第十四章

其他常用聯接零件和彈簧本章主要內容第一節鍵聯接和花鍵聯接第二節銷聯接和無鍵聯接第三節彈簧本章學習要求1、掌握鍵聯接的類型、工作原理、結構形式和應用。2、掌握鍵聯接截面尺寸和長度尺寸的確定方法；了解失效形式和強度計算方法。3、了解花鍵聯接的類型、工作特點、結構形式、失效形式及強度計算。4、了解銷聯接和無鍵聯接的類型、特點及應用。5、了解彈簧的功用和類型，圓柱彈簧的結構形式和設計方法。本章重點普通平鍵的選用、受力分析及強度計算

第一節鍵聯接和花鍵聯接

一、鍵聯接（一）平鍵聯接

用來實現軸與輪轂的周向固定并傳遞轉矩。

1、普通平鍵聯接（主要用于軸與輪轂之間無相對移動的靜聯接）a)結構形式b)圓頭平鍵（A型）c)方頭平鍵（B型）d)單圓頭平鍵圖14－1普通平鍵聯接一、鍵聯接（一）平鍵聯接

用于動聯接，能實現軸上零件的軸向移動。導向平鍵較長，用螺釘將鍵固定在軸槽內。第一節鍵聯接和花鍵聯接2、導向平鍵聯接用于動聯接。輪轂在軸上的滑動距離較長時,導向平鍵會導致鍵過長，可采用滑鍵聯接。3、滑鍵圖14－2導向平鍵聯接和滑鍵聯接導向平鍵聯接滑鍵聯接第一節鍵聯接和花鍵聯接一、鍵聯接（二）半圓鍵聯接

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

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

上下兩個表面是工作面，兩個表面具有1：100的斜度。靠楔緊所產生的摩擦力在軸與輪轂之間傳遞轉矩，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。載荷平穩和低速的場合。圖14－4楔鍵聯接第一節鍵聯接和花鍵聯接一、鍵聯接（四）切向鍵聯接由兩個斜度為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矩。圖14－5切向鍵聯接第一節鍵聯接和花鍵聯接二、平鍵聯接的尺寸選擇和強度校核

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），按軸的直徑d

由標準中選取；

鍵的長度L按輪轂的長度定由標準中選取。強度計算：（1）普通平鍵主要失效形式——工作面壓潰

圖14－6平鍵聯接受力分析普通平鍵的擠壓強度條件為（按工作面上擠壓應力進行強度校核計算）第一節鍵聯接和花鍵聯接二、平鍵聯接的尺寸選擇和強度校核（續）（2）導向平鍵聯接和滑鍵聯接（動聯接）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行條件性強度校核計算，強度條件為（按工作面的過度磨損進行強度計算）第一節鍵聯接和花鍵聯接例14-1解：（1）選擇鍵聯接的類型和尺寸7級精度齒輪傳動要求輪轂聯接具有較高的定心精度。由于齒輪與軸為靜聯接，故初步選用普通圓頭平鍵聯接。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。根據表14-1查得鍵寬b=20mm，鍵高h=12mm。2）校核鍵聯接的強度A型鍵的工作長度。根據軸與輪轂的材料，從表14-2中查得鍵聯接的許用應力，根據式（14-1）計算軸轂聯接處的擠壓應力為鍵的標記為：鍵20×70GB/T1096-1979。（一般A型鍵不標出“A”，但對于B型或C型鍵，需將“鍵”標為“鍵B”或“鍵C”)一鑄鐵齒輪與軸之間的軸轂聯接采用鍵聯接,齒輪精度為7級，載荷有輕微沖擊，聯接所傳遞的轉矩為1000N·m，聯接處軸的直徑為70mm，軸段長80mm，輪轂長82mm，試確定鍵聯接的類型和尺寸。（合適）第一節鍵聯接和花鍵聯接

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

三、花鍵聯接花鍵聯接強度計算:花鍵聯接主要失效形式：工作面壓潰（靜聯接）工作面過度磨損（動聯接）靜聯接動聯接圖14－9花鍵聯接受力情況圖14－9花鍵聯接受力情況第二節銷聯接和無鍵聯接

一、銷聯接

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

帶螺紋的圓錐銷第二節銷聯接和無鍵聯接

二、無鍵聯接（一）型面聯接

（二）脹緊聯接一個脹套兩個脹套圖14－15采用Z1型脹套的脹緊聯接圖14－型面聯接用等距曲線a）柱形軸和轂孔b）錐形軸和轂孔圖14－13型面聯接第三節彈簧一、彈簧的功用和類型彈簧的主要功能有：（1）控制機械運動（2）緩沖或減振（3）儲存能量（4）測量力或力矩常用彈簧的類型、特點和應用見表14－4第三節彈簧二、圓柱螺旋彈簧的結構形式（一）圓柱螺旋壓縮彈簧在自由狀態下，彈簧各圈之間有間距δ，以便彈簧受壓時有產生相應變形的可能。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彈簧二、圓柱螺旋彈簧的結構形式（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：

根據彈簧的功用、重要程度及工作條件（包括載荷性質、大小及循環特性、工作溫度和周圍介質等）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；工藝試驗等。必要時，還需進行強壓或噴丸處理。第三節彈簧四、圓柱螺旋彈簧和拉伸彈簧的設計計算（一）普通圓柱螺旋彈簧的幾何尺寸計算普通圓柱螺旋彈簧的主要幾何尺寸：外徑、中徑、內徑、節距、螺旋升角、及彈簧鋼絲線徑。圖14－21圓柱螺旋彈簧的結構參數a）壓縮彈簧b）拉伸彈簧第三節彈簧四、圓柱螺旋彈簧和拉伸彈簧的設計計算（續1）（二）特性曲線拉伸彈簧的特性曲線a）拉伸彈簧b）沒有初拉力時的特性曲線c）有初拉力時的特性曲線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彈簧四、圓柱螺旋彈簧和拉伸彈簧的設計計算（續2）（三）圓柱螺旋彈簧的強度和剛度計算1彈簧中的應力2彈簧的強度條件3彈簧的剛度條件彈簧絲內側的最大應力：曲度系數剪切力彈簧指數最大工作載荷有效圈數切變模量軸向變形量第三節彈簧四、圓柱螺旋彈簧和拉伸彈簧的設計計算（續3）（四）圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧的設計彈簧的設計步驟：1）根據工作條件，選擇彈簧材料，查出其力學性能數據。2）參照剛度要求，選擇彈簧指數C。根據結構尺寸要求初定彈簧中徑D，估取彈簧鋼絲線徑d,由表14－5查出許用應力。3）按強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n。5）計算彈簧的幾何尺寸。6）進行疲勞強度、靜強度和穩定性等驗算。設計依據：通常根據最大工作載荷Fmax和變形量fmax及結構要求（如安裝空間對彈簧尺寸的限制）等來決定彈簧鋼絲線徑、彈簧中徑、有效圈數、彈簧的螺旋升角和長度等。解：（1）選材料，確定許用應力[τ]。根據彈簧所受的載荷特性在表14-5中選用C級碳素彈簧鋼絲，則由表14-5可知[τ]=0.5σb。彈簧鋼絲的抗拉強度σb與彈簧鋼絲直徑d有關。先假設d=6mm，查表14-6，則對應的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，然后根據式（14-8）求出彈簧絲線徑d。例14-2設計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，其變形量λmax=25mm。鋼絲線徑在所設范圍之內，圓整為標準直徑d=6mm（符合直徑系列）。（4）計算直徑中徑D=Cd=5×6=30mm（符合中徑系列）例14－2（5）計算彈簧工作圈數。根據式（14-11）并由表14-5查出G=80000MPa，得到彈簧工作圈數