第15章连接设计-2012-键连接

1、第15章 联接设计键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件，键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件，起周向固定零件的作用并传递扭矩。而导键、滑键、花键起周向固定零件的作用并传递扭矩。而导键、滑键、花键还可用作轴上移动的导向装置。还可用作轴上移动的导向装置。 一、键联接的类型与构造一、键联接的类型与构造 主要类型：平键、半圆键、主要类型：平键、半圆键、楔键、切向键楔键、切向键1、平键、平键 1）普通平键）普通平键 用于静联接，即轴与轮毂间无相对轴向移动用于静联接，即轴与轮毂间无相对轴向移动 构造：两侧面为工作面，靠键与槽的挤压和键的剪切传构造：两侧面为工作面，靠键与槽的挤压和键的剪切传

2、递扭矩递扭矩15.7 15.7 键联接键联接 第15章 联接设计分类：分类： 圆圆 头头 A型（常用）型（常用）键顶上面与毂不接触有间隙键顶上面与毂不接触有间隙 方方 头头 B型型常用螺钉固定常用螺钉固定半圆头半圆头C型型用于轴端与轮毂联接用于轴端与轮毂联接 工 作 面(b)(a)(c)(d)第15章 联接设计指状铣刀铣键槽第15章 联接设计圆盘铣刀铣键槽第15章 联接设计2）薄型平键）薄型平键键高约为普通平键的键高约为普通平键的60%70%：圆头、：圆头、方头、单圆头方头、单圆头 用于薄壁结构、空心轴等径向尺寸受限制的联接用于薄壁结构、空心轴等径向尺寸受限制的联接 平键的尺寸主要是键的截面尺

3、寸平键的尺寸主要是键的截面尺寸bh及键长及键长L。尺寸选择尺寸选择根据轴径根据轴径 d 查标准，确定查标准，确定 b、h根据轮毂宽度，确定键长根据轮毂宽度，确定键长 L第15章 联接设计3）导向平键与滑键）导向平键与滑键用于动联接，即轴与轮毂之间有相用于动联接，即轴与轮毂之间有相对轴向移动的联接对轴向移动的联接 滑键滑键键随轮毂移动键随轮毂移动 （长距离）（长距离） 导向键导向键键不动，轮毂轴向移动键不动，轮毂轴向移动 （短距离）（短距离）特点：装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作用可靠，特点：装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作用可靠，多用于高精度联接。但只能圆周固定，不能承受轴

4、向力多用于高精度联接。但只能圆周固定，不能承受轴向力 第15章 联接设计2、半圆键、半圆键 轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽中绕几何轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽中绕几何中心摆动，键的侧面为工作面。中心摆动，键的侧面为工作面。d特点：工艺性好，装配方便，适用于锥形轴与轮毂的联接特点：工艺性好，装配方便，适用于锥形轴与轮毂的联接缺点：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。缺点：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。 第15章 联接设计 上、下面为工作表面，有上、下面为工作表面，有1:100斜度（侧面有间隙），斜度（侧面有间隙），工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并可传递

5、小工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并可传递小部分单向轴向力部分单向轴向力 特特 点点 ：适用于低速轻载、精度要求不高。对中性较差，：适用于低速轻载、精度要求不高。对中性较差，力有偏心。不宜高速和精度要求高的联接，变载下力有偏心。不宜高速和精度要求高的联接，变载下易松动。易松动。1 :1 0 0工 作 面1 :1 0 03、楔键联接、楔键联接 普通楔键和钩头楔键普通楔键和钩头楔键第15章 联接设计两个斜度为两个斜度为1:100的楔键联接，窄面为工作面布置在圆周的楔键联接，窄面为工作面布置在圆周的切向的切向工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩

6、4、切向键、切向键第15章 联接设计二、键联接的强度校核二、键联接的强度校核 失效形式：失效形式： 工作面压溃（静联接）工作面压溃（静联接） 工作面磨损（动联接）工作面磨损（动联接） 键的剪断（较少）键的剪断（较少） 平键联接的强度校核平键联接的强度校核 a) 挤压强度条件：挤压强度条件： 4 PPTdhlT扭矩（扭矩（N.mm） h键的高度键的高度 d轴径（轴径（mm） l键的工作长度键的工作长度第15章 联接设计 c）剪切强度条件）剪切强度条件 2 Tbldb）磨损强度条件（导向平键）磨损强度条件（导向平键） 4Tppdhl1）双键，按）双键，按180布置（按布置（按1.5个键计算）个键计

7、算）2）增大轴径）增大轴径3）增大键的工作长度）增大键的工作长度4）改用花键）改用花键 强度不够时，采取的措施强度不够时，采取的措施：第15章 联接设计15.8 15.8 花键联接花键联接 由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向均布而成由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向均布而成花键齿侧面为工作面花键齿侧面为工作面适用于动、静联接适用于动、静联接 Dd一、特点、类型和应用一、特点、类型和应用 1、特点：、特点：1）齿较多、工作面积大、承载能力较高）齿较多、工作面积大、承载能力较高2）键均匀分布，各键齿受力较均匀）键均匀分布，各键齿受力较均匀第15章 联接设计3）齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱

8、减少）齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少4）轴上零件对中性好）轴上零件对中性好5）导向性较好）导向性较好6）加工需专用设备、制造成本高）加工需专用设备、制造成本高2、花键类型、花键类型 按齿形分：按齿形分：d 矩形花键矩形花键 矩形花键联接按新标矩形花键联接按新标准为内径定心，定心精准为内径定心，定心精度高，定心稳定性好，度高，定心稳定性好，配合面均要研磨，磨削配合面均要研磨，磨削消除热处理后变形，应消除热处理后变形，应用广泛用广泛第15章 联接设计 渐开线花键渐开线花键30df定心方式为定心方式为齿形定心，当齿齿形定心，当齿受载时，齿上的径向力能自受载时，齿上的径向力能自动定心，有利

9、于各齿均载，动定心，有利于各齿均载，应用广泛，优先采用应用广泛，优先采用 三角形花键三角形花键齿数较多，齿较小，对轴强度削弱小。齿数较多，齿较小，对轴强度削弱小。适于轻载、直径较小时及轴与薄壁零件的适于轻载、直径较小时及轴与薄壁零件的联接应用较少联接应用较少 二、花键联接的设计计算二、花键联接的设计计算 选花键类型选花键类型按轴径定花键尺寸按轴径定花键尺寸验算联接强度验算联接强度 第15章 联接设计失效形式：失效形式：键齿的压溃（静联接）键齿的压溃（静联接） 磨损（动联接）磨损（动联接） 齿根剪断齿根剪断 挤压强度条件：挤压强度条件： 2 PPmTZ h l d 动联接（耐磨性条件）：动联接（

10、耐磨性条件）： 2 mTPPZ h l d T传递扭矩（传递扭矩（N.mm） Z花键齿数花键齿数 l 键齿工作长度（键齿工作长度（mm） dm花键的平均直径花键的平均直径载荷分布不均系数载荷分布不均系数 h键齿侧面工作高度键齿侧面工作高度假设工作载荷沿键的工作长度均匀分布。假设工作载荷沿键的工作长度均匀分布。且各齿面上压力的合力作用在平均半径且各齿面上压力的合力作用在平均半径dmdm处，则处，则 第15章 联接设计15.9 15.9 销联接销联接 销联接的应用：销联接的应用： 1）固定零件间相对位置；）固定零件间相对位置； 2）零件间的联接或锁定，可传递不大的载荷；）零件间的联接或锁定，可传递

11、不大的载荷； 3）用于安全保护装置中的过载剪断元件）用于安全保护装置中的过载剪断元件 。销套安全销第15章 联接设计圆柱销圆柱销不能多于装拆，否则定位精度下降不能多于装拆，否则定位精度下降圆锥销圆锥销1:50锥度，定位精度较高，允许多次拆卸锥度，定位精度较高，允许多次拆卸特殊型式销特殊型式销带螺纹锥销，开尾锥销，弹性销，开口销，带螺纹锥销，开尾锥销，弹性销，开口销，槽销等多种形式槽销等多种形式 槽 销销轴和开口销开尾圆锥销圆柱销圆锥销内螺纹圆锥销销的分类销的分类:第15章 联接设计15.10 15.10 无键联接无键联接 轴与毂的联接不用键或过盈方法时，统称无键联接轴与毂的联接不用键或过盈方法

12、时，统称无键联接 一、型面联接一、型面联接 轴和毂孔有柱形和锥形等。轴和毂孔有柱形和锥形等。 特点：没有应力集中源，对中性好，承载能力强，装拆方便，特点：没有应力集中源，对中性好，承载能力强，装拆方便，但加工不方便，需用专用设备，应用较少。另外成形面但加工不方便，需用专用设备，应用较少。另外成形面还有方形、六边形及切边圆形等，但对中性较差。还有方形、六边形及切边圆形等，但对中性较差。 第15章 联接设计二、胀紧联接二、胀紧联接 弹性环联接弹性环联接利用锥面贴合并挤紧在轴毂之间用摩擦力传利用锥面贴合并挤紧在轴毂之间用摩擦力传递扭矩，有过载保护作用。递扭矩，有过载保护作用。弹性环的材料为高碳钢或高

13、碳合金钢（弹性环的材料为高碳钢或高碳合金钢（65，70，55Cr2、60Cr2）并经热处理。锥角一般为）并经热处理。锥角一般为12.517，另外要求内、外，另外要求内、外环锥面配合良好。环锥面配合良好。特点：可传递较大扭矩和轴向力，无应力集中，对中性好，特点：可传递较大扭矩和轴向力，无应力集中，对中性好，但加工要求较高，应用受限制。但加工要求较高，应用受限制。dLDl第15章 联接设计15.11 15.11 过盈联接过盈联接 一、过盈联接的类型与应用一、过盈联接的类型与应用 利用两个被联接件本身的过盈配合来实现，一为包容利用两个被联接件本身的过盈配合来实现，一为包容件，另一为被包容件件，另一为

14、被包容件 用于轴与轮毂联接，轮圈与轮芯的联接及滚动轴承与用于轴与轮毂联接，轮圈与轮芯的联接及滚动轴承与轴及座孔的联接轴及座孔的联接第15章 联接设计二、过盈联接的工作原理与装配方法二、过盈联接的工作原理与装配方法 工作原理：利用包容件与被包容件的径向变形使配合面间产工作原理：利用包容件与被包容件的径向变形使配合面间产生很大压力，从而靠摩擦力来传递载荷生很大压力，从而靠摩擦力来传递载荷装配方法：装配方法：1 1）压入法）压入法利用压力机将被包容件压入包容件中，由于压利用压力机将被包容件压入包容件中，由于压入过程中表面微观不平度的峰尖被擦伤或压平，因而降入过程中表面微观不平度的峰尖被擦伤或压平，因

15、而降低了联接的紧固性低了联接的紧固性2 2）温差法）温差法加热包容件，冷却被包容件。可避免擦伤联加热包容件，冷却被包容件。可避免擦伤联接表面，联接牢固。接表面，联接牢固。 第15章 联接设计一、概述一、概述 铆接是将铆钉穿过被联接件的预制孔中经铆合而成的联接铆接是将铆钉穿过被联接件的预制孔中经铆合而成的联接方式。其联接部分称为铆缝。方式。其联接部分称为铆缝。15.12 15.12 铆接铆接 铆接具有工艺设备简单，工艺过程比较容易控制，质量稳定，铆接铆接具有工艺设备简单，工艺过程比较容易控制，质量稳定，铆接结构抗振、耐冲击，联接牢固可靠等特点。因此，在承受严重冲击和振动结构抗振、耐冲击，联接牢固

16、可靠等特点。因此，在承受严重冲击和振动载荷的金属结构的联接中，如桥梁、建筑、造船、重型机械及飞机制造等载荷的金属结构的联接中，如桥梁、建筑、造船、重型机械及飞机制造等工业部门中得到应用。工业部门中得到应用。第15章 联接设计a 搭接缝搭接缝 b 单盖板对接缝单盖板对接缝 c 双盖板对接缝双盖板对接缝 321432141231 1按接头型式分有：搭接缝、单盖板对接缝和双盖板对接按接头型式分有：搭接缝、单盖板对接缝和双盖板对接缝。缝。铆缝的结构通常从三个方面来分类：铆缝的结构通常从三个方面来分类：第15章 联接设计2 2按铆钉的排数分有：单排、双排和多排。按铆钉的排数分有：单排、双排和多排。3 3

17、按铆缝性能分有：按铆缝性能分有： 以强度为基本要求的强固铆缝。以强度为基本要求的强固铆缝。 要求有足够的强度和足够紧密性的强密铆缝。要求有足够的强度和足够紧密性的强密铆缝。 要求有足够的紧密性的紧密铆缝。要求有足够的紧密性的紧密铆缝。第15章 联接设计铆钉有空心的和实心的两大类，且大部分都以标准化。铆钉有空心的和实心的两大类，且大部分都以标准化。铆接分冷铆和热铆。铆接分冷铆和热铆。二、铆钉的主要类型二、铆钉的主要类型钉杆直径钉杆直径 d12mm 的钢制铆钉，通常是将铆钉加热后的钢制铆钉，通常是将铆钉加热后进行铆接。进行铆接。钉杆直径钉杆直径 d10mm 的钢制铆钉和塑性较好的有色金属、的钢制铆

18、钉和塑性较好的有色金属、轻金属及其合金制成的铆钉一般在常温下进行冷铆。轻金属及其合金制成的铆钉一般在常温下进行冷铆。第15章 联接设计三、铆缝的设计要点三、铆缝的设计要点强度计算时，一般假设：强度计算时，一般假设： 联接的横向力联接的横向力F通过铆钉组形心，一组铆钉中各个铆钉受力通过铆钉组形心，一组铆钉中各个铆钉受力均等。均等。 铆缝不受弯矩作用。铆缝不受弯矩作用。 被铆件结合面摩擦力略去不计。被铆件结合面摩擦力略去不计。 被铆件危险剖面上的拉被铆件危险剖面上的拉( (压压) )应力，铆钉的剪应力，工作挤压应力，铆钉的剪应力，工作挤压应力都是均匀分布的。应力都是均匀分布的。设计铆缝时，先根据铆

19、缝的破坏形式进行强度计算。设计铆缝时，先根据铆缝的破坏形式进行强度计算。第15章 联接设计四、铆缝的受力及破坏形式、设计计算要点四、铆缝的受力及破坏形式、设计计算要点 （a）铆钉被剪断）铆钉被剪断 （b）板边被剪坏）板边被剪坏 （c）钉孔接触面被压坏）钉孔接触面被压坏 （d）板沿钉孔被拉断）板沿钉孔被拉断 （e）板边被撕裂）板边被撕裂 (a)(b)(c)(d)(e)第15章 联接设计单排搭接铆缝的静强度分析：单排搭接铆缝的静强度分析：取图中宽度等于垂直与受载方向的钉距取图中宽度等于垂直与受载方向的钉距t的阴影部分进行计算。的阴影部分进行计算。（1）由被铆件的拉伸强度确定的铆缝）由被铆件的拉伸强

20、度确定的铆缝承受的静载荷承受的静载荷423dF)(1dtF（2）由被铆件上孔壁的挤压强度确定）由被铆件上孔壁的挤压强度确定的被铆件能承受的静载荷的被铆件能承受的静载荷（3）由铆钉的剪切强度确定的铆钉能）由铆钉的剪切强度确定的铆钉能承受的静载荷承受的静载荷对于一般的强固铆缝，上述式中的许用应力可根据组成铆缝各元件的材对于一般的强固铆缝，上述式中的许用应力可根据组成铆缝各元件的材料选取。料选取。p2dF 第15章 联接设计15.13 15.13 焊焊 接接焊接焊接利用局部加热的方法将被联接件联接成为一个整体的利用局部加热的方法将被联接件联接成为一个整体的一种不可拆联接一种不可拆联接一、焊接的类型、

21、特点及应用一、焊接的类型、特点及应用 焊接可以分为两大类：焊接可以分为两大类：压力焊；压力焊；熔融焊熔融焊 二、焊接件常用材料及焊条二、焊接件常用材料及焊条 焊接的金属结构常用材料为焊接的金属结构常用材料为Q215、Q235、Q255焊接的零件则常用焊接的零件则常用Q275、1550号碳钢，以及号碳钢，以及50Mn、50Mn2、50SiMn2等合金钢等合金钢 三、焊缝的受力及破坏形式三、焊缝的受力及破坏形式 焊接时形成的接缝叫做焊缝焊接时形成的接缝叫做焊缝 第15章 联接设计（a）正接角焊缝）正接角焊缝 （b）搭接角焊缝）搭接角焊缝 （c）对接焊缝）对接焊缝（d）卷）卷 边边 焊焊 缝缝 （e

22、）塞焊缝）塞焊缝 (a)双 面 式单 面 式(b)封底焊缝V型 焊 缝(c)(d)(e)榫 头 式第15章 联接设计对接焊缝主要用来承受作用于被焊件所在平面内的对接焊缝主要用来承受作用于被焊件所在平面内的拉（压）力或弯矩，其正常的破坏形式是沿焊缝断裂拉（压）力或弯矩，其正常的破坏形式是沿焊缝断裂lFFMlM第15章 联接设计正焊缝通常只用来承受拉力，侧焊缝及混合焊缝可用来承正焊缝通常只用来承受拉力，侧焊缝及混合焊缝可用来承受拉力或弯矩，其正常破坏形式均认为是由于剪切而破坏的受拉力或弯矩，其正常破坏形式均认为是由于剪切而破坏的u4kFFAAFFhkMMAABBBBklAABBMh+k第15章 联

23、接设计四、焊接件的工艺及设计注意要点四、焊接件的工艺及设计注意要点 为了避免未焊透或缺焊的现象。焊缝的长度应按实际结构为了避免未焊透或缺焊的现象。焊缝的长度应按实际结构的情况尽可能取得短些或分段进行焊接，并应避免焊缝交叉；的情况尽可能取得短些或分段进行焊接，并应避免焊缝交叉；还应在焊接工艺上采取措施，使构件在冷却时能有微小自还应在焊接工艺上采取措施，使构件在冷却时能有微小自由移动的可能；由移动的可能；焊后应经热处理（如退火），以消除残余应力。焊后应经热处理（如退火），以消除残余应力。在焊接厚度不同的对接板件时，应将较厚的板件沿对接部在焊接厚度不同的对接板件时，应将较厚的板件沿对接部位平滑辗薄，以利焊缝金属匀称熔化和承载时的力流得以平滑位平滑辗薄，以利焊缝金属匀称熔化和承载时的力流得以平滑过渡过渡 bh缺 焊未 焊 透第15章 联接设计五、焊接在机器零件中的应用焊接的减速箱体焊接的齿轮结构由于焊接具有强度高、工艺简单、因联接而增加的质量小等特点，焊接技术的应用日益广泛。在技术革新、单件生产、新产品试制等情况下，采用焊接制造箱体、机架等，一般比较经济。随着焊接技术的发展，许多零件已改变了它们的传统制造方法。一向是铸造出的机座、