第12章 工程中的联接 课件(12)

《机械设计基础》课件（12）第12章工程中的联接

作用：联接轴和轴上零件，实现周向固定以传递转矩和运动。联接分类如下：平键联接花键联接销联接联接——就是指联接件与联接件的组合结构。组成联接的零件可分为联接件和被联接件。起联接作用的零件，如螺栓、螺母、键以及铆钉等，称为联接件；而需要联接起来的零件，如减速箱的箱盖、箱座、齿轮与轴等称为被联接件。第一节

键联接平键轴上的键槽外花键内花键一、键联接的类型及应用

类型（1）松键联接（2）紧键联接①平键联接②半圆键联接①楔键联接②切向键联接（1)松键联接①平键联接

平键联接结构简单、装拆方便，对中性好等优点，故应用广泛。

普通平键——用于静联接导向平键——用于动联接滑键——用于动联接工作面间隙（1）普通平键——两侧面为工作面普通平键的类型单圆头(C型)：用于轴端圆头(A型)：端铣刀加工，固定良好平头(B型)：应力集中小，常用螺钉固定盘铣刀

A型B型C型键槽加工键槽加工立铣卧铣（2）导向平键加长平键，轴向移动量不大的动联接，用螺钉固定在轴上（3）滑键联接

轴向移动量大的动联接，滑键在轮毂上，与轮毂一起在轴上移动设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云2、

半圆键联接优点：定心好，装配方便。缺点：对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。特别适用于锥形轴端的联接。工作面半圆键联接应用(2)紧键联接

结构：楔键的上、下面为工作面，键的上表面及轮毂键槽底面均有1:100的斜度。

特点：能承受单向轴向力。但对中性很差。。应用：用于低速、轻载和对中性要求的场合。①.楔键联接①楔键联接斜度1：100②、切向键

结构：由两个斜度为1:100的楔键组成。

应用：常用于对中精度要求不高的重型机械。工作面工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩特点：承载能力较大，但对中性差。传递双向转矩时，须用两个键且分布成120~130˚

。二、平键联接的强度计算1.选择平键的类型

键一般采用抗拉强度极限σs<600MPa的碳钢制造，通常用45钢;当轮毂用铸铁时,键可用20钢或Q235钢。

键的类型应根据键联接的结构、使用特性及工作条件来选择。选择时应考虑以下各方面的情况：需要传递转矩的大小；联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离的长短；对于联接的对中性要求；键是否需要具有轴向固定的作用；以及键在轴上的位置（在轴的中部还是端部）等。在设计联接时，平键的选择和计算一般按以下步骤进行：3.确定键的长度

键长L：应略短于轮毂的宽度5-10mm，并符合标准尺寸系列。(见表12-1)4.键的标记

B型平键b×h×L=10×16×125→键B10×125

A型键可不标型号确定键的截面尺寸由轴径d从标准中查取截面尺寸b×h(见表12-1)

平键的主要失效形式：压溃——按挤压强度计算。◆极个别情况会出现键被剪断；◆导向平键的主要失效形是工作面的磨损。静联接：sp——工作面所受挤压应力

T——转矩(N.mm)A——挤压面积(mm)h——键高，mmd——轴段的直径，mm5、校核平键联接的强度钢125~150100~12060~90表12-2键联接的许用挤压应力、许用压力

许用值

轮毂材料静载荷轻微冲击冲

击载荷性质铸铁70~8050~6030~45钢504030

[p][σp

]l——键的接触长度，mm圆头平键：平头平键：单圆头平键：[σp

]——材料的许用挤压应力，MPa

导向平键联接主要失效形式是工作面的磨损。因此，要做耐磨性计算，限制其压强p，强度条件为(12-2)式中：［p］——许用压强，MPa，见表12-2；其他参数同式(12-1)。图12-14平键联接的受力分析动联接：★双键联接问题：

当使用单键联接不能满足联接的强度要求时，可采用双键联接。使用两个平键联接时，一般设置在同一轴段上相隔180°布置；（见题图12-7）采用两个楔键联接时，相隔120°左右；采用两个半圆键联接时，则常设置在轴的同一母线上（为什么？）。

三、花键联接（动画演示）11：10

结构：外花键（花键轴）和内花键（花键孔）组成。键齿侧面是工作面。

特点：承载能力高，对中性好;但制造要采用专用设备，成本较高。

应用：用于定心精度要求高、载荷较大的场合。第二节销联接（视频播放）

13：19定位销——主要用于零件间位置定位，左图，常用作组合加工和装配时的主要辅助零件。联接销——主要用于零件间的联接或锁定，中图，可传递不大的载荷安全销——主要用于安全保护装置中的过载剪断元件，右图销是标准件，可用于两个零件之间的定位和联接圆柱销——不能多于装拆（否则定位精度下降）圆锥销——1：50锥度，可自锁，定位精度较高，允许多次装拆，且便于拆卸，应用较广。特殊型式销便于装拆，可用于盲孔适用于有冲击的场合适用于承受振动和变载荷的联接销尾可分开，能防止松脱，多用于振动冲击场合弹性圆柱销：用弹簧钢带卷制而成，具有弹性，用于冲击振动场合开口销：是一种防松零件，用于锁紧其它紧固件。带螺纹锥销槽销开尾锥销

螺纹类型

按牙型不同分螺旋线的旋向分按螺旋线的数目分三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹左旋螺纹右旋螺纹单线螺纹多线螺纹普通螺纹管螺纹传动螺纹联接螺纹第三节螺纹联接一、螺纹的分类锯齿形螺纹1、三角形螺纹（2）管螺纹（1）普通螺纹

牙型为等边三角形，牙型角α=60º；分为粗牙和细牙两种，粗牙螺纹用于一般联接，细牙螺纹在相同公称直径时,螺距小,螺纹深度浅,导程和升角也小，自锁性能好（动画演示），适合用于薄壁零件和微调装置

专用于管件联接的特殊细牙三角形螺纹，牙型角α=55º

特点：联接密封性好；

2、矩形螺纹

3、梯形螺纹

4、锯齿螺纹

牙型多为正方形，牙型角α=0º；传动效率高，但精加工困难，磨损后轴向间隙不易补偿。

牙型为梯形，牙型角α=30º；传动效率比矩形稍低，但制造工艺性好，牙根强度高，定心性好

牙侧角β两边不等

，工作边为3º非工作边为30º；综合了矩形螺纹的高效率和梯形螺纹牙根强度高的优点，适用于单向受载的传动螺旋。

螺纹几何参数(3)中径d2d1d2d(1)大径d—螺纹的公称直径(2)小径d1—用于强度计算(4)螺距P(5)导程S(6)螺纹升角ψ

(7)牙型角

αtgψ=πd2

nP

牙侧角

β

ββψπd2SψS=nPSPP/2P/2α二、螺纹联接的基本类型及常用的螺纹联接件1.螺纹联接的基本类型（视频播放）14：25

在被联接件上开有通孔，被联接件孔中不加工螺纹。结构简单，装拆方便，使用时不受被联接件材料的限制，应用极

广

。

普通螺栓联接

①普通螺栓联接

螺栓杆与被联接件孔壁之间有间隙。通孔加工精度低，成本低，应用最广。孔与螺杆之间留有间隙（1）螺栓联接②铰制孔用螺栓联接威者(动画演示)

螺栓杆与被联接件孔壁之间无间隙。孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合(H7／m6、H7／n6)，能精确定位，能承受横向载荷被联接件需钻孔、铰孔，成本高。（3）螺钉联接（动画演示）

被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。只用螺钉，不用螺母，直接把螺钉拧进被联接件的螺钉中。

适用于载荷较轻，且不经常装拆的场合。

螺钉联接双头螺柱联接（2）双头螺柱联接

用两头均有螺纹的螺柱和螺母把被联接件联接起来,被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。适用于被联接件之一厚度很大，而又不宜钻通孔，但又经常拆卸的地方。螺纹联接类型（4）紧定螺钉联接

利用拧入被联接件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面，以固定零件的相对位置，可传递不大的力或扭矩。2、常用螺纹联接件（1）螺栓常用六角头螺栓头部形状有圆头、扁圆头、六角头、圆柱头和沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽和内六角孔等形式。（2）螺钉两端螺纹可相同或不同，螺柱可带退刀槽或制成腰杆，也可制成全螺纹。（3）双头螺柱端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬度较大的平面或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于坚定空心轴上的零件位置。（4）紧定螺钉

螺母结构形式很多，最常用的是六角螺母，其次是圆螺母。（5）螺母六角螺母圆螺母垫圈平垫圈分为A级和C级两种。用于同一螺纹直径的垫圈又分为特大、大、普通和小的四种规格，特大垫圈主要在铁木结构上使用。斜垫圈只用于倾斜的支承面上。（6）垫圈1．螺纹联接的预紧（动画演示）

拧紧的目的1.提高联接的紧密性2.防止联接松动3.提高联接件强度

预紧力的控制：测力矩扳手定力矩扳手四、螺纹联接应注意的几个问题弹簧垫圈防松2.螺纹联接的防松1、摩擦防松（保证螺纹副间有足够的轴向压力和摩擦力矩）

对顶螺母，弹簧垫圈。结构简单、使用方便。限制螺旋副的相对转动；以防止联接的松动，影响正常工作。①防松的实质②防松方法（摩擦防松.机械防松

.永久防松）自锁螺母防松

对顶螺母防松2、机械防松开口销与开槽六角螺母止动垫圈串联钢丝（在联接中加入其它机械元件)

开口销、止动垫圈，串联铁丝等。

适用于冲击振动载荷，重要场合使用，成本高。机械防松

止动垫片防松机械防松机械防松止动垫圈与圆螺母（结构演示）焊接铆冲

不可拆卸防松3、永久防松粘、铆、焊等。1）避免螺栓联接承受偏心载荷（图12-35、36图片）4、板手空间2）设计螺纹联接时要考虑到安装和拆卸。在布置螺栓时，螺栓与螺栓之间的间距以及螺栓轴线到箱壁之间距离应满足扳手活动空间的要求。其它对螺纹有特殊要求（如防腐、耐高温）时，应选择有特殊性能的材料。一般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215、Q235、15、35、45等受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB等螺纹联接件的材料螺纹联接的预紧、防松视频FF/2F/2受轴向拉伸的螺栓联接

F——工作拉力，单位为N；d1——螺栓危险截面的直径，单位为mm；[σ]——螺栓材料的许用拉应力，单位为MPa。五、

螺栓联接的强度计算（1）松螺栓联接—装配时不施加预紧力强度条件设计公式起重吊钩（动画）（2）紧螺栓联接强度计算仅受预紧力的紧螺栓联接－结合面的摩擦力来承受横向载荷，防止被联接件错动。联接面间摩擦力拧紧力矩预紧力平衡横向力强度条件

2、受横向载荷的配合（铰制孔）螺栓联接

如图12—4所示铰制孔用螺栓联接。工作时螺杆在接合面处受剪切，螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在装配时要适当拧紧。挤压强度条件为：剪切强度条件为：六、提高螺栓联接强度的措施1.降低影响螺栓疲劳强度的幅度—可增大螺栓长度或加垫片螺栓的断裂2.改善螺纹牙间的载荷分布

(动画演示)3.减小应力集中

(动画演示)4.避免或减小附加应力

工作特点：联轴器用于刚性静态联接；而离合器则用于两轴之间的动态联接。分类：弹性联轴器刚性联轴器固定式联轴器移动式联轴器作用：主要用于将两根轴联接在一起，使它们一起旋转，并传递扭矩。联轴器牙嵌式离合器离合器摩擦式离合器定向离合器应用实例：手腕驱动机构、汽车后桥驱动、车辆启停等。第四节联轴器和离合器联轴器与离合器区别：相同点：联接两轴、传递运动和转矩。不同点：

联轴器——联接的两轴只有停车后经拆卸才能分离。

离合器——联接的两轴可在机器工作中方便地实现分离与接合。设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云yxα

α

xy轴向径向角度综合一、

联轴器（结构演示）联轴器连接的两轴常常由于制造和安装误差使两轴中线难于对中，两轴线的相对位移:轴向、径向、角度、综合。

1.刚性联轴器套筒式凸缘式类型普通凸缘联轴器对中榫凸缘联轴器铰制孔螺栓来联接普通孔螺栓靠接合面的摩擦力来传递转矩靠螺栓杆承受挤压与剪切来传递转矩

(a)

(b)

(c)凸缘

(1)固定式刚性联轴器

1)套筒式联轴器特点：结构简单紧凑（特别是径向尺寸），成本低廉，便于装卸与维护。可以一定程度上起安全保护作用。要求在两轴严格对中情况下使用，装拆时必须做轴向移动。套筒式联轴器结构

设计：潘存云设计：潘存云普通凸缘联轴器绞制孔螺栓型式：有对中榫的凸缘联轴器普通凸缘联器---靠铰制孔螺栓对中。---靠榫头对中。普通螺栓对中榫结构：半联轴器通过键与轴相联，用螺栓将两个半联轴器的凸缘联接在一起。在刚性联轴器中应用最广。2）凸缘联轴器（结构演出示）设计：潘存云制造与安装要求：半联轴器的凸缘端面应与轴线垂直，安装时应使两轴精确对中。90˚材料：一般用铸铁、当重载或V≥30m/s时，用铸钢或锻钢。特点：结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能缓冲减振，不能补偿两轴产生位移。应用：适用于速度较低、载荷较平稳、两轴对中性较好的场合。这种联轴器目前已标准化。联接特点：构成动联接，具有一个或几个方向的活动度。能补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，不能缓冲吸振。（2）可移式联轴器1）滑块联轴器（动画演示）结构：两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端各具有凸榫的中间滑块，且两端榫头互相垂直，嵌入凹槽中，构成移动副。（结构演示）设计：潘存云工作原理：当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹槽内滑动。优缺点：结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷。适用范围：α≤30’,y≤0.04d，v≤300r/min

α

y半联轴器半联轴器中间盘设计：潘存云设计：潘存云2）齿式联轴器结构：两个有内齿的外壳，两个有外齿的套筒，两者齿数相同，外齿做成球形齿顶的腰鼓齿。套筒与轴用键联接，两外壳用螺栓联接。两端密封，空腔内储存润滑油。功用：能补偿轴不对中和偏斜。工作范围：正常齿：α≤30’

腰鼓齿：α≤3˚

α

特点：能补偿两轴的综合位移。能传递较大的转矩，但结构较复杂，制造较困难，在重型机器和起重设备中应用较广。设计：潘存云设计：潘存云优点：传递扭矩大、能补偿两轴综合位移。啮合的齿数多，承载能力大，外廓尺寸紧凑，可靠性高，适用速度范围广。缺点：结构笨重、造价高。应用：用于高速重载传动。设计：潘存云设计：潘存云3）十字轴万向联轴器（动画演示）作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。（结构演示）应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。α单万向联轴器设计：潘存云设计：潘存云结构特点：两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的“十字形”构件相联，“十字形”构件的中心位于两轴交点处，运动分析：α两轴平均传动比为1，但瞬时传动比是动态变化的。Aω'2Aαω1Bα=0~45˚轴间角为：设计：潘存云设计：潘存云

小型双万向联轴器结构如图所示，通常采用合金钢制造。AAA--AAAααAAαα设计：潘存云设计：潘存云一、弹性套柱销联轴器

2.弹性联轴器结构特点：外观与凸缘联轴器相似，用带橡胶弹性套的柱销联接两个半联轴器。（结构演示）预留安装空间以便与更换橡胶套A预留间隙以补偿轴向位移。c圆柱孔圆锥孔设计：潘存云二、弹性柱销联轴

（结构演示）结构：用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中。结构简单、更换柱销方便。尼龙销挡板cc销与挡板之间留有间隙特点：上述两种联轴器的动力通过弹性元件传递，缓和冲击、吸收振动。应用：适用于正反向变化多，启动频繁的高速轴。适用范围：-12˚≤t≤60˚，

v≤8000r/min

能补偿较大的轴向位移，并允许微量的径向位移和角位移。两种柱销二、离合器离合器的功能

机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的装置。它的主要功能是用来操纵机器传动系统的断续，以便进行变速及换向等。

离合器类型外力操纵式自动离合器定向离合器单向传动，反转时自动分离牙嵌式离合器圆盘摩擦离合器设计：潘存云1.牙嵌式离合器结构：由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。

固定套筒活动套筒滑环对中环工作原理：利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。

设计：潘存云2.摩擦离合器123(1)单片式圆盘摩擦离合器摩擦扭矩:Tmax=Fa

fRf结构：由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环组成。工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠摩擦力带动从动轴转动。缺点：结合过程中不可避免出现打滑，引起磨损和发热；

2.过载时打滑，起保护作用；

3.结合平稳、冲击和振动小。优点：

1.在任何转速条件下两轴都可以进行结合；Fa213FaRf设计：潘存云主动摩擦片杠杆滑环工作原理：移动滑环，通过杠杆作用，压紧或放松磨擦片，来实现两轴的结合与分离。调整螺母被动摩擦片(2)多片式圆盘摩擦离合器结构特点：多个摩擦片叠加在一起；设计：潘存云当外环反向转动时，则带动滚柱克服弹簧力而滚到楔形空间的宽敞位置，离合器处于分离状态。结构：由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。工作原理：当外环逆时钟转动时，以摩擦力带动滚柱向前滚动，进一步楔紧内外接触面，从而驱动星轮一起旋转。滚柱式定向离合器

3.定向离合器滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。12.3联轴器的选择

1.

选定类型（依据工作条件）2.选择型号和尺寸（依据计算转矩、轴的转速和轴的估算直径）（1）计算转矩T应小于等于所选型号的额定转矩T，即

Tc≤Tn（2）转速n应小于等于所选型号的许用转速，即

n≤[n]

选用步骤计算转矩

选取或校核时，考虑启动、惯性力及过载等的影响，按计算扭矩进行。(3)轴孔直径，被联接两轴的直径应在所选型号联轴器的轴孔直径范围内。

K为工作情况系数,见表12—3联轴器的选择算例

例10-1如图10-10所示，在电机与增压油泵用联轴器相联。已知电机功率P＝7.5kW，转速n＝960r/min,电机伸出轴端的直径d1＝38mm，外伸长度L=80mm，油泵轴的直径d2=40mm，外伸长度L=60mm，选择联轴器型号。图10-10联轴器算例TC=1.3×74.6=96.98N.m解（1）选联轴器的类型

由于电动机和油泵的