模塊三項目八 機械連接

機械連接9.1螺紋連接9.2鍵連接和銷連接9.3聯(lián)軸器、離合器和制動器相關知識點螺紋連接相關知識點1.螺紋的形成

螺紋連接的基本知識

螺紋連接123如圖所示，將一直角三角形abc繞在直徑為d2的圓柱體表面上，使三角形底邊ab與圓柱體的底邊重合，則三角形的斜邊amc在圓柱體表面形成一條螺旋線。三角形abc的斜邊與底邊的夾角Ψ，稱為螺紋升角。螺紋連接Ph右旋、單頭螺紋連接2.螺紋的分類按螺旋線的繞行方向：分為左旋螺紋和右旋螺紋按螺旋線的數(shù)目：分為單線螺紋和多線螺紋右旋左旋單線雙線三線螺紋連接按工作性質分：分為連接螺紋和傳動螺紋按執(zhí)行標準分：分為米制螺紋和英制螺紋分為外螺紋和內(nèi)螺紋

按螺紋位置：普通螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋按螺紋牙的形狀：普通螺紋和管螺紋主要用于連接，其余三種主要用于螺紋傳動螺紋連接

普通螺紋即米制三角形螺紋，牙型α=60°。同一直徑按螺距的大小分為粗牙和細牙兩種，螺距最大的一種是粗牙，其余的均為細牙。一般連接多用粗牙螺紋。細牙螺紋的牙淺、升角小、自鎖性能好，多用于薄壁零件或細小零件，以及受沖擊、振動和變載荷的連接中，也可用作微調(diào)機構的調(diào)整螺紋。（1）普通螺紋

管螺紋是英制細牙三角形螺紋，牙型角α=55°，牙頂有較大的圓角，內(nèi)、外螺紋旋合后牙型間無徑向間隙，公稱直徑近似為管子的內(nèi)徑。多用于有緊密性要求的管件連接。（2）管螺紋3.幾種常用螺紋的特點螺紋連接

牙型為正方形，牙型角α=0°。傳動效率高，牙根強度弱，精加工困難，對中精度低，常用于傳力螺紋。（3）矩形螺紋

牙型角α=33°，牙的工作面傾斜3°，牙的非工作面傾斜30°。傳動效率及強度都比梯形螺紋高，外螺紋的牙底有相當大的圓角，以減小應力集中。螺紋副的大徑處無間隙，對中性良好，多用于單向受力的傳動螺紋。

牙型為等腰梯形，牙型角α=30°。牙根強度高，工藝性好，螺紋副對中性好，傳動效率略低于矩形螺紋，常用于傳動螺紋。（4）梯形螺紋（5）鋸齒形螺紋螺紋連接外（內(nèi)）螺紋牙厚與牙槽相等處的假想圓柱體直徑。確定螺紋配合性質。4.螺紋的主要參數(shù)（1）大徑d（D）外（內(nèi)）螺紋最大直徑，即與螺紋牙頂（底）相重合的假想圓柱面的直徑。在標準中又稱為公稱直徑。（2）小徑d1（D1）外（內(nèi)）螺紋最小直徑，即與螺紋牙底（頂）相重合的假想圓柱面的直徑。（3）中徑d2（D2）螺紋連接在螺紋的軸向截面上，螺紋牙兩側邊的夾角。（4）線數(shù)n螺紋的螺旋線數(shù)目。一般n≤４。（5）螺距P

相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。（6）導程S

螺紋上任意一點沿同一條螺旋線轉動一周所產(chǎn)生的軸向位移量，S=nP。（8）螺旋升角Ψ

在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。（7）牙型角α螺紋連接矩形螺紋（α=

0o)圖示為一矩形螺紋的起重螺旋（千斤頂）。螺桿不轉，給螺母手柄加旋轉力矩T，使螺母及托盤帶動重物FQ上升，達到利用螺旋起重的目的。為分析受力方便，可將螺母視為一滑塊，受軸向載荷FQ，在水平驅動力Ft的推動下沿螺紋表面勻速向上移動。如將螺旋面沿中徑展開，即相當于滑塊在水平力Ft的推動下沿斜面勻速向上移動。螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺紋連接點擊觀看螺栓連接的裝配過程螺紋連接的類型和應用1.螺栓連接用于通孔或連接兩個較薄零件。螺紋連接（1）普通螺栓連接用于被連接件厚度不大并開有通孔，通孔和螺栓桿之間留有間隙的場合。螺栓受拉。（2）鉸制孔螺栓連接被連接件上為鉸制孔，螺栓桿和通孔之間為過渡配合，可對被連接件進行準確的定位，主要用于傳遞橫向載荷。螺栓受剪。

注意事項：墊圈開口方向（與螺紋旋向相反）

普通螺栓螺紋余留長度：靜載荷l1≥(0.3～0.5)d；變載荷l1≥0.75d；沖擊載荷或彎曲載荷l1≥d。鉸制孔螺栓l1≈d。螺紋伸出長度a≈(0.2～0.3)d。

螺紋連接點擊觀看雙頭螺柱連接的裝配過程2.雙頭螺柱連接主要用于被連接件之一太厚而又需經(jīng)常裝拆或結構上受限制不能采用螺栓連接的場合。注意事項：螺柱下端螺紋全部擰入螺紋孔下端螺紋孔畫法

座端擰入深度H：螺紋孔材料為鋼或青銅H≈d；鑄鐵H=(1.25～1.5)d；鋁合金H=(1.5～2.5)d。螺紋連接用于軸與軸上零件的連接，可以傳遞較小的軸向或周向載荷。3.螺釘連接用于被連接件之一太厚或結構上受限制不能采用螺栓連接，且不需經(jīng)常裝拆的場合。點擊觀看螺釘連接的裝配過程4.緊定螺釘連接螺紋連接螺栓、螺釘、螺柱、螺母、墊圈等都已經(jīng)標準化。在設計時可查閱相關標準。（1）螺栓和螺釘6.3.2標準螺紋連接件螺紋連接（2）螺母螺紋連接（3）雙頭螺柱螺紋連接（5）墊圈（4）緊定螺釘螺紋連接預緊力的大小要適度，太小起不到預緊的作用，太大可能使螺栓過載斷裂。對于重要的螺紋連接，裝配時必須控制其預緊力的大小。預緊力與擰緊力矩成正比，一般可通過控制擰緊力矩來間接控制預緊力。螺紋連接的預緊

大多數(shù)螺紋連接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預先受到力的作用，這個預加的作用力稱為預緊力，這一擰緊過程稱為預緊。

增強連接的可靠性、緊密性和防松能力，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對移動。預緊和預緊力預緊的目的

預緊力的控制螺紋連接預緊力的大小，取決于螺母的擰緊程度，即所施加的擰緊力矩的大小。擰緊螺母時，加在扳手上的擰緊力矩T等于克服螺紋副之間的阻力矩T1和螺母支撐面間的摩擦阻力矩T2之和：

對于M10～M64的米制粗牙普通螺紋的鋼制螺栓，螺紋副中無潤滑時，有預緊力和預緊力矩之間的關系：

螺紋連接為了控制預緊力的大小，常采用測力矩扳手和定力矩扳手。測力矩扳手定力矩扳手對于大型螺栓連接，可采用測量螺栓伸長量的方法來控制預緊力。注意：對于重要的連接，應盡量不采用直徑過小(＜M12)的螺栓。螺紋連接重要的螺紋連接均應采取防松措施。防松的根本問題是防止螺旋副的相對轉動。按防松原理不同，防松方法可分為摩擦防松、機械防松和永久防松等。螺紋連接的防松螺紋連接具有自鎖性螺紋連接通常采用三角形螺紋，其升角Ψ

(1.5°~3.5°)小于當量摩擦角φv(5°~6°)，滿足自鎖條件，一般情況下不會自行松脫。松脫的原因在沖擊、振動或變載荷作用下，或在高溫或溫度變化較大的情況下，螺紋連接中的預緊力和摩擦力會逐漸減小或可能瞬時消失，導致連接失效。防松方法螺紋連接1.摩擦防松使螺紋副中有不隨連接載荷而變的壓力，因而始終有摩擦力矩防止相對轉動。壓力可由螺紋副縱向或橫向壓緊而產(chǎn)生。特點：結構簡單，使用方便，但在振動沖擊載荷作用下，防松效果較差。（1）對頂螺母防松原理：兩螺母對頂擰緊后，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用。特點：結構簡單，防松效果好，適用于低速、平穩(wěn)和重載的固定裝置的連接。（2）彈簧墊圈防松原理：螺母擰緊后，靠墊圈壓平而產(chǎn)生的反彈力使旋合螺紋間壓緊。螺紋連接（3）金屬鎖緊螺母

利用螺母末端橢圓口的彈性變形箍緊螺栓，橫向壓緊螺紋。（4）尼龍圈鎖緊螺母利用螺母末端的尼龍圈箍緊螺栓，橫向壓緊螺紋（5）楔緊螺紋鎖緊螺母利用楔緊螺紋，使螺紋副縱向壓緊。螺紋連接2.機械防松利用便于更換的金屬元件約束螺紋副。

（1）開口銷與槽形螺母利用開口銷使螺栓、螺母相互約束。（2）止動墊圈墊片約束螺母而自身又折在被連接件上。（3）串聯(lián)金屬絲利用金屬絲使一組螺釘?shù)念^部相互約束，當有松動趨勢時，金屬絲互相牽制。螺紋連接3.永久防松把螺紋副轉變?yōu)榉沁\動副，從而排除相對轉動的可能。焊住沖點粘結螺紋連接鍵連接和銷連接相關知識點鍵連接和銷連接通過鍵將軸與軸上零件(齒輪、帶輪、凸輪等)結合在一起，實現(xiàn)周向固定，并傳遞轉矩的連接稱為鍵連接。其中，有的鍵連接也兼有軸向固定或軸向導向的作用。鍵連接屬于可拆連接，具有結構簡單，工作可靠，裝拆方便及已經(jīng)標準化等特點，故得到廣泛的應用。鍵連接按其結構特點和工作原理不同，分為松鍵連接(平鍵、半圓鍵連接)和緊鍵連接(楔鍵連接和切向鍵連接)兩類。常用的鍵連接類型有：平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接、切向鍵連接和花鍵連接等。鍵是標準件。特點是結構簡單，裝拆方便，工作可靠。

（1）平鍵連接。

平鍵的兩側面是工作面，上表面與輪轂上的鍵槽底部之間留有間隙，鍵的上、下表面為非工作面。工作時靠鍵與鍵槽側面的擠壓來傳遞扭矩。使用時不能實現(xiàn)軸向固定。根據(jù)用途，平鍵又可分為：普通平鍵、導向平鍵和滑鍵。普通平鍵與輪轂上鍵槽的配合較緊，屬靜連接；導向平鍵和滑鍵與輪轂的鍵槽配合較松，屬動連接。鍵連接和銷連接普通平鍵按其端部結構形狀的不同分為：①圓頭普通平鍵(A型)②方頭普通平鍵(B型)③單圓頭普通平鍵(C型)A型B型C型鍵連接和銷連接

當軸向移動距離較大時，導向平鍵的長度過大，制造困難，宜選用滑鍵。導向平鍵和滑鍵都應用于軸上零件軸向移動的場合。

導向平鍵使用時，用螺釘固定在軸上的鍵槽中，軸上零件沿鍵作軸向移動。

滑鍵使用時，通常固定在輪轂上，軸上零件和鍵一起在軸上的鍵槽中作軸向移動。導向平鍵滑鍵鍵連接和銷連接（2）半圓鍵連接在半圓鍵連接中，軸上的鍵槽是用尺寸相同的半圓鍵槽銑刀銑出的，因而鍵在槽中能繞其幾何中心擺動以適應輪轂鍵槽的斜度。半圓鍵工作時，也是靠鍵的側面來傳遞轉矩。半圓鍵連接工藝性好，裝配方便；但軸上槽較深對軸的強度削弱大。一般用于輕載靜連接中，適用于錐形軸端的連接。鍵連接和銷連接（3）楔鍵連接鍵的上表面與輪轂鍵槽的底面各有1:100的斜度，鍵楔入鍵槽后具有自鎖性，可在軸、輪轂孔和鍵的接觸表面上產(chǎn)生很大的楔緊力，工作時靠摩擦力實現(xiàn)軸上零件的周向固定并傳遞轉矩，同時可實現(xiàn)軸上零件的單向軸向固定，傳遞單方向的軸向力。楔鍵連接會使軸上零件與軸的配合產(chǎn)生偏心，故適用于精度要求不高和轉速較低的場合。常用的有普通楔鍵和鉤頭楔鍵。鍵連接和銷連接（4）切向鍵連接切向鍵由一對普通楔鍵組成，裝配時將兩鍵楔緊，窄面為工作面，其中與軸槽接觸的窄面過軸線，工作壓力沿軸的切向作用，能傳遞很大的轉矩。一對切向鍵只能傳遞單向轉矩，傳遞雙向轉矩時，需用兩對切向鍵，互成120°~135°分布。切向鍵對中性較差，鍵槽對軸的削弱大，適用于載荷很大，對中性要求不高的場合，如重型及礦山機械。鍵連接和銷連接

花鍵是由外花鍵和內(nèi)花鍵組成的。工作時，利用內(nèi)花鍵和外花鍵的相互擠壓傳遞運動和轉矩。

花鍵的齒側為工作面，其承載能力高，定心性和導向性好，對軸的強度削弱小，多適用于傳遞中等或較大載荷的固定連接或滑動連接。（5）

花鍵連接鍵連接和銷連接適用于載荷大和定心精度要求高的靜連接、動連接及大批量生產(chǎn)，如汽車、飛機、拖拉機、機床等。

花鍵已標準化。按齒形的不同，花鍵可分為矩形花鍵和漸開線花鍵。矩形花鍵安裝時，靠內(nèi)外花鍵的小徑定心。漸開線花鍵安裝時，靠內(nèi)外花鍵的齒側定心。矩形花鍵漸開線花鍵花鍵連接的承載能力高，定心性和導向性好，對軸的削弱小，但加工花鍵需專門的設備和刀具，成本高。鍵連接和銷連接銷是標準的連接件，按結構可分為圓柱銷和圓錐銷等，按用途可分為定位銷、連接銷和安全銷。銷與孔多為過渡配合。圓柱銷配合精度高，但不宜經(jīng)常裝拆，否則會降低定位精度或緊固性。圓錐銷有1:50的錐度，定位精確，裝拆方便，具有自鎖性，可多次裝拆。定位銷連接銷安全銷鍵連接和銷連接鍵連接和銷連接鍵連接和銷連接聯(lián)軸器、離合器和制動器相關知識點聯(lián)軸器用來連接兩軸或軸與回轉件，使它們一起旋轉并傳遞運動和轉矩。作用：特點：聯(lián)軸器連接的兩根軸，只有在機器停車后，經(jīng)過拆卸才能把它們分離。

聯(lián)軸器所連接的兩軸，在設計時應該嚴格對中，但由于制造及安裝的誤差、承載后的變形和溫度的影響，會導致兩軸產(chǎn)生某種形式的相對位移。軸向位移x徑向位移y角位移α綜合位移x、y、α普通聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器夾殼式聯(lián)軸器凸緣式聯(lián)軸器有彈性元件無彈性元件齒輪聯(lián)軸器十字滑塊聯(lián)軸器膜片聯(lián)軸器彈性套柱銷聯(lián)軸器輪胎聯(lián)軸器套筒聯(lián)軸器（無補償能力)（有補償能力）萬向聯(lián)軸器聯(lián)軸器的類型聯(lián)軸器1.剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器具有結構簡單、制造容易、成本低廉的特點，適用于轉速不高、載荷平穩(wěn)的場合。（1）套筒聯(lián)軸器套筒聯(lián)軸器是由公用套筒將兩軸連成一個整體，通過鍵、緊定螺釘或銷釘傳遞轉矩和運動。

套筒聯(lián)軸器結構簡單，徑向尺寸小，所以在機床中應用很廣。它的缺點是裝卸時需做軸向移動。該類聯(lián)軸器尚未標準化。聯(lián)軸器（2）夾殼聯(lián)軸器由軸向剖分的兩半聯(lián)軸器和連接螺栓組成。其特點是裝卸方便、不需要沿軸向移動即可裝卸，但由于其轉動平衡性較差，常用于低速場合。（3）凸緣聯(lián)軸器由兩個分裝在軸端的半聯(lián)軸器和螺栓組成。特點是結構簡單、制造方便、成本低、工作可靠、裝卸方便、可傳遞較大轉矩。目前，凸緣聯(lián)軸器已經(jīng)標準化，是應用最廣的剛性聯(lián)軸器。聯(lián)軸器2.撓性聯(lián)軸器

無彈性元件聯(lián)軸器，因其無彈性元件，故不具有緩沖減振的功能，適用于低速、重載、轉速平穩(wěn)的場合。

由兩個在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器和一個兩面帶有凸塊的中間圓盤組成。中間圓盤兩側的凸塊相互垂直，可以在凹槽中滑動，以此來補償兩軸的徑向位移和角位移。（1）十字滑塊聯(lián)軸器聯(lián)軸器點擊畫面播放（2）齒輪聯(lián)軸器

由齒數(shù)相同的內(nèi)齒圈外殼和帶有外齒的半聯(lián)軸器、及連接螺栓組成。兩個帶有外齒的半聯(lián)軸器分別與兩軸相連。在相嚙合齒間留有較大的齒側間隙，并將直齒齒面改進為鼓形齒齒面，以補償較大的兩軸的相對位移。其結構復雜，造價較高，適用于低速、重載的場合。聯(lián)軸器§9.3聯(lián)軸器（3）萬向聯(lián)軸器

兩軸間具有較大的角位移的聯(lián)軸器。結構型式很多，目前最常用的是十字軸式。雙萬向聯(lián)軸器是由兩個十字軸萬向聯(lián)軸器組成的，當輸入軸和輸出軸與中間軸夾角相等時，輸入軸和輸出軸的轉速相等。廣泛應用于汽車、多頭鉆床等機器的傳動系統(tǒng)中。點擊相應圖面播放聯(lián)軸器動畫演示——螺旋齒-單十字軸萬向節(jié)聯(lián)軸器聯(lián)軸器動畫演示——相交軸萬向節(jié)聯(lián)軸器動畫演示——重合軸萬向節(jié)聯(lián)軸器動畫演示——連軸節(jié)的應用聯(lián)軸器動畫演示——萬向連軸節(jié)的應用聯(lián)軸器

有彈性元件聯(lián)軸器，在轉動不平穩(wěn)時有很好的緩沖減振的作用，適用于高速、輕載、常溫的場合。（1）彈性套柱銷聯(lián)軸器

結構與凸緣聯(lián)軸器相似，只是用帶橡膠套的柱銷代替連接螺栓。它靠彈性套的彈性變形來緩沖減振，并補償被聯(lián)兩軸的相對偏移。

結構簡單、制造容易、裝卸方便、成本較低。適用于轉矩小、轉速高、起動頻繁、載荷變化不大的場合。使用時，應確保無油質，防止橡膠套的老化。聯(lián)軸器（2）輪胎聯(lián)軸器

利用輪胎狀橡膠彈性元件連接兩半聯(lián)軸器，通過螺栓固定的一種聯(lián)軸器。它具有較高的彈性，減振能力強，補償能力較大，結構簡單，但徑向尺寸大，承載能力不高。適用于起動頻繁、正反轉多變、沖擊較大的場合，也可以在有粉塵、水分的工作環(huán)境下工作。聯(lián)軸器（3）膜片聯(lián)軸器

由單片或若干片疊合的薄鋼板（膜片）2用螺栓4和螺母5交錯地與兩個半聯(lián)軸器1、3連接而成。利用薄鋼片的彈性變形來補償兩軸的相對偏移。它結構簡單、質量小、耐高溫和低溫。但扭轉彈性較低，緩沖減振能力差，適用于載荷平穩(wěn)的高速轉動。例如拖拉機、航空、礦山等機械傳動系統(tǒng)。聯(lián)軸器焊接是利用局部加熱或加壓的方法使兩個以上的金屬件在連接處形成原子或分子間的結合而構成的不可拆連接。焊接焊接方法的主要特點節(jié)省材料,減輕重量簡化復雜零件和大型零件的制造過程適應性強滿足特