第17章 其他常用聯(lián)接零件和彈簧

第十四章

其他常用聯(lián)接零件和彈簧本章主要內(nèi)容第一節(jié)鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接第二節(jié)銷聯(lián)接和無鍵聯(lián)接第三節(jié)彈簧本章學(xué)習(xí)要求1、掌握鍵聯(lián)接的類型、工作原理、結(jié)構(gòu)形式和應(yīng)用。2、掌握鍵聯(lián)接截面尺寸和長度尺寸的確定方法；了解失效形式和強(qiáng)度計(jì)算方法。3、了解花鍵聯(lián)接的類型、工作特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式、失效形式及強(qiáng)度計(jì)算。4、了解銷聯(lián)接和無鍵聯(lián)接的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用。5、了解彈簧的功用和類型，圓柱彈簧的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)方法。本章重點(diǎn)普通平鍵的選用、受力分析及強(qiáng)度計(jì)算

第一節(jié)鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接

一、鍵聯(lián)接（一）平鍵聯(lián)接

用來實(shí)現(xiàn)軸與輪轂的周向固定并傳遞轉(zhuǎn)矩。

1、普通平鍵聯(lián)接（主要用于軸與輪轂之間無相對(duì)移動(dòng)的靜聯(lián)接）a)結(jié)構(gòu)形式b)圓頭平鍵（A型）c)方頭平鍵（B型）d)單圓頭平鍵圖14－1普通平鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接（一）平鍵聯(lián)接

用于動(dòng)聯(lián)接，能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向移動(dòng)。導(dǎo)向平鍵較長，用螺釘將鍵固定在軸槽內(nèi)。第一節(jié)鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接2、導(dǎo)向平鍵聯(lián)接用于動(dòng)聯(lián)接。輪轂在軸上的滑動(dòng)距離較長時(shí),導(dǎo)向平鍵會(huì)導(dǎo)致鍵過長，可采用滑鍵聯(lián)接。3、滑鍵圖14－2導(dǎo)向平鍵聯(lián)接和滑鍵聯(lián)接導(dǎo)向平鍵聯(lián)接滑鍵聯(lián)接第一節(jié)鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接（二）半圓鍵聯(lián)接

鍵是圓弧形，可繞其圓心在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)，靠鍵的側(cè)面與鍵槽接觸來傳遞載荷，兩側(cè)面為工作面。

主要用于錐形軸與輪轂的聯(lián)接，或輕載靜聯(lián)接。圖14－3半圓鍵聯(lián)接第一節(jié)鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接（三）楔鍵聯(lián)接

上下兩個(gè)表面是工作面，兩個(gè)表面具有1：100的斜度。靠楔緊所產(chǎn)生的摩擦力在軸與輪轂之間傳遞轉(zhuǎn)矩，并可軸向固定和承受單向軸向力。主要用于定心精度要求不高。載荷平穩(wěn)和低速的場合。圖14－4楔鍵聯(lián)接第一節(jié)鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接（四）切向鍵聯(lián)接由兩個(gè)斜度為1：100的楔鍵組成，鍵的窄面是工作面靠工作面的擠壓和軸與輪轂間的的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩。圖14－5切向鍵聯(lián)接第一節(jié)鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接二、平鍵聯(lián)接的尺寸選擇和強(qiáng)度校核

平鍵的尺寸選擇：按GB/T1096-1979)，見表14－1截面尺寸b×h（鍵寬b×鍵高h(yuǎn)），按軸的直徑d

由標(biāo)準(zhǔn)中選?。?/p>

鍵的長度L按輪轂的長度定由標(biāo)準(zhǔn)中選取。強(qiáng)度計(jì)算：（1）普通平鍵主要失效形式——工作面壓潰

圖14－6平鍵聯(lián)接受力分析普通平鍵的擠壓強(qiáng)度條件為（按工作面上擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算）第一節(jié)鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接二、平鍵聯(lián)接的尺寸選擇和強(qiáng)度校核（續(xù)）（2）導(dǎo)向平鍵聯(lián)接和滑鍵聯(lián)接（動(dòng)聯(lián)接）主要失效形式：

——工作面過度磨損見表14—2。和按工作面上的壓力進(jìn)行條件性強(qiáng)度校核計(jì)算，強(qiáng)度條件為（按工作面的過度磨損進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算）第一節(jié)鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接例14-1解：（1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸7級(jí)精度齒輪傳動(dòng)要求輪轂聯(lián)接具有較高的定心精度。由于齒輪與軸為靜聯(lián)接，故初步選用普通圓頭平鍵聯(lián)接。考慮到加工的需要，鍵槽兩端尚需留出5mm的間距，故取鍵槽長度L=70mm。根據(jù)表14-1查得鍵寬b=20mm，鍵高h(yuǎn)=12mm。2）校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度A型鍵的工作長度。根據(jù)軸與輪轂的材料，從表14-2中查得鍵聯(lián)接的許用應(yīng)力，根據(jù)式（14-1）計(jì)算軸轂聯(lián)接處的擠壓應(yīng)力為鍵的標(biāo)記為：鍵20×70GB/T1096-1979。（一般A型鍵不標(biāo)出“A”，但對(duì)于B型或C型鍵，需將“鍵”標(biāo)為“鍵B”或“鍵C”)一鑄鐵齒輪與軸之間的軸轂聯(lián)接采用鍵聯(lián)接,齒輪精度為7級(jí)，載荷有輕微沖擊，聯(lián)接所傳遞的轉(zhuǎn)矩為1000N·m，聯(lián)接處軸的直徑為70mm，軸段長80mm，輪轂長82mm，試確定鍵聯(lián)接的類型和尺寸。（合適）第一節(jié)鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接

三、花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接的類型：按斷面形狀可分為矩形花鍵和漸開線花鍵。花鍵聯(lián)接常用于載荷大，經(jīng)?；?，定心精度高的場合。花鍵聯(lián)接由內(nèi)花鍵和外花鍵組成。圖14－7花鍵a）外花鍵b）內(nèi)花鍵矩形花鍵（小徑定心）漸開線花鍵（齒形定心）圖14－8矩形花鍵聯(lián)接和漸開線花鍵聯(lián)接第一節(jié)鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接

三、花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算:花鍵聯(lián)接主要失效形式：工作面壓潰（靜聯(lián)接）工作面過度磨損（動(dòng)聯(lián)接）靜聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接圖14－9花鍵聯(lián)接受力情況圖14－9花鍵聯(lián)接受力情況第二節(jié)銷聯(lián)接和無鍵聯(lián)接

一、銷聯(lián)接

圓柱銷銷是標(biāo)準(zhǔn)件圓錐銷主要用于固定零件間的相對(duì)位置的稱定位銷；作為安全裝置中的過載剪斷元件稱安全銷。聯(lián)接銷安全銷圖14－11聯(lián)接銷和安全銷圓柱銷圓錐銷圖14－10定位銷螺尾圓錐銷內(nèi)螺紋圓錐銷圖14－12

帶螺紋的圓錐銷第二節(jié)銷聯(lián)接和無鍵聯(lián)接

二、無鍵聯(lián)接（一）型面聯(lián)接

（二）脹緊聯(lián)接一個(gè)脹套兩個(gè)脹套圖14－15采用Z1型脹套的脹緊聯(lián)接圖14－型面聯(lián)接用等距曲線a）柱形軸和轂孔b）錐形軸和轂孔圖14－13型面聯(lián)接第三節(jié)彈簧一、彈簧的功用和類型彈簧的主要功能有：（1）控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)（2）緩沖或減振（3）儲(chǔ)存能量（4）測量力或力矩常用彈簧的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用見表14－4第三節(jié)彈簧二、圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)形式（一）圓柱螺旋壓縮彈簧在自由狀態(tài)下，彈簧各圈之間有間距δ，以便彈簧受壓時(shí)有產(chǎn)生相應(yīng)變形的可能。圓柱螺旋壓縮彈簧圖14－18圓柱螺旋壓縮彈簧的端面圈a）YⅠ型b）YⅡ型c）YⅢ型圖14－17圓柱螺旋壓縮彈簧第三節(jié)彈簧二、圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)形式（二）圓柱螺旋拉伸彈簧圖14－19圓柱螺旋拉伸彈簧圓柱螺旋拉伸彈簧掛鉤的形式圖14－20圓柱螺旋拉伸彈簧掛鉤的形式a）LI型b）LII型c）LVII型d）LVIII型第三節(jié)彈簧三、彈簧的材料和制造常用的金屬彈簧材料：

碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、不銹鋼和銅合金。（一）彈簧的材料材料選擇的依據(jù)：

根據(jù)彈簧的功用、重要程度及工作條件（包括載荷性質(zhì)、大小及循環(huán)特性、工作溫度和周圍介質(zhì)等）選取不同類型的材料。（二）圓柱螺旋彈簧的制造制造工藝：①卷繞；②兩端面加工（壓縮彈簧）或制作掛鉤（拉伸彈簧）；③熱處理；工藝試驗(yàn)等。必要時(shí)，還需進(jìn)行強(qiáng)壓或噴丸處理。第三節(jié)彈簧四、圓柱螺旋彈簧和拉伸彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）普通圓柱螺旋彈簧的幾何尺寸計(jì)算普通圓柱螺旋彈簧的主要幾何尺寸：外徑、中徑、內(nèi)徑、節(jié)距、螺旋升角、及彈簧鋼絲線徑。圖14－21圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)a）壓縮彈簧b）拉伸彈簧第三節(jié)彈簧四、圓柱螺旋彈簧和拉伸彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算（續(xù)1）（二）特性曲線拉伸彈簧的特性曲線a）拉伸彈簧b）沒有初拉力時(shí)的特性曲線c）有初拉力時(shí)的特性曲線a）壓縮彈簧b）特性曲線圖14－22壓縮彈簧的特性曲線圖14－23拉伸彈簧的特性曲線壓縮彈簧特性曲線第三節(jié)彈簧四、圓柱螺旋彈簧和拉伸彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算（續(xù)2）（三）圓柱螺旋彈簧的強(qiáng)度和剛度計(jì)算1彈簧中的應(yīng)力2彈簧的強(qiáng)度條件3彈簧的剛度條件彈簧絲內(nèi)側(cè)的最大應(yīng)力：曲度系數(shù)剪切力彈簧指數(shù)最大工作載荷有效圈數(shù)切變模量軸向變形量第三節(jié)彈簧四、圓柱螺旋彈簧和拉伸彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算（續(xù)3）（四）圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧的設(shè)計(jì)彈簧的設(shè)計(jì)步驟：1）根據(jù)工作條件，選擇彈簧材料，查出其力學(xué)性能數(shù)據(jù)。2）參照剛度要求，選擇彈簧指數(shù)C。根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸要求初定彈簧中徑D，估取彈簧鋼絲線徑d,由表14－5查出許用應(yīng)力。3）按強(qiáng)度條件確定所需彈簧鋼絲線徑d.4）按剛度條件確定彈簧有效圈數(shù)n。5）計(jì)算彈簧的幾何尺寸。6）進(jìn)行疲勞強(qiáng)度、靜強(qiáng)度和穩(wěn)定性等驗(yàn)算。設(shè)計(jì)依據(jù)：通常根據(jù)最大工作載荷Fmax和變形量fmax及結(jié)構(gòu)要求（如安裝空間對(duì)彈簧尺寸的限制）等來決定彈簧鋼絲線徑、彈簧中徑、有效圈數(shù)、彈簧的螺旋升角和長度等。解：（1）選材料，確定許用應(yīng)力[τ]。根據(jù)彈簧所受的載荷特性在表14-5中選用C級(jí)碳素彈簧鋼絲，則由表14-5可知[τ]=0.5σb。彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度σb與彈簧鋼絲直徑d有關(guān)。先假設(shè)d=6mm，查表14-6，則對(duì)應(yīng)的σb=1420MPa。

[τ]=0.5σb=0.5×1420MPa=710MPa（2）初選旋繞比C=5。（3）求彈簧絲直徑。先由式（14-7）求出曲度系數(shù)，然后根據(jù)式（14-8）求出彈簧絲線徑d。例14-2設(shè)計(jì)在靜載荷作用下的圓柱螺旋壓縮彈簧，要求次彈簧在最大工作載荷Fmax=1400N時(shí)，其變形量λmax=25mm。鋼絲線徑在所設(shè)范圍之內(nèi)，圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑d=6mm（符合直徑系列）。（4）計(jì)算直徑中徑D=Cd=5×6=30mm（符合中徑系列）例14－2（5）計(jì)算彈簧工作圈數(shù)。根據(jù)式（14-11）并由表14-5查出G=80000MPa，得到彈簧工作圈數(shù)