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1、機(jī)械基礎(chǔ),第9章 齒輪系,學(xué)習(xí)目的與要求主要內(nèi)容：本章主要介紹輪系的分類、傳動(dòng)比的計(jì)算與輪系的應(yīng)用；減速器的類型和應(yīng)用場(chǎng)合。學(xué)習(xí)目的與要求：了解輪系的分類與應(yīng)用，能正確分析輪系的類型，掌握定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算，理解行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算方法。了解減速器的類型和應(yīng)用場(chǎng)合。學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)是掌握定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算，難點(diǎn)是理解行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算方法。為實(shí)現(xiàn)變速和獲得大傳動(dòng)比等目的，常采用一對(duì)以上的齒輪組成齒輪傳動(dòng)裝置，例如機(jī)床、汽車上使用的變速器、差速器。這些由多對(duì)齒輪組成的傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)稱為齒輪系。,9.1定軸輪系 9.1.1定軸輪系 實(shí)例圖9-1所示為兩級(jí)圓柱齒輪減速器中的齒輪，圖9-2所示為

2、汽車變速器中的齒輪。它們?cè)谶\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各齒輪的幾何軸線相對(duì)機(jī)架都是固定的，因此這類齒輪傳動(dòng)裝置稱為定軸齒輪傳動(dòng)裝置，或簡(jiǎn)稱為定軸輪系。,9.1.2定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算定軸輪系的傳動(dòng)比是指始端主動(dòng)齒輪1與末端從動(dòng)齒輪k的角速度之比(1k)，工程上則常用其轉(zhuǎn)速比(n1/nk)來(lái)表示，即,1.一對(duì)圓柱齒輪的傳動(dòng)比如圖9-3所示，一對(duì)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為,式中，外嚙合時(shí)，主、從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，取“-”號(hào)；內(nèi)嚙合時(shí)，主、從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，取“+”號(hào)。其轉(zhuǎn)動(dòng)方向也可用箭頭表示(圖9-3)。,2.平行軸定軸輪系的傳動(dòng)比圖9-4所示為所有齒輪軸線均互相平行的定軸輪系，設(shè)齒輪1為首輪，齒輪5為末輪，z1、z2

3、、z3、z3、z4、z4、z5為各輪齒數(shù)，n1、n2、n3、n3、n4、n4、n5為各輪的轉(zhuǎn)速，則各對(duì)齒輪的傳動(dòng)比為,容易看出，將各對(duì)齒輪的傳動(dòng)比相乘恰為首末兩輪的傳動(dòng)比，即,由上式可知：1)平行軸定軸輪系的傳動(dòng)比等于輪系中各對(duì)齒輪傳動(dòng)比的連乘積，也等于輪系中所有從動(dòng)輪齒數(shù)連乘積與所有主動(dòng)輪齒數(shù)連乘積之比。若輪系中有k個(gè)齒輪，則平面平行軸定軸輪系傳動(dòng)比的一般表達(dá)式為,2)傳動(dòng)比的符號(hào)決定于外嚙合齒輪的對(duì)數(shù)m，當(dāng)m為奇數(shù)時(shí)，i1k為負(fù)號(hào)，說(shuō)明首、末兩輪轉(zhuǎn)向相反；m為偶數(shù)時(shí)，i1k為正號(hào)，說(shuō)明首末兩輪轉(zhuǎn)向相同。定軸輪系的轉(zhuǎn)向關(guān)系也可用箭頭在圖上逐對(duì)標(biāo)出(圖9-4)。,,圖9-4平行軸定軸輪系的傳動(dòng)

4、比,3)圖9-4中的齒輪2既是主動(dòng)輪，又是從動(dòng)輪，它對(duì)傳動(dòng)比的大小不起作用，但改變了傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)向，這種齒輪稱為惰輪。惰輪用于改變傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)向和調(diào)節(jié)輪軸間距，又稱為過(guò)橋齒輪。,3.非平行軸定軸輪系的傳動(dòng)比定軸輪系中含有錐齒輪、蝸桿等傳動(dòng)時(shí)，其傳動(dòng)比的大小仍可用式(9-2)計(jì)算。圖9-5非平行軸的定軸輪系但其轉(zhuǎn)動(dòng)方向只能用箭頭在圖上標(biāo)出，而不能用(-1)m來(lái)確定(圖9-5)。箭頭標(biāo)定轉(zhuǎn)向的一般方法為：對(duì)圓柱齒輪傳動(dòng)，外嚙合箭頭方向相反，內(nèi)嚙合箭頭方向相同；對(duì)錐齒輪傳動(dòng)，箭頭相對(duì)或相離； 對(duì)蝸桿傳動(dòng)，用主動(dòng)輪左、右手定則，四指彎曲方向代表蝸桿轉(zhuǎn)向，大拇指的反方向代表蝸輪在嚙合處的速度方向。,9.

5、2行星輪系 9.2.1行星輪系 實(shí)例及其分類圖9-7、圖9-8所示為常見(jiàn)的行星齒輪傳動(dòng)裝置。齒輪2既繞自身幾何軸線O2轉(zhuǎn)動(dòng)，又繞齒輪1的固定幾何軸線O1轉(zhuǎn)動(dòng)，如同自然界中的行星一樣，既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)，所以稱為行星輪；齒輪1和齒輪3的幾何軸線固定不動(dòng)，它們被稱為太陽(yáng)輪，分別與行星輪相嚙合；支持行星輪作自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的構(gòu)件H稱為行星架。由行星輪、太陽(yáng)輪、行星架以及機(jī)架組成的行星齒輪傳動(dòng)裝置稱為行星輪系。根據(jù)太陽(yáng)輪的數(shù)目可以將行星輪系分為兩大類：,(1)簡(jiǎn)單行星輪系太陽(yáng)輪的數(shù)目不超過(guò)兩個(gè)的行星輪系稱為簡(jiǎn)單行星輪系,圖9-7中只有一個(gè)太陽(yáng)輪，圖9-8、圖9-9中有兩個(gè)太陽(yáng)輪，它們都是簡(jiǎn)單行星輪系。此類行星

6、輪系中，行星架H與太陽(yáng)輪的幾何軸線必須重合，否則整個(gè)輪系不能轉(zhuǎn)動(dòng)。,(2)復(fù)合行星輪系太陽(yáng)輪的數(shù)目超過(guò)兩個(gè)的行星輪系稱為復(fù)合行星輪系，如圖9-10所示。9.2.2行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算因?yàn)樾行禽喯抵行行禽?的幾何軸線不固定，所以該輪系的傳動(dòng)比不能直接利用定軸輪系傳動(dòng)比公式進(jìn)行計(jì)算?，F(xiàn)采用“反轉(zhuǎn)法”，即給整個(gè)行星輪系(圖9-11a)加上一個(gè)繞軸線O-O并與行星架H的轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)速(-nH)后，行星架H靜止不動(dòng)，而各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)并不改變。這樣一來(lái)，所有齒輪的幾何軸線位置相對(duì)行星架全部固定，從而得到一個(gè)假想的定軸輪系(圖9-11b)，該假想定軸輪系稱為原行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系。轉(zhuǎn)化輪系中各構(gòu)件對(duì)行星架

7、H的相對(duì)轉(zhuǎn)速(或角速度)分別用nH1、nH2、nH3及nHH表示，轉(zhuǎn)化前后各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速見(jiàn)表9-1。,由于轉(zhuǎn)化輪系中行星架是固定的，即轉(zhuǎn)化輪系成了定軸輪系，因此可借用定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即,將式(9-3)寫成一般通式為,利用上式可以求解行星輪系的傳動(dòng)比及各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速的未知量，使用時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1)iH1k表示轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，iH1ki1k。2)齒輪1、k與行星架H的軸線必須重合，否則不能應(yīng)用該公式。3)n1、nk、nH方向相同或相反須用“”號(hào)區(qū)別，并與數(shù)值一起代入計(jì)算。4)式中的“”號(hào)表示nH1和nHk的轉(zhuǎn)向關(guān)系。若轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中所有齒輪軸線平行，可用(-1)m判定式中的“”號(hào)(

8、m為齒輪1至齒輪k之間外嚙合齒輪的對(duì)數(shù))；否則只能用畫箭頭的辦法判定。,9.3混合輪系由定軸輪系和行星輪系組合成的輪系稱為混合輪系(圖9-14)。因?yàn)榛旌陷喯凳怯蓛煞N運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同的輪系組成的，所以在計(jì)算傳動(dòng)比時(shí)，圖9-14混合輪系必須將混合輪系先分解為行星輪系和定軸輪系，然后分別按相應(yīng)的傳動(dòng)比計(jì)算公式列出算式，最后聯(lián)立求解。例9-5在圖9-14所示的混合輪系中，已知z1=20、z2=40、z2=20、z3=30、z4=80。求傳動(dòng)比i1H。解1)分析輪系，該輪系中，輪3為行星輪，與其相嚙合的齒輪2、4為太陽(yáng)輪，所以2、3、4、H組成行星輪系；齒輪1、2為定軸輪系。,2)按定軸輪系列式,3)按行

9、星輪系2-3(H)-4列出轉(zhuǎn)化輪系傳動(dòng)比計(jì)算式,4)將已知各輪的齒數(shù)及n4=0及n2=n2等代入式(a)、(b)，得,由式(a)得n2=-0.5n1。對(duì)雙聯(lián)齒輪，n2=n2,將n2=-0.5n1代入式(b)得,,圖9-14混合輪系,9.4減速器減速器是用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的封閉式機(jī)械傳動(dòng)裝置，由封閉在箱體內(nèi)的齒輪或蝸桿傳動(dòng)所組成，主要用來(lái)降低轉(zhuǎn)速、增大轉(zhuǎn)矩或改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。由于其傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，潤(rùn)滑條件良好，效率高，壽命長(zhǎng)，且使用維修方便，得到廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)中使用的減速器目前已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化，且由專門化生產(chǎn)廠制造，使用者可根據(jù)具體的工作條件進(jìn)行選擇。9.4.1減速器的主要形式、

10、特點(diǎn)及應(yīng)用根據(jù)傳動(dòng)零件的形式，減速器可分為齒輪、蝸桿減速器；根據(jù)齒輪的形狀不同，可分為圓柱、錐齒輪減速器；根據(jù)傳動(dòng)的級(jí)數(shù)，可分為一級(jí)和多級(jí)減速器；根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，可分為展開(kāi)式、同軸式和分流式減速器。這里只介紹常見(jiàn)的簡(jiǎn)單的一級(jí)和二級(jí)減速器，其他形式的減速器可參看有關(guān)手冊(cè)。常用的減速器形式及特點(diǎn)見(jiàn)表9-2。,9.4.2減速器的構(gòu)造減速器結(jié)構(gòu)因其類型、用途不同而異。但無(wú)論何種類型的減速器，其結(jié)構(gòu)都是由箱體、軸系部件及附件組成。圖9-15、圖9-16、圖9-17、圖9-18分別為一級(jí)圓柱齒輪減速器、二級(jí)圓柱齒輪減速器、圓錐圓柱齒輪減速器、蝸桿減速器的實(shí)物圖。,,圖9-15一級(jí)圓柱齒輪減速器實(shí)物圖,

11、,圖9-16二級(jí)圓柱齒輪減速器實(shí)物圖,,圖9-17圓錐圓柱齒輪減速器實(shí)物圖,,圖9-18蝸桿減速器實(shí)物圖,第10章 聯(lián)接,學(xué)習(xí)目的與要求主要內(nèi)容：本章主要介紹螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接與成形聯(lián)接、銷聯(lián)接的類型和應(yīng)用場(chǎng)合，簡(jiǎn)介其他聯(lián)接形式。學(xué)習(xí)目的與要求：了解螺紋聯(lián)接的類型、預(yù)緊和防松、螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；了解鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接與成形聯(lián)接、銷聯(lián)接的類型和應(yīng)用場(chǎng)合。了解其他聯(lián)接形式的類型和應(yīng)用場(chǎng)合。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：了解螺紋聯(lián)接的類型、預(yù)緊和防松、螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解鍵聯(lián)接的類型、工作原理與應(yīng)用場(chǎng)合。通常，聯(lián)接可分為可拆聯(lián)接和不可拆聯(lián)接兩類?？刹鹇?lián)接是不損壞聯(lián)接中任一零件就可拆開(kāi)的聯(lián)接，故多次裝拆不影響

12、其使用性能，常用的有螺紋、鍵、花鍵、銷以及成形等聯(lián)接。不可拆聯(lián)接是至少要損壞聯(lián)接中某一部分才能拆開(kāi)的聯(lián)接，常見(jiàn)的有焊接、鉚接以及粘接等。,此外，過(guò)盈配合也是常用的聯(lián)接手段，它介于不可拆聯(lián)接和可拆聯(lián)接之間。很多情況下，過(guò)盈配合都是不可拆的，因?yàn)椴痖_(kāi)這種聯(lián)接將會(huì)引起表面損壞和配合松動(dòng)；但在過(guò)盈量不大的情況下，如對(duì)于滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的聯(lián)接，雖多次裝拆軸承，但對(duì)聯(lián)接損傷不大，又可視為可拆聯(lián)接。設(shè)計(jì)中選用何種聯(lián)接，主要取決于使用要求和經(jīng)濟(jì)要求。一般來(lái)說(shuō)，采用可拆聯(lián)接是由于結(jié)構(gòu)、安裝、維修和運(yùn)輸上的需要；而采用不可拆聯(lián)接，多數(shù)是由于工藝和經(jīng)濟(jì)上的要求。,10.1螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接是利用螺紋零件構(gòu)成的可拆聯(lián)接

13、，應(yīng)用十分廣泛。螺紋聯(lián)接采用自鎖性好的三角形螺紋。聯(lián)接螺紋可分為普通螺紋、英制螺紋、管螺紋和錐螺紋等。普通螺紋又有粗牙和細(xì)牙兩種。公稱尺寸相同時(shí)，細(xì)牙螺紋的螺距小、升角小、自鎖性好，其螺桿強(qiáng)度較高，適用于受沖擊、振動(dòng)和變載荷的聯(lián)接及薄壁零件的聯(lián)接。但細(xì)牙螺紋比粗牙螺紋的耐磨性差，經(jīng)常裝拆時(shí)容易滑牙，故粗牙螺紋在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用更為廣泛。螺紋的主要尺寸參數(shù)參見(jiàn)第6章中螺旋機(jī)構(gòu)有關(guān)內(nèi)容。10.1.1螺紋聯(lián)接的主要類型 1.螺栓聯(lián)接,圖10-1a、b 所示為螺栓聯(lián)接。其特點(diǎn)是使用時(shí)不受被聯(lián)接件材質(zhì)的限制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，成本低，通常在被聯(lián)接件不太厚又需經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合使用。根據(jù)聯(lián)接要求的不同，其聯(lián)接

14、形式有兩種：一種是被聯(lián)接件上的通孔和螺栓桿間留有間隙的普通螺栓聯(lián)接(圖10-1a) ；另一種是螺栓桿與孔是基孔制過(guò)渡配合的鉸制孔用螺栓聯(lián)接(圖10-1b)。其中，普通螺栓聯(lián)接中孔的加工精度低，而鉸制孔用螺栓聯(lián)接中的孔需鉸制，加工精度要求較高。2.雙頭螺柱聯(lián)接圖10-1c 所示為雙頭螺柱聯(lián)接。其特點(diǎn)是被聯(lián)接件之一制有與螺柱相配合的螺紋，另一被聯(lián)接件則為通孔。這種聯(lián)接適用于被聯(lián)接件之一太厚而不便于加工通孔并需經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。,3.螺釘聯(lián)接圖10-1d 所示為螺釘聯(lián)接。其特點(diǎn)是不用螺母，螺釘直接擰入被聯(lián)接件的螺孔中。這種聯(lián)接的適用場(chǎng)合與雙頭螺柱聯(lián)接相似，但多用于受力不大，不需經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。4.緊定

15、螺釘聯(lián)接圖10-1e 所示為緊定螺釘聯(lián)接。其特點(diǎn)是螺釘被旋入被聯(lián)接件之一的螺紋孔中，末端頂住另一被聯(lián)接件的表面或頂入相應(yīng)的坑中，以固定兩個(gè)零件的相對(duì)位置。這種聯(lián)接適用于固定兩零件的相對(duì)位置，并可傳遞不大的力和轉(zhuǎn)矩。10.1.2常用螺紋聯(lián)接件在機(jī)械制造中常見(jiàn)的螺紋聯(lián)接件有：螺栓、雙頭螺柱、螺釘、緊定螺釘、螺母、墊圈等。 這些零件的結(jié)構(gòu)和尺寸都已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用。螺紋聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用情況參見(jiàn)表10-1。,根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，螺紋聯(lián)接件分為三個(gè)精度等級(jí)，其代號(hào)為 A、B 、C 級(jí)。 A 級(jí)精度最高，用于要求配合精確、防止振動(dòng)等重要零件的聯(lián)接； B 級(jí)精度多用于受載較大且經(jīng)常裝拆、調(diào)整

16、或承受變載的聯(lián)接；C級(jí)精度多用于一般的螺紋聯(lián)接。螺紋聯(lián)接件的常用材料為Q215A、Q235A、10鋼、35鋼和45鋼，對(duì)于重要和特殊用途的螺紋聯(lián)接件，可采用 15Cr、40Cr等力學(xué)性能較高的合金鋼。 10.1.3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 1.螺紋聯(lián)接的預(yù)緊在生產(chǎn)實(shí)踐中，大多數(shù)螺紋聯(lián)接在安裝時(shí)都需要預(yù)緊。被聯(lián)接件在工作前因預(yù)緊所受到的力，稱為預(yù)緊力。預(yù)緊可以增強(qiáng)聯(lián)接的剛性、緊密性和可靠性，防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。,對(duì)于普通場(chǎng)合使用的螺紋聯(lián)接，為了保證聯(lián)接所需的預(yù)緊力，同時(shí)又不使螺紋聯(lián)接件過(guò)載，通常由工人用普通扳手憑經(jīng)驗(yàn)決定。對(duì)重要場(chǎng)合，如氣缸蓋、管路凸緣等緊密性要求較高的螺紋聯(lián)

17、接，預(yù)緊時(shí)應(yīng)控制預(yù)緊力。控制預(yù)緊力的方法很多，通常是借助測(cè)力矩扳手(圖10-2a)或定力矩扳手(圖10-2b)，利用控制擰緊力矩的方法來(lái)控制預(yù)緊力的大小。測(cè)力矩扳手的工作原理是根據(jù)扳手上的彈性元件1，在擰緊力的作用下所產(chǎn)生的彈性變形來(lái)指示擰緊力矩的大小。為方便計(jì)量，可將指示刻度2直接以力矩值標(biāo)出。定力矩扳手的工作原理是當(dāng)擰緊力矩超過(guò)規(guī)定值時(shí)，彈簧3被壓縮，扳手卡盤1與圓柱銷2之間打滑，如果繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，卡盤即不再回轉(zhuǎn)。擰緊力矩的大小可利用螺釘4調(diào)整彈簧壓力來(lái)加以控制。,考慮到由于摩擦因數(shù)不穩(wěn)定和加在扳手上的力有時(shí)難于準(zhǔn)確控制，可能使螺栓擰得過(guò)緊，甚至擰斷，因此，對(duì)于重要聯(lián)接不宜采用直徑小于M1

18、2M16mm的螺栓，并應(yīng)在裝配圖上注明擰緊的要求。,2.螺紋聯(lián)接的防松聯(lián)接用螺紋聯(lián)接件，一般采用粗牙普通螺紋。由于其導(dǎo)程角小于摩擦副的當(dāng)量摩擦角v(一般1.53.5)，從而保證了螺紋聯(lián)接的自鎖性。此外，螺母和螺栓頭部等支承面處的摩擦也有防松作用，因此在靜載荷作用下，聯(lián)接一般不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)、變載荷作用下，或當(dāng)溫度變化很大時(shí)，螺紋中的摩擦阻力可能瞬間消失或減小，這種現(xiàn)象多次重復(fù)出現(xiàn)就會(huì)使聯(lián)接逐漸松脫，甚至?xí)饑?yán)重事故。因此，在設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)必須考慮防松措施。常用的防松方法見(jiàn)表10-2。,10.1.4螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般情況下，大多數(shù)螺栓都是成組使用的，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意合理地布置各

19、個(gè)螺栓的位置，全面考慮受力、裝拆、加工、強(qiáng)度等方面因素。 1.螺栓位置在布置螺栓位置時(shí)，各螺栓間及螺栓中心線與機(jī)體壁之間應(yīng)留有足夠的扳手空間，以便于裝拆，如圖10-3所示，其中尺寸A、B、C、D、E見(jiàn)有關(guān)手冊(cè)。,圖10-3扳手空間,2.螺栓組的布置螺栓組的布置應(yīng)遵循下列原則：1)螺栓組的布置應(yīng)力求對(duì)稱、均勻。通常將結(jié)合面設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀(圖10-4)，以便于加工，并應(yīng)使螺栓組的對(duì)稱中心與接合面的形心重合，以保證接合面受力比較均勻。,2)對(duì)承受彎矩或轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接，應(yīng)盡量將螺栓布置在靠近接合面的邊緣，以便充分和均衡地利用各個(gè)螺栓的承載能力(圖10-4c、d)。如果聯(lián)接在受軸向載荷的同

20、時(shí)還受到較大的橫向載荷，則可采用套筒、銷、鍵等零件來(lái)分擔(dān)橫向載荷(圖10-5)，以減小螺栓的預(yù)緊力和結(jié)構(gòu)尺寸。 3)螺栓數(shù)目應(yīng)取為2、3、4、6等易于分度的數(shù)目，以便加工(圖10-4)。4)同一組螺栓應(yīng)采用同一種材料和相同的公稱尺寸。,3.力求避免螺栓受彎曲應(yīng)力為避免螺栓受彎曲應(yīng)力，螺栓與螺母的支承面通常應(yīng)加工平整。為減少加工面，其結(jié)構(gòu)?？勺龀赏古_(tái)、魚眼坑(圖10-6a、b)。加工或安裝時(shí)，還應(yīng)保證支承面與螺栓軸線相垂直，以免產(chǎn)生偏心載荷使螺栓受到彎曲應(yīng)力，從而削弱強(qiáng)度。對(duì)傾斜的支承面，可采用斜墊圈(圖10-6c);質(zhì)量要求高的場(chǎng)合，還可采用球面墊圈(圖10-6d)。,10.1.5螺栓聯(lián)接的尺

21、寸選擇螺栓聯(lián)接的尺寸選擇主要是指聯(lián)接中螺栓直徑、螺母、墊圈等的確定。螺栓直徑是根據(jù)強(qiáng)度原則確定的，與之相配的螺母、墊圈等的結(jié)構(gòu)尺寸可直接按螺栓的公稱尺寸依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取。10.2鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接在機(jī)器中應(yīng)用極為廣泛，常用于軸與輪轂之間的周向固定，以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩；其中有些還能實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)，用作動(dòng)聯(lián)接。由于鍵已標(biāo)準(zhǔn)化，因此通常先根據(jù)工作特點(diǎn)選擇鍵的類型，再根據(jù)軸徑和輪轂長(zhǎng)度確定鍵的尺寸，必要時(shí)還應(yīng)對(duì)鍵聯(lián)接進(jìn)行強(qiáng)度校核。鍵聯(lián)接分為松鍵聯(lián)接和緊鍵聯(lián)接兩大類。,10.2.1松鍵聯(lián)接的類型、標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用松鍵聯(lián)接可分為平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接兩種。松鍵聯(lián)接的特點(diǎn)是：鍵的兩側(cè)面是工作面，靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩

22、；鍵的頂面為非工作面，與輪轂鍵槽底部表面間留有間隙。因此，這種聯(lián)接只能用作軸上零件的周向固定。1.平鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、對(duì)中性好等優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用最廣。平鍵又分為普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵。(1)普通平鍵圖10-7所示為普通平鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)形式。普通平鍵用于靜聯(lián)接，按其端部形狀不同分為圓頭(A型)、平頭(B型)、及單圓頭(C型)三種(圖10-8)。,用A型和C型鍵時(shí)，軸上的鍵槽是用端銑刀加工的(圖10-9a)，鍵在槽中的軸向固定較好，但鍵槽兩端會(huì)引起較大的應(yīng)力集中；用B型鍵時(shí)，鍵槽是用盤銑刀加工的(圖10-9b)，應(yīng)力集中較小，但鍵在槽中軸向固定不好。A型鍵應(yīng)用最廣，C型鍵則多用于軸

23、端。平鍵聯(lián)接的常用尺寸標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)表10-3。,注：1.在圖樣中，軸槽深用t或(d-t)標(biāo)注，輪轂槽深用(d+t1)標(biāo)注。2.(d-t)和(d+t1)兩組組合尺寸的極限偏差按相應(yīng)的t和t1極限偏差選取，但(d-t)極限偏差值應(yīng)取負(fù)號(hào)。(2)導(dǎo)向平鍵和滑鍵導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動(dòng)聯(lián)接。當(dāng)輪轂在軸上需沿軸向移動(dòng)時(shí)，可采用導(dǎo)向平鍵或滑鍵，導(dǎo)向平鍵(圖10-10)用螺釘固定在軸上的鍵槽中，而輪轂可沿著鍵作軸向滑動(dòng)，如汽車齒輪變速器中齒輪軸上的鍵。當(dāng)被聯(lián)接零件滑移的距離較大時(shí)，宜采用滑鍵(圖10-11)。滑鍵固定在輪轂上，與輪轂同時(shí)在軸上的鍵槽中作軸向滑移。,2.半圓鍵聯(lián)接圖10-12所示為半圓鍵聯(lián)接。軸槽呈半

24、圓形，鍵能在軸槽內(nèi)自由擺動(dòng)以適應(yīng)軸線偏轉(zhuǎn)引起的位置變化。其缺點(diǎn)是鍵槽較深，對(duì)軸的強(qiáng)度削弱大，故一般多用于輕載或錐形結(jié)構(gòu)的聯(lián)接中。,,圖10-12半圓鍵聯(lián)接,10.2.2緊鍵聯(lián)接的類型、標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用緊鍵聯(lián)接有楔鍵和切向鍵聯(lián)接兩種。緊鍵聯(lián)接的特點(diǎn)是：鍵的上下兩表面是工作面；裝配時(shí)，將鍵楔緊在軸轂之間；工作時(shí)，靠鍵楔緊產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。1.楔鍵聯(lián)接圖10-13所示為楔鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)形式。鍵的上表面和與之相配合的輪轂鍵槽底部表面，均具有1100的斜度，靠鍵楔緊產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩和承受單向的軸向力。楔鍵聯(lián)接的對(duì)中性差，僅適用于要求不高、載荷平穩(wěn)、速度較低的場(chǎng)合(如某些農(nóng)業(yè)機(jī)械及建筑機(jī)械中)。楔鍵分

25、為普通楔鍵(圖10-13a)及鉤頭楔鍵(圖10-13b)兩種。為便于拆卸，楔鍵最好用于軸端。使用帶鉤頭的楔鍵時(shí)，拆卸較為方便，但應(yīng)加裝安全罩。,2.切向鍵聯(lián)接切向鍵聯(lián)接如圖10-14所示，由兩個(gè)斜度為1100的楔鍵組成。裝配時(shí)，把一對(duì)楔鍵分別從輪轂的兩端打入，其斜面相互貼合，共同楔緊在軸轂之間。用一對(duì)切向鍵時(shí)，只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩；如要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩，則要用兩對(duì)切向鍵按120135分布。切向鍵對(duì)軸削弱較大，故只適用于速度較小、對(duì)中性要求不高、軸徑大于100mm的重型機(jī)械中。,,圖10-14切向鍵聯(lián)接,10.3花鍵聯(lián)接和成形聯(lián)接10.3.1花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接是由周向均布多個(gè)鍵齒的花鍵軸與帶有相應(yīng)鍵槽的輪

26、轂相配合的可拆聯(lián)接(圖10-15a)。與平鍵聯(lián)接相比，由于鍵齒與軸一體，故花鍵聯(lián)接的承載能力高，定心性和導(dǎo)向性好，對(duì)軸的削弱較小，因此適用于載荷較大和對(duì)定心精度要求較高的靜聯(lián)接和動(dòng)聯(lián)接，特別是在飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床及農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用較廣。其缺點(diǎn)是齒根有應(yīng)力集中，加工需專用設(shè)備和量刃具，制造成本高?；ㄦI根據(jù)其齒形的不同，可分為矩形花鍵(GBT11442001)和漸開(kāi)線花鍵(GBT3478.11995)兩種。,2.漸開(kāi)線花鍵如圖10-15c所示，漸開(kāi)線花鍵的兩側(cè)齒形為漸開(kāi)線，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，漸開(kāi)線花鍵的標(biāo)準(zhǔn)壓力角有30和45兩種。受載時(shí)，齒上有徑向分力，能起自動(dòng)定心作用，有利于各齒受力均勻，因此多采用

27、齒形定心。漸開(kāi)線花鍵可用加工齒輪的方法制造，工藝性好，易獲得較高的精度和互換性，齒根強(qiáng)度高，應(yīng)力集中小，壽命長(zhǎng)，因此常用于載荷較大、定心精度要求較高以及尺寸較大的聯(lián)接。,10.3.2成形聯(lián)接成形聯(lián)接是利用非圓截面的軸與相應(yīng)的轂孔構(gòu)成的聯(lián)接(圖10-16)。當(dāng)軸和轂孔做成柱形時(shí)，只能傳遞轉(zhuǎn)矩；當(dāng)軸和轂孔做成錐形時(shí)，在傳遞轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，還可傳遞軸向力。非圓截面軸要先經(jīng)過(guò)車削，然后磨削；轂孔先經(jīng)鏜、鉆或拉，然后磨削。截面形狀要能適應(yīng)磨削加工。,這種聯(lián)接的應(yīng)力集中小、承載能力強(qiáng)、工作可靠，但加工困難，因此應(yīng)用不廣。形成曲線為擺線和等距曲線的成形聯(lián)接對(duì)中性較好，但加工工藝復(fù)雜；對(duì)于方形、六方形等形面，雖然

28、其加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單些，但定心性較差。,10.4銷聯(lián)接銷聯(lián)接主要用于固定零件之間的相對(duì)位置(圖10-17a)，也可用于軸與轂的聯(lián)接或其他零件的聯(lián)接，以傳遞不大的載荷(圖10-17b)。在安全裝置中，銷還常用作過(guò)載剪斷元件(圖10-17c)，稱為安全銷。,銷按其外形可分為圓柱銷、圓錐銷及異形銷等，這些銷都有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。與圓柱銷、圓錐銷相配的被聯(lián)接件孔均需鉸光和開(kāi)通。對(duì)于圓柱銷聯(lián)接，因有微量過(guò)盈，故多次裝拆后定位精度會(huì)降低。圓錐銷聯(lián)接的銷和孔均制有150的錐度，裝拆方便，多次裝拆對(duì)定位精度影響較小，故可用于需經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。特殊結(jié)構(gòu)形式的銷統(tǒng)稱為異形銷。其結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)。,10.5其他連

29、接簡(jiǎn)介除了上述介紹的幾種連接形式外，工程機(jī)械和生活實(shí)踐中還經(jīng)常用到其他一些連接，如鉚接、焊接、膠接、過(guò)盈配合以及自攻螺釘和膨脹螺釘聯(lián)接等。,10.5.1鉚接如圖10-18所示，鉚接是一種使用時(shí)間較長(zhǎng)的簡(jiǎn)單的機(jī)械聯(lián)接，是將鉚釘穿入被連接件的鉚釘孔中，用錘擊或壓力機(jī)壓縮鉚合而成的一種不可拆連接。,鉚接具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、抗振、耐沖擊和牢固可靠等優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)笨重，被連接件(或被鉚件)由于制有 釘孔，使強(qiáng)度受到較大的削弱，且鉚接時(shí)有劇烈的噪聲。目前除橋梁、飛機(jī)制造等工業(yè)部門采用外，應(yīng)用已逐漸減少，并為焊接、膠接所代替。10.5.2焊接焊接是利用局部加熱的方法將被連接件連接成一體的不可拆連接。在焊接時(shí)，被

30、連接件接縫處的金屬和焊條熔化、混合并填充接縫處空隙而形成焊縫。最常見(jiàn)的焊縫形式有：角焊縫、搭接焊縫和對(duì)接焊縫等多種，如圖10-19所示。,與鉚接相比，焊接具有強(qiáng)度高、工藝簡(jiǎn)單、重量輕、工人勞動(dòng)條件好等優(yōu)點(diǎn)，特別是單件小批量生產(chǎn)或形式變化較多的零部件，采用焊接結(jié)構(gòu)常常可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期、減輕重量、降低成本。所以應(yīng)用日益廣泛，新的焊接方法發(fā)展也很迅速。在機(jī)械工業(yè)中，常用的焊接方法有屬于熔焊的氣焊和電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊、等離子弧焊等，屬于壓焊的電阻焊、摩擦焊、擴(kuò)散焊等。其中電弧焊操作簡(jiǎn)單，連接質(zhì)量好，應(yīng)用最廣。焊接結(jié)構(gòu)件可以全部用軋制的板、型材、管材焊成，也可以用軋材、鑄件、鍛件拼焊而成，同

31、一組件又可以用不同材質(zhì)或按工作需要在不同部位選用不同強(qiáng)度和不同性能的材料拼組而成。因此，采用焊接方法，為結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)提供了很大的靈活性。,10.5.3膠接膠接是利用膠粘劑在一定條件下把預(yù)制的元件連接在一起，并具有一定的連接強(qiáng)度，它也是使用時(shí)間較長(zhǎng)的一種不可拆連接，其應(yīng)用實(shí)例如圖10-20所示。,圖10-20膠接應(yīng)用實(shí)例,常用的膠粘劑有酚醛乙烯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂等。膠接的特點(diǎn)：1)不受被連接件材料的限制，可連接金屬和非金屬，包括某些脆性材料。2)接頭的應(yīng)力分布較均勻，對(duì)于薄板(特別是非鐵金屬)結(jié)構(gòu)，避免了鉚、焊螺紋連接引起的應(yīng)力集中和局部翹曲。3)一般不需要機(jī)械緊固件，不需加工連接孔，因此大大減

32、少了機(jī)械加工量和降低了整個(gè)結(jié)構(gòu)的重量。4)膠接的密封性能好。此外還具有絕緣、耐腐蝕等特點(diǎn)。5)工藝過(guò)程易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。膠接的缺點(diǎn)是：工作溫度過(guò)高時(shí)，膠接強(qiáng)度將隨溫度的增高而顯著下降；此外，耐老化、耐介質(zhì)(酸、堿)性能較差，不穩(wěn)定；而且對(duì)膠接接頭載荷的方向有限制，不宜承受嚴(yán)重的沖擊載荷。,10.5.4過(guò)盈配合連接過(guò)盈配合連接是利用兩個(gè)被連接件間的過(guò)盈配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的連接，圖10-21所示為兩光滑圓柱面的過(guò)盈配合連接，這種連接可做成可拆連接(過(guò)盈量較小)，也可做成不可拆連接(過(guò)盈量較大)。裝配后，由于結(jié)合處的彈性變形和過(guò)盈量，在配合表面產(chǎn)生很大的正壓力；工作時(shí)，靠配合表面產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞載荷。

33、這種連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)中性好，對(duì)軸的削弱小，耐沖擊性能強(qiáng)，但配合表面的加工精度要求較高，裝配不方便。,10.5.5自攻螺釘聯(lián)接和膨脹螺栓聯(lián)接自攻螺釘聯(lián)接是利用螺釘在被聯(lián)接件的光孔內(nèi)直接攻出螺紋。螺釘頭部形狀有盤頭、沉頭和半沉頭，分別如圖10-22a、b、c所示，頭部槽有一字槽、十字槽和開(kāi)槽等形狀，末端有錐端和平端兩種，常用于金屬薄板、輕合金或塑料零件的聯(lián)接。圖10-23所示為膨脹螺栓聯(lián)接，該螺栓頭部為一圓錐體，桿部裝一軟套筒，套筒上開(kāi)有軸向槽。安裝時(shí)先將螺栓桿連同套筒裝在被聯(lián)接件孔中，擰緊末端螺母時(shí)，錐體壓入套筒，靠套筒變形將螺栓固定在被聯(lián)接件中，其末端有平端形和鉤形等，這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，應(yīng)用廣泛。,