第17章 其他常用联接零件和弹簧

第十四章

其他常用联接零件和弹簧本章主要内容第一节键联接和花键联接第二节销联接和无键联接第三节弹簧本章学习要求1、掌握键联接的类型、工作原理、结构形式和应用。2、掌握键联接截面尺寸和长度尺寸的确定方法；了解失效形式和强度计算方法。3、了解花键联接的类型、工作特点、结构形式、失效形式及强度计算。4、了解销联接和无键联接的类型、特点及应用。5、了解弹簧的功用和类型，圆柱弹簧的结构形式和设计方法。本章重点普通平键的选用、受力分析及强度计算

第一节键联接和花键联接

一、键联接（一）平键联接

用来实现轴与轮毂的周向固定并传递转矩。

1、普通平键联接（主要用于轴与轮毂之间无相对移动的静联接）a)结构形式b)圆头平键（A型）c)方头平键（B型）d)单圆头平键图14－1普通平键联接一、键联接（一）平键联接

用于动联接，能实现轴上零件的轴向移动。导向平键较长，用螺钉将键固定在轴槽内。第一节键联接和花键联接2、导向平键联接用于动联接。轮毂在轴上的滑动距离较长时,导向平键会导致键过长，可采用滑键联接。3、滑键图14－2导向平键联接和滑键联接导向平键联接滑键联接第一节键联接和花键联接一、键联接（二）半圆键联接

键是圆弧形，可绕其圆心在一定范围内摆动，靠键的侧面与键槽接触来传递载荷，两侧面为工作面。

主要用于锥形轴与轮毂的联接，或轻载静联接。图14－3半圆键联接第一节键联接和花键联接一、键联接（三）楔键联接

上下两个表面是工作面，两个表面具有1：100的斜度。靠楔紧所产生的摩擦力在轴与轮毂之间传递转矩，并可轴向固定和承受单向轴向力。主要用于定心精度要求不高。载荷平稳和低速的场合。图14－4楔键联接第一节键联接和花键联接一、键联接（四）切向键联接由两个斜度为1：100的楔键组成，键的窄面是工作面靠工作面的挤压和轴与轮毂间的的摩擦力传递转矩。图14－5切向键联接第一节键联接和花键联接二、平键联接的尺寸选择和强度校核

平键的尺寸选择：按GB/T1096-1979)，见表14－1截面尺寸b×h（键宽b×键高h），按轴的直径d

由标准中选取；

键的长度L按轮毂的长度定由标准中选取。强度计算：（1）普通平键主要失效形式——工作面压溃

图14－6平键联接受力分析普通平键的挤压强度条件为（按工作面上挤压应力进行强度校核计算）第一节键联接和花键联接二、平键联接的尺寸选择和强度校核（续）（2）导向平键联接和滑键联接（动联接）主要失效形式：

——工作面过度磨损见表14—2。和按工作面上的压力进行条件性强度校核计算，强度条件为（按工作面的过度磨损进行强度计算）第一节键联接和花键联接例14-1解：（1）选择键联接的类型和尺寸7级精度齿轮传动要求轮毂联接具有较高的定心精度。由于齿轮与轴为静联接，故初步选用普通圆头平键联接。考虑到加工的需要，键槽两端尚需留出5mm的间距，故取键槽长度L=70mm。根据表14-1查得键宽b=20mm，键高h=12mm。2）校核键联接的强度A型键的工作长度。根据轴与轮毂的材料，从表14-2中查得键联接的许用应力，根据式（14-1）计算轴毂联接处的挤压应力为键的标记为：键20×70GB/T1096-1979。（一般A型键不标出“A”，但对于B型或C型键，需将“键”标为“键B”或“键C”)一铸铁齿轮与轴之间的轴毂联接采用键联接,齿轮精度为7级，载荷有轻微冲击，联接所传递的转矩为1000N·m，联接处轴的直径为70mm，轴段长80mm，轮毂长82mm，试确定键联接的类型和尺寸。（合适）第一节键联接和花键联接

三、花键联接花键联接的类型：按断面形状可分为矩形花键和渐开线花键。花键联接常用于载荷大，经常滑移，定心精度高的场合。花键联接由内花键和外花键组成。图14－7花键a）外花键b）内花键矩形花键（小径定心）渐开线花键（齿形定心）图14－8矩形花键联接和渐开线花键联接第一节键联接和花键联接

三、花键联接花键联接强度计算:花键联接主要失效形式：工作面压溃（静联接）工作面过度磨损（动联接）静联接动联接图14－9花键联接受力情况图14－9花键联接受力情况第二节销联接和无键联接

一、销联接

圆柱销销是标准件圆锥销主要用于固定零件间的相对位置的称定位销；作为安全装置中的过载剪断元件称安全销。联接销安全销图14－11联接销和安全销圆柱销圆锥销图14－10定位销螺尾圆锥销内螺纹圆锥销图14－12

带螺纹的圆锥销第二节销联接和无键联接

二、无键联接（一）型面联接

（二）胀紧联接一个胀套两个胀套图14－15采用Z1型胀套的胀紧联接图14－型面联接用等距曲线a）柱形轴和毂孔b）锥形轴和毂孔图14－13型面联接第三节弹簧一、弹簧的功用和类型弹簧的主要功能有：（1）控制机械运动（2）缓冲或减振（3）储存能量（4）测量力或力矩常用弹簧的类型、特点和应用见表14－4第三节弹簧二、圆柱螺旋弹簧的结构形式（一）圆柱螺旋压缩弹簧在自由状态下，弹簧各圈之间有间距δ，以便弹簧受压时有产生相应变形的可能。圆柱螺旋压缩弹簧图14－18圆柱螺旋压缩弹簧的端面圈a）YⅠ型b）YⅡ型c）YⅢ型图14－17圆柱螺旋压缩弹簧第三节弹簧二、圆柱螺旋弹簧的结构形式（二）圆柱螺旋拉伸弹簧图14－19圆柱螺旋拉伸弹簧圆柱螺旋拉伸弹簧挂钩的形式图14－20圆柱螺旋拉伸弹簧挂钩的形式a）LI型b）LII型c）LVII型d）LVIII型第三节弹簧三、弹簧的材料和制造常用的金属弹簧材料：

碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢和铜合金。（一）弹簧的材料材料选择的依据：

根据弹簧的功用、重要程度及工作条件（包括载荷性质、大小及循环特性、工作温度和周围介质等）选取不同类型的材料。（二）圆柱螺旋弹簧的制造制造工艺：①卷绕；②两端面加工（压缩弹簧）或制作挂钩（拉伸弹簧）；③热处理；工艺试验等。必要时，还需进行强压或喷丸处理。第三节弹簧四、圆柱螺旋弹簧和拉伸弹簧的设计计算（一）普通圆柱螺旋弹簧的几何尺寸计算普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸：外径、中径、内径、节距、螺旋升角、及弹簧钢丝线径。图14－21圆柱螺旋弹簧的结构参数a）压缩弹簧b）拉伸弹簧第三节弹簧四、圆柱螺旋弹簧和拉伸弹簧的设计计算（续1）（二）特性曲线拉伸弹簧的特性曲线a）拉伸弹簧b）没有初拉力时的特性曲线c）有初拉力时的特性曲线a）压缩弹簧b）特性曲线图14－22压缩弹簧的特性曲线图14－23拉伸弹簧的特性曲线压缩弹簧特性曲线第三节弹簧四、圆柱螺旋弹簧和拉伸弹簧的设计计算（续2）（三）圆柱螺旋弹簧的强度和刚度计算1弹簧中的应力2弹簧的强度条件3弹簧的刚度条件弹簧丝内侧的最大应力：曲度系数剪切力弹簧指数最大工作载荷有效圈数切变模量轴向变形量第三节弹簧四、圆柱螺旋弹簧和拉伸弹簧的设计计算（续3）（四）圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计弹簧的设计步骤：1）根据工作条件，选择弹簧材料，查出其力学性能数据。2）参照刚度要求，选择弹簧指数C。根据结构尺寸要求初定弹簧中径D，估取弹簧钢丝线径d,由表14－5查出许用应力。3）按强度条件确定所需弹簧钢丝线径d.4）按刚度条件确定弹簧有效圈数n。5）计算弹簧的几何尺寸。6）进行疲劳强度、静强度和稳定性等验算。设计依据：通常根据最大工作载荷Fmax和变形量fmax及结构要求（如安装空间对弹簧尺寸的限制）等来决定弹簧钢丝线径、弹簧中径、有效圈数、弹簧的螺旋升角和长度等。解：（1）选材料，确定许用应力[τ]。根据弹簧所受的载荷特性在表14-5中选用C级碳素弹簧钢丝，则由表14-5可知[τ]=0.5σb。弹簧钢丝的抗拉强度σb与弹簧钢丝直径d有关。先假设d=6mm，查表14-6，则对应的σb=1420MPa。

[τ]=0.5σb=0.5×1420MPa=710MPa（2）初选旋绕比C=5。（3）求弹簧丝直径。先由式（14-7）求出曲度系数，然后根据式（14-8）求出弹簧丝线径d。例14-2设计在静载荷作用下的圆柱螺旋压缩弹簧，要求次弹簧在最大工作载荷Fmax=1400N时，其变形量λmax=25mm。钢丝线径在所设范围之内，圆整为标准直径d=6mm（符合直径系列）。（4）计算直径中径D=Cd=5×6=30mm（符合中径系列）例14－2（5）计算弹簧工作圈数。根据式（14-11）并由表14-5查出G=80000MPa，得到弹簧工作圈数