1、多媒体CAI课件设计基础 第一章第第2章章 轴轴 毂毂 连连 接接 计划学时：计划学时：2h 制作人：向敬忠制作人：向敬忠基本要求及重点、难点基本要求及重点、难点2.1 键键连接和花键连接连接和花键连接2.2 销连接销连接2.3 其他连接其他连接多媒体CAI课件设计基础 第一章重点、难点：重点、难点：1）掌握键联接的类型及应用。）掌握键联接的类型及应用。2）掌握平键键联接的强度计算。）掌握平键键联接的强度计算。3）掌握花键联接类型及应用。）掌握花键联接类型及应用。4）掌握销联接类型、特点、应用。）掌握销联接类型、特点、应用。作业作业:基本要求基本要求:1）掌握键联接的类型及应用。）掌握键联接的
2、类型及应用。2）掌握平键键联接的强度计算。）掌握平键键联接的强度计算。3）了解花键联接类型及应用。）了解花键联接类型及应用。4）了解花键联接的强度计算。）了解花键联接的强度计算。5）掌握销联接类型、特点、应用。）掌握销联接类型、特点、应用。6）了解过盈联接及型面联接。）了解过盈联接及型面联接。多媒体CAI课件设计基础 第一章多媒体CAI课件设计基础 第一章2.1 键连接和花键连接键连接和花键连接 键主要用来实现轴和轴上零件之间的周向固定以传递转矩。键主要用来实现轴和轴上零件之间的周向固定以传递转矩。有些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。有些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移
3、动。功用功用多媒体CAI课件设计基础 第一章2.1.1 键连接的类型键连接的类型 键是标准件，分为平键、半圆键、楔键和切向键等。键是标准件，分为平键、半圆键、楔键和切向键等。1平键连接平键连接 平键：普通平键和导向平键。定心性较好、装拆方便。平键：普通平键和导向平键。定心性较好、装拆方便。多媒体CAI课件设计基础 第一章普通平键普通平键 分为圆头分为圆头(A(A型型)、方头（、方头（B B型）或单圆头型）或单圆头(C(C型型)，圆头键在轴，圆头键在轴槽中固定性好，但轴上键槽端部的应力集中较大。方头键的槽中固定性好，但轴上键槽端部的应力集中较大。方头键的应力集中较小。单圆头键常用于轴端。普通平键
4、应用最广。应力集中较小。单圆头键常用于轴端。普通平键应用最广。多媒体CAI课件设计基础 第一章 轴上键槽的加工轴上键槽的加工 多媒体CAI课件设计基础 第一章导向平键导向平键 导向平键连接能实现轴上零件的轴向移动，构成动连接。导向平键连接能实现轴上零件的轴向移动，构成动连接。多媒体CAI课件设计基础 第一章多媒体CAI课件设计基础 第一章多媒体CAI课件设计基础 第一章滑动平键滑动平键 滑动平键连接能实现轴上零件的轴向移动，构成动连接。滑动平键连接能实现轴上零件的轴向移动，构成动连接。多媒体CAI课件设计基础 第一章 2半圆键连接半圆键连接 半圆键连接具有良好的定心性能。半圆键能在轴槽中摆动半
5、圆键连接具有良好的定心性能。半圆键能在轴槽中摆动以适应毂槽底面，装配方便。但键槽对轴的强度削弱较大，以适应毂槽底面，装配方便。但键槽对轴的强度削弱较大，适用于轻载连接。适用于轻载连接。锥形轴端采用半圆键连接在工艺上较为方便。锥形轴端采用半圆键连接在工艺上较为方便。多媒体CAI课件设计基础 第一章 3楔键连接楔键连接 楔键的上下面是工作面，产生很大的预紧力楔键的上下面是工作面，产生很大的预紧力F Fn n。工作时主要。工作时主要靠接触面上的摩擦力靠接触面上的摩擦力fFfFn n传递转矩传递转矩T T,并能承受单方向的轴向力。并能承受单方向的轴向力。楔键仅适用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的连
6、接。楔键仅适用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的连接。多媒体CAI课件设计基础 第一章 4切向键连接切向键连接 在重型机械中常采用切向键连接。键的工作面为窄面，其上在重型机械中常采用切向键连接。键的工作面为窄面，其上的工作压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。当双向的工作压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。当双向传递转矩时，可用两对切向键并分布成传递转矩时，可用两对切向键并分布成120120130130。多媒体CAI课件设计基础 第一章 键连接的设计过程键连接的设计过程多媒体CAI课件设计基础 第一章2.1.2 2.1.2 平键连接的强度计算平键连接的强度计算 键的材料：键的材料：
7、采用强度极限不低于采用强度极限不低于600MPa600MPa的碳素钢，常用的碳素钢，常用4545钢，钢，2020钢或钢或Q235Q235钢。钢。主要失效形式：主要失效形式：工作面的压溃和磨损（对于动连接）。工作面的压溃和磨损（对于动连接）。除非严重过载，才有可能出现沿除非严重过载，才有可能出现沿a a-a a面的剪断。面的剪断。多媒体CAI课件设计基础 第一章式中：式中：T T 为转矩，为转矩，Nmm；d为轴径、为轴径、h h为键的高度、为键的高度、l为键的工作长度，为键的工作长度，mm；p p 为许用挤压应力、为许用挤压应力、p p 为许用压强，为许用压强，MPa。键连接的许用挤压应力许用压
8、强键连接的许用挤压应力许用压强 MPapP 许 用 值 轮毂材料 载 荷 性 质静载荷 轻微冲击 冲 击 钢 125 150 100 120 60 90铸 铁70 80 50 60 30 45 钢 50 40 30 若强度不够时，可采用两个键按若强度不够时，可采用两个键按180180布置。在强度校核中布置。在强度校核中可按可按1.51.5个键计算。个键计算。挤压强度条件：挤压强度条件：4=pp dhlT动连接计算依据：动连接计算依据：4=pdhlTp多媒体CAI课件设计基础 第一章2.1.3 2.1.3 花键连接花键连接 花键连接花键连接轴和轮毂孔周向均布的多个键齿构成的连接。轴和轮毂孔周向均
9、布的多个键齿构成的连接。组成：组成：外花键，内花键。外花键，内花键。特点：特点：花键连接比平键连接的承载能力高，对轴的削弱程花键连接比平键连接的承载能力高，对轴的削弱程度小（齿浅、应力集中小），定心好和导向性能好。它适用于度小（齿浅、应力集中小），定心好和导向性能好。它适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的连接。定心精度要求高、载荷大或经常滑移的连接。多媒体CAI课件设计基础 第一章分类：分类：1 1）矩形花键）矩形花键小径定心，定心精度高、稳定性好；小径定心，定心精度高、稳定性好；2 2）渐开线花键）渐开线花键靠齿形自动定心，强度高。靠齿形自动定心，强度高。多媒体CAI课件设计基础 第一章
10、矩形花键矩形花键 键的两侧面为平面，形状较为简单，加工方便。花键键的两侧面为平面，形状较为简单，加工方便。花键通常要进行热处理，表面硬度应高于通常要进行热处理，表面硬度应高于40HRC40HRC。矩形花键联接。矩形花键联接的定心方式为小径定心，即外花键和内花键的小径为配合的定心方式为小径定心，即外花键和内花键的小径为配合面，由于制造时轴和毂上的接合面都要经过磨削，因此能面，由于制造时轴和毂上的接合面都要经过磨削，因此能消除热处理引起的变形，具有定心精度高、定心稳定性好、消除热处理引起的变形，具有定心精度高、定心稳定性好、应力集中较小、承载能力较大的特点，故应用广泛。应力集中较小、承载能力较大的
11、特点，故应用广泛。在标准中根据键的齿数和在标准中根据键的齿数和齿高的不同，矩形花键的齿形齿高的不同，矩形花键的齿形尺寸分为轻、中两个系列。轻尺寸分为轻、中两个系列。轻系列的承载能力较小，一般用系列的承载能力较小，一般用于轻载联接或静联接；中系列于轻载联接或静联接；中系列用于中等载荷的联接。用于中等载荷的联接。多媒体CAI课件设计基础 第一章渐开线花键渐开线花键 渐开线花键的齿廓为渐开线渐开线花键的齿廓为渐开线与渐开线齿轮相比主要有三点不同：与渐开线齿轮相比主要有三点不同：1)1)压力角不同，渐开线花键分度圆压力角有压力角不同，渐开线花键分度圆压力角有3030和和4545两种；两种；2)2)键齿
12、较短、齿根较宽，两种压力角对应的齿顶高系键齿较短、齿根较宽，两种压力角对应的齿顶高系数分别为数分别为0.50.5和和0.40.4；3)3)不产生根切的最小齿数较少，渐开线花键不产生根不产生根切的最小齿数较少，渐开线花键不产生根切的最小齿数可达切的最小齿数可达4 4个。个。多媒体CAI课件设计基础 第一章 渐开线花键的制造工艺与齿轮制造完全相同，齿根有平渐开线花键的制造工艺与齿轮制造完全相同，齿根有平齿根和圆齿根两种。为了便于加工，一般选用平齿根，但圆齿根和圆齿根两种。为了便于加工，一般选用平齿根，但圆齿根有利于降低应力集中和减少产生淬火裂纹的可能性。齿根有利于降低应力集中和减少产生淬火裂纹的可
13、能性。特点特点 1)1)工艺性较好，制造精度较高；工艺性较好，制造精度较高；2)2)花键齿的根部强度高，应力集中小，故承载能力大，花键齿的根部强度高，应力集中小，故承载能力大，使用寿命长；使用寿命长；3)3)定心精度高，渐开线花键的定心方式为齿形定心，当定心精度高，渐开线花键的定心方式为齿形定心，当齿受载时，由于作用于齿面的压力而自动平衡定心，有利于齿受载时，由于作用于齿面的压力而自动平衡定心，有利于各齿均匀承载。各齿均匀承载。常用于载荷较大、尺寸也较大的联接。常用于载荷较大、尺寸也较大的联接。压力角为为压力角为为4545的渐开线花键，由于齿形钝而短，与压的渐开线花键，由于齿形钝而短，与压力角
14、为力角为3030的渐开线花键相比，对联接件的强度削弱较少，的渐开线花键相比，对联接件的强度削弱较少，但齿的工作面高度较小，故承载能力较低，多用于较轻载荷、但齿的工作面高度较小，故承载能力较低，多用于较轻载荷、较小直径的静联接，特别适用于薄壁零件的轴毂联接。较小直径的静联接，特别适用于薄壁零件的轴毂联接。多媒体CAI课件设计基础 第一章 滚珠花键滚珠花键 滚珠花键联接分为凸型滚珠花键和凹型滚珠花键两种。滚珠花键联接分为凸型滚珠花键和凹型滚珠花键两种。1 1）凸型滚珠花键联接凸型滚珠花键联接 多媒体CAI课件设计基础 第一章 在花键轴外圈，有以在花键轴外圈，有以120120等分排列的三条凸肩突起部
15、等分排列的三条凸肩突起部分，配有分，配有6 6条负荷钢球列，将三条凸肩突起部分左右夹住，条负荷钢球列，将三条凸肩突起部分左右夹住，以传递运动和动力。花键轴被精密研磨加工成近似钢球直以传递运动和动力。花键轴被精密研磨加工成近似钢球直径的径的R型，当旋转运动发生时，无论旋转力矩源是由花键轴型，当旋转运动发生时，无论旋转力矩源是由花键轴带动，还是外筒带动，其转矩均由带动，还是外筒带动，其转矩均由6 6条负荷滚珠列中依转矩条负荷滚珠列中依转矩方向中的方向中的3 3条平均负担，故旋转中心自动确定而无偏转现象。条平均负担，故旋转中心自动确定而无偏转现象。特点特点 凸型滚珠花键联接具有安装简便、刚度高、定位
16、精确凸型滚珠花键联接具有安装简便、刚度高、定位精确等特点。等特点。应用应用 适用于高速旋转的场合，如机器人及摇臂、自动装卸适用于高速旋转的场合，如机器人及摇臂、自动装卸车、组合机床、自动搬运装置、磨床主轴驱动轴、各种变车、组合机床、自动搬运装置、磨床主轴驱动轴、各种变速装置、精密分度轴等，是非常安全可靠的直动系统。速装置、精密分度轴等，是非常安全可靠的直动系统。多媒体CAI课件设计基础 第一章2 2）凹型滚珠花键联接）凹型滚珠花键联接 多媒体CAI课件设计基础 第一章 花键轴及外筒均有花键轴及外筒均有6 6条与钢球半径大体相同的圆弧形沟条与钢球半径大体相同的圆弧形沟槽，负荷钢球在此槽中既承受载
17、荷，又做直线滚动运动。槽，负荷钢球在此槽中既承受载荷，又做直线滚动运动。特点特点 凹型滚珠花键联接具有寿命长、刚度高、移动精度稳凹型滚珠花键联接具有寿命长、刚度高、移动精度稳定的特点。定的特点。应用应用 广泛用于承受大负荷进行直线运动的场合。如工业用广泛用于承受大负荷进行直线运动的场合。如工业用机器人手臂及支柱、点焊机、铆机、装订机、自动添充机、机器人手臂及支柱、点焊机、铆机、装订机、自动添充机、自动纺纱机、光学测定器等。自动纺纱机、光学测定器等。无论凸型滚珠花键联接还是凹型滚珠花键联接，钢球无论凸型滚珠花键联接还是凹型滚珠花键联接，钢球均安装在外筒内径的保持架中，并持续做整列循环运动，均安装
18、在外筒内径的保持架中，并持续做整列循环运动，即使取下花键轴，钢球也不会脱落。即使取下花键轴，钢球也不会脱落。滚珠花键联接的精度等级，是按轴的支承部位和花键滚珠花键联接的精度等级，是按轴的支承部位和花键外筒外径相对的摆动而分类为普通级、高级和精密级。外筒外径相对的摆动而分类为普通级、高级和精密级。多媒体CAI课件设计基础 第一章与平键相比，花键联接的主要优点：与平键相比，花键联接的主要优点：1)1)键齿均匀分布，轴毂受力均匀；键齿均匀分布，轴毂受力均匀；2)2)齿轴一体，齿槽较浅，齿根的应力集中较小，被联齿轴一体，齿槽较浅，齿根的应力集中较小，被联接件的强度削弱较少；接件的强度削弱较少；3)3)
19、齿数多，总接触面积大，压强较小且分布较均匀。齿数多，总接触面积大，压强较小且分布较均匀。故花键联接具有较高的承载能力。故花键联接具有较高的承载能力。此外，键齿可利用较完善的制造工艺，这使得被联接此外，键齿可利用较完善的制造工艺，这使得被联接件具有较好的定心性能和轴上零件沿轴向移动时具有较好件具有较好的定心性能和轴上零件沿轴向移动时具有较好的导向性能，而且零件的互换性也亦得到保证。因此，花的导向性能，而且零件的互换性也亦得到保证。因此，花键联接的应用日趋广泛，尤其是作为轴毂的动联接更有其键联接的应用日趋广泛，尤其是作为轴毂的动联接更有其独特的优越性。不过，由于键齿的制造需要专用设备和工独特的优越
20、性。不过，由于键齿的制造需要专用设备和工具，使花键联接的应用受到一定的限制。具，使花键联接的应用受到一定的限制。多媒体CAI课件设计基础 第一章 花键连接可以做成静连接，也可以做成动连接，一般只花键连接可以做成静连接，也可以做成动连接，一般只验算挤压强度和耐磨性。以矩形花键为例，由国标可查得大验算挤压强度和耐磨性。以矩形花键为例，由国标可查得大径径D D、小径、小径d d、键宽、键宽B B和齿数和齿数z z，载荷不均匀系数，载荷不均匀系数k k=0.7=0.70.80.8，可计算连接所能传递的扭矩。可计算连接所能传递的扭矩。承载能力：承载能力：静连接静连接 =pmKzhlrT动连接动连接 =m
21、pKzhlrT式中：式中：h h为齿面工作高度、为齿面工作高度、l为齿的接触长度，为齿的接触长度，mm；p p 为许用挤压为许用挤压应力、应力、p p 为许用压强，为许用压强，MPa。对于矩形键，对于矩形键，h=(D-d)/2-2C,rm=(D+d)/4,此处此处C C为齿顶的倒圆半径。为齿顶的倒圆半径。多媒体CAI课件设计基础 第一章花键材料：花键材料：强度极限不低于强度极限不低于600600MPaMPa的钢料制造，在载荷下频的钢料制造，在载荷下频繁移动的花键齿，应通过热处理获得足够的硬度以抗磨损。花繁移动的花键齿，应通过热处理获得足够的硬度以抗磨损。花键的许用挤压应力、许用压强可查表查取。
22、键的许用挤压应力、许用压强可查表查取。花键连接的许用挤压应力花键连接的许用挤压应力 p p 和许用压强和许用压强 p p MPa连接工作方式工作条件p或p齿面未经热处理齿面经过热处理静连接p35 50 60 100 80 120 40 70 100 140 120 200动连接p（不在载荷下移动）15 2020 3025 40 20 35 30 60 40 70动连接p（在载荷下移动）3 10 5 15 10 20注：很差，中等，良好。多媒体CAI课件设计基础 第一章2.2 销连接销连接 销的主要用途：销的主要用途：固定零件之间的相对位置，并可传递不固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。
23、大的载荷。常用材料：常用材料：3535，4545钢。钢。多媒体CAI课件设计基础 第一章分类及特点：分类及特点：1.1.按销的用途分按销的用途分1 1）定位销）定位销固定两个零件的相对位置，起定位作用，是组固定两个零件的相对位置，起定位作用，是组合加工和装配时必不可少的；合加工和装配时必不可少的；多媒体CAI课件设计基础 第一章2 2）连接销）连接销可用于传递不大的载荷，主要用于轴毂连接；可用于传递不大的载荷，主要用于轴毂连接；3 3）安全销）安全销作安全装置中的过载剪断元件，保护机器中的作安全装置中的过载剪断元件，保护机器中的重要零件。重要零件。多媒体CAI课件设计基础 第一章1 1）圆柱销
24、）圆柱销经过多次拆装，定位精度会降低；经过多次拆装，定位精度会降低；2 2）圆锥销）圆锥销锥销有锥销有1:501:50的锥度，安装较方便，的锥度，安装较方便，多次装拆对定位精度的影响较小。多次装拆对定位精度的影响较小。3 3）大端具有外螺纹的圆锥销）大端具有外螺纹的圆锥销便于拆装，可用便于拆装，可用于盲孔；于盲孔；4 4）小端带外螺纹的圆锥销）小端带外螺纹的圆锥销适于有冲击的场合。适于有冲击的场合。2.2.按销的形状分按销的形状分多媒体CAI课件设计基础 第一章多媒体CAI课件设计基础 第一章销钉连接的装拆：销钉连接的装拆：多媒体CAI课件设计基础 第一章应用示例：应用示例：2.3 其他连接其
25、他连接成型连接成型连接特点：特点：装拆方便，能保证良好的对中性；没有应力集中源，装拆方便，能保证良好的对中性；没有应力集中源，故承载能力高。其缺点是加工工艺较为复杂，特别是为了故承载能力高。其缺点是加工工艺较为复杂，特别是为了保证配合精度，非圆截面轴先经车削，毂孔先经钻镗或拉保证配合精度，非圆截面轴先经车削，毂孔先经钻镗或拉削，最后工序一般均要在专用机床上进行磨削加工，故目削，最后工序一般均要在专用机床上进行磨削加工，故目前应用并不普遍。前应用并不普遍。多媒体CAI课件设计基础 第一章多媒体CAI课件设计基础 第一章弹性环连接弹性环连接多媒体CAI课件设计基础 第一章特点：特点：定心性能好、装
26、拆方便、引起的应力集中小、承载能力定心性能好、装拆方便、引起的应力集中小、承载能力高、具有安全保护作用。但由于受轴和毂之间的尺寸影响，高、具有安全保护作用。但由于受轴和毂之间的尺寸影响，使得其应用受到一定限制。使得其应用受到一定限制。多媒体CAI课件设计基础 第一章过盈连接过盈连接 过盈联接是利用两个被联接件本身的过盈配合来实现的。过盈联接是利用两个被联接件本身的过盈配合来实现的。组成联接的零件，一为包容件，另一为被包容件。其配合表组成联接的零件，一为包容件，另一为被包容件。其配合表面通常为圆柱面，也有为圆锥面的，分别称为圆柱面过盈配面通常为圆柱面，也有为圆锥面的，分别称为圆柱面过盈配合和圆锥
27、面过盈配合。合和圆锥面过盈配合。固特力固特力连接的摩擦力或力矩连接的摩擦力或力矩 多媒体CAI课件设计基础 第一章 在一般情况下，拆开过盈连接需要很大的外力，常常会在一般情况下，拆开过盈连接需要很大的外力，常常会使零件配合表面损坏，甚至整个零件破坏。因此，这种连接使零件配合表面损坏，甚至整个零件破坏。因此，这种连接属于不可拆联接。但是，如果采取适当的拆卸方法，即使过属于不可拆联接。但是，如果采取适当的拆卸方法，即使过盈量较大的联接也可能是可拆联接，如圆锥面过盈联接、账盈量较大的联接也可能是可拆联接，如圆锥面过盈联接、账紧联接等。紧联接等。特点：特点：过盈联接具有结构简单、定心性好、承载能力高和
28、过盈联接具有结构简单、定心性好、承载能力高和在振动下能可靠地工作等优点。在振动下能可靠地工作等优点。主要缺点是配合面的加工精度要求较高，且装配困难。主要缺点是配合面的加工精度要求较高，且装配困难。盈联接的装配盈联接的装配压入法、温差法压入法、温差法 压入法是在常温状态下，利用压力机将被包容件压入包压入法是在常温状态下，利用压力机将被包容件压入包容件中。采用这种方法在压入过程中要损伤配合表面，乃至容件中。采用这种方法在压入过程中要损伤配合表面，乃至降低联接的紧固性。为此，常在配合表面间适当加入润滑剂，降低联接的紧固性。为此，常在配合表面间适当加入润滑剂，以获得更好的装配质量，一般用于过盈量较小的过盈联接。以获得更好的装配质量，一般用于过盈量较小的过盈联接。温差法是利用金属热账冷缩的性质，实现过盈联接的装温差法是利用金属热账冷缩的性质，实现过盈联接的装配，加热包容件，也可冷却被包容件。配，加热包容件，也可冷却被包容件。
