南昌大学《机械设计基础》课件-第2章连接

第2章连接南昌大学第2章连接第1节概述第2节轴毂连接第3节螺纹连接第4节螺旋传动第5节轴间连接第6节弹性连接

第1节概述

由于制造、装配、维修及运输等原因，机械都是由许多零部件按确定的方式连接而成的。连接动连接静连接可拆连接不可拆连接第1节概述动连接：组成连接的零件在工作中相对位置可以变化各种运动副均构成动连接，弹性零件作连接件时也构成动连接。

静连接：组成连接的零件在工作中相对位置不可以变化轴毂间的键连接、花键连接和销连接，用于紧固的螺纹连接等属于可拆静连接。焊接、铆接和胶接等属于不可拆静连接。第1节概述过盈配合连接，根据过盈量的大小，分别属于不开拆或可拆静连接。联轴器与离合器是用于轴间连接的部件，根据工作原理的不同，分别属于动连接或静连接。第2节轴毂连接安装在轴上的齿轮、带轮、链轮等传动零件，其轮毂与轴的连接，称为轴毂连接。主要类型键连接花键连接销连接过盈配合连接型面连接第2节轴毂连接一、键连接

作用：主要用作轴上零件的周向固定并传递转矩；

有的兼作轴上零件的轴向固定；还有的在轴上零件沿轴向移动时起导向作用。1.键连接的类型和应用按照结构特点和工作原理，键连接可分为平键连接、半圆键连接和楔键连接。第2节轴毂连接（1）平键连接图2-1平键连接的剖面结构平键连接的剖面结构如图2-1所示，平键的下面与轴上键槽紧贴，上面与轮毂键槽顶面留有间隙。两侧面为工作面，依靠键与键槽之间的挤压力Ft传递转矩T。根据用途，可将其分为普通型平键连接、薄型平键连接、导向平键连接。第2节轴毂连接①普通型平键连接图2-2普通型平键连接普通平键的主要尺寸是键宽b、键高h和键长L。端部有圆头（A型）、平头（B型）和单圆头（C型）三种形式。第2节轴毂连接②薄型平键连接薄型平键与普通平键比较，在键宽b相同时，键高h较小。薄型平键连接对轴和轮毂的强度削弱较小，用于薄壁结构和特殊场合。③导向型平键连接当轴上零件与轴构成移动副时，可采用导向平键连接，如图2-3所示。导向平键较普通平键长，为防止键体在轴中松动，用两个螺钉将其固定在轴上键槽中，键的中部设有起键螺孔，以便拆卸。若轴上零件沿轴向移动距离较长时，可采用如图2-4所示的滑键连接。第2节轴毂连接图2-3导向型平键连接图2-4滑键连接第2节轴毂连接半圆键呈半圆形，在轴上铣出相应的凹槽，轮毂槽开通。工作时依靠两个侧面传递转矩。键在轴槽中能绕其几何中心摆动，可适应轮毂上键槽的斜度，适合锥形轴头与轮毂的连接；但轴槽窄而深，对轴的强度削弱较大，主要用于轻载连接。（2）半圆键连接图2-5半圆键连接第2节轴毂连接楔键的上表面和轮毂槽底面均有1：100的斜度，键楔紧在轴毂之间。楔键的上下表面为工作面，依靠压紧面的挤压力和摩擦力传递转矩及单向轴向力。（3）楔键连接图2-6楔键连接第2节轴毂连接楔键分普通楔键和钩头楔键。在装配时，对A型（圆头）普通楔键要先将键放入键槽，然后打紧轮毂；对B型（平头）普通楔键和钩头楔键，可先将轮毂装到适当位置，再当键打紧。钩头与轮毂端面应留有余地，以便于拆卸。键楔紧后，轴与轴上零件的对中性差，在冲击、振动或变载荷下，连接容易松动，所以楔键连接适用于不要求准确定心、低速运转的场合。第2节轴毂连接图2-7切向键连接

当轴径d>100mm且传递较大转矩时，可采用由一对楔键组成的切向键连接（图2-7）。注意第2节轴毂连接2.平键连接的选用平键连接的选用步骤：（1）根据键连接的工作要求和使用特点，选择键连接的类型；（2）按照轴的公称直径d，从国家标准（表2-1）中选择平键的剖面尺寸b×h；（3）根据轮毂长度L1选择键长L，静连接取L=L1-（5~10）mm，动连接还要计及移动距离。键长L应符合标准长度系列；第2节轴毂连接

表2-1普通平键、导向平键和键槽的截面尺寸及公差/mm第2节轴毂连接（4）校核平键连接的强度：键连接的主要失效形式是较弱工作面的压溃（静连接）或过度磨损（动连接），因此应按照挤压应力或压强p进行条件性的强度计算，校核公式为（2-1）式中T——传递的转矩，N·mm

；

d——轴的直径，mm；

h——键高，mm；

l——键的工作长度，如图2-2所示，mm；（或[p]）——键连接的许用挤压应力（或许用压强[p]），见表2-2，计算时应取连接中较弱材料的值。第2节轴毂连接表2-2键连接材料的许用应力（压强）/MPa（5）选择并标注键连接的轴毂公差。如果强度不足，在结构允许时可以适当增加轮毂的长度和键长，或者间隔180°布置两个键。考虑载荷分布的不均匀性，双键连接按1.5个键进行强度校核。第2节轴毂连接例2-1如图2-8所示，某钢制输出轴与铸铁齿轮采用键连接，已知装齿轮处轴的直径d=45mm，齿轮轮毂长L1＝80mm，该轴传递的转矩T=200000N·mm，载荷有轻微冲击。试选用该键连接。图2-8键连接解：（1）选择键连接的类型

为了保证齿轮传动啮合良好，要求轴毂对中性好，故选用Ａ型普通平键连接。（2）选择键的主要尺寸按轴径d=45mm，由表2-1查得键宽b=14mm，键高h=9mm，键长L=80mm-（5~10）mm=（70~75）mm，取L=70mm。标记为：GB/T1096键14×9×70。第2节轴毂连接例2-1如图2-8所示，某钢制输出轴与铸铁齿轮采用键连接，已知装齿轮处轴的直径d=45mm，齿轮轮毂长L1＝80mm，该轴传递的转矩T=200000N·mm，载荷有轻微冲击。试选用该键连接。图2-8键连接（3）校核键连接强度由表2-2查铸铁材料［σＰ］=50~60MPa，由式（2-1）计算键连接的挤压强度所选键连接强度足够。第2节轴毂连接例2-1如图2-8所示，某钢制输出轴与铸铁齿轮采用键连接，已知装齿轮处轴的直径d=45mm，齿轮轮毂长L1＝80mm，该轴传递的转矩T=200000N·mm，载荷有轻微冲击。试选用该键连接。图2-8键连接（4）标注键连接公差轴、毂公差的标注如图2-9所示。图2-9轴、毂公差的标注第2节轴毂连接二、花键连接

花键连接由轴上加工出的外花键和轮毂孔内加工出的内花键组成（图2-10），工作时靠键齿的侧面互相挤压传递转矩。花键连接的优点：键齿数多，承载能力强；键槽较浅，应力集中小，对轴和轮毂的强度消弱也小；键齿均布，受力均布；轴上零件与轴的对中性好；导向性好。花键连接的缺点：加工成本较高。因此，花键连接用于定心精度要求较高和载荷较大的场合。第2节轴毂连接图2-10花键第2节轴毂连接花键连接已标准化，按齿形不同，分矩形花键和渐开线花键。矩形花键的齿廓为直线，规格为键数N×小径d×大径D×键宽B。按键数和键高不同，矩形花键分轻、中两个系列。对载荷较轻的静连接，可选用轻系列；载荷较大的静连接或动连接，可选用中系列。1.矩形花键第2节轴毂连接国家标准规定，矩形花键连接采用小径定心（图2-11），这种定心方式可采用热处理后磨内花键孔的工艺，提高定心精度，并在单件生产或花键孔直径较大时避免使用拉刀，以降低制造成本。图2-11矩形花键连接第2节轴毂连接渐开线花键的齿廓为渐开线，工作时齿面上有径向力，起自动定心的作用，使各齿均匀承载，强度高。渐开线花键可以用齿轮加工设备制造，工艺性好，加工精度高，互换性好。因此，渐开线花键连接常用于传递载荷较大、轴径较大、大批量生产的重要场合。2.渐开线花键第2节轴毂连接渐开线花键的主要参数为模数m、齿数z、分度圆压力角α等。按α可分为30°、37.5°和45°三种；按齿根形状可分为平齿根（图2-12）和圆齿根两种。图2-12渐开线花键连接第2节轴毂连接三、销连接

销连接通常用于固定零、部件之间的相对位置（定位销，图2-13），也用于轴毂间或其他零件间的连接（连接销，图2-14），还可充当过载剪断元件（安全销，图2-15）。图2-13定位销

图2-14连接销

图2-15安全销第2节轴毂连接

销分类及应用场合：销按形状分为圆柱销、圆锥销和异形销三类。圆柱销靠过盈与销孔配合，为保证定位精度和连接的坚固性，不宜经常装拆，主要用于定位,也可用作连接销和安全销。圆锥销具有1:50的锥度，小端直径为标准值，自锁性能好，定位精度高，主要用于定位，也可作为连接销。圆柱销和圆锥销的销孔均需铰制。异形销种类很多，其中开口销工作可靠，拆卸方便，常与槽形螺母合用，锁定螺纹连接件。第3节螺纹连接螺纹连接结构简单、装拆方便、类型多样，是机械和结构中应用最广泛的紧固件连接。一、螺纹的类型和应用

1.螺纹及其主要参数

在圆柱内、外表面上分别沿螺旋线切制出特定形状的沟槽即形成内、外螺纹，共同组成螺旋副。沿一条螺旋线形成的为单线螺纹，自锁性好，常用于连接；沿两条或两条以上等距螺旋线形成的为多线螺纹，效率较高，常用于传动。根据螺旋线方向可分为右旋螺纹和左旋螺纹，常用右旋螺纹。

第3节螺纹连接图2-22螺纹的主要参数螺纹的主要参数有：大径d、小径d1、中径d2、线数n、螺距P、导程Ph、螺纹升角λ、牙形角α或牙侧角β等。螺纹的升角与导程、螺距间的关系：（2-2）

图2-23螺纹的升角与导程、螺距间的关系第3节螺纹连接

图2-24螺纹的牙形第3节螺纹连接2.螺纹的类型、特点及应用（a）普通螺纹（b）管螺纹（d）梯形螺纹（e）锯齿形螺纹按照牙形不同，螺纹可分为普通螺纹、管螺纹、米制锥螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹等。除矩形螺纹外，均已标准化。除多数管螺纹采用英制外，均采用米制。（c）矩形螺纹第3节螺纹连接（a）普通螺纹牙型为等边三角形，α=60°，也称三角螺纹。对于同一公称直径，按螺距大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹。粗牙螺纹常用于一般连接；细牙螺纹自锁性好，强度高，但不耐磨，常用于细小零件、薄壁管件，或用于受冲击、振动和变载荷的连接，有时也作为调整螺纹用于微调机构。第3节螺纹连接牙型为等腰三角形，α=55°，适用于管子、管接头、旋塞、阀门等螺纹连接件。非螺纹密封的管螺纹本身不具有密封性，若要求连接后具有密封性，可压紧被连接件螺旋副外的密封面，也可在密封面间添加密封物；用螺纹密封的管螺纹在螺纹旋合后，利用本身的变形即可保证连接的密封性，不需要任何填料，密封简单。（b）管螺纹第3节螺纹连接米制锥螺纹牙型角α=600，螺纹分布在锥度为1：16的圆锥管壁上，牙顶为平顶，用于气体或液体管路系统依靠螺纹密封的连接螺纹（水和煤气管道用管螺纹除外）。矩形螺纹牙型为正方形，其传动效率高，但牙根强度弱、螺旋副磨损后的间隙难以修复和补偿，使传动精度降低，因此逐渐被梯形螺纹所代替。（c）矩形螺纹第3节螺纹连接牙型为等腰梯形，α=300，其传动效率略低于矩形螺纹，但牙根强度高，工艺性和对中性好，可补偿磨损后的间隙，是最常用的传动螺纹。锯齿形螺纹牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角β1=30，非工作面的牙侧角β2=300，兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点，用于单向受力的传动中。（d）梯形螺纹（e）锯齿形螺纹二、螺纹连接的主要类型和应用

螺纹连接由连接件和被连接件组成。表2-3列出了螺纹连接的主要类型、构造、螺纹连接和螺纹连接件的特点及应用，螺纹连接的主要尺寸关系等。

螺纹连接件分A、B、C三个精度等级。A级精度最高，用于重要连接；B级精度次之；C级精度多用于一般的连接。螺纹连接件的性能等级与推荐材料，见表2-4。第3节螺纹连接第3节螺纹连接表2-3螺纹连接的主要类型及应用第3节螺纹连接续表第3节螺纹连接续表第3节螺纹连接表2-4螺纹连接件的性能等级与推荐材料三、螺纹连接的拧紧和防松

螺纹连接在承受工作载荷之前，一般需要拧紧，这种连接称为紧连接。个别不需要拧紧的连接，称为松连接。拧紧可提高连接的紧密性、紧固性和可靠性。第3节螺纹连接1.螺纹连接的拧紧及控制对M10～M68的粗牙普通螺纹，无润滑条件下拧紧需满足如下公式式中

T′——拧紧力矩，N·mm

；

F′——预紧力，N；

d——

螺纹连接件的公称直径，mm。（2-3）第3节螺纹连接预紧力过大，螺栓可能被拧断，螺纹牙可能被剪断而滑扣，被连接件可能被压碎。预紧力过小，紧固件可能松脱，螺栓疲劳寿命下降，被连接件可能出现滑移或分离。因此有必要在拧紧螺栓时控制拧紧力矩，从而控制预紧力。控制预紧力的典型工具：指针式测力矩扳手、预置式定力矩扳手。第3节螺纹连接

图2-25控制预紧力矩扳手使用呆扳手可以在一定程度上控制拧紧力矩，而使用可以调整的活扳手就难以控制拧紧力矩。为防止螺栓过载折断，对于重要的连接，不宜采用小于M12~M16的螺栓。在重要的场合，可采用测量螺栓伸长或螺母转角的方法控制预紧力第3节螺纹连接

图2-26拧紧螺栓的顺序示例

为了使被连接件均匀受压，互相贴合紧密、连接牢固，在装配时要根据螺栓实际分布情况，按一定的顺序逐次（常为2~3次）拧紧，而拆卸时的顺序与装配时恰好相反。第3节螺纹连接

图2-27避免螺栓承受偏心载荷的措施对于铸锻焊件等粗糙表面，应加工成凸台、沉头座或采用球面垫圈；支承面倾斜时应采用斜面垫圈。这样可使螺栓轴线垂直于支承面，避免承受偏心载荷。图中尺寸E要保证扳手所需活动空间。连接螺纹常为单线，满足自锁条件。拧紧后，螺纹连接一般不会松动。但在变载荷冲击、振动的作用下，在工作温度急剧变化时，都会使预紧力减小，摩擦力降低，导致螺旋副相对转动，使螺纹连接松动，危害很大，必须采取防松措施。第3节螺纹连接2.螺纹连接的防松措施（1）摩擦防松使螺旋副中产生不随外力变化的正压力，以形成阻止螺旋副相对转动的摩擦力。第3节螺纹连接

图2-28摩擦防松摩擦防松对顶螺母防松效果较好，金属锁紧螺母次之，弹簧垫圈效果较差。适用于机械外部静止构件的连接，以及防松要求不严格的场合。第3节螺纹连接（2）锁住防松用各种止动件机械地限制螺旋副相对转动。这种方法可靠，但装拆麻烦，适用于机械外部静止构件的连接，以及防松要求不严格的场合。

图2-29锁住防松第3节螺纹连接（3）不可拆防松在螺旋副拧紧后，采用端铆、冲点、焊接、胶接等措施，使螺纹连接不可拆。这种方法简单可靠，适用于装配后不再拆卸的连接。

图2-30不可拆防松四、螺栓连接的强度计算

在轴向静载荷的作用下，普通螺栓连接的失效形式一般为螺栓杆螺纹部分的塑性变形或断裂，因此对普通螺栓连接要进行拉伸强度计算。第3节螺纹连接1.普通螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算，主要是确定螺栓的直径或校核螺栓危险截面的强度。第3节螺纹连接（1）松螺栓连接的强度计算强度校核公式（2-4）（2-5）设计计算公式式中F——轴向工作载荷，N；

d1——螺栓小径，mm；

——螺栓材料的许用拉应力，MPa，见表2-5。

图2-31松螺栓

连接实例第3节螺纹连接表2-5一般机械用螺栓连接在静载荷下的许用应力与安全系数第3节螺纹连接（2）紧螺栓连接的强度计算①受横向工作载荷的紧螺栓连接（2-6）预紧力计算公式

图2-32受横向工作载

荷的紧螺栓连接式中F′——螺栓所受轴向预紧力，N；Fs——螺栓连接所受横向工作载荷，N；C——可靠性系数，取C=1.1~1.3;f——接合面间的摩擦因数,对于干燥的钢铁件表面,取f

=0.1~0.16;

m——接合面间的数目。螺栓的强度校核公式设计计算公式（2-7）（2-8）第3节螺纹连接螺栓除受预紧力F′引起的拉应力外，还受螺旋副中摩擦力矩T引起的切应力τ的作用。对于M10~M68的普通钢制螺栓，τ≈0.5σ，根据第四强度理论，可知相当应力σe≈1.3σ。第3节螺纹连接②受轴向工作载荷的紧螺栓连接（2-9）

图2-33受轴向工作载荷的紧螺栓连接这种连接常见于对紧密性要求较高的压力容器中，如气缸、油缸中的法兰连接。

螺栓所受总拉力FQ应为轴向工作载荷F与残余预紧力F″之和，即第3节螺纹连接为保证连接的紧固性与紧密性，残余预紧力F″应大于零，表2-6列出了F″的推荐值。表2-6残余预紧力F″的推荐值螺栓的强度校核公式设计计算公式（2-10）（2-11）第3节螺纹连接

压力容器中的螺栓连接，除满足式（2-10）外，还要有适当的螺栓间距to。to太大会影响连接的紧密性；通常，3d≤to

≤7d。铰制孔用螺栓的失效形式，一般为螺栓杆被剪断、螺栓杆或孔壁被压溃。第3节螺纹连接2.铰制孔用螺栓连接的强度计算剪切强度条件为螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为式中Fs——单个铰制孔用螺栓所受的横向载荷，N；

ds——铰制孔用螺栓剪切面直径，mm；

hmin——螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，mm；

[τ]——螺栓许用切应力，MPa，；

[σp]——螺栓或被连接件的许用挤压拉应力，MPa。

图2-34铰制孔用螺栓连接（2-12）（2-13）第3节螺纹连接例2-2

如图2-33所示，气缸盖与气缸体的凸缘厚度均为b=30mm，采用普通螺栓连接。已知气体的压强p=1.5Mpa，气缸内径D=250mm，螺栓分布圆直径D0=350mm，采用测力矩扳手装配。试选择螺栓的材料和性能等级，确定螺栓的数量和直径。解

（1）选择螺栓材料和性能等级该连接属于受轴向工作载荷的紧螺栓连接，较重要，由表2-4，选45钢，6.8级，其Rm=6×100Mpa=600Mpa；ReL=8×600/10Mpa=480Mpa。第3节螺纹连接（2）计算螺栓所受的总拉力每个螺栓所受工作载荷为由表2-6查得F”=(1.5~1.8)F，取F”=1.6F。由式2-9，每个螺栓所受的总拉力为第3节螺纹连接（3）计算所需螺栓直径和数量由表2-5查得[S]=2，则[σ]=ReL/[S]=480/2Mpa=240Mpa初选z=8，求得d1=12.85mm，查国家标准，选取M16的螺栓。（4）校验螺栓分布间距t0max=7d=112mm，t0min=3d=48mm，t0=πD0/z=137mm>t0max。为了保证连接的紧密性，螺栓数z取为12，t0=92mm，能满足间距要求，且强度更好，所以选用12个M16螺栓。第4节螺旋传动一、螺旋传动的类型、特点和应用

螺旋传动由螺杆、螺母和机架组成，将回转运动变换为直线运动，同时传递运动和动力，是一种常用的机械传动形式。螺旋机构分类：简单螺旋机构、差动螺旋机构、复式螺旋机构。螺旋传动分类：传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋。第4节螺旋传动（1）传力螺旋

最典型为螺母固定、螺杆转动并移动的形式。利用传动的增力优点，以传递动力为主，用于低速回转、间歇工作和要求自锁的场合，如螺旋起重器、螺旋压力机等。

图2-42（a）

传力螺旋第4节螺旋传动（2）传导螺旋

最典型为螺杆转动、螺母移动的形式。利用传动均匀、平稳、准确的优点，以传递运动为主，用于高速回转、连续工作和要求高效率、高精度的场合，如机床刀架或工作台的进给机构等。

图2-42（b）

传导螺旋第4节螺旋传动（3）调整螺旋

最典型为螺杆转动并移动、螺母移动的形式。螺杆上两段螺纹的旋向相同而导程不同时，称为差动螺旋（图2-42c），两导程若相差很小，螺母可实现微小位移，故又称微动螺旋，用于镗刀杆、螺旋测微仪等。螺杆上两段螺纹的旋向相反时，称为复式螺纹，可实现快速移动，用于夹具、张紧装置等。

图2-42（c）

调整螺旋第4节螺旋传动螺旋传动按摩擦副的摩擦性质，分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。滑动螺旋优点：结构简单、制造方便、工作平稳、易于自锁。缺点：摩擦阻力大、传动效率低、定位精度差、磨损较快。适用场合：广泛用于对传动精度和效率要求不高的场合。第4节螺旋传动滚动螺旋是在螺旋副中充填滚珠，静压螺旋是在螺旋副中注入高压油，它们克服了滑动螺旋的上述缺点，传动效率前者可达0.9以上，但结构复杂，无自锁性能，成本较高，仅用于要求高效率、高精度的重要传动中。

图2-43滚动螺旋

图2-44静压螺旋第4节螺旋传动二、滑动螺旋副的结构和材料

滑动螺旋传动常用梯形螺纹。为补偿螺旋副的磨损，消除轴向间隙，避免反转时的空程，可采用补偿机构。常用补偿装置：楔块式间隙补偿装置、双螺母间隙补偿装置。图2-45楔块式间隙补偿装置

如图2-45所示为用于车床刀架横向进给丝杠的楔块式间隙补偿装置。调整时，先松开螺钉1，再旋紧螺钉2，楔块3将螺母的左半部推开，直到消除间隙为止，然后再旋紧螺钉1将左半部螺母固定起来。第4节螺旋传动第4节螺旋传动图2-46双螺母间隙补偿装置

如图2-46所示为双螺母间隙补偿装置，两个螺母1和3与螺母体2采用间隙配合，主螺母1与螺母体2用螺钉固定，副螺母3与螺母体2之间有键限制转动。调整时，旋转螺母4，使螺母3作轴向移动而消除间隙。第4节螺旋传动螺杆重要传动——40Cr、40WMn精密传动——CrWMn、38CrMoAl一般传动——45、50钢螺母常用材料——ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5低速重载——铸铁、灰铸铁尺寸较大——钢、铸铁螺旋副的材料第4节螺旋传动例2-4如图2-35所示的螺旋机构中，螺杆1有两段螺旋A和B，导程分别为SA=6mm，SA=5mm，当手柄按图示方向（K向看为顺时针）转动φ=π时，求螺母2相对机架3的移动距离及方向：（1）当A、B均为右旋时；

（2）当A为左旋，B为右旋时。图2-35螺旋机构解：（1）为差动（微动）螺旋机构当螺杆1转过φ角后，螺母2既随A段向右移动xA=SAφ/2π，又相对B段向左移动xB=SBφ/2π，则螺母2相对机架3的实际位移x为x=xA－xB=（SA－SB）φ/2π这里，x=（6-5）π/2πmm=0.5mm，移动方向向右。第4节螺旋传动例2-4如图2-35所示的螺旋机构中，螺杆1有两段螺旋A和B，导程分别为SA=6mm，SA=5mm，当手柄按图示方向（K向看为顺时针）转动φ=π时，求螺母2相对机架3的移动距离及方向：（1）当A、B均为右旋时；

（2）当A为左旋，B为右旋时。图2-35螺旋机构解：（2）为复式螺旋机构当螺杆1转过φ角后，螺母2既随A段向左移动xA=SAφ/2π，又相对B段向左移动xB=SBφ/2π，则螺母2相对机架3的实际位移x为x=xA+xB=（SA+SB）φ/2π这里，x=（6+5）π/2πmm=5.5mm，移动方向向左。第5节轴间连接一、常用联轴器

联轴器所连接的两轴，由于制造和安装误差、受载变形、温度变化和机座下沉等原因，可能产生轴线的径向、轴向、角向或综合偏移（图2-48）。因此，要求联轴器在传递运动和转矩的同时，还应具有一定范围的补偿轴线偏移、缓冲吸振的能力。按此可将联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器。图2-48轴线偏移形式第5节轴间连接1.刚性联轴器

刚性联轴器结构简单、制造容易、承载能力大、成本低。但没有补偿轴线偏移的能力。适用于载荷平稳、转速稳定、两轴对中良好的场合。分类凸缘联轴器（GY、GYS型）

套筒联轴器（GT型）

第5节轴间连接（1）凸缘联轴器（GY、GYS型）

图2-49凸缘联轴器如图2-49所示，凸缘联轴器由两个带有凸缘的半联轴器1、3分别用键与两轴连接，然后用螺栓组2将1、3连接成一体，以实现两轴连接。GY型由铰制孔用螺栓对中，装拆方便，传递转矩较大；GYS型采用普通螺栓连接，靠对中榫对中，制造成本低，但装拆时轴须作轴向移动。第5节轴间连接（2）套筒联轴器（GT型）

图2-50套筒联轴器如图2-50所示，套筒联轴器利用公共套筒和键、销等连接两轴，径向尺寸小，转动惯量也小，可用于起动频繁和速度常变化的传动。第5节轴间连接2.无弹性元件的挠性联轴器

挠性联轴器靠本身动连接的可移功能补偿轴线偏移，适用于载荷和转速有变化及两轴有偏移的场合。分类滑块联轴器（HH型）齿式联轴器（CZ型）万向联轴器（WS型）第5节轴间连接（1）滑块联轴器（HH型）

图2-51套筒联轴器如图所示，滑块联轴器由两个与轴用键连接的半联轴器1、3和中间滑块2组成，2的两面有互成900的径向凸榫，1、3的端面有径向凹槽，利用凸榫与凹槽相互嵌合构成移动副，可补偿径向偏移和角偏移，但转动时滑块有较大的离心惯性力。第5节轴间连接（2）齿式联轴器（CZ型）

图2-52齿式联轴器齿式联轴器由两个带外齿的轮毂分别与主、从动轴相连接，两个带内齿的凸缘用螺栓紧固，利用内外齿啮合以实现两轴连接。其外廓尺寸紧凑、传递转矩大，可补偿综合偏移，但成本较高，适用于高速、重载、起动频繁和经常正反转的场合。第5节轴间连接（3）万向联轴器（WS型）

图2-53单万向联轴器如图2-53所示，万向联轴器上与主、从动轴相联的叉形件1、3与十字轴2分别构成转动副，允许有较大的角偏移。对于图示的单万向联轴器，主动轴叉1以等角速度ω1回转时，从动轴叉3的角速度ω3将作周期性变化，引起动载荷。第5节轴间连接图2-54双万向联轴器

为使ω1

＝ω3，一般将两个单万向联轴器成对使用，且应满足3个条件：①主、从动轴与中间轴夹角α1

＝α3；②中间轴两端的叉应共面；③主、从动轴与中间轴的轴线应共面。其径向尺寸小，适用于连接夹角较大的两轴。第5节轴间连接3.非金属弹性元件的挠性联轴器

定义：靠弹性元件的弹性变形及阻尼作用来补偿轴线偏移、缓冲吸振的联轴器，称为弹性元件的挠性联轴器。

分类弹性套柱销联轴器（LT型）

弹性柱销联轴器（LX型）第5节轴间连接（1）弹性套柱销联轴器（LT型）

图2-55弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器上有锥端的柱销2固定于半联轴器1，柱销上套装的橡胶弹性套3伸入半联轴器4上的孔中，实现两轴的连接。其制造方便，适用于起动频繁的高、中速轴的中、小转矩传动。弹性套3易磨损，为便于更换，要留有装拆柱销的空间尺寸A。还要防止油类与弹性套接触。第5节轴间连接（2）弹性柱销联轴器（LH型）

图2-56弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器利用置于半联轴器1、3凸缘孔中的尼龙柱销2，实现两轴连接。为防止柱销滑出设挡板4。其适用于起动及换向频繁的转矩较大的中、低速轴。使用温度为-20～70℃。第5节轴间连接4.金属弹性元件的挠性联轴器

图2-57蛇形弹簧联轴器蛇形弹簧联轴器（JSH型）由两个带外齿圈的半联轴器1、3和置于齿间的一组蛇形板簧2组成。每个齿圈上有50~100个齿，齿间的弹簧1~3层。为了便于安装分成6~8段。蛇簧用外壳4、5罩住。这类联轴器补偿偏移能力强，适用于大功率的机械传动。第5节轴间连接二、联轴器的选用

根据工作载荷的大小和性质、转速高低、两轴相对偏移的大小和形式，环境状况，兼顾使用寿命、装拆维护和经济性等方面的因素，选择合适的类型。

在载荷平稳、转速恒定、低速的场合，刚性大的短轴可选用刚性联轴器；刚性小的长轴可选用无弹性元件的挠性联轴器。在载荷多变、高速回转、频繁启动、经常反转和两轴不能保证严格对中的场合，可选用弹性元件的挠性联轴器。1.联轴器类型的选择

第5节轴间连接2.联轴器型号的选择

计算转矩按下式计算：

Tc=KT

式中：K—工作情况系数，考虑机器起动时的动载荷和使用中可能出现的过载现象，见表2-7；T—联轴器的名义转矩，N·mm

。（2-14）第5节轴间连接表2-7工作情况系数K确定型号时，应使联轴器的计算转矩不超过公称转矩；工作转速不超过许用转速；联轴器的轴孔型式、直径、长度及键槽型式与所连接两轴的相关参数也应协调一致。第5节轴间连接例2-5某离心式水泵与电动机用联轴器相连。

已知电动机的功率P=30kW，转速n=1470r/min；电动机外伸轴直径d1=48mm，长L1=112mm；水泵外伸轴直径d2=42mm，长L2=84mm。试选择该联轴器的类型，确定型号，写出标记。解：（1）类型的选择离心式水泵载荷平稳，轴短、刚性大，其传递的转矩也较大。水泵与电动机通常共用一个底座，便于调整、找正，所以选凸缘联轴器。

第5节轴间连接（2）确定型号由表2-7查得联轴器的工作情况系数K=1.3，由式（2-14）查凸缘联轴器国家标准，选GYD9型有对中榫凸缘联轴器：两轴直径均与标准相符，故主动端选Y型轴孔、A型键槽；从动端选J1型轴孔、A型键槽。

（3）写出标记第5节轴间连接三、联轴器的安全使用

常用联轴器在安装和使用中必须满足以下要求：刚性联轴器不宜承受冲击载荷，其连接螺栓伸出螺母外的长度为1.5~3倍螺距。套筒联轴器不宜承受冲击载荷，其连接螺钉不应超出轴套管的最大圆柱表面。齿式联轴器不能承受大的冲击载荷，如果存在齿轮有崩裂，齿面有严重疲劳点蚀、明显凹痕，齿厚减薄量大于原齿厚的15%，或连接件松动等现象，均应更换。滑块联轴器不宜承受大的冲击载荷，滑块有崩裂、缺损时不得继续使用。弹性套柱销联轴器的柱销和弹性套应完好，柱销螺纹头伸出螺母外的长度应为1.5~3倍螺距；被油脂等有害于橡胶的介质侵蚀的，或橡胶老化、破损的弹性套，应及时更换。联轴器上凸出的螺钉、销钉、键等均可能带来伤害，应该加设防护罩，最常见的是Ω形防护罩。第5节轴间连接第5节轴间连接四、常用离合器

离合器可以根据需要使两轴接合或分离，以满足机器变速、换向、空载启动、过载保护等方面的要求。分类操纵离合器嵌合式离合器摩擦式离合器自控离合器牙嵌离合器离心离合器超越离合器第5节轴间连接1.操纵离合器

（1）嵌合式离合器

嵌合式离合器是利用特殊形状的牙、齿、键等相互嵌合来传递转矩的。嵌合式离合器结构简单，主、从动轴能同步回转，外形尺寸小，传递转矩大，在嵌合时有刚性冲击，适用于停机或低速时接合。图2-58牙嵌式离合器第5节轴间连接（2）摩擦式离合器

摩擦式离合器利用摩擦副的摩擦力传递转矩。摩擦式离合器接合平稳，冲击与振动较小，有过载保护作用，但在离合过程中，主、从动轴不能同步回转，外形尺寸大，适用于高速下接合，而主、从动轴同步要求低的场合。图2-59多片圆盘摩擦离合器第5节轴间连接2.自控离合器

（1）牙嵌离合器

图2-48牙嵌式安全离合器

如图所示，端面带牙的离合器左半2和右半3，靠弹簧1嵌合压紧以传递转矩。当从动轴4上的载荷过大时，牙面5上产生的轴向分力将超过弹簧的压力，而迫使离合器发生跳跃式的滑动，使从动轴4自动停转。调节螺母6可改变弹簧压力，从而改变离合器传递转矩的大小。第5节轴间连接（2）离心离合器

图2-49离心离合器如图所示，为发动机上的离心离合器。当发动机起动后达到一定转速时，在离心惯性力的作用下，与主动轴相连接的闸瓦2克服了弹簧1的拉力，与装在从动轴上的离合器盘3的内表面相接触，带动从动轴自动进入转动状态，可避免起动过载。图示为常开式离心离合器，还有常闭式。第5节轴间连接（3）超越离合器

图2-50超越离合器如图所示，超越离合器的星轮1与主动轴相连，顺时针回转，滚柱3受摩擦力作用滚向狭窄部位被楔紧，外环2随星轮1同向回转，离合器接合。星轮1逆时针回转时，滚柱3滚向宽敞部位，外环2不与星轮1同转，离合器自动分离。滚柱一般为3～8个。弹簧4起均载作用。第6节弹性连接弹性零件：受载后产生变形，卸载后通常立即恢复原有形状和尺寸的零件。图2-63弹性连接

如图所示的零件1和2，主要是依靠装在它们之间的弹性零件3（连接件）实现连接的。这种依靠弹性零件实现被连接件在有限相对运动时仍保持固定联系的动连接，称为弹性连接。第6节弹性连接一、弹性连接的功用和弹簧的类型

（1）缓冲吸振，改善被连接件的工作平稳性。1.弹性连接的功用（2）控制运动，适应被连接件的工作位置变化。（3）储能输能，提供被连接件运动所需动力。（4）测量载荷，标志被连接件所受外力的大小。第6节弹性连接2.弹簧的类型

弹簧是最常用的弹性零件，为满足弹性连接的各种要求，弹簧有表2-8所列的基本类型。表2-8弹簧的基本类型第6节弹性连接二、弹簧的材料与制作

1.弹簧的材料工艺性能要求：良好的淬透性、不易脱碳、便于卷绕。

热轧——65Mn、60Si2MnA、50CrVA

力学性能要求：高的弹性极限、屈强比和疲劳极限、足够的韧性和塑性。材料冷拉弹簧钢——5~80钢、40Mn~70Mn第6节弹性连接表2-9碳素弹簧钢丝材料的部分性能第6节弹性连接2.弹簧的制作卷制端部加工热处理工艺试验强压处理卷制分冷卷和热卷。冷卷多用于d≤8～10mm、经过热处理的冷拉钢丝，卷制后须经低温回火以消除内应力。钢丝直径较大时应采用热卷，卷成之后要进行淬火和回火。第6节弹性连接

为使载荷作用线与弹簧轴线趋于重合，大多数压缩弹簧两端各有3/4～7/4圈并紧磨平（图2-64），称为支承圈。拉伸弹簧两端则制成钩环（图2-65），以便安装和加载。图2-64压缩弹簧的常用端部结构图2-65拉伸弹簧的常用端部结构第6节弹性连接

对重要弹簧应进行工艺试验，以检查材料缺陷和热处理效果，兼有稳定弹性极限和确定永久变形的作用。

为提高承载能力，可对压缩弹簧进行强压处理。用超过弹簧材料弹性极限的载荷，将弹簧压缩2～3次或6～48h，使簧丝表面产生残余应力，从而提高弹簧的静载强度。为了提高弹簧的疲劳强度，可采用喷丸处理，使弹簧表面产生有益的残余压应力。经过强压处理和喷丸处理的弹簧，不得再进行热处理。第6节弹性连接三、弹簧的几何尺寸

圆柱形螺旋压缩（拉伸）弹簧（图2-66）的几何尺寸计算公式见表2-10。图2-66圆柱形螺旋压缩（拉伸）弹簧第6节弹性连接表2-10圆柱形螺旋弹簧的几何尺寸计算公式第6节弹性连接四、弹簧的特性线

定义：弹簧所受载荷与其变形的关系曲线。圆柱螺旋压缩弹簧的特性线圆柱螺旋拉伸弹簧的特性线作用：弹簧的类型选择、试验及检验的重要依据特性线第6节弹性连接1.圆柱螺旋压缩弹簧的特性线图2-67圆柱螺旋压缩弹簧的特性线如图所示，为使压缩弹簧在安装时位置稳定，通常给弹簧加一初始载荷F1（最小工作载荷），相应的变形量为λ1，于是，弹簧从自由高度Ho降为安装高度H1，H1=Ho-λ1，F1=（0.1~0.5)F2。F2为弹簧所受到的最大工作载荷，相应的变形量为λ2，此时弹簧的高度降为工作高度H2