项目三选用工程联接.doc
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1、项目三 选用工程联接项目三 选用工程联接将两个或两个以上的物体接合在一起的形式称为联接,来实现预期的性能要求。机械中采用了大量的联接,生产和生活中的联接也随处可见。所以必须了解机械中常用的各种联接方法、特点和应用情况,掌握一定的常用联接的设计准则和方法,熟悉各种常用联接零件的类型、结构与使用条件。常用的机械联接方法分类如下:机械动联接:被联接的各个零部件之间可以有相对位置变化,例如我们在前面所介绍的各类运动副;机械静联接:被联接起来的各个零部件之间的位置固定,不允许产生相对运动的联接。模块一 选用轴与轴上零件的连接学习目标l 能够识别常用联接键的类型。l 能够正确选用键与销。工作任务 选用齿轮
2、与轴间连接的普通平键。任务分析键联接的作用是用键将轴和做回转转动的轮毂件(齿轮、带轮、凸轮、联轴器等)联成一个整体,使它们在共同转动时没有相对运动,以传递转动运动和较大的力矩。这种联接具有结构简单、装拆方便、工作可靠等特点。销联接主要应用于零件之间的相互定位。键通常为自制标准件,其截面尺寸按国家标准制造,长度根据需要在键长系列中取,常用材料为中碳钢。键的作用是将轴和轮毂件联成一个整体,以传递运动和扭矩。键联接可分为松键联接和紧键联接。松键联接的工作原理是靠键受剪切和挤压的能力传递扭矩和转动的;键的两侧面是工作表面;其结构特点是键的上表面与轮毂键槽底面之间留有间隙;传动特点是定心良好,装拆方便,
3、承载小;应用于高速轻载传动中。普通平键有A、B、C三种类型,注意其标注。当工作要求轮毂件在轴上能作轴向滑移时,可采用滑键和导向平键。花键承载能力强,导向性好,但成本高。半圆键适用于轴端。紧键联接的工作原理是靠楔紧键后,产生的静摩擦力传递扭矩和转动的;键的上下两面是工作表面;其结构特点是键的两侧面与轮毂键槽和轴键槽两侧面之间留有间隙;传动特点是定心不好,装拆不便,承载大;应用于低速重载传动中。基础知识一、 松键联接(一)普通平键联接键的两侧面是工作面,靠键与键槽的侧面挤压来传递扭矩;普通平键主要用于静联接。平键联接不能承受轴向力,因而对轴上的零件不能起到轴向固定作用。图6.3 普通平键联接a)圆
4、头(A型) b)平头(B型) C)单圆头(C型)普通平键的截面为长方形,一半嵌入轴槽,一半插入轮毂槽,键的顶面与轮毂槽底面有间隙,两侧面与轮毂槽紧密接触,借以传递扭矩。普通平键端部结构有A、B、C三种类型(见图6.3),A型为圆头平键,定位可靠,应用最广泛;B型为平头平键,有时要用螺栓顶住,以免松动;C型为半圆头平键,只用于轴端。键是标准件,它的规格采用标志,其中b为键宽,h为键高;L表示键长,图中l表示键的工作长度,联接的结构形式也见图6.3。图6.4 轴上键槽的加工a)用立铣刀加工 b)用盘状铣刀加工轴上的A、C型键槽要用立铣刀加工(见图6.4a),B型键槽要用盘状铣刀加工(见图6.4b)
5、。B型键槽的应力集中较小。普通平键联接具有结构简单、装拆方便、对中良好等优点。但承载能力不大。(二)导向键与滑键联接当工作要求轮毂件在轴上能作轴向移动时,可采用导向键或滑键联接。这两种键联接主要用于动联接。图6.5 导向键与滑键联接a)导向键联接 b)滑键联接导向键端部形状同平键(见图6.5a),其特点是键较长。工作时,键与轮毂的键槽采用间隙配合,故轮毂可以沿键作轴向滑动(例如变速箱中滑移齿轮与轴的动联接)。为了防止键松动,用螺钉将其固定在轴上。便于拆卸,在其中部有起键螺钉孔。当零件需要滑移的距离较大时,因所需的导向平键长度过大,制造困难,一般度采用滑键。滑键固定在轴上零件的轮毂孔内(见图6.
6、5b),工作时轮毂与键一起沿轴上的长键槽滑动。与导向键相比,滑键更适用于轴向移动距离较长的场合。只需要在轴上铣出较长的键槽,而键可以做的很短。(三)花键联接花键联接是由周向均布的带键齿的花键轴与带键齿槽花键孔组成的一种联接形式(见图6.6),工作时齿的工作面为齿的侧面。靠键齿的侧面与键槽侧面的挤压传递转矩。花键也象导向平键一样,适用于轮毂在轴上移动动联接的场合。由于是多齿传递载荷,与平键相比,花键具有承载能力强、轴和毂受力均匀、导向性好,并有较高的定心精度等优点。广泛用于汽车、拖拉机、机床等行业。其主要缺点是制造成本高、加工需专用设备等。根据花键的齿形不同,可分为矩形花键、渐开线花键等。在矩形
7、花键中,轻型花键采用内径定心,定心精度高,易加工;中型花键采用采用侧面定心;重型花键则用外径定心。其定心面的粗糙度要求1.6以上。渐开线花键的两侧曲线为渐开线,其压力角规定有30和45两种。其定心方式为齿型定心,利于均匀载荷,易对中。渐开线花键根部强度较大,应力集中小,承载能力大。适用于对心精度高、载荷大、尺寸较大的场合。这两种花键的规格尺寸都已经标准化,在设计时可以参考相关的标准和规范进行。图6.6 花键联接a)花键轴侧图 b)矩形花键联接 c)渐开线花键联接(四)半圆键联接图6.7所示为半圆键联接。图6.7 半圆键联接半圆键的上表面为一平面,下表面为半圆形,两侧面平行。装配时在轴的半圆形键
8、槽内可以自由摆动,轮毂内的键槽为通槽。半圆键用于静联接,其两侧面是工作面。工作时也是靠键的两侧面受挤压传递转矩的。其优点是工艺性好,联接装配方便;缺点是轴上键槽较深,对轴的强度有较大削弱,故多用于轻载的锥形轴端联接中。二、紧键联接(一)楔键联接图6.8 楔键联接a)普通楔键联接 b)钩头楔键联接楔键的工作面是顶面和底面,其顶面有1:100的斜度,键的两侧面与键槽留有间隙,可分为普通楔键和钩头楔键两类(见图6.8)。装配时轮毂件键槽上顶面也具有1:100的斜度。通常是先将轮毂装好后,在把键放入并打紧,使键楔紧在轴与毂的键槽中,楔键的斜面的键、轴和毂之间产生较大的摩擦力传递转矩。同时还可承受单向轴
9、向载荷,对轮毂起到单向轴向定位作用。钩头楔键有利于拆卸,但安全性差。楔键装配后可使轮毂件有一微小径向移动,造成轴和轮毂的配合产生偏心和倾斜,故对中性差。当受振动载荷作用时易松动。因此主要用于定心精度要求不高和低速的场合。(二)切向键联接 a) b) c)图6.9 切向键联接图6.9所示为切向键联接。切向键由两个斜度为1:100的普通楔键反装而成,其断面合成为一长方形,装配时先将轮毂装好,将两个楔键从轮毂槽的两端分别打入,使键楔紧在轴与毂的键槽中。切向键的工作面为上下表面。一对切向键只能传递单向转矩,若要传递双向转矩时,则需装两对互成120135的切向键,如图6.9c所示。切向键对轴的强度削弱较
10、大,对中性较差,故适用于对中性、运动精度要求不高,低速、重载、轴径大于100mrn的场合。三、键联接的强度计算在各种类型的键联接中,以普通平键联接应用最广。故我们只讨论普通平键联接的强度计算。键联接的设计首先需要根据联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择平键类型;再根据轴径d的大小,从表6.1中选出键的剖面尺寸bh(b为键宽,h为键高);键的长度L根据轮毂宽度而定,一般略小于轮毂的宽度。但必须符合标准规定的长度尺寸系列(见表6.1),最后进行强度校核计算。表6.1 普通平键的型式和尺寸(GB/T1096.79)平键联接传递扭矩时的受力情况如图6.10所示,对于常见的材料组合和按标准选取尺寸的
11、普通平键联接(静联接),普通平键主要的失效型式是平键两侧工作面挤压破坏。因此,普通平键联接通常只按工作面的挤压强度进行校核计算。设轴传递的功率为P(kw.千瓦),轴的转速是n(r/min.转/每分钟),则轴上受到的转矩为T(Nmm)是:普通平键联接的强度条件式为: (MPa)图6.10 普通平键受力图是键与轮毂的接触长度(mm),对于双圆头A型平键有;对于方头B型键有;单圆头C型键是为许用挤压应力。它是键联接中,轴、轮毂、键挤压强度最低的材料(一般是轮毂材料)。其值见表6.2键的材料没有统一的规定,但是一般都采用抗拉强度不小于600MPa的钢,多为45钢。在平键联接强度计算中,如强度不足时,可
12、采用双键,相隔布置。但在强度计算中,考虑到键联接载荷分配的不均匀性,在强度校核中只按1.5个键计算。键的标记为:键bxL GB/T1096-79(对于A型键可不标出,但对于B、C型,必须标注“键B”或“键C”)。表6.2 键联接的许用挤压应力(MPa)联接方式轮毂材料载荷性质静载荷轻微冲击冲击静联接钢1251501001206090铸铁708050603045动联接钢504030四、销销的主要形式由圆柱销和圆锥销(1:50锥度)。联接销孔一般需要经过铰制。同时还有许多特殊的形式,例如开口销、槽销等,如表6.3所示。表6.3 几种常用销的特点和应用类型和标准图 例特 点应 用圆 柱 销销孔需铰制
13、,过盈紧固,定位精度高主要用于定位,也可用于联接圆 锥 销销孔需铰制,比圆柱销定位精度更高,安装方便,可多次装拆主要用于定位,也可用于固定零件,传递动力开 口 销工作可靠,拆卸方便,用于防止螺母或销松脱用于销定其它紧固件,与槽形螺母配合使用任务实施【工程案例】如图6.10所示,轮毂是直齿圆柱齿轮材料为45号锻钢,轴的材料也是45号锻钢。齿轮的轮毂长度为120,轴的直径,传递的转矩 Nm。轻微冲击,要求对中。选择普通平键尺寸并验算其强度。【解】1.键的类型选择齿轮与轴周向形成静联接,为了便于装配,选用A型普通平键,也满足对中要求。2.平键的尺寸选择根据轴径,由表6.1查得:键宽,键高;由轮毂宽1
14、20,由表6.1选取键长。3.键的强度验算由于;对于A型键有;由表6.2查的=100MPa; Nm 键的强度:MPa键的强度足够。四、销及销联接销联接是工程中常用的一种重要联接形式,销可用来确定零件间的相互位置,并可传递不大的载荷,也可用于两零件间的联接,还可用做安全装置中的过载剪断元件。定位销一般不承受载荷或只承受很小的载荷,平面定位时其数目不得少于2个。联接销能承受较小载荷,常用于轻载或非动力传输结构。填写工作单4.1 普通平键、导向平键、半圆键、花键的用途有什么不同?连接类型国标号标记示例基本参数用途普通平键、导向平键半圆键花键4.2 平键联接的结构是怎样的?分几种类型?A10650是什
15、么意义?模块二 选用螺纹联接学习目标l 能够正确选用螺纹联接。l 会采用正确的方式对螺纹联接的预紧与防松。工作任务 分析螺纹连接结构的合理性,如有不合理处,请指正并画出正确的结构图。任务分析螺纹是一种标准件,应用极其广泛。按旋向有左、右旋之分,按线数有单头、多头之分,按牙型分为三角形、梯形、矩形和锯齿形螺纹。理解螺纹的主要参数:大径、小径、中径、螺距等。三角螺纹的单头螺纹多用于联接,并保证其自锁性;其它螺纹用于传动,更多的考虑其传动效率。在螺纹参数中大径表示螺纹大小;小径说明螺纹的强度;中径是螺纹几何尺寸计算直径;螺距表示了螺纹的疏密程度;头数表示螺旋线的根数;螺纹升角表示螺旋线的倾斜程度;牙
16、型角表示螺纹的类型;牙侧角说明螺纹牙的强度。螺纹联接必须有外螺纹和内螺纹相配合才行的,内外螺纹的旋向相同、牙型一致、参数相等。螺纹连接的主要类型有普通螺栓联接、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,注意各种联接方法的特点和适用范围。在螺栓联接中,受拉螺栓联接是靠拧紧螺母产生的静摩擦力进行联接的;铰制孔螺栓是靠螺栓杆受剪切和挤压的能力进行联接的。它们有各自的联接特点。螺纹紧固件包括:螺栓、头螺柱、螺钉、紧定螺钉、垫圈。在螺栓联接中必须拧紧,提供足够的摩擦力进行联接;必须有防松措施,防止螺栓联接在变载荷作用时松开。弹簧垫圈是最常用的一种较好防松措施。重要的场合易采用机械防松或其它
17、方法防松。螺纹联接的预紧与防松在工程实际中非常重要,应注意掌握螺纹联接常用的防松方法。基础知识螺纹可以作联接件,又可是传动件,是十分常用的机械零件结构形式。一、螺纹概述(一)螺纹的形成与主要参数图6.11 螺纹形成及主要参数螺纹的形成见图6.11a,将一直角三角形(底边长为d2)绕在一圆柱体(直径为d2)上,使三角形底边与圆柱体底面圆周重合,则此三角形斜边在圆柱体表面形成的空间曲线称为螺旋线。图6.12 螺纹旋向螺纹的主要参数(参见图6.11b)如下。1大径(d或D)螺纹的最大直径,即与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相切的假想圆柱的直径。规定它为公称直径。2小径(d1或D1)螺纹的最小直径,即与外
18、螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相切的假想圆柱的直径。是螺纹强度计算的依据。3中径(d2或D2)螺纹轴向截面内,牙型上的凸起的螺纹牙和沟槽螺纹牙间宽度相等处的假想圆柱的直径,用来进行螺纹受力及理论分析。4螺距(P)相邻两螺纹牙在中径线上两对应点间的轴向距离。它表示了螺纹的疏密程度。5线数(n)形成螺纹的螺旋线的数目,也称头数。一般为便于制造n4。单线螺纹的自锁性较好,多用于联接;双线螺纹和多线螺纹主要用于传动。6导程(S)同一螺旋线相邻牙在中径线上对应点间的轴向距离。其中有(见图6.11a)。这个参数于螺纹轴向移动位移大小有关。7螺旋升角()在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。它
19、反映了螺纹的倾斜程度。由图6.11可得:8牙型角()在螺纹轴向截面内螺纹牙型两侧边的夹角。(二)螺纹的类型、特点及应用根据螺旋线的缠绕方向可将螺纹分为右旋(正扣)和左旋(反扣)。判定方法是,将螺杆(母)的轴线竖起,看过去右高左低即为右旋,反之为左旋。常用螺纹为右旋,只有在特殊情况下才用左旋螺纹,如汽车左车轮用的螺纹、煤气罐减压阀螺纹等。见图6.12根据牙型分为普通螺纹(三角螺纹)、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等(见图6.13)。图6.13 螺纹牙型分类1普通螺纹普通螺纹的牙型角为60,牙根强度高、自锁性好,工艺性能好,常用于联接。普通螺纹中又有粗牙和细牙螺纹之分。粗牙用于一般联接。公
20、称直径相同时,螺距小的是细牙螺纹。细牙螺纹升角小、螺纹深度浅,自锁性最好,螺杆强度较高,适用于受冲击、振动载荷的联接以及薄壁零件的联接。但细牙螺纹耐磨性较差,牙根强度较低,易滑扣。2管螺纹管螺纹的牙型角为55,公称直径近似为管子孔径,以in(英寸)为单位。多用于有紧密性要求的管件联接。内外螺纹旋合后无径向间隙,以保证配合紧密,适于以下的水、煤、气、油等管路。锥管螺纹与管螺纹相似,但螺纹是绕制在1:16的圆锥面上。管螺纹广泛用于水、气、润滑和电气以及高温、高压的管路系统中;锥管螺纹联接的紧密性好、不用填料,适用于密封要求较高的管道联接。3矩形螺纹牙矩形螺纹的剖面一般为矩形,牙厚是螺距的一半,牙根
21、强度较低;难于精确加工;磨损后间隙难以补偿,对中精度低;但当量摩擦系数小,传动效率高,多用于螺旋传动。4梯形螺纹梯形螺纹比三角形螺纹当量摩擦因数小,传动效率较高,比矩形螺纹牙根强度高,承载能力高,加工容易,对中性能好,可补偿磨损间隙,故综合传动性能好。5锯齿形螺纹锯齿形螺纹综合了矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根强度大的特点,但只能用于单向受力的传动。(三)螺纹自锁与传动效率分析1.螺旋副自锁螺旋副的自锁是指不论受到的轴向载荷有多大,螺纹不能自动松退的性能。具有自锁性的螺纹只有施加足够大的与拧紧相反的力矩,使螺旋副产生相对转动才能松脱。一般用于联接的螺纹都具有自锁性。螺旋副的自锁条件是:。其中:
22、是螺旋升角,有: 、分别是螺纹的头数、螺距和中经是当量摩擦角; 是螺旋副中的摩擦因数,为螺纹牙型角。2.螺旋副传动效率螺旋副工作时的传动效率就是拧紧拧紧螺母的效率。有: 在螺旋用于传动时要考虑其效率的大小。3.自锁与传动效率分析由上可知:在其它条件相同的情况下,牙型角越大,螺纹的头数越多螺旋副的效率就越低,自锁性能就越好。所以三角螺纹的单头螺纹多用于紧固联接(利用其自锁性),其它螺纹或多头螺纹用于传动,以提高传动效率。二、螺纹联接螺纹联接具有结构简单、装拆方便、联接可靠等特点,是一种应用广泛的可拆联接。螺纹联接键大部分已标准化,根据国家标准选用十分便利。(一)常用螺纹联接件(紧固件)常用螺纹联
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