機(jī)械基礎(chǔ)-學(xué)做一體化 課件 任務(wù)八 各種連接的選擇與計(jì)算

任務(wù)八各種連接的選擇與計(jì)算8.1鍵連接8.2

聯(lián)軸器8.3其他連接簡(jiǎn)介

連接可以分為可拆連接和不可拆連接?？刹疬B接是指連接拆開(kāi)時(shí)，不會(huì)損壞連接件和被連接件，如圖8-1(a)所示的螺紋連接等。不可拆連接是指連接拆開(kāi)時(shí)，會(huì)損壞連接件或被連接件，如鉚接、焊接和黏接等。機(jī)械連接還可分為動(dòng)連接和靜連接。在機(jī)器工作時(shí)，被連接零件間可以有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的稱為動(dòng)連接，如各種運(yùn)動(dòng)副、變速器中滑移齒輪的連接。反之，稱為靜連接，如圖8-1(b)所示軸與零件的連接。圖8-1連接示例

8.1鍵連接

8.1.1松鍵連接1.平鍵連接如圖8-2(a)所示，這種平鍵連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，對(duì)中性好，應(yīng)用較廣泛。但它不能承受軸向力，故對(duì)軸上零件不能起到軸向固定作用。按用途不同，平鍵可以分為普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵三種。普通平鍵用于靜連接，導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動(dòng)連接。圖8-2普通平鍵連接

(1)普通平鍵。普通平鍵應(yīng)用最廣。按鍵的端部形狀可分為圓頭(A型)、方頭(B型)和單圓頭(C型)三種，如圖8-2(b)、(c)、(d)所示。平鍵連接和鍵槽尺寸見(jiàn)表8.1。

如圖8-2(b)所示，采用圓頭平鍵時(shí)，鍵在軸的鍵槽中固定良好，但軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中較大。采用方頭平鍵時(shí)，鍵槽兩端的應(yīng)力集中較小，但鍵在軸上的軸向固定不好；當(dāng)鍵的尺寸較大時(shí)，需用緊定螺釘將鍵壓緊在軸上的鍵槽中(見(jiàn)圖8-2(c))。單圓頭平鍵常用于軸端與輪轂的連接(見(jiàn)圖8-2(d))。

(2)導(dǎo)向平鍵。導(dǎo)向平鍵是一種較長(zhǎng)的平鍵，用螺釘固定在軸槽中，為了便于拆裝，在鍵上制有起鍵螺孔，見(jiàn)圖8-3。鍵與輪轂采用間隙配合，輪轂可沿鍵做軸向滑移，常用于變速器中的滑移齒輪與軸的連接。圖8-3導(dǎo)向平鍵連接

(3)滑鍵。當(dāng)軸上滑移距離較大時(shí)(如臺(tái)鉆主軸與帶輪的連接等)，因?yàn)楫?dāng)滑移距離較大時(shí)，用過(guò)長(zhǎng)的平鍵，制造困難?；I(見(jiàn)圖8-4)固定在輪轂上，輪轂帶動(dòng)滑鍵在軸槽中做軸向移動(dòng)，因而需要在軸上加工長(zhǎng)的鍵槽。圖8-4滑鍵連接

2.半圓鍵連接

如圖8-5所示，半圓鍵用于靜連接，它靠鍵的兩個(gè)側(cè)面?zhèn)鬟f轉(zhuǎn)矩。鍵在軸槽中能繞其幾何中心擺動(dòng)，以適應(yīng)輪轂槽由于加工誤差所造成的斜度。半圓鍵連接的優(yōu)點(diǎn)是軸槽的加工工藝性較好，裝配方便；半圓鍵連接的缺點(diǎn)是軸上鍵槽較深，對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大，一般只宜用于輕載，尤其適用于錐形軸端的連接。圖8-5半圓鍵連接

8.1.2緊鍵連接

1.楔鍵連接

楔鍵連接用于靜連接，如圖8-6所示。楔鍵的上表面和與它配合的輪轂槽底面均有1∶100的斜度。裝配后，鍵的上、下表面與轂和軸上鍵槽的底面壓緊，因此，鍵的上下表面為工作面，鍵的兩側(cè)面與鍵槽都留有間隙。工作時(shí)，靠鍵楔緊的摩擦力來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，同時(shí)還能承受單向軸向載荷。楔鍵由于裝配楔鍵時(shí)破壞了軸與輪轂的對(duì)中性；另外，在沖擊、振動(dòng)和承受變載荷時(shí)易產(chǎn)生松動(dòng)。因此楔鍵連接僅適用于對(duì)傳動(dòng)精度要求不高、低速和載荷平穩(wěn)的場(chǎng)合。圖8-6楔鍵連接

2.切向鍵連接

切向鍵是由一對(duì)普通楔鍵組成，如圖8-7所示。裝配后兩鍵的斜面相互貼合，共同楔緊在軸轂和軸之間，鍵的上、下兩平行窄面是工作面，依靠其與軸和輪轂的擠壓傳遞單向轉(zhuǎn)矩。當(dāng)要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，須用兩對(duì)互成120°～130°的切向鍵。切向鍵連接主要用于對(duì)中要求不高，軸徑大于100?mm而載荷很大的重型機(jī)械。圖8-7切向鍵連接

8.1.3平鍵連接的選用和強(qiáng)度計(jì)算

1.鍵類(lèi)型的選擇

選擇鍵的類(lèi)型時(shí)應(yīng)考慮的因素有：對(duì)中性要求；傳遞轉(zhuǎn)矩的大??；輪轂是否需要沿軸向滑移及滑移距離的大??；鍵在軸的中部或端部等。

2.鍵尺寸的選擇

平鍵的主要尺寸為鍵寬b、鍵高h(yuǎn)和鍵長(zhǎng)L。設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)軸的直徑從標(biāo)準(zhǔn)中(見(jiàn)表8.1)選取平鍵的寬度b和高度h；鍵長(zhǎng)L略短于輪轂的寬度(一般比輪轂寬度短5～10?mm)，并須符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的長(zhǎng)度系列。

3.平鍵的強(qiáng)度校核

平鍵連接工件時(shí)的受力情況如圖8-8所示，鍵受到剪切和擠壓的作用。實(shí)踐證明，標(biāo)準(zhǔn)平鍵連接，其主要失效形式是鍵、軸和輪轂中強(qiáng)度較弱的工作表面被壓潰(對(duì)靜連接)或磨損(對(duì)動(dòng)連接)。因此，通常只需校核擠壓強(qiáng)度(對(duì)靜連接)或壓強(qiáng)(對(duì)動(dòng)連接)即可。圖8-8平鍵連接的受力分析

設(shè)載荷沿鍵長(zhǎng)均勻分布，則擠壓強(qiáng)度條件為

式中，l為平鍵的軸向工作長(zhǎng)度：A型l?=?L?-?b，B型l?=?L，C型l?=?L?-?b/2；T為軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩(N·mm)；d為軸的直徑(mm)；h為鍵的高度(mm)；[σp]為鍵、軸和輪轂中擠壓強(qiáng)度最低的材料的許用應(yīng)力(MPa)，見(jiàn)表8.2。

如校核結(jié)果連接的強(qiáng)度不夠，則可采取以下措施：

(1)適當(dāng)增加輪轂和鍵的長(zhǎng)度，但鍵長(zhǎng)不宜超過(guò)2.5d。

(2)用兩個(gè)鍵按相隔180°布置，考慮到載荷在兩個(gè)鍵上分布的不均勻性，在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，只按1.5個(gè)鍵計(jì)算。

例8.1已知齒輪減速器輸出軸與齒輪之間鍵連接，傳遞的轉(zhuǎn)矩T?=?700?N·m，軸的直徑d?=?60?mm，輪轂寬B?=?85?mm，載荷有輕微沖擊，齒輪材料為鑄鋼。試設(shè)計(jì)該鍵連接。

解(1)類(lèi)型選擇：為保證齒輪傳動(dòng)嚙合良好，要求軸轂對(duì)中性好，故選用A型普通平鍵。

(2)尺寸選擇：按軸徑d?=?60?mm，查表8.1選擇鍵的尺寸b?×?h?=?18?×?11；根據(jù)輪轂寬B?=?85?mm，取鍵長(zhǎng)L?=?80?mm。

(3)強(qiáng)度校核：查表8.2得[σp]?=?100～120?MPa。

故所選鍵連接的強(qiáng)度足夠。

標(biāo)記為：鍵18?×?80GB/T1096—2003。

8.2聯(lián)軸器

8.2.1聯(lián)軸器的分類(lèi)聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造和安裝誤差以及承載后變形、受熱變形和基礎(chǔ)下沉等一系列原因，都可能使兩軸的軸線不重合而產(chǎn)生某種形式的相對(duì)位移，如圖8-9所示。這就要求聯(lián)軸器在結(jié)構(gòu)上具有補(bǔ)償軸線一定位移量的能力。圖8-9軸的偏移

8.2.2常用聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及其應(yīng)用

1.套筒聯(lián)軸器

套筒聯(lián)軸器是用一個(gè)套筒，通過(guò)鍵或銷(xiāo)等零件使兩軸相連接，如圖8-10所示。圖8-10套筒聯(lián)軸器

2.凸緣聯(lián)軸器

凸緣聯(lián)軸器由兩個(gè)帶有凸緣的半聯(lián)軸器用鍵及連接螺栓組成。它有兩種對(duì)中方法：一種是用一個(gè)半聯(lián)軸器上的凸肩與另一個(gè)半聯(lián)軸器上的凹槽相嵌合而對(duì)中，見(jiàn)圖8-11(a)；另一種是用鉸制孔用螺栓對(duì)中，見(jiàn)圖8-11(b)。前一種方法對(duì)中精度高。當(dāng)要求兩軸分離時(shí)，后者只要卸下螺栓即可，不用移軸，因此裝卸比前者簡(jiǎn)便。其規(guī)格尺寸可按附表四查取。圖8-11凸緣聯(lián)軸器

3.彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器

這種聯(lián)軸器的構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器相似，不同之處是用帶有彈性套的柱銷(xiāo)代替了連接螺栓，如圖8-12所示。彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，其規(guī)格尺寸可按附表五查取。圖8-12彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器

4.彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器

彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖8-13)與彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器相似，差別主要在于用尼龍銷(xiāo)代替了橡膠套柱銷(xiāo)，它利用彈性柱銷(xiāo)將兩個(gè)半聯(lián)軸器連接起來(lái)，使其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力增大。為防止柱銷(xiāo)滑出，兩側(cè)裝有擋板。柱銷(xiāo)的材料用尼龍6，也可用酚醛布棒等其他材料制造。其規(guī)格尺寸可按附表六查取。圖8-13彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器

8.2.3聯(lián)軸器的選用

聯(lián)軸器大多已標(biāo)準(zhǔn)化，其主要性能參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)矩T、許用轉(zhuǎn)矩[T]、許用轉(zhuǎn)速[n]、位移補(bǔ)償量和被連接軸的直徑范圍等。選用聯(lián)軸器時(shí)，通常先根據(jù)使用要求和工作條件確定合適的類(lèi)型，再按轉(zhuǎn)矩(Tc≤[T])、軸徑和轉(zhuǎn)速(n≤[n])選擇聯(lián)軸器的型號(hào)，必要時(shí)應(yīng)校核其薄弱件的承載能力。

考慮工作機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)、變速時(shí)的慣性力和沖擊載荷等因素，應(yīng)按計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc選擇聯(lián)軸器。計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc和工作轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系為

式中，K為工況系數(shù)，見(jiàn)表8.3；T為額定轉(zhuǎn)矩。

例8.2一電動(dòng)機(jī)與油泵之間由聯(lián)軸器相聯(lián)，外載荷有中等沖擊，已知電動(dòng)機(jī)功率P?=?17?kW，轉(zhuǎn)速n?=?1460?r/min，軸徑d?=?42?mm，油泵軸徑d?=?45?mm。試選擇此聯(lián)軸器。

8.3其他連接簡(jiǎn)介

8.3.1螺紋連接1.螺紋連接的基本類(lèi)型、結(jié)構(gòu)尺寸及應(yīng)用(1)螺栓連接。螺栓連接有普通螺栓連接(圖8-14(a))和鉸制孔螺栓連接(圖8-14(b))兩種，用于被連接件能夠做成通孔，且能夠在被連接件兩邊裝配的場(chǎng)合，無(wú)需在被連接件上切制螺紋。(2)雙頭螺栓連接。如圖8-15所示，當(dāng)被連接件之一較厚而不宜制成通孔又需經(jīng)常拆卸時(shí)，可采用雙頭螺柱連接。圖8-14螺栓連接圖8-15雙頭螺柱連接

(3)螺釘連接。如圖8-16所示，這種連接的特點(diǎn)是不用螺母，其用途和雙頭螺柱連接相似，多用于不需經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。圖8-16螺釘連接

(4)緊定螺釘連接。如圖8-17所示，固定兩個(gè)零件的相對(duì)位置并傳遞不大的力或扭矩。圖8-17緊定螺釘連接

2.螺紋連接件

圖8-18所示為六角頭螺栓和六角頭鉸制孔用螺栓，圖8-19所示為雙頭螺柱，圖8-20所示為各種螺釘，圖8-21所示為緊定螺釘頭部和末端形狀，圖8-22所示為各種六角螺母和圓螺母。圖8-18螺栓圖8-19雙頭螺柱圖8-20螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式圖8-21緊定螺釘?shù)念^部和末端圖8-22螺母

3.螺紋連接件的防松

1)摩擦防松

摩擦防松是在螺紋副中產(chǎn)生正壓力，以形成阻止螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力。摩擦防松的主要方式有彈簧墊圈、對(duì)頂螺母和自鎖螺母防松，如圖8-23～圖8-25所示。圖8-23彈簧墊圈圖8-24對(duì)頂螺母圖8-25錐圓口自鎖螺母

2)機(jī)械防松

機(jī)械防松是采用各種專用的止動(dòng)元件來(lái)限制螺紋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)械防松的主要方式有開(kāi)口銷(xiāo)與槽形螺母、止動(dòng)墊片和圓螺母用帶翅墊片，見(jiàn)圖8-26～圖8-28。圖8-26開(kāi)口銷(xiāo)與槽形螺母圖8-27止動(dòng)墊片圖8-28圓螺母用帶翅墊片

3)不可拆卸連接

不可拆卸連接是采用各種措施使得螺紋副變?yōu)榉锹菁y副而成為不可拆連接的一種防松方法。它的主要方式有焊點(diǎn)法、串聯(lián)鋼絲和沖點(diǎn)法等，見(jiàn)圖8-29～圖8-31。圖8-26開(kāi)口銷(xiāo)與槽形螺母圖8-27止動(dòng)墊片圖8-28圓螺母用帶翅墊片

8.3.2離合器

1.牙嵌離合器

牙嵌離合器是一種嚙合式離合器，如圖8-32所示。圖8-32牙嵌離