第16章连接(差螺纹连接)

单击此处编辑母版标题样式,特别申明：本电子教案中所有素材的版权归原创作者国防科技大学潘存云教授所有。购买方有权复制多份光盘用于本单位的教学。但不得提供给第三方。未经作者同意，也不得在公开出版物中引用其中的素材，违者应承担相应的法律责任。作者：潘存云 教授,2004,年,2,月,第二级,第三级,第四级,第五级,中国地质大学专用 作者： 潘存云教授,*,1,6,1,键连接,第,1,6,章键、花键、无键连接和销连接,1,6,2,花键连接,1,6,3,无键连接,1,6,4,销连接,1,6,1,键连接和花键连接,作用：,用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩或实现零件的轴向固定或移动。,一、键连接的类型,类型：,平键、半圆键、楔键、切向键等。,1.,平键,连接,（松键联接）,工作面,特点：,定心好、装拆方便。,种类,普通平键,薄型平键,导向平键,滑键,间隙,潘存云教授研制,潘存云教授研制,轴,普通平键结构,单圆头,(C,型,),圆头,(A,型,),平头,(B,型,),普通平键应用最广。,A,型,B,型,C,型,1),普通平键联接,用于轴毂间无轴向相对滑动的静连接。,圆头键（,A,型）,：轴上的键槽用端铣刀铣出（右下图,a,），轴上键槽端部的应力集中较大，但键的安装比较牢固。能传递较大力；,平头键（,B,型）,：轴上的键槽用盆铣刀铣出（右下图,b,） ，应力集中小，键在键槽中固定较差，常用在轴的中部或端部，对于尺寸大的键，宜用紧定螺钉固定在轴上；,单圆头键（,C,型）,：轴上的键槽用端铣刀铣出，常用在端部。,轮毂上的键槽一般用插刀或拉刀加工而成,.,2,）、薄型平键,薄型平键也有圆头、平头和单圆头三种。,标准薄型干键的高度约为普通平键的,60,一,70,，因而传递,转矩的能力较小，适用于空心轴、薄壁轮毂或只传递运动的,轴毂连接,。,起键螺孔,3,）导向平键（,导向平键和滑键都用于轮毂需作轴向移动的动连接。）,零件可以在轴上移动，构成动连接。,滑移距离较大时，平键过长，制造困难，故可采用滑键。,结构特点：,长度较长，需用螺钉固定。,为便于装拆，制有起键螺孔。,潘存云教授研制,固定螺钉,潘存云教授研制,潘存云教授研制,起键螺孔,固定螺钉,4,）滑键,双钩头滑键,结构特点：,两端有钩头，键固定在轮毂上，键短，槽长。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,单圆钩头滑键,结构特点：,单圆钩头，嵌入轮毂中。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,普通平键和键槽尺寸,A,型,B,型,C,型,b,h,R,=,b,/2,C,45,或,r,L,L,L,b,h,b,t,d,-,t,b,t,1,d,+,t,1,标记实例：,圆头普通平键,(A,型,):,键,16,100 GB1096 79,方头普通平键,(B,型,):,键,B16,100 GB1096,79,单圆头普通平键,(C,型,) :,键,C16,100 GB1096 79,潘存云教授研制,d,潘存云教授研制,d,b,h,C,或,r,L,t,t,1,半径,r,续表,键的尺寸,键 槽,轴的直径,自,68 2 2 620 1.2 1, 810 3 3 0.160.25 636 1.8 1.4 0.080.16, 1012 4 4 845 2.5 1.8, 1217 5 5 1056 3.0 2.3, 1722 6 6 0.250.4 1470 3.5 2.8 0.160.25, 2230 8 7 1890 4.0 3.3, 3038 10 8 22110 5.0 3.3, 3844 12 8 28140 5.0 3.3, 4450 14 9 0.40.6 36160 5.5 3.8 0.250.4, 5058 16 10 45180 6.5 4.3, 5865 18 11 50200 7.0 4.4, 6575 20 12 56220 7.5 4.9, 7585 22 14 63250 9.0 5.4,0.60.8 0.40.6,潘存云教授研制,2.,半圆键,连接,优点：,定心好，装配方便。,因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。,缺点：,对轴的削弱较大，只适,用于轻载连接。,特别适用于锥形轴端的连接。,潘存云教授研制,工作面,潘存云教授研制,3.,楔键,连接和切向键连接,结构特点：,键的上表面有,1:100,的斜度，,轮毂槽的底面也有,1:100,的斜度。,缺点：,定心精度不高。,应用：,只能应用于定心精度不高，载荷,平稳和低速的连接。,安装时用力打入,工作面,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,d,类型,：,普通楔键、钩头楔键。,钩头是用来拆卸用的,拆卸空间,斜度,1:100,在重型机械中常采用,切向键,一对楔键组成。,装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成,120130 ,。,窄面,工作面,潘存云教授研制,潘存云教授研制,二、键的选择,键为,标准件,，其设计为,选择性,设计，包括,类型选择,和,尺寸选择,。,1,、键联接的类型选择,根据联接的工作和使用要求，结合各类键联接的特点选择键的类型（传递转矩要求、对中性要求、轴上零件是否要求滑移、轴上零件位置要求，是否要求承受轴向力），一般优先选用普通平键的,A,型键，再考虑,C,型键 。,2,、键尺寸的选择,包括截面尺寸（键的宽度,b,、高度,h,）和公称长度,L,。,根据,轴的直径,，从标准中选择确定,b,和,h,；根据轴上零件的轮毂宽度,B,来初定键的长度，再标准化。,但导向平键则按轮毂的长度及其移动距离确定键长。,键的,标记,示例：键（,A,型键,A,不标，,B,或,C,）,20,90 GB1096-79,三、键联接的强度校核,1,、平键联接的强度校核,1,）受力情况,挤压力：,N,d/2=T,2,）失效形式及计算准则,普通平键联接（静联接）：较弱零件（通常为轮毂）工作面压溃；,按挤压强度准则计算,，即,P,p,；,导向平键（动联接）：键工作面的过度磨损；,按耐磨性准则计算,，即,pp,3,）建立计算公式,（假定载荷在键的工作面上均匀分布）,对,静联接,对,动联接,式中,T,为传递的转矩；,k,为键与轮毂键槽的接触高度，,k=0.5h,，,h,为键的高度；,l,为键的工作长度，圆头平键（,A,型）：,l=L-b,，平头平键（,B,型）,l=L,，半圆头平键（,C,型）,l=L-b/2,；,p,、,p,为许用挤压应力和许用压强，应按键、轴、轮毂三者中性能最弱的材料选择。,钢,125150 100120 6090,键连接的许用挤压应力、许用压力,许用值 轮毂材料,静载荷 轻微冲击 冲 击,载 荷 性 质,铸铁,7080 5060 3045,钢,50 40 30,p,p,2,、半圆键联接的强度校核,1,）受力情况,挤压力：,N,d/2=T,2,）失效形式及计算准则,由于半圆键的宽度,b,较小，故,失效形式可能是被剪断与工作面被压溃。,按剪切强度准则计算,，,即,；,3,）建立计算公式,式中：,l,键的工作长度，取,l=L,（,L,为键的公称长度）；,b,键宽；,许用剪应力。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,d,潘存云教授研制,双键布置规则：,平键： 沿周向按,180,布置；,半圆键：同一条母线上；,楔键： 夹角成,120 130,120 130,说明：,若进行强度校核后，发现强度不够，可采取如下措施：,增加键的个数，但是考虑到载荷分布的不均匀性，两键联接的强度只按,1.5,个键计算。,例,如图所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与减速器的低速轴相联接。试选择两处键的类型及尺寸，并校核其联接强度。已知：轴的材料为,45,钢，传递的转矩,T=1000N.m,，齿轮用锻钢制成，半联轴器用灰铸铁制成，工作时有轻微,冲击,。,分析,在设计平键联接时，首先轴和轴毂的材料和尺寸已经确定，联接中所传递的转矩也已知，因此根据联接的结构和使用条件，,先确定键的类型,，由轴的直径尺寸按标准,选取平键的剖面尺寸,并以轮毂尺寸,确定键的长度,，最后利用强度条件,作校核计算,解：,1,、齿轮处,1,）选择键的联接类型和尺寸。,由于齿轮不在轴端，采用普通圆头平键（,A,型）。已知齿轮处轴的直径,d=90mm,，毂长,L,=90mm,，查手册可确定键的截面尺寸,b*h=25*14,，键的长度取,L=80mm,。,2,）校核键联接的强度,键、轴和轮毂的材料都是钢， 钢的许用挤压强度,p,取,110MPa,。,键的工作长度：,。,接触高度：,可见齿轮处联接的挤压强度足够。,2,、联轴器处,1,）选择键的联接类型和尺寸,。,由于凸缘式联轴器要求对中性好，应选择平键联接，联轴器位于轴端，故选择单圆头普通平键。由其轴径大小和毂的长度尺寸，查手册可确定键的截面尺寸,b*h=20*12,，键的长度取,L=125mm,。,2,）校核键联接的强度,联轴器为铸铁，比较薄弱，其许用挤压强度,p,取,50MPa60MPa,。,键的工作长度,键的接触高度：,则键联接的挤压强度为：,可见联轴器处强度也满足。,一、花键,联接的特点与类型选择,潘存云教授研制,潘存云教授研制,花键连接,是由外花键和内花键,构成。齿的,侧面,是工作面。,可用于,静连接,或,动连接,。,与平键连接比较，花键连接的,优点,是：键齿数较多且受载均匀，故可承受很大的载荷；因键槽较浅，对轴、毅的强度削弱较轻；,轴上零件与轴的对中性好、导向性好。,缺点,是：需用专门的设备加工，成本较高。,花键连接常用于汽车、拖拉机和机床中需换挡的轴毂联接。,花键连接按齿形不同，分为,矩形花键,和,渐开线花键,两种，均已标准化。,1,6,-2,花键连接,1,、矩形花键联接,在矩形花键连接中，按齿数和齿高的不同，在标准中规定了,两个系列：,轻系列和中系列。,轻系列,：用于静联接或轻载联接,中系列,：用于中等载荷的联接。,定心方式,：小径定心（外花键和内花键的小径为配合面，大径处有间隙），定心精度高，稳定性好，,承载能力较大,。,是目前国际、国内标准中采用的定心方式。,矩形花键连接应用广泛。,矩形花键定心方式的比较：,1,、外径定心,轴、孔加工简单,(,孔拉,削,),精度高,HRC,过高,拉,不动,(,一,般,HRC40,用外径定心不适合且,D120 mm(,工艺上不经济或达不,要求,时,) ,单件生产时可采用。,2,、渐开线花键联接,特点,：齿廓为渐开线，加工方便，齿的根部强度高，应力集中小，承载能力高，对中性好，适用重载或轴径较大的联接。,定心方式,：齿形定心，内、外花键的齿顶和齿根处有间隙。,渐开线花键分度圆压力角有,30,（应用较广）和,45,（齿钝而短，适用于载荷较小和直径较小的静联接。,渐开线花键定心方式比较：,1,）齿形定心,能自动定心，有利于各齿均载，应用广，优先采用。,2,）圆柱面定心（与分度圆同心）,适于径向载荷较小且要求传动平稳的传动机构。,3,）外径定心,限制了自动定心，且加工需要特制刀具，较少采用。,二、 花键联接的强度校核,其设计为,选择性设计,，包括类型选择和,尺寸选择,，然后进行强度校核,。,1,、类型选择,2,、尺寸选择,根据轴径,D,，按标准确定,NxdxDxB,（键数、小径、大径、键齿宽），同时确定定心方式。,3,、强度校核计算,1,）,受力：,与平键受力相同,2,）,失效形式：,花键的侧面是工作面，主要失效形式是齿面的压溃（静连接）或磨损（动连接）,3,）,计算准则：,挤压强度准则,P,p,；,耐磨性准则,pp,。,3,）强度计算公式,假定：工作面上受力均匀，且各个齿受力均匀，而在各键齿上的分布不均匀性用载荷分布不均匀系数,修正；,挤压力,N,作用在平均直径处,d,m,。,静联接：,动联接：,3,）强度计算公式,假定：工作面上受力均匀，且各个齿受力均匀，而在各键齿上的分布不均匀性用载荷分布不均匀系数,修正；,挤压力,N,作用在平均直径处,d,m,。,静联接：,动联接：,h,工作高度,说明：,花键的载荷分配不均匀系数,在花键联接的强度计算中,考虑到载荷不可能均匀地分配到各个花键齿上,所以,引入了,一个载荷分配不均匀系数,一般取,=,O.7_O.8,。,在制造及安装精度相同的情况下,，齿数,越多,载荷在各花键齿上的分配就越不均匀,的取值,就,应在,O.7_O.8,的下限。,与,平键相,似,载荷在每个花键齿的高度方向上和长度方向上也是不均匀分布的。应说明的是载荷分配不均匀系数,并未考虑上述载荷分布不均的影响。,1,6,3,无键连接,型面连接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆连接，它是无键连接的一种型式。,一、型面连接,在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、注塑零件。要注塑出各种各样的非圆形孔是毫无困难的，故型面连接的应用获得了发展。应用较多的是带切口圆形和正六边形型面。,由于型面连接要用到非圆形孔，以前因其加工困难，限制了型面连接的应用。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,配合部分形状,柱体,锥体,只能传递扭矩,能同时传递扭矩和轴向力，,用于不允许有间隙和要求高可靠性的场合。,(1),装拆方便，对中性好；,型面连接的特点：,(2),连接面上没有应力键槽和尖角，减少了应力集中；,(3),可传递较大的扭矩；,(4),切削加工有难度，不易保证配合精度。,但随着成型工艺的发展，促进了型面连接的应用。,D,D,常用连接型面有：,带切口的圆形,电风扇,方形,六边形,等距曲线,胀紧连接是在轴与毂孔之间装配一个或几个胀紧连接套，在轴向力的作用下，同时胀紧轴与毂产生压紧力，靠摩擦力传递转矩和轴向力的一种静连接。,二、胀紧连接,结构类型：,Z1,型胀套、,Z2,型胀套,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,两个胀紧套,1) Z1,型胀套,2) Z2,型胀套,Z1,型胀套中，与轴或毂孔贴合的套筒均有纵向间隙，以利于变形和胀紧。拧紧连接螺钉，便可以将轴和毂涨紧。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,一个胀紧套,潘存云教授研制,潘存云教授研制,各种胀套已,标准化,，可根据轴与毂孔尺寸以及传递载荷的大小，从标准中选用合适的型号与尺寸。,胀套尺寸的选择,D,d,选择时应满足：,传递转矩时,传递轴向力时,同时传递转矩和轴向力时,当一个胀套不满足要求时，可用两个以上的胀套串联使用，此时总的额定载荷为,m,为额定载荷系数。,胀套连接的优点：,定心好、装拆方便，引起的应力集中较小，承载能力较高，并且有安全保护作用。,缺点：,由于轴与毂孔之间要安装胀套，有时应用受结构尺寸的限制。,1,6,4,销连接,作用：,固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,潘存云教授研制,按形状分,定位销：,用来固定零件之间的相对位置，它是组合加工和装配时的重要辅助零件。通常不受载荷或只受很小的载荷，故不作强度校核计算，其直径按结构确定，数目一般不少于,2,个。,1,6,4,销连接,作用：,固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,连接销,潘存云教授研制,按形状分,连接销：,用来实现两零件之间的连接，可用来传递不大的载荷。其类型可根据工作要求选定，其尺寸可根据连接的结构特点按经验或规范确定。必要时再按剪切和挤压强度条件进行校核计算。,1,6,4,销连接,作用：,固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,安全销,连接销,潘存云教授研制,按形状分,安全销：,作为安全装置中的过载剪切元件。安全销在过载时被剪断，因此，销的直径应按剪切条件确定。为了确保安全销被剪断而不提前发生挤压破坏，通常可在安全销上加一个销套。,1,6,4,销连接,作用：,固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,安全销,连接销,按形状分,圆柱销,潘存云教授研制,特点：,为过盈配合，经多次拆装后，定位精度会降低；有,u8,、,m6,、,h8,、,h11,四种直径偏差可供选择，以满足不同要求。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,1,6,4,销连接,作用：,固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,安全销,连接销,按形状分,圆柱销,圆锥销,特点：,有,1:50,的锥度，可反复多次拆装。,螺母锁紧抗冲击,拆装方便,用于盲孔,潘存云教授研制,潘存云教授研制,1,6,4,销连接,作用：,固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,安全销,连接销,按形状分,圆柱销,圆锥销,槽销,不易松动，能承受振动和变载荷,不铰孔，可多次装拆。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,1,6,4,销连接,作用：,固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,安全销,连接销,按形状分,圆柱销,圆锥销,槽销,销轴,开口销,销轴用于两零件铰接处,构成铰链连接。,销的材料：,35,、,45,钢。,