第13單元

聯(lián)接

項(xiàng)目背景

機(jī)器是零部件通過聯(lián)接實(shí)現(xiàn)的有機(jī)組合體。由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、安置、運(yùn)輸和維修等方面的原因，機(jī)械中廣泛使用各種聯(lián)接。

聯(lián)接的方法很多，圖13-1所示為減速器結(jié)構(gòu)圖，減速器由許多零部件組成。為了保證加工精度和安裝精度，箱體與箱蓋采用銷定位；箱體與箱蓋采用螺紋聯(lián)接，軸與軸上零件（如齒輪、帶輪）采用鍵聯(lián)接。由圖13-1分析可知，聯(lián)接就是為實(shí)現(xiàn)某種功能，使兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件相互接觸，并保證一定的位置關(guān)系。圖13-1減速器結(jié)構(gòu)圖

花鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接銷聯(lián)接螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用內(nèi)容CONTENTS綜合項(xiàng)目分析

第13單元

聯(lián)接

螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松第13單元聯(lián)接

知識(shí)目標(biāo)

1.掌握鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接、螺紋聯(lián)接的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用。2.學(xué)會(huì)查閱鍵、銷和螺紋等標(biāo)準(zhǔn)件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并能根據(jù)工作要求選用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件。

1.能識(shí)別各種常用聯(lián)接方式及應(yīng)用工況。2.能根據(jù)應(yīng)用工況正確選用合適的聯(lián)接方式和預(yù)緊、防松方法。

能力目標(biāo)

第13單元

聯(lián)接

素質(zhì)目標(biāo)

1.培養(yǎng)工程思維與工程安全意識(shí)。2.強(qiáng)化國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。

1.鍵、銷、螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用。2.普通平鍵的尺寸選擇和驗(yàn)算。

學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)13.1鍵聯(lián)接

聯(lián)接按是否可拆分為兩大類：

（1）不可拆聯(lián)接：當(dāng)拆開聯(lián)接時(shí)，至少要破壞或損傷聯(lián)接中的一個(gè)零件，如焊接、鉚接、粘接或過盈配合聯(lián)接等。

（2）可拆聯(lián)接：當(dāng)拆開聯(lián)接時(shí)，無需破壞或損傷聯(lián)接中的任何零件，如鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接和螺紋聯(lián)接等。可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接焊接鉚接平鍵聯(lián)接銷聯(lián)接螺栓聯(lián)接

如圖13-1所示的鍵聯(lián)接，主要用于軸和軸上零件（如齒輪、帶輪）間的周向固定，用以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的鍵也兼有軸向固定作用。鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)使用要求由標(biāo)準(zhǔn)中選擇，并進(jìn)行驗(yàn)算。

鍵聯(lián)接的作用：鍵聯(lián)接主要用于軸和軸上零件（如齒輪、帶輪）之間的周向固定，用以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的鍵也兼有軸向固定作用。

導(dǎo)向平鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接13.1鍵聯(lián)接13.1.1鍵聯(lián)接的類型和應(yīng)用

鍵聯(lián)接按鍵在聯(lián)接中的松緊狀態(tài)分為緊鍵聯(lián)接和松鍵聯(lián)接兩類。1.松鍵聯(lián)接:包括普通平鍵、滑鍵、半圓鍵和花鍵五種

（1）普通平鍵聯(lián)接：圖13-2所示為普通平鍵聯(lián)接

1）工作面：兩側(cè)面為工作面

；

2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、對(duì)中性好，但不能承受軸向載荷，零件的軸向固定需其他件來完成。13.1鍵聯(lián)接圖13-2平鍵聯(lián)接

3）適用場合：主要用于軸轂間無相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)的靜聯(lián)接。

4）平鍵的類型：A型（圓頭）、B型（方頭）、C型（半圓頭）標(biāo)記示例：

圓頭普通平鍵（A型），b=16mm，h=10mm，L=100mm的標(biāo)記為：GB/T1096鍵16×10×100

平頭普通平鍵（B型），b=16mm，h=10mm，L=100mm的標(biāo)記為：GB/T1096鍵B16×10×100

單圓頭普通平鍵（C型），b=16mm，h=10mm，L=100mm的標(biāo)記為：GB/T1096鍵C16×10×10013.1鍵聯(lián)接圖13-3普通平鍵的類型和標(biāo)注

5）鍵槽的加工

A型鍵槽由端銑刀加工；B型鍵槽用盤銑刀加工;C型平鍵常用于軸的端部聯(lián)接，軸上鍵槽常用端銑刀銑通。13.1鍵聯(lián)接圖13-4鍵槽的加工

（2）導(dǎo)向平鍵聯(lián)接：導(dǎo)向平鍵是一種較長的平鍵（見圖13-5a）1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：是一種較長的平鍵，鍵與輪轂采用間隙配合，輪轂可沿鍵作軸向滑移.2)使用場合：該鍵常用于變速器中的滑移齒輪與軸的聯(lián)接。13.1鍵聯(lián)接圖13-5a導(dǎo)向平鍵聯(lián)接圖13-6導(dǎo)向平鍵的應(yīng)用實(shí)例

（3）滑鍵聯(lián)接

1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：當(dāng)軸上零件滑移距離較大時(shí)，將鍵固定在輪轂上，輪轂帶動(dòng)滑鍵在軸槽中作軸向移動(dòng)。

2）使用場合：該鍵常用于變速器中的滑移齒輪與軸的聯(lián)接。13.1鍵聯(lián)接圖13-5b滑鍵聯(lián)接

（4）半圓鍵聯(lián)接

1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：是一種半圓形板狀零件，可在鍵槽內(nèi)繞自身的幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，以適應(yīng)輪轂鍵槽的斜度，鍵的側(cè)面為工作面。

2）優(yōu)點(diǎn)：是工藝性較好，缺點(diǎn)：是軸上鍵槽較深，對(duì)軸的削弱較大

3）使用場合：半圓鍵用于靜聯(lián)接主要用于輕載荷或錐形軸端的聯(lián)接中。13.1鍵聯(lián)接圖13-7半圓鍵聯(lián)接

2.緊鍵聯(lián)接

（1）楔鍵聯(lián)接

1）類型：普通楔鍵和鉤頭楔鍵兩種

2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：楔鍵的上表面和輪轂槽底面均具有1:100的斜度。鍵楔入鍵槽靠上、下表面的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，并可承受較小的軸向力。

13.1鍵聯(lián)接圖13-8楔鍵聯(lián)接

3）工作特點(diǎn)：切向鍵聯(lián)接這類鍵由于裝配楔緊時(shí)破壞了軸與輪轂的對(duì)中性，在沖擊、振動(dòng)和承受變載荷時(shí)易產(chǎn)生松動(dòng)。

4）使用場合：僅適用于定心精度要求不高、低速和載荷平穩(wěn)的場合，如某些農(nóng)業(yè)、建筑機(jī)械等。為安全起見，楔鍵聯(lián)接應(yīng)加裝防護(hù)罩。

13.1鍵聯(lián)接圖13-8楔鍵聯(lián)接

（2）切向鍵聯(lián)接1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：切向鍵是由一對(duì)楔鍵組成的，裝配時(shí)將切向鍵沿軸的切線方向楔緊在軸與輪轂之間。

2）工作特點(diǎn)：切向鍵的上、下面為工作面，工作面上的壓力沿軸的切線方向作用，能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩。

13.1鍵聯(lián)接圖13-9切向鍵聯(lián)接

3）使用場合

用一對(duì)切向鍵時(shí)，只能單向傳遞轉(zhuǎn)矩，當(dāng)要雙向傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，須采用兩對(duì)互成120°分布的切向鍵。

由于切向鍵對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大，因此常用于直徑大于100mm的軸上。對(duì)中要求不高而載荷很大的重型機(jī)械，比如礦山用大型絞車的卷筒、齒輪與軸的聯(lián)接等。

13.1鍵聯(lián)接圖13-9切向鍵聯(lián)接

13.1.2平鍵聯(lián)接的尺寸選擇和驗(yàn)算1.鍵的材料及其尺寸選擇

（1）材料選擇：平鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鍵材料采用抗拉強(qiáng)度不低于590MPa的鋼，通常為45鋼。

（2）尺寸選擇

設(shè)計(jì)鍵聯(lián)接時(shí)。平鍵的類型根據(jù)工作要求選擇，平鍵的尺寸根據(jù)鍵配合處軸徑d從標(biāo)準(zhǔn)（表13-1）中查取鍵的寬度b和高度h，鍵的長度L可參照輪轂長度從標(biāo)準(zhǔn)中選取，一般應(yīng)略短于輪轂長度，并符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的長度系列。13.1鍵聯(lián)接

13.1鍵聯(lián)接

13.1鍵聯(lián)接

2.平鍵聯(lián)接的失效和強(qiáng)度驗(yàn)算13.1鍵聯(lián)接圖13-10普通平鍵的受力情況

工作時(shí)，鍵承受擠壓和剪切。由于標(biāo)準(zhǔn)平鍵具有足夠的抗剪強(qiáng)度，故設(shè)計(jì)時(shí)平鍵聯(lián)接只需驗(yàn)算擠壓強(qiáng)度，計(jì)算式為

式中，T為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·mm）d為軸的直徑（mm）；h為鍵的高度（mm）；l為鍵的計(jì)算長度（mm），A型鍵

l=L-b，B型鍵l=L，C型鍵

l=L-b/2；[σbs]為鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力（MPa），見表13-2。13.1鍵聯(lián)接圖13-10普通平鍵的受力情況

項(xiàng)目13-1圖13-12a所示為減速器的輸出軸，軸與齒輪采用鍵聯(lián)接，已知傳遞的轉(zhuǎn)矩T=600N.m，齒輪材料為鑄鋼，有輕微沖擊，試選擇鍵聯(lián)接類型和尺寸。

13.1鍵聯(lián)接圖13-11減速器輸出軸聯(lián)接圖1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：花鍵聯(lián)接是由圓周均布多個(gè)鍵齒的花鍵軸，與帶有相應(yīng)鍵齒槽的輪轂所組成的一種聯(lián)接，所以花鍵聯(lián)接的承載能力比平鍵聯(lián)接高得多。

2.工作特點(diǎn)：花鍵齒的側(cè)面為工作面，工作時(shí)有多個(gè)鍵齒同時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩，所以花鍵聯(lián)接的承載能力比平鍵聯(lián)接高得多。

3.花鍵分類：按花鍵齒形不同可分為矩形花鍵（圖13-12b）和漸開線花鍵（圖13-12c）兩類，而且都已標(biāo)準(zhǔn)化

13.2花鍵聯(lián)接圖3-12花鍵聯(lián)接

（1）矩形花鍵

矩形花鍵齒側(cè)為直線，加工方便；標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，用熱處理后磨削過的小徑定心、定心精度高，定心穩(wěn)定性好和導(dǎo)向性能好，應(yīng)用廣泛。

（2）漸開線花鍵

漸開線花鍵齒廓為漸開線，可用加工齒輪的方法加工，工藝性好，聯(lián)接強(qiáng)度高、壽命長，適用于載荷較大、定心精度要求高和尺寸較大的聯(lián)接。

13.2花鍵聯(lián)接圖3-12花鍵聯(lián)接

1.銷的作用

（1）起定位作用：主要用來確定零件間的相互位置，起定位作用，即定位銷。

（2）傳遞載荷：也可用于軸與輪轂或其他零件的聯(lián)接，并傳遞不大的載荷。

（3）起安全作用：可用作安全裝置中的過載剪斷零件，即安全銷。

（4）應(yīng)用場合：接銷能承受很小載荷，常用于輕載或非動(dòng)力傳輸結(jié)構(gòu)。

（5）銷的材料：一般選用Q235、35鋼或45鋼。13.3銷聯(lián)接圖13-13不同用途的銷聯(lián)接a)定位銷b)聯(lián)接銷c)安全銷

2.銷的類型

圓柱銷、圓錐銷、開口銷，其性能和適用條件見表13-3

13.3銷聯(lián)接

螺紋聯(lián)接：是利用螺紋零件構(gòu)成的可拆聯(lián)接，其結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，成本低、互換性強(qiáng)，廣泛用于各類機(jī)械設(shè)備中。各種螺紋及其聯(lián)接件大多都制訂有國家標(biāo)準(zhǔn)。1.聯(lián)接用螺紋

機(jī)械設(shè)備中常用的聯(lián)接螺紋大多為三角形螺紋，它分為普通螺紋和管螺紋兩種。前者多用于緊固聯(lián)接，后者多用于緊密聯(lián)接。

（1）普通螺紋（米制）

普通螺紋牙型角α=60°,大徑d為公稱直徑，中徑

d2=d-0.6495P，小徑

d1=d-1.0825P，其標(biāo)準(zhǔn)為GB/T196—2003。同一大徑d可有多種螺距P，螺距最大的為粗牙螺紋（見圖13-14a），其余為細(xì)牙螺紋，它們均已標(biāo)準(zhǔn)化。13.4螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用

同一大徑d可有多種螺距P，螺距最大的為粗牙螺紋，其余為細(xì)牙螺紋，它們均已標(biāo)準(zhǔn)化。

（1）粗牙螺紋：

螺距最大的普通螺紋，廣泛用于各種聯(lián)接。

（2）細(xì)牙螺紋：

與相同大徑d的粗牙螺紋相比，細(xì)牙螺紋螺距小，小徑和中徑較大，升角小，自鎖性好，

使用場合：多用于強(qiáng)度要求較高的薄壁零件或受變載、沖擊及振動(dòng)的不常裝拆的聯(lián)接中。13.4螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用（2）管螺紋

1）管螺紋是用于管子聯(lián)接的螺紋，其螺紋牙分布在圓錐體上。

管螺紋牙型角α有55°（見圖13-14b、c）和60°兩種（見圖13-14d），可以是圓柱螺紋（GB/T7307—2001，見圖13-14b），也可以是錐螺紋（GB/T7306—2000，見圖13-14c；GB/T12716—2011，見圖13-14d），且有米制和英制之分。

2）英制管螺紋的公稱直徑是管子孔徑，米制管螺紋的公稱直徑是螺紋大徑。13.4螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用3）應(yīng)用范圍：

55°非密封管螺紋采用圓柱螺紋：廣泛用于水、煤氣和潤滑管路系統(tǒng)中，若需聯(lián)接密封，常需在螺旋副間填充密封物，或在密封面之間加密封墊。

55°

圓錐管螺紋聯(lián)接：密封性好、不用填料，適用于密封要求較高（如高溫、高壓系統(tǒng)等）的管道聯(lián)接中。13.4螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用

2.螺紋聯(lián)接的基本類型

螺紋聯(lián)接的基本類型有螺栓聯(lián)接（普通螺栓聯(lián)接、鉸制孔用螺栓聯(lián)接）、雙頭螺柱聯(lián)接、螺釘聯(lián)接和緊定螺釘聯(lián)接等，它們的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用見表13-4。13.4螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用

3.螺紋聯(lián)接件

常用的標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件（緊固件）有螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母、墊圈等。它們大多已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量按標(biāo)準(zhǔn)選用。

（1）螺栓：按加工精度不同分為普通螺栓（見

圖13-15a）

和鉸制孔用螺栓（見

圖13-15b）。螺栓頭部形狀有多種形式，最常用的是六角形，螺栓桿部分可制出一段螺紋或全螺紋（見圖13-15）。13.4螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用圖圖13-15螺栓

（2）雙頭螺柱

兩端都制有螺紋，兩端螺紋長度可以相同或不同，擰入被聯(lián)接件孔的一端稱為座端，另一端稱為螺母端。圖13-16a所示為等長雙頭螺柱，使用時(shí)不分座端和螺母端。圖13-16b所示為不等長雙頭螺柱，較為常用，bm

為座端長度，b為螺母端長度。13.4螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用圖13-16雙頭螺柱

（3）螺釘

螺釘通常分為聯(lián)接螺釘、緊定螺釘以及特殊螺釘（如吊環(huán)螺釘、自攻螺釘?shù)龋?/p>

螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形狀與螺栓類似，但頭部形式更多。其中內(nèi)六角圓柱螺釘可施加較大的擰緊力矩，聯(lián)接強(qiáng)度高，可以代替六角頭螺栓，多用于要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合。而圓頭和十字頭螺釘，則不能施加太大的擰緊力矩，此類螺釘?shù)闹睆揭话悴怀^10mm。13.4螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用圖13-17緊定螺釘?shù)念^部和尾部形狀（4）螺母

螺母的類型很多，最常用的是六角螺母(圖a~c），六角螺母的厚度不同分為標(biāo)準(zhǔn)螺母、薄螺母（圖b）和厚螺母（圖c）.

薄螺母用于:要求減輕重量且不經(jīng)常拆卸的場所。

厚螺母用于:經(jīng)常裝拆、易于磨損之處。圓螺母（見圖13-18d）常用于軸上零件的軸向固定。13.4螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用圖13-18螺母（5）墊圈

放置在螺母與被聯(lián)接件之間，作用是增大被聯(lián)接件的的支承面積以減小接觸處的壓強(qiáng)，防止擰緊螺母時(shí)擦傷被聯(lián)接件的表面。常用墊圈有平墊圈和彈簧墊圈等。

平墊圈與螺栓、螺柱、螺釘配合使用。彈簧墊圈（見圖13-19c）與螺母等配合使用，可起到防松作用。13.4螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用圖13-19墊圈的類型與結(jié)構(gòu)☆基礎(chǔ)能力訓(xùn)練

請(qǐng)仔細(xì)觀察自行車，寫出下列各處采用什么聯(lián)接，并分析采用不同聯(lián)接的原因：1)車架各部分；2)腳踏軸與曲拐；3)曲拐與鏈輪；4)曲拐與中軸；5)車輪軸與車架。13.4螺紋聯(lián)接的類型和應(yīng)用13.5.1螺紋聯(lián)接的預(yù)緊

螺紋聯(lián)接的預(yù)緊目的：生產(chǎn)實(shí)際中，為了增強(qiáng)螺紋聯(lián)接的剛性，提高被聯(lián)接件的密封性和防松能力，螺紋聯(lián)接一般需預(yù)緊。

即在裝配時(shí)必須將螺母或螺釘擰緊，使螺桿產(chǎn)生一定的軸向預(yù)緊力FP。

預(yù)緊力的大小應(yīng)適當(dāng)，若太小則達(dá)不到預(yù)緊目的，若太大又易使螺紋聯(lián)接失效。預(yù)緊力FP和擰緊力矩T（N.mm）的大小有關(guān)，對(duì)于常用的粗牙鋼制螺紋聯(lián)接可近似按下式計(jì)算：

式中，d為螺紋的公稱直徑（mm）；FP為預(yù)緊力（N）。

裝配時(shí)常用測力矩扳手和定力矩扳手控制預(yù)緊力的大小。13.5?螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松13.5.2螺紋聯(lián)接的防松方法

1.防松的目的：在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，以及在高溫或溫度變化較大時(shí)，聯(lián)接有可能逐漸松脫，引起聯(lián)接失效，從而影響機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須采取有效的防松措施。

2.常用的防松方法

常用的螺紋聯(lián)接件都采用單線螺紋，自鎖性好，在靜載荷、工作溫度變化不大時(shí)，螺紋聯(lián)接擰緊后一般不會(huì)松脫。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，以及在高溫或溫度變化較大時(shí)，聯(lián)接有可能逐漸松脫，引起聯(lián)接失效，從而影響機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，因此，聯(lián)接時(shí)必須采取有效的防松措施。螺紋聯(lián)接常用的防松方法見表13-5。13.5?螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松13.5.2螺紋聯(lián)接的防松方法

1.防松的目的：在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，以及在高溫或溫度變化較大時(shí)，聯(lián)接有可能逐漸松脫，引起聯(lián)接失效，從而影響機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須采取有效的防松措施。

2.常用的防松方法

常用的螺紋聯(lián)接件都采