机械基础（少学时第3版） 课件 第13单元 联接

第13单元

联接

项目背景

机器是零部件通过联接实现的有机组合体。由于使用、结构、制造、安置、运输和维修等方面的原因，机械中广泛使用各种联接。

联接的方法很多，图13-1所示为减速器结构图，减速器由许多零部件组成。为了保证加工精度和安装精度，箱体与箱盖采用销定位；箱体与箱盖采用螺纹联接，轴与轴上零件（如齿轮、带轮）采用键联接。由图13-1分析可知，联接就是为实现某种功能，使两个或两个以上的零件相互接触，并保证一定的位置关系。图13-1减速器结构图

花键联接键联接销联接螺纹联接的类型和应用内容CONTENTS综合项目分析

第13单元

联接

螺纹联接的预紧与防松第13单元联接

知识目标

1.掌握键联接、销联接、螺纹联接的类型、特点和应用。2.学会查阅键、销和螺纹等标准件的技术标准，并能根据工作要求选用标准联接件。

1.能识别各种常用联接方式及应用工况。2.能根据应用工况正确选用合适的联接方式和预紧、防松方法。

能力目标

第13单元

联接

素质目标

1.培养工程思维与工程安全意识。2.强化国家标准和行业标准的严谨性和科学性。

1.键、销、螺纹联接的类型和应用。2.普通平键的尺寸选择和验算。

学习重点和难点13.1键联接

联接按是否可拆分为两大类：

（1）不可拆联接：当拆开联接时，至少要破坏或损伤联接中的一个零件，如焊接、铆接、粘接或过盈配合联接等。

（2）可拆联接：当拆开联接时，无需破坏或损伤联接中的任何零件，如键联接、销联接和螺纹联接等。可拆联接不可拆联接焊接铆接平键联接销联接螺栓联接

如图13-1所示的键联接，主要用于轴和轴上零件（如齿轮、带轮）间的周向固定，用以传递转矩，有的键也兼有轴向固定作用。键是标准件，设计时可根据使用要求由标准中选择，并进行验算。

键联接的作用：键联接主要用于轴和轴上零件（如齿轮、带轮）之间的周向固定，用以传递转矩，有的键也兼有轴向固定作用。

导向平键联接平键联接13.1键联接13.1.1键联接的类型和应用

键联接按键在联接中的松紧状态分为紧键联接和松键联接两类。1.松键联接:包括普通平键、滑键、半圆键和花键五种

（1）普通平键联接：图13-2所示为普通平键联接

1）工作面：两侧面为工作面

；

2）结构特点：结构简单、对中性好，但不能承受轴向载荷，零件的轴向固定需其他件来完成。13.1键联接图13-2平键联接

3）适用场合：主要用于轴毂间无相对轴向运动的静联接。

4）平键的类型：A型（圆头）、B型（方头）、C型（半圆头）标记示例：

圆头普通平键（A型），b=16mm，h=10mm，L=100mm的标记为：GB/T1096键16×10×100

平头普通平键（B型），b=16mm，h=10mm，L=100mm的标记为：GB/T1096键B16×10×100

单圆头普通平键（C型），b=16mm，h=10mm，L=100mm的标记为：GB/T1096键C16×10×10013.1键联接图13-3普通平键的类型和标注

5）键槽的加工

A型键槽由端铣刀加工；B型键槽用盘铣刀加工;C型平键常用于轴的端部联接，轴上键槽常用端铣刀铣通。13.1键联接图13-4键槽的加工

（2）导向平键联接：导向平键是一种较长的平键（见图13-5a）1)结构特点：是一种较长的平键，键与轮毂采用间隙配合，轮毂可沿键作轴向滑移.2)使用场合：该键常用于变速器中的滑移齿轮与轴的联接。13.1键联接图13-5a导向平键联接图13-6导向平键的应用实例

（3）滑键联接

1）结构特点：当轴上零件滑移距离较大时，将键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴槽中作轴向移动。

2）使用场合：该键常用于变速器中的滑移齿轮与轴的联接。13.1键联接图13-5b滑键联接

（4）半圆键联接

1）结构特点：是一种半圆形板状零件，可在键槽内绕自身的几何中心转动，以适应轮毂键槽的斜度，键的侧面为工作面。

2）优点：是工艺性较好，缺点：是轴上键槽较深，对轴的削弱较大

3）使用场合：半圆键用于静联接主要用于轻载荷或锥形轴端的联接中。13.1键联接图13-7半圆键联接

2.紧键联接

（1）楔键联接

1）类型：普通楔键和钩头楔键两种

2）结构特点：楔键的上表面和轮毂槽底面均具有1:100的斜度。键楔入键槽靠上、下表面的摩擦力传递转矩，并可承受较小的轴向力。

13.1键联接图13-8楔键联接

3）工作特点：切向键联接这类键由于装配楔紧时破坏了轴与轮毂的对中性，在冲击、振动和承受变载荷时易产生松动。

4）使用场合：仅适用于定心精度要求不高、低速和载荷平稳的场合，如某些农业、建筑机械等。为安全起见，楔键联接应加装防护罩。

13.1键联接图13-8楔键联接

（2）切向键联接1）结构特点：切向键是由一对楔键组成的，装配时将切向键沿轴的切线方向楔紧在轴与轮毂之间。

2）工作特点：切向键的上、下面为工作面，工作面上的压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。

13.1键联接图13-9切向键联接

3）使用场合

用一对切向键时，只能单向传递转矩，当要双向传递转矩时，须采用两对互成120°分布的切向键。

由于切向键对轴的强度削弱较大，因此常用于直径大于100mm的轴上。对中要求不高而载荷很大的重型机械，比如矿山用大型绞车的卷筒、齿轮与轴的联接等。

13.1键联接图13-9切向键联接

13.1.2平键联接的尺寸选择和验算1.键的材料及其尺寸选择

（1）材料选择：平键是标准件，根据标准规定，键材料采用抗拉强度不低于590MPa的钢，通常为45钢。

（2）尺寸选择

设计键联接时。平键的类型根据工作要求选择，平键的尺寸根据键配合处轴径d从标准（表13-1）中查取键的宽度b和高度h，键的长度L可参照轮毂长度从标准中选取，一般应略短于轮毂长度，并符合标准中规定的长度系列。13.1键联接

13.1键联接

13.1键联接

2.平键联接的失效和强度验算13.1键联接图13-10普通平键的受力情况

工作时，键承受挤压和剪切。由于标准平键具有足够的抗剪强度，故设计时平键联接只需验算挤压强度，计算式为

式中，T为轴传递的转矩（N·mm）d为轴的直径（mm）；h为键的高度（mm）；l为键的计算长度（mm），A型键

l=L-b，B型键l=L，C型键

l=L-b/2；[σbs]为键联接的许用挤压应力（MPa），见表13-2。13.1键联接图13-10普通平键的受力情况

项目13-1图13-12a所示为减速器的输出轴，轴与齿轮采用键联接，已知传递的转矩T=600N.m，齿轮材料为铸钢，有轻微冲击，试选择键联接类型和尺寸。

13.1键联接图13-11减速器输出轴联接图1.结构特点：花键联接是由圆周均布多个键齿的花键轴，与带有相应键齿槽的轮毂所组成的一种联接，所以花键联接的承载能力比平键联接高得多。

2.工作特点：花键齿的侧面为工作面，工作时有多个键齿同时传递转矩，所以花键联接的承载能力比平键联接高得多。

3.花键分类：按花键齿形不同可分为矩形花键（图13-12b）和渐开线花键（图13-12c）两类，而且都已标准化

13.2花键联接图3-12花键联接

（1）矩形花键

矩形花键齿侧为直线，加工方便；标准中规定，用热处理后磨削过的小径定心、定心精度高，定心稳定性好和导向性能好，应用广泛。

（2）渐开线花键

渐开线花键齿廓为渐开线，可用加工齿轮的方法加工，工艺性好，联接强度高、寿命长，适用于载荷较大、定心精度要求高和尺寸较大的联接。

13.2花键联接图3-12花键联接

1.销的作用

（1）起定位作用：主要用来确定零件间的相互位置，起定位作用，即定位销。

（2）传递载荷：也可用于轴与轮毂或其他零件的联接，并传递不大的载荷。

（3）起安全作用：可用作安全装置中的过载剪断零件，即安全销。

（4）应用场合：接销能承受很小载荷，常用于轻载或非动力传输结构。

（5）销的材料：一般选用Q235、35钢或45钢。13.3销联接图13-13不同用途的销联接a)定位销b)联接销c)安全销

2.销的类型

圆柱销、圆锥销、开口销，其性能和适用条件见表13-3

13.3销联接

螺纹联接：是利用螺纹零件构成的可拆联接，其结构简单，装拆方便，成本低、互换性强，广泛用于各类机械设备中。各种螺纹及其联接件大多都制订有国家标准。1.联接用螺纹

机械设备中常用的联接螺纹大多为三角形螺纹，它分为普通螺纹和管螺纹两种。前者多用于紧固联接，后者多用于紧密联接。

（1）普通螺纹（米制）

普通螺纹牙型角α=60°,大径d为公称直径，中径

d2=d-0.6495P，小径

d1=d-1.0825P，其标准为GB/T196—2003。同一大径d可有多种螺距P，螺距最大的为粗牙螺纹（见图13-14a），其余为细牙螺纹，它们均已标准化。13.4螺纹联接的类型和应用

同一大径d可有多种螺距P，螺距最大的为粗牙螺纹，其余为细牙螺纹，它们均已标准化。

（1）粗牙螺纹：

螺距最大的普通螺纹，广泛用于各种联接。

（2）细牙螺纹：

与相同大径d的粗牙螺纹相比，细牙螺纹螺距小，小径和中径较大，升角小，自锁性好，

使用场合：多用于强度要求较高的薄壁零件或受变载、冲击及振动的不常装拆的联接中。13.4螺纹联接的类型和应用（2）管螺纹

1）管螺纹是用于管子联接的螺纹，其螺纹牙分布在圆锥体上。

管螺纹牙型角α有55°（见图13-14b、c）和60°两种（见图13-14d），可以是圆柱螺纹（GB/T7307—2001，见图13-14b），也可以是锥螺纹（GB/T7306—2000，见图13-14c；GB/T12716—2011，见图13-14d），且有米制和英制之分。

2）英制管螺纹的公称直径是管子孔径，米制管螺纹的公称直径是螺纹大径。13.4螺纹联接的类型和应用3）应用范围：

55°非密封管螺纹采用圆柱螺纹：广泛用于水、煤气和润滑管路系统中，若需联接密封，常需在螺旋副间填充密封物，或在密封面之间加密封垫。

55°

圆锥管螺纹联接：密封性好、不用填料，适用于密封要求较高（如高温、高压系统等）的管道联接中。13.4螺纹联接的类型和应用

2.螺纹联接的基本类型

螺纹联接的基本类型有螺栓联接（普通螺栓联接、铰制孔用螺栓联接）、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联接等，它们的结构、特点及应用见表13-4。13.4螺纹联接的类型和应用

3.螺纹联接件

常用的标准螺纹联接件（紧固件）有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫圈等。它们大多已标准化，设计时应尽量按标准选用。

（1）螺栓：按加工精度不同分为普通螺栓（见

图13-15a）

和铰制孔用螺栓（见

图13-15b）。螺栓头部形状有多种形式，最常用的是六角形，螺栓杆部分可制出一段螺纹或全螺纹（见图13-15）。13.4螺纹联接的类型和应用图图13-15螺栓

（2）双头螺柱

两端都制有螺纹，两端螺纹长度可以相同或不同，拧入被联接件孔的一端称为座端，另一端称为螺母端。图13-16a所示为等长双头螺柱，使用时不分座端和螺母端。图13-16b所示为不等长双头螺柱，较为常用，bm

为座端长度，b为螺母端长度。13.4螺纹联接的类型和应用图13-16双头螺柱

（3）螺钉

螺钉通常分为联接螺钉、紧定螺钉以及特殊螺钉（如吊环螺钉、自攻螺钉等）。

螺钉的结构形状与螺栓类似，但头部形式更多。其中内六角圆柱螺钉可施加较大的拧紧力矩，联接强度高，可以代替六角头螺栓，多用于要求结构紧凑的场合。而圆头和十字头螺钉，则不能施加太大的拧紧力矩，此类螺钉的直径一般不超过10mm。13.4螺纹联接的类型和应用图13-17紧定螺钉的头部和尾部形状（4）螺母

螺母的类型很多，最常用的是六角螺母(图a~c），六角螺母的厚度不同分为标准螺母、薄螺母（图b）和厚螺母（图c）.

薄螺母用于:要求减轻重量且不经常拆卸的场所。

厚螺母用于:经常装拆、易于磨损之处。圆螺母（见图13-18d）常用于轴上零件的轴向固定。13.4螺纹联接的类型和应用图13-18螺母（5）垫圈

放置在螺母与被联接件之间，作用是增大被联接件的的支承面积以减小接触处的压强，防止拧紧螺母时擦伤被联接件的表面。常用垫圈有平垫圈和弹簧垫圈等。

平垫圈与螺栓、螺柱、螺钉配合使用。弹簧垫圈（见图13-19c）与螺母等配合使用，可起到防松作用。13.4螺纹联接的类型和应用图13-19垫圈的类型与结构☆基础能力训练

请仔细观察自行车，写出下列各处采用什么联接，并分析采用不同联接的原因：1)车架各部分；2)脚踏轴与曲拐；3)曲拐与链轮；4)曲拐与中轴；5)车轮轴与车架。13.4螺纹联接的类型和应用13.5.1螺纹联接的预紧

螺纹联接的预紧目的：生产实际中，为了增强螺纹联接的刚性，提高被联接件的密封性和防松能力，螺纹联接一般需预紧。

即在装配时必须将螺母或螺钉拧紧，使螺杆产生一定的轴向预紧力FP。

预紧力的大小应适当，若太小则达不到预紧目的，若太大又易使螺纹联接失效。预紧力FP和拧紧力矩T（N.mm）的大小有关，对于常用的粗牙钢制螺纹联接可近似按下式计算：

式中，d为螺纹的公称直径（mm）；FP为预紧力（N）。

装配时常用测力矩扳手和定力矩扳手控制预紧力的大小。13.5 螺纹联接的预紧与防松13.5.2螺纹联接的防松方法

1.防松的目的：在冲击、振动或变载荷作用下，以及在高温或温度变化较大时，联接有可能逐渐松脱，引起联接失效，从而影响机器的正常运转，甚至导致严重的事故，因此，设计时必须采取有效的防松措施。

2.常用的防松方法

常用的螺纹联接件都采用单线螺纹，自锁性好，在静载荷、工作温度变化不大时，螺纹联接拧紧后一般不会松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，以及在高温或温度变化较大时，联接有可能逐渐松脱，引起联接失效，从而影响机器的正常运转，甚至导致严重的事故，因此，联接时必须采取有效的防松措施。螺纹联接常用的防松方法见表13-5。13.5 螺纹联接的预紧与防松13.5.2螺纹联接的防松方法

1.防松的目的：在冲击、振动或变载荷作用下，以及在高温或温度变化较大时，联接有可能逐渐松脱，引起联接失效，从而影响机器的正常运转，甚至导致严重的事故，因此，设计时必须采取有效的防松措施。

2.常用的防松方法

常用的螺纹联接件都采