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第四章键联结及螺纹联结.ppt

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,,2花键联结,3销联结,1键联结,第4章 键接结及螺纹联结,4.1 键、花键和销联结,4螺纹联结的强度计算,4.2 螺纹联结及联结件,3螺纹联结的预紧和防松,6螺纹联结的结构设计,2螺纹联结,1螺纹,5螺纹联结件的性能等 级及许用应力,,工程背景,轴与轴上零件的联结称为轴毂联结,其功能主要是实现轴上零件的周向固定并传递转矩,有些还能实现轴向固定或轴向滑移。轴毂联结的方式很多,最常见、应用最广泛的有键联结、花键联结、销联结等。,,第4章 键接结及螺纹联结,设计者思维,要实现轴上零件的周向定位并传递转矩可以使用哪些方法? 键的类型选择原则是什么? 键的选择标准是什么? 如何在设计时正确选用键? 键的主要失效形式是什么? 如何进行强度设计计算? 键的尺寸要如何确定?,,第4章 键接结及螺纹联结,,,简单实例,图4-1所示的是一个皮带轮与轴上键的联结。键联结的目的是实现轴上零件的周向固定并传递转矩。,图4-1 键联结,第4章 键接结及螺纹联结,,4.1键联结,键联结主要用于轴与安装在轴上的回转零件(如齿轮、带轮、链轮等)的轴毂之间的周向固定和传递转矩,是应用最多的轴毂联结方式。,键是标准件,其主要类型有平键、半圆键、楔键和切向键四种。,,第4章 键接结及螺纹联结,1 键联结的类型及应用,,,1)、工作原理:键侧挤压、键剪切传扭矩 2)、平键类型: (1)普通平键:(静联接)周向定位,1.平键联结,第4章 键接结及螺纹联结,A型圆头平键的键槽是用端面(指状)铣刀加工的,如图4-3(a)所示,键与键槽同形。,图4-3 轴上键槽,,第4章 键接结及螺纹联结,,因此,这种键在键槽中的轴向固定性好,但轴上键槽端部的应力集中较大,降低了轴的疲劳强度;并且由于键的端部侧面与轮毂上的键槽并不接触,故圆头部分不能承载,从而使键联结沿长度方向的承载能力不能充分发挥。,第4章 键接结及螺纹联结,B型方头平键的键槽是用外圆(盘形)铣刀加工的,如图4-3(b)所示,键与键槽不同形。因此,键的轴向固定性较A型差,常需用紧定螺钉辅助固定,但轴上键槽端部的圆角大,应力集中较小。,图4-3 轴上键槽,,第4章 键接结及螺纹联结,C型单圆头平键的键槽也是用端面(指状)铣刀加工的。A型键应用最多,C型键只适用于轴端与轴毂零件的联结中。轮毂上的槽是用拉刀或插刀加工的。普通平键和键槽的结构尺寸及配合公差查标准GB 1095—2003和GB1096—2003。,,,第4章 键接结及螺纹联结,,薄型平键与普通平键类似,也分为A型、B型、C型三种。在宽度相同时,其高度约为普通平键的68%~70%,因而传递转矩的能力较低,常用于薄壁结构、空心轴及一些径向尺寸受限制的场合。,第4章 键接结及螺纹联结,,普通平键联结具有结构简单、装拆方便的优点,同时由于在装配时键的顶面与轮毂键槽之间留有间隙,不影响轮毂与轴的对中,故对中性较好,因而应用广泛。但其只能实现周向固定以传递转矩,不能传送轴向力和进行轴向固定。,第4章 键接结及螺纹联结,,(3\4)导向平键与滑键:(动联接)周向定位、零件轴向滑移,导向平键: 键定轴上,滑移距离短,滑键: 键定毂上,滑移距离长,,,第4章 键接结及螺纹联结,,,,2.半圆键联结,半圆键联结如图4-6(a)所示,结构特点—是轴上键槽是用半径与键尺寸相同的外圆盘形铣刀加工的。,工作时,键的两侧面为工作面,第4章 键接结及螺纹联结,图4-6 半圆键联结,,第4章 键接结及螺纹联结,,,优点是定心性和工艺性好,装配方便,尤其适用于锥形轴与轮毂的联结,如图4-6(b)所示。,缺点是轴上键槽较深,对轴的强度削弱较大,故一般只用于轻载的静联结中。,第4章 键接结及螺纹联结,,,3.楔键联结,楔键的上、下面是工作面,键的上表面和毂槽底面均具有1∶100的斜度。,普通楔键,第4章 键接结及螺纹联结,,圆头、方头及单圆头三种形式,装配时,圆头键先放入键槽中,然后打紧轮毂,方头、单圆头和钩头楔键是先把轮毂装到位后再打入楔键,,第4章 键接结及螺纹联结,钩头楔键,工作时,靠楔键上下面与键槽的楔紧作用传递转矩。,第4章 键接结及螺纹联结,,优点—是能对轮毂起到单向轴向固定的作用或承受单向的轴向载荷,缺点—是在楔紧时破坏了轴与轮毂的对中性。,第4章 键接结及螺纹联结,,,,,4.切向键联结,切向键联结如图4-8所示。,图4-8 切向键联结,切向键由一对斜度为1∶100的楔键组成。,装配时,两个楔键分别从轮毂两端打入并楔紧。,切向键的工作面为窄面,工作压力沿轴段外圆的切线方向作用。能传递很大的转矩,,第4章 键接结及螺纹联结,,一对切向键只能传递单向转矩,当需要双向工作时,需要用两对切向键并相隔120°~130°布置,这样可避免对轴强度削弱过大,如图4-8(b)所示。,第4章 键接结及螺纹联结,,1、特点:优点:传递载荷大缺点:切向键破坏轴上零件对中性 2、应用:对中精度要求不高、载荷大的重型机械中,如:大型飞轮、矿用卷扬机卷筒等,第4章 键接结及螺纹联结,,,,1、键的选择,键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。,键的类型主要根据使用要求、工作状况、键的特点来进行选择。考虑的因素,需要传递的转矩的大小;,定心精度的高低;,用于静联结还是动联结;,是否需要轴向固定;,是否安装在轴端等,2 键接结的强度计算,,主要尺寸为横截面尺寸(键宽b×键高h)与长度尺寸L。,横截面尺寸是根据轴径d从标准中选择而确定的,键的长度L则是根据轮毂宽度b而确定的。,导向平键的长度则按轮毂宽度及其滑动距离来确定;,第4章 键接结及螺纹联结,滑键主要根据轮毂宽度来确定。,在国家标准中,键的长度有规定的长度系列,L的选择要尽量符合国家标准中的规定。,平键和普通楔键的主要尺寸见表4-1。,第4章 键接结及螺纹联结,,,,,,2.键联结的强度计算,静联接:键及键槽侧面压溃 动联接:工作面过度磨损,失效形式,平键联接,第4章 键接结及螺纹联结,设计准则,由于压溃和磨损是平键联结的主要失效形式,因此键联结的计算只进行挤压强度计算或耐磨性计算。,,由于轮毂上键槽深度较浅,轮毂材料的强度也最弱,所以平键联结的强度计算通常以轮毂为计算对象。,第4章 键接结及螺纹联结,假设工作压力沿键的长度和高度均匀分布,则根据平键联结的受力情况(如图4-9所示),图5-9 平键联结受力情况,,,,静联结的强度条件为,动联结的强度条件为,T为传递的转矩(Nmm), T = F × y ≈ F × d/2,k为键与轮毂的接触高度(mm), k = 0.4h,其中h为键的高度;,l为键的工作长度(mm),,第4章 键接结及螺纹联结,,,,A型(圆头)平键 l = L-b;B型(方头)平键l = L, L为键的公称长度,b为键的宽度;d为轴的直径(mm);,,第4章 键接结及螺纹联结,半圆键联结的受力情况如图4-10所示。,图4-10 半圆键联结受力情况,第4章 键接结及螺纹联结,,因为半圆键只用于静联结中,其主要失效形式为工作面被压溃,故只需要进行挤压强度的校核,其强度校核与普通平键联结相同,其式中参数的含义也与平键相同,但接触高度k应根据键的尺寸从标准中查取,工作长度l近似地取键的公称长度L。,第4章 键接结及螺纹联结,,,如果键的验算结果强度不够,可采取以下措施:,(1)适当增加键和轮毂的长度,但键的长度一般不应超过2.25d(d为轴径),否则,挤压应力沿键的长度方向分布不均匀;,(2)可采用双键,要强调的是,两个平键应相隔180°布置,两个半圆键应布置在同一条母线上,两个楔键应相隔90°~120°布置;考虑到载荷分布的不均性,双键联结的强度是按1.5个键计算的。,第4章 键接结及螺纹联结,【工程实例4-1】齿轮与轴的周向固定,第4章 键接结及螺纹联结,第4章 键接结及螺纹联结,,2.校核键联结的强度,,,第4章 键接结及螺纹联结,,,,,4.1.2花键联结,1、工作原理: (花键轴、花键孔组成)键侧工作、挤压传扭,花键孔 花键轴 花键联接,第4章 键接结及螺纹联结,,,2、特点:承载能力高-多齿传力对轴、毂削弱小-齿槽浅对中性好、成本高(专用设备加工),第4章 键接结及螺纹联结,4.1.2花键联结,,3、类型:,(1)矩形花键:键齿矩形、内径定心;定心表面热处理后磨削,定心精度高,第4章 键接结及螺纹联结,(2)渐开线花键:齿形为渐开线,齿形定心;自动对中,齿形角30º、40º 两种;高强度、长寿命—齿根圆角大,应力集中小;工艺性好—滚齿加工、精度高应用于载荷大、定心精度要求高、尺寸大的联结,第4章 键接结及螺纹联结,,,4、花键强度计算,(1)静联接—工作面压溃,校核挤压强度 (2)动联接—工作面磨损,按工作面压强 进行条件计算,第4章 键接结及螺纹联结,第4章 键接结及螺纹联结,,,,,4.1.3销联结,主要用途—是固定两个零件之间的相对位置。,组合加工和装配时重要的辅助零件,销也可用于联结,传递不大的转矩,作为安全保护装置中的过载剪断元件,保护机器中的重要零件不被破坏,第4章 键接结及螺纹联结,销的类型很多,且均已标准化。下面对几种常用的销联结进行简单介绍。,图4-16 圆柱销,圆柱销靠过盈配合固定在销孔中,图4-17 圆锥销,圆锥销有1∶50的锥度,可以自锁,定位精度高,位精确性和可靠性影响不大,第4章 键接结及螺纹联结,,,开口销是一种防松零件,用于锁紧其他紧固件。装配时,将销插入销孔,再将尾部分开,防止脱出,第4章 键接结及螺纹联结,弹性圆柱销是用弹簧钢带卷制而成的纵向开缝的圆管,借助材料的弹性,均匀挤紧在销孔中,它对销孔的精度要求不高,可多次装拆,用于有冲击振动的场合,第4章 键接结及螺纹联结,小结,4.1 键、花键和销联结 1、键联结平键联结、半圆键联结、楔键联结、切向键联结 2、花键联结矩形花键、渐开线花键 3、销联结圆柱销、圆锥销、开口销,
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