常用螺纹连接件（6）垫圈垫圈的主要作用是增加被连接件的支承面积，避免拧紧螺母时擦伤被连接件的表面及防止螺母松脱的作用。常用的有平垫圈（图11-32a）和斜垫圈（图11-32b）。当被连接件表面有斜度时，应使用斜垫圈。螺纹连接的基本类型根据结构特点，螺纹连接有下列四种基本类型。（1）螺栓连接被连接件的孔中不切制螺纹，装拆方便。（2）双头螺柱连接如图11-34所示，双头螺柱的两端都有螺纹，其中一端旋紧在一个被连接件的螺孔孔内；另一端则穿过另一个被连接件的孔，与螺母旋合而将被连接件连接。螺纹连接的基本类型（3）螺钉连接螺钉直接旋入被连接件的螺纹孔中，如图11-35所示，结构较简单，适用于被连接件之一较厚，或另一端不能装螺母的场合。（4）紧定螺钉连接如图11-36所示，将紧定螺钉旋入被连接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被连接件的表面或顶入相应的坑中，常用于固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。11.5螺纹连接的预紧、防松及结构设计螺纹连接的预紧1．预紧的概念绝大多数螺纹连接在装配时都必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到的作用力称为预紧力。2．控制预紧力的方法控制预紧力的方法很多，通常借用测力矩扳手（图11-37）或定力矩扳力（图11-38），利用控制力矩的方法来控制预紧力的大小。螺纹连接的防松松动是螺纹连接最常见的失效形式之一。在静载荷条件下，普通螺栓由于螺纹的自锁性一般可以保证螺栓连接的正常工作，但在冲击、振动或者变载荷作用下，或温度变化很大时，螺纹副间的摩擦力可能减少或者瞬时消失，致使螺纹连接产生自动松脱现象，为保证螺纹连接的安全可靠，许多情况下螺栓连接都采取一些必要的防松措施。螺栓连接的结构设计在进行螺栓的设计之前，先要进行螺栓组结构设计。1．接合面的形状设计接合面应尽量设计成轴对称的简单几何形状，尽量对称布置螺栓，使螺栓组的几何中心与接合面的形心重合，这样便于加工和装配，接合面受力也比较均匀，如图11-39所示。螺栓连接的结构设计2．螺栓的布置使螺栓组能承受较大的载荷，如弯矩或转矩，应尽量将螺栓布置在靠近接合面的边缘。同一螺栓组中各螺栓的材料、直径和长度应相等。3．支承面的平整若被连接件支承表面不平或倾斜，螺栓将受到偏心载荷作用，产生附加弯曲应力，从而使螺栓剖面上的最大拉应力可能比没有偏心载荷时的拉应力大得多。螺栓连接的结构设计4．扳手空间如图11-42所示，设计螺纹连接时，要注意留有扳手扳动的必要空间，否则就无法装拆。各种结构情况下的扳手空间尺寸可参考机械设计手册。螺栓连接的结构设计5．承受横向载荷的减载装置对于承受较大横向载荷的螺栓组连接，可采用销、套筒、键等抗剪零件来承受部分横向载荷，以减少螺栓的预紧力及其结构尺寸，如图11-43所示。11.6弹簧弹簧的功用弹簧是利用金属的复原力将振动能予以吸收的一种弹性体，具有高度的弹性，其主要用途如下。1．吸收振动弹簧可吸收突然的负载或冲击，缓和机件的振动。2．产生作用力利用弹簧产生适当的作用力，以维持两机件的接触。3．储存能量借弹簧可储存能量的特性，在需要时释放，作为机件的动力来源。4．测量力的大小利用弹簧变形量与外力的特定函数关系。弹簧的种类弹簧的种类很多，若按用途分类，可分为压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧及特种弹簧四种。1．压缩弹簧（1）螺旋压缩弹簧如图11-44所示，螺旋压缩弹簧主要承受压力，弹簧线的断面为圆形。弹簧的种类弹簧的种类很多，若按用途分类，可分为压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧及特种弹簧四种。1．压缩弹簧（1）螺旋压缩弹簧如图11-44所示，螺旋压缩弹簧主要承受压力，弹簧线的断面为圆形。弹簧的种类（2）锥形弹簧锥形弹簧是由圆钢线或钢片卷成的锥状物，如图11-46a、b所示。由于弹簧上下线圈直径不同，当压缩时大圈部分变形量较大，小圈部分变形量较小，且小圈可收缩进大圈平面内，可节省空间。弹簧的种类（3）圆盘形弹簧圆盘形弹簧是具有弹性的垫片，由薄片材料冲压而成，如图11-47所示。弹簧的种类2．拉伸弹簧如图11-48所示，各线圈之间绕成紧贴的螺旋圈，受外力时向外伸长。这种弹簧通常在两端制成环状或钩状，以供挂钩用。拉伸弹簧应用于制动踏板、弹簧秤、健身器材及自行车的脚架等。图11-49所示为自行车的脚架弹簧。弹簧的种类3．扭转弹簧（1）螺旋扭转弹簧各线圈之间可绕成分开或紧贴的螺旋圈，在螺旋圈的两端或中间沿切线方向制成直臂状，如图11-50a、b所示。当弹簧受扭力变形时，以弹簧轴心为轴产生一扭转力矩。弹簧的种类（2）蜗旋扭转弹簧由薄钢片或钢带绕成蜗线开头，且各圈均在同一平面内，但各圈面间互不接触，如图11-51a所示。常用于钟表上的发条（可储存能量供给动力）及钻床的进刀把手（钻完孔后把手能自动，如图11-51b所示）。弹簧的种类4．特种弹簧（1）板簧板簧又称为叠板弹簧，由数片长短不同的弹簧板组成，并弯成半椭圆形，如图11-52a所示，当弹簧受压力时，叠板变成较平直状态而吸收振动，能承受较大的负载，多用于汽车、火车等机动车辆的避振器。板簧设计时每片弹簧板都制成三角形或梯形，目的是使整组弹簧每一切面的弯曲应力都相等。图11-52b所示为汽车的避振器所用的板簧。弹簧的种类（2）扣环扣环是具有弹性的开口圈环，嵌在轴的外径沟槽或轮毂内孔沟槽，用以防止机件发生轴向运动。扣环的种类依形式主要分为C形扣环和E形扣环两种，按其嵌入轴或孔内可分为轴用扣环和孔用扣环两种。C形扣环如图11-53所示，轴用与孔用皆适宜。E形扣环如图11-54所示，为轴用扣环。弹簧的种类（3）单片弹簧单片弹簧为单一金属片制成的弹簧，当弹簧的一端固定，另一端受力时，便会产生反作用力，如图11-55所示。弹簧常用材料弹簧在机械中常承受具有冲击性的变载荷，故弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限，同时应具有一定的冲击韧性、塑性和良好的热处理性能等。常用的弹簧材料有优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢和有色金属合金等。1．优质碳素弹簧钢2．合金弹簧钢3．有色金属合金11.7联轴器联轴器与离合器概述联轴器和离合器用来连接不同部件之间的两根轴或轴与其他回转零件，使之一起回转并传递转矩。用联轴器连接的两轴在工作时不能分开，只有在机器停止运转时，通过拆卸的方法才能把两根轴分离；而用离合器连接的两轴，在机器运转时，能方便地将两轴分开和接合。此外，它们有的还起到过载安全保护作用。联轴器、离合器是机械传动中的通用部件，而且大部分已标准化。联轴器的使用条件在正常情况下，轴的使用以整体制造为原则，但实际使用时常因下列原因必须将轴分段制造，再利用联轴器连接后使用。（1）由于材料或加工上的限制（2）传动轴前后左右两段转速不同（3）两转轴不在同一中心线上联轴器的类型联轴器的类型很多，按是否具有补偿轴线偏移的能力，可分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。1．刚性联轴器刚性联轴器不能补偿两根轴的轴线偏移，只能用于两根轴之间能够严格对中并在工作中不发生相对偏移的场合。（1）套筒联轴器套筒联轴器是利用套筒及连接零件（键或销）将两轴连接起来的，如图11-57所示。联轴器的类型（2）凸缘联轴器凸缘联轴器的构造简单、成本低，是最常使用的一种刚性联轴器。使用时轴必须对正，两凸缘分别用键和轴连接，再用螺栓锁紧，如图11-58所示。轴旋转时，螺栓受剪力作用而传递动力。联轴器的类型2．挠性联轴器挠性联轴器具有一定的补偿两根轴的轴线偏移的能力。根据补偿偏移的方法不同又可分为无弹性元件联轴器和弹性联轴器。（1）无弹性元