第15章 連接設(shè)計-2012-鍵連接

鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)件，通常用于聯(lián)接軸與軸上旋轉(zhuǎn)零件，起周向固定零件的作用并傳遞扭矩。而導(dǎo)鍵、滑鍵、花鍵還可用作軸上移動的導(dǎo)向裝置。

一、鍵聯(lián)接的類型與構(gòu)造

主要類型：平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵1、平鍵

1）普通平鍵用于靜聯(lián)接，即軸與輪轂間無相對軸向移動構(gòu)造：兩側(cè)面為工作面，靠鍵與槽的擠壓和鍵的剪切傳遞扭矩15.7鍵聯(lián)接分類：圓頭—A型（常用）—鍵頂上面與轂不接觸有間隙方頭—B型—常用螺釘固定半圓頭—C型—用于軸端與輪轂聯(lián)接指狀銑刀銑鍵槽圓盤銑刀銑鍵槽2）薄型平鍵——鍵高約為普通平鍵的60%~70%：圓頭、方頭、單圓頭用于薄壁結(jié)構(gòu)、空心軸等徑向尺寸受限制的聯(lián)接

平鍵的尺寸主要是鍵的截面尺寸b×h及鍵長L。尺寸選擇—根據(jù)軸徑d查標(biāo)準(zhǔn)，確定b、h根據(jù)輪轂寬度，確定鍵長L3）導(dǎo)向平鍵與滑鍵——用于動聯(lián)接，即軸與輪轂之間有相對軸向移動的聯(lián)接

滑鍵——鍵隨輪轂移動（長距離）導(dǎo)向鍵——鍵不動，輪轂軸向移動（短距離）特點：裝拆方便，對零件對中性無影響，容易制造，作用可靠，多用于高精度聯(lián)接。但只能圓周固定，不能承受軸向力

2、半圓鍵

軸槽用與半圓鍵形狀相同的銑刀加工，鍵能在槽中繞幾何中心擺動，鍵的側(cè)面為工作面。特點：工藝性好，裝配方便，適用于錐形軸與輪轂的聯(lián)接缺點：軸槽對軸的強(qiáng)度削弱較大。只適宜輕載聯(lián)接。

上、下面為工作表面，有1:100斜度（側(cè)面有間隙），工作時打緊，靠上下面摩擦傳遞扭矩，并可傳遞小部分單向軸向力特點：適用于低速輕載、精度要求不高。對中性較差，力有偏心。不宜高速和精度要求高的聯(lián)接，變載下易松動。3、楔鍵聯(lián)接

普通楔鍵和鉤頭楔鍵兩個斜度為1:100的楔鍵聯(lián)接，窄面為工作面布置在圓周的切向工作原理：靠工作面與軸及輪轂相擠壓來傳遞扭矩

4、切向鍵二、鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核

失效形式：工作面壓潰（靜聯(lián)接）工作面磨損（動聯(lián)接）鍵的剪斷（較少）

平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核

a)擠壓強(qiáng)度條件：

T——扭矩（N.mm）h——鍵的高度d——軸徑（mm）

l——鍵的工作長度c）剪切強(qiáng)度條件

b）磨損強(qiáng)度條件（導(dǎo)向平鍵）

1）雙鍵，按180°布置（按1.5個鍵計算）2）增大軸徑3）增大鍵的工作長度4）改用花鍵

強(qiáng)度不夠時，采取的措施：15.8花鍵聯(lián)接由多個鍵齒與鍵槽在軸和輪轂孔的周向均布而成花鍵齒側(cè)面為工作面——適用于動、靜聯(lián)接

一、特點、類型和應(yīng)用

1、特點：1）齒較多、工作面積大、承載能力較高2）鍵均勻分布，各鍵齒受力較均勻3）齒槽線、齒根應(yīng)力集中小，對軸的強(qiáng)度削弱減少4）軸上零件對中性好5）導(dǎo)向性較好6）加工需專用設(shè)備、制造成本高2、花鍵類型

按齒形分：①矩形花鍵矩形花鍵聯(lián)接按新標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)徑定心，定心精度高，定心穩(wěn)定性好，配合面均要研磨，磨削消除熱處理后變形，應(yīng)用廣泛②漸開線花鍵定心方式為齒形定心，當(dāng)齒受載時，齒上的徑向力能自動定心，有利于各齒均載，應(yīng)用廣泛，優(yōu)先采用

③三角形花鍵——齒數(shù)較多，齒較小，對軸強(qiáng)度削弱小。適于輕載、直徑較小時及軸與薄壁零件的聯(lián)接應(yīng)用較少

二、花鍵聯(lián)接的設(shè)計計算

選花鍵類型→按軸徑定花鍵尺寸→驗算聯(lián)接強(qiáng)度

失效形式：①鍵齒的壓潰（靜聯(lián)接）②磨損（動聯(lián)接）③齒根剪斷

擠壓強(qiáng)度條件：

動聯(lián)接（耐磨性條件）：

T——傳遞扭矩（N.mm）Z——花鍵齒數(shù)l——鍵齒工作長度（mm）dm——花鍵的平均直徑ψ——載荷分布不均系數(shù)h——鍵齒側(cè)面工作高度假設(shè)工作載荷沿鍵的工作長度均勻分布。且各齒面上壓力的合力作用在平均半徑dm處，則15.9銷聯(lián)接銷聯(lián)接的應(yīng)用：1）固定零件間相對位置；2）零件間的聯(lián)接或鎖定，可傳遞不大的載荷；3）用于安全保護(hù)裝置中的過載剪斷元件。圓柱銷——不能多于裝拆，否則定位精度下降圓錐銷——1:50錐度，定位精度較高，允許多次拆卸特殊型式銷——帶螺紋錐銷，開尾錐銷，彈性銷，開口銷，槽銷等多種形式

槽銷銷軸和開口銷開尾圓錐銷圓柱銷圓錐銷內(nèi)螺紋圓錐銷銷的分類:15.10

無鍵聯(lián)接軸與轂的聯(lián)接不用鍵或過盈方法時，統(tǒng)稱無鍵聯(lián)接

一、型面聯(lián)接

軸和轂孔有柱形和錐形等。

特點：沒有應(yīng)力集中源，對中性好，承載能力強(qiáng)，裝拆方便，但加工不方便，需用專用設(shè)備，應(yīng)用較少。另外成形面還有方形、六邊形及切邊圓形等，但對中性較差。

二、脹緊聯(lián)接

彈性環(huán)聯(lián)接——利用錐面貼合并擠緊在軸轂之間用摩擦力傳遞扭矩，有過載保護(hù)作用。彈性環(huán)的材料為高碳鋼或高碳合金鋼（65，70，55Cr2、60Cr2）并經(jīng)熱處理。錐角一般為12.5~17°，另外要求內(nèi)、外環(huán)錐面配合良好。特點：可傳遞較大扭矩和軸向力，無應(yīng)力集中，對中性好，但加工要求較高，應(yīng)用受限制。15.11過盈聯(lián)接一、過盈聯(lián)接的類型與應(yīng)用

利用兩個被聯(lián)接件本身的過盈配合來實現(xiàn)，一為包容件，另一為被包容件

用于軸與輪轂聯(lián)接，輪圈與輪芯的聯(lián)接及滾動軸承與軸及座孔的聯(lián)接二、過盈聯(lián)接的工作原理與裝配方法

工作原理：利用包容件與被包容件的徑向變形使配合面間產(chǎn)生很大壓力，從而靠摩擦力來傳遞載荷裝配方法：1）壓入法—利用壓力機(jī)將被包容件壓入包容件中，由于壓入過程中表面微觀不平度的峰尖被擦傷或壓平，因而降低了聯(lián)接的緊固性2）溫差法——加熱包容件，冷卻被包容件?？杀苊獠羵?lián)接表面，聯(lián)接牢固。一、概述鉚接是將鉚釘穿過被聯(lián)接件的預(yù)制孔中經(jīng)鉚合而成的聯(lián)接方式。其聯(lián)接部分稱為鉚縫。15.12鉚接鉚接具有工藝設(shè)備簡單，工藝過程比較容易控制，質(zhì)量穩(wěn)定，鉚接結(jié)構(gòu)抗振、耐沖擊，聯(lián)接牢固可靠等特點。因此，在承受嚴(yán)重沖擊和振動載荷的金屬結(jié)構(gòu)的聯(lián)接中，如橋梁、建筑、造船、重型機(jī)械及飛機(jī)制造等工業(yè)部門中得到應(yīng)用。a搭接縫b單蓋板對接縫c雙蓋板對接縫

1．按接頭型式分有：搭接縫、單蓋板對接縫和雙蓋板對接縫。鉚縫的結(jié)構(gòu)通常從三個方面來分類：2．按鉚釘?shù)呐艛?shù)分有：單排、雙排和多排。3．按鉚縫性能分有：以強(qiáng)度為基本要求的強(qiáng)固鉚縫。要求有足夠的強(qiáng)度和足夠緊密性的強(qiáng)密鉚縫。要求有足夠的緊密性的緊密鉚縫。鉚釘有空心的和實心的兩大類，且大部分都以標(biāo)準(zhǔn)化。鉚接分冷鉚和熱鉚。二、鉚釘?shù)闹饕愋歪敆U直徑d≥12mm的鋼制鉚釘，通常是將鉚釘加熱后進(jìn)行鉚接。釘桿直徑d＜10mm的鋼制鉚釘和塑性較好的有色金屬、輕金屬及其合金制成的鉚釘一般在常溫下進(jìn)行冷鉚。三、鉚縫的設(shè)計要點強(qiáng)度計算時，一般假設(shè)：聯(lián)接的橫向力F通過鉚釘組形心，一組鉚釘中各個鉚釘受力均等。鉚縫不受彎矩作用。被鉚件結(jié)合面摩擦力略去不計。被鉚件危險剖面上的拉(壓)應(yīng)力，鉚釘?shù)募魬?yīng)力，工作擠壓應(yīng)力都是均勻分布的。設(shè)計鉚縫時，先根據(jù)鉚縫的破壞形式進(jìn)行強(qiáng)度計算。

四、鉚縫的受力及破壞形式、設(shè)計計算要點

（a）鉚釘被剪斷（b）板邊被剪壞（c）釘孔接觸面被壓壞（d）板沿釘孔被拉斷（e）板邊被撕裂

單排搭接鉚縫的靜強(qiáng)度分析：取圖中寬度等于垂直與受載方向的釘距t的陰影部分進(jìn)行計算。（1）由被鉚件的拉伸強(qiáng)度確定的鉚縫承受的靜載荷（2）由被鉚件上孔壁的擠壓強(qiáng)度確定的被鉚件能承受的靜載荷（3）由鉚釘?shù)募羟袕?qiáng)度確定的鉚釘能承受的靜載荷對于一般的強(qiáng)固鉚縫，上述式中的許用應(yīng)力可根據(jù)組成鉚縫各元件的材料選取。15.13焊接焊接——利用局部加熱的方法將被聯(lián)接件聯(lián)接成為一個整體的一種不可拆聯(lián)接一、焊接的類型、特點及應(yīng)用

焊接可以分為兩大類：①壓力焊；②熔融焊

二、焊接件常用材料及焊條

焊接的金屬結(jié)構(gòu)常用材料為Q215、Q235、Q255焊接的零件則常用Q275、15~50號碳鋼，以及50Mn、50Mn2、50SiMn2等合金鋼

三、焊縫的受力及破壞形式

焊接時形成的接縫叫做焊縫

（a）正接角焊縫（b）搭接角焊縫（c）對接焊縫（d）卷邊焊縫（e）塞焊縫

對接焊縫主要用來承受作用于被焊件所在平面內(nèi)的拉（壓）力或彎矩，其正常的破壞形式是沿焊縫斷裂正焊縫通常只用來承受拉力，側(cè)焊縫及混合焊縫可用來承受拉力或彎矩，其正常破壞形式均認(rèn)為是由于剪切而破壞的四、焊接件的工藝及設(shè)計注意要點

為了避免未焊透或缺焊的現(xiàn)象。焊縫的長度應(yīng)按實際結(jié)構(gòu)的情況盡可能取得短些或分段進(jìn)行焊接，并應(yīng)避免焊縫交叉；還應(yīng)在焊接工藝上采取措施，使構(gòu)件在冷卻時能有微小自由移動的可能；焊后應(yīng)經(jīng)熱處理（如退火），以消除殘余應(yīng)力。在焊接厚度不同的對接板件時，應(yīng)將較厚的板件沿對接部位平滑輾薄，以利焊縫金屬勻稱熔化和承載時的力流得以平滑過渡

五、焊接在機(jī)器零件中的應(yīng)用焊接的減速箱體焊接的齒輪結(jié)構(gòu)由于焊接具有強(qiáng)度高、工藝簡單、因聯(lián)接而增加的質(zhì)量小等特點，焊接技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。在技術(shù)革新、單件生產(chǎn)、新產(chǎn)品試制等情況下，采用焊接制造箱體、機(jī)架等，一般比較經(jīng)濟(jì)。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，許多零件已改變了它們的傳統(tǒng)制造方法。一向是鑄造出的機(jī)座、機(jī)殼、大齒輪等零件，已有很大一部分改用了焊接。

15.14膠接一、膠接及其應(yīng)用

膠接是利用膠粘劑在一定條件下把預(yù)制的元件聯(lián)接在一起，并具有一定的聯(lián)接強(qiáng)度的不可拆聯(lián)接二、膠接接頭

設(shè)計膠接接頭時應(yīng)注意以下各點：（1）盡可能使膠層受剪或受壓（2）盡可能使膠層應(yīng)力分布均勻（3）膠層厚度為0.1~0.2mm時，膠層強(qiáng)度最高（4）膠接面積宜取大些以利于金屬強(qiáng)度的充分利用

三、膠接劑（膠粘劑）

膠接劑的品種很多，基本組合成分為：環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂——酚醛樹脂、酚醛樹脂、聚酰胺—環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、聚酰