第7章 联 接
本章第1讲
1）目的任务：掌握螺纹联接的基本类型，理解螺纹联接的预紧与防松
2）重点:掌握螺纹联接的基本类型
3）难点：螺纹联接的防松方法
4）教学方法：利用动画演示螺纹联接的防松方法
5）本讲学时： 2 学时
联接是将两个或两个以上的零件联成一体的结构。联接按是否可拆卸分为两类：可拆联接和不可拆联接。不损坏联接中的任一零件就可将被联接件拆开的联接称为可拆联接，这类联接经多次装拆仍不影响零件的使用性能，如螺纹联接，键联接和销钉联接等；不可拆联接是指至少必须毁坏或损伤联接中的一个零件才能拆开的联接，如焊接、铆钉联接和过盈配合等。
7.1螺纹联接
螺纹联接结构简单，联接可靠,装拆方便，成本低廉，故应用极为广泛。
7.1.1 螺纹的形成及主要参数
1.螺纹的形成及分类
按螺旋线绕行方向的不同，螺纹可分为右旋螺纹和左旋螺纹，如图7.3所示。机械制造中常用右旋螺纹。
根据螺旋线的数目，还可将螺纹分为单线(单头)螺纹和多线螺纹，如图7.4所示。单线螺纹自锁性好，常用于联接，多线螺纹传动效率较高，常用于传动。
图7.3 螺纹的旋向 图7.4 螺纹的线数、螺距的导程
螺纹有外螺纹和内螺纹之分，二者共同组成螺纹副用于连接和传动。螺纹有米制和英制两种，我国除管螺纹外都采用米制螺纹。螺纹轴向剖面的形状称为螺纹的牙型，常用的螺纹牙型有三角形、矩形、梯形和锯齿形等。
2. 螺纹的主要参数
（1）大径（D） 与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱体的直径，是螺纹的最大直径。它是螺纹的公称直径。
（2）小径（D1） 与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径，是螺纹的最小直径，常作为强度计算直径。
（3）中径（D2） 在螺纹的轴向剖面内，牙厚和牙槽宽相等处的假想圆柱体的直径。
（4）螺距 螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
（5）导程 同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。对于多线螺纹则有=，如图7.4所示。
（6）升角 在中径的圆柱面上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，由图7.6可得
（7—1）
（7）牙型角、牙型斜角 在螺纹的轴向剖面内，螺纹牙型相邻两侧边的夹角称为牙型角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角，对称牙型的，如图7.5所示。
7.1.2 螺纹联接的基本类型及螺纹联接件
1.螺纹联接的基本类型及应用
（1）螺栓联接 螺栓联接是将螺栓穿过被联接件上的光孔并用螺母锁紧。这种联接结构简单、装拆方便、应用广泛。有普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接两种。
（2） 双头螺柱联接 这种联接用于被联接件之一较厚而不宜制成通孔，且需要经常拆卸的场合。拆卸时，只需拧下螺母而不必从螺纹孔中拧出螺柱即可将被联接件分开。
（3）螺钉联接 适用于一个被联接件较厚，不便钻成通孔，且受力不大，不需经常拆卸的场合。
（4）紧定螺钉联接 将紧定螺钉旋入一零件的螺纹孔中，并用螺钉端部顶住或顶入另一个零件，以固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。紧定螺钉的端部有平端、锥端和柱端等。
2.螺纹联接件
都已标准化，根据螺栓、螺钉所承受的载荷或者结构要求，计算或拟定螺纹的公称直径，然后根据公称直径，由标准中选配螺母、垫圈的规格、型号，最后在工作图中注明其标记和标准号。
（1）螺栓 螺栓有普通螺栓（图7.11a）和铰制孔用螺栓（7.11b）。螺栓头多为六角形，有标准六角头和小六角头两种。
（2）双头螺柱 螺纹长度相等的螺柱，用于两头都配以螺母的场合。
（3）螺钉和紧定螺钉 螺钉和紧定螺钉的头部有多种形式，如图7.12a所示。
（4）螺母 螺母与螺栓或螺柱的螺纹部分组成具有自锁性能的螺旋副，可保持静载时联接不松动。螺母的形状很多，常用的有六角形和圆形。
（5）垫圈 垫圈（如图7.15）的作用是增大被联接件的支承面，降低支承面的压强，防止拧紧螺母时擦伤被联接件的表面。
分为A、B、C三个等级，A级精度最高，C级最低。螺栓、螺柱必须与相同等级的螺母配套使用，机械上常用A级和B级。
7.1.3螺纹连接的预紧与防松
1.螺纹连接的预紧
一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，以增强联接的可靠性、紧密性和防松能力。联接件在承受工作载荷之前就预加上的作用力称为预紧力。如果预紧力过小，则会使联接不可靠，如果预紧力过大，又会导致联接过载甚至被拉断的后果。
预紧时，扳手力矩是用于克服螺纹副的摩擦阻力矩和螺母与被连接件支承面间的摩擦阻力矩，如图7.16所示。
拧紧时扳手力矩为：
（7—2）
预紧力的大小可根据螺栓的受力情况和联接的工作要求决定，一般规定拧紧后预紧力不超过螺纹连接件材料屈服极限的80%。
2.螺纹联接的防松
螺纹连接防松的根本问题在于要防止螺旋副的相对转动。防松的方法很多，按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松、永久防松和化学防松4大类。常用的防松如表7.2所示。
7.1.4 螺栓组联接设计
1. 螺栓组联接的结构设计
一般情况下，大多数螺纹都是成组使用的，其中螺栓组联接最具有典型性。下面讨论的螺栓组联接的设计问题,其基本结论也适用于双头螺柱组联接和螺钉组联接等。设计螺栓组联接时，首先确定螺栓组联接的结构，即设计被联接件接合面的结构、形状、选定螺栓的数目和布置形式。螺栓组联接的结构设计考虑以下几点：
（1） 联接接合面的几何形状通常设计成轴对称的简单几何形状。
（2） 螺栓的布置应使螺栓的受力合理。
（3） 螺栓的排列应有合理的间距、边距。应根据扳手空间尺寸来确定各螺栓中心的间距及螺栓轴线到机体壁面间的最小距离。
（4）同一螺栓组联接中各螺栓的直径和材料均应相同。分布在同一圆周上的螺栓数目应取4、6、8等偶数，以便加工孔时分度与画线。
（5）螺栓承受偏心载荷(如图7.22所示),要减小载荷相对于螺栓轴心线的偏距,保证螺母或螺栓头部支承面平整并与螺栓轴线相垂直,被联接件上应设置凸台、沉头座或采用斜面垫圈(如图7.23及图7.24所示)。
2.螺栓联接的尺寸选择
(1)松螺栓联接 这种联接装配时螺母不需拧紧。螺栓只在工作时才受拉力作用，如拉杆、起重吊钩等的螺栓联接均属此类。其尺寸选择可参考《机械设计手册》或本书第2章有关拉伸强度的计算内容。
(2)紧螺栓联接 这种联接装配时螺母需拧紧。在拧紧力矩作用下，螺栓除受预紧力而产生拉应力外，还受到螺旋副摩擦力矩引起的扭转切应力的作用。对用于一般场合的紧螺栓联接，不管联接是受横向载荷还是轴向载荷，其螺栓直径的选
择均可用类比法或经验公式确定。对重要场合的紧螺栓联接，可参考有关资料或《机械设计手册》中的有关内容，对联接进行强度计算。
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本章第2讲
7.2键联接
1）目的任务：了解键的类型，掌握普通平键的选择及强度计算方法
2)重点:普通平键的选择
3)难点：花键
4)教学方法：多媒体
键联接主要用于轴和轴上零件之间的周向固定，藉以传递转矩，有的键还用来实现轴上零件的轴向固定或轴向移动的导向作用。
7.2.1 键联接的类型、特点和应用
1.平键联接
按键的用途不同，平键联接可分为普通平键、导向平键和滑键。
（1）普通平键 表7.4所示为普通平键联接的结构。键的两侧面为工作面，靠键与键槽侧面的挤压传递运动和转矩，键的顶面为非工作面，与轮毂的键槽表面留有间隙。因此，这种联接只能用于轴上零件的周向固定。平键联接结构简单，装拆方便，对中性好，故应用很广泛。
普通平键尺寸可查GB/T1096—1979，部分平键尺寸标准参见表7.4。
（2）导向平键和滑键
当轮毂在轴上需沿轴向移动时，可采用导向平键或滑键联接。导向平键用螺钉固定在轴上(图7.26a)，轮毂上的键槽与键是间隙配合，当轮毂移动时，键起导向作用。滑键与轮毂相联(图7.26b)，轴上的键槽与键是间隙配合，当轮毂移动时，键随轮毂沿键槽滑动。滑键适用于移动距离大的场合，如车床光轴与溜板箱采用滑键联接。导向平键的标准为GBl097—79。
2.半圆键联接
半圆键也是以两侧面为工作面来传递转矩的。由于其侧面为半圆形，能在轴的键槽内摆动，以适应轮毂键槽底面的斜度，装配方便，特别适合锥形轴端的联接。但由于轴上键槽过深，对轴的削弱较大，故只适于轻载。半圆键标准为GB1098—79、GB1099—79。
图7.27 半圆键联接
3.楔键联接
键的上、下表面是工作面，键的上表面和轮毂键槽底面，都有1：100的斜度。键楔入键槽后，工作表面产生很大预紧力。
4.切向键联接
它由两个普通楔键组成。装配时两个键分别自轮毂两端楔入。装配后两个相互平行的窄面是工作面，工作时主要依靠工作面直接传递转矩。单个切向键(图7.29a)只能传递单向转矩。若需传递双向转矩，应装两个互成120°~135°的切向键(图7.29b)。切向键能传递很大转矩，常用于重型机械。
7.2.2平键联接的选择和强度计算
1.键的类型选择
按工作要求和使用特性选择合适的类型。
2.键的尺寸选择
根据轴的直径从标准中查出键的宽度b、高度h、轴上及轮毂上槽深t、t1；键的长度根据轮毂的宽度确定，一般键长应比轮毂短5～10mm，并符合标准长度系列。
3.键的强度校核
计算式为：
图7.30 平键的受力分析
（7—3）
式中 ——传递的转矩，N·mm；
——键的有效工作长度，mm，对于圆头平键应扣除圆头部分长度；
——传递的圆周力，N；
——键联接中较弱零件（通常是轮毂）材料的许用挤压应力，MPa
7.2.3花键联接的类型、标准和选用
花键联接的类型
花键按齿形不同分为：（1）矩形花键（图7.33a），齿形简单、精度和导向性能好，应用广泛；（2）渐开线花键（图7.33b），可用加工齿轮的方法加工，工艺性好；（3）三角形花键（图7.33c），齿多而小，轴与孔的削弱程度小，适用于薄壁零件的静联接。
图7.33 花键联接
矩形花键的主要参数为小径（公称尺寸）、大径D、齿宽B（见图7.33a）和齿数N。花键的标记为：N×d×D×B
2.花键的选用
设计花键联接时，根据使用要求和工作条件以及被联接件的结构特点，选择花键联接的类型和尺寸，然后进行强度校核。
7.3紧固联接
常用的紧固联接有销联接、铆接、焊接、粘接和过盈联接。它们在汽车等机械制造中得到广泛的应用。这里只介绍销联接和过盈联接。
7.3.1销联接
销的作用
销的主要用途是确定零件间的相互位置，即起定位作用。例如图7.34a所示，销钉2用以确定轴承座和机架相互间的位置，两者的联接，则依靠螺栓1。销钉也可用以承受不大的载荷。
2.销的分类 按销的形状可分为圆柱销和圆锥销。
（1）普通圆柱销 如图7.35a，有A、B、C、D四种不同配合的型号可供选用，适用于不常拆卸的零件定位。
（2）普通圆锥销 如图7.35b，有A、B两种型号，A型精度高。圆锥销适用于经常拆卸的零件定位。
两类销的标准号及标记见图7.35。
销的常用材料有35、45、30CrMnSiA等钢材。
7.3.2 过盈配合联接
过盈配合联接常用于轴与轮毂的联接，由于包容件（轮毂）被包容件（轴）间存在着过盈量，所以装配后在两者的配合表面间产生压力，工作时靠与此压力伴随的摩擦力传递转矩或轴向力。这种联接结构简单，同轴性好，对轴削弱少、抗冲击的性能好，但由于其承载能力主要取决于过盈量的大小，故对配合表面加工精度要求较高。
为了装配方便，轴孔类过盈联接其孔口和轴端的倒角尺寸均有一定的要求。
圆锥面过盈联接可以用高压油来进行装拆。当高压油进入配合表面时，迫使配合面处内径胀大和外径缩小，同时施加一定的轴向力使之相互压紧，等零件装配至预定位置以后，排出高压油，这样就达到了过盈联接的要求（图7.36）。圆锥面过盈联接具有装拆方便，不需很大轴向力，配合面不易擦伤，可以多次装拆而不影响其联接强度等优点，目前已在一些大型零件装配中使用。但对配合面的接触精度要求高（接触率＞75%，且应接触均匀），还要有高压油泵等专用设备。
习题 P 277 7.5 7.6
