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机械设计蔡惠坤caihuikun@xmu.edu.cn第六章键、无键连接和销连接连接不可拆连接—装拆方便，多次装拆无损于使用性能。如螺纹连接、键连接、销连接—在拆开连接时会损坏连接中的零件或使用性能。如焊接、铆接、粘接可拆

连接（永久性连接）12T（一）键的功能、分类、结构形式及应用1平键连接普通平键导向平键滑键薄型平键1）普通平键A型键B型键C型键,常用于轴端功能：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或导向移动

。主要类型：平键连接半圆键连接楔键连接切向键连接1、键连接盘形铣刀端铣刀轴向固定好A型键与B型键的差异②加工方式差异④对轴强度影响的差异③轴向固定性差异①外形差异2）薄型平键A型键B型键C型键,常用于轴端其高度约为普通平键的60%、70%，

传递能力较低，常用于薄壁结构、空心轴等普通平键的联接性质―静联接⑤工作长度差异Lb轴向固定差应力集中大应力集中小lL=lLb=−3）导向平键连接性质―动连接外形特点―键较长，用螺钉固定在轴的键槽中，键上制有起键孔，以便于拆卸适用场所―轴上零件滑移距离不大的场

所。相对运动方式―轴上零件沿键滑移。导向平键4）滑键联接性质―动联接外形特点―鞍状，包在零件上适用场所―轴上零件滑移距离较大的场所。相对运动方式―键与零件一同沿轴槽滑移。注意：滑键与导向平键的区别☆普通平键

、薄型平键、导向平键和滑键的工作面均为键的侧面双平键☆当同一轴段需装两个平键时，两键须相隔180°平键1平键2工作面工作面2半圆键联接优点：键能绕其几何中心摆动以适应榖槽的斜度；工艺性好，装配方便。缺点：轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大适用场所―轻载，锥形轴端与轮毂的联接。

注意：同一轴段若需装两个半圆键时，只能装在同一母线上，而不能相隔180°安装√联接性质―静联接×L☆半圆键的摆动特点☆半圆键工作面为键的侧面半圆键工作面勾头楔键联接3楔键（斜键）联接楔键的形状：键的上表面具有1：100的斜度楔键的类型普通楔键勾头楔键∠1：100∠1

：100圆头楔键联接平头楔键联接勾头楔键的勾头供拆卸用12楔键的工作面工作面工作面工作面工作面楔键的传力方式―靠键的楔紧传力,同时能承受轴向力和单向轴向固定。楔键连接的最大缺点：楔紧后，轴和轮榖的配合产生偏心楔键连接不宜的场所：高速、定心精度高o2o13切向键

连接切向键的组成：由一对1:100的楔键组成切向键的工作面：由一对楔键沿斜面拼合后相互平行的两个窄面。工作面工作面☆轴单向转动时，可安一个切向键；切向键的缺点：键槽对轴的强度削弱较大☆双向转动时，相隔120°~130°安装两个切向键。切向键的适用的场所：大型传动（重载）。如

大型带轮、矿山设备等。（二）键的选择和键连接的强度计算1键的选择类型选择―根据使用要求、工作条件和结构特点选尺寸选择―b×h依轴径d而定；L依毂宽B而定。bhLLbhdB2键连接的强度计算（1）平键连接强度计算平键连接的主要失效形式静连接（普通平键连接）―挤压破坏动连接（导向键、滑键）―磨损

TokyFFklFP=静连接强度条件klFP=动连接强度条件K=0.5hT―扭矩T=F×y≈F×d/2P―键、轴、毂三者中最弱材料的许用挤压应力P―键、轴、毂三者中最弱材料的许用挤压力kldT

3102=PkldT3102=PLlL=l（2）半圆键连接强度计算l―键的工作长度A型键―bLl−=B型键―Ll=只需作挤压强度计算3210PTkld=☆K从标准中查；Ll☆LP钢125~150100~12060~90键联接的许用压强

许用值轮毂材料静载荷轻微冲击冲击载荷性质铸铁70~8050~6030~45钢504030[p][σp]若强度不够，可采用两个键。考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按1.5个键计算。双平键双键安装角平键：180°半圆键：0°楔键：90-120°切向键：12

0-130°（一）花键连接的类型、特点及应用花键连接是平键连接在数目上的扩充花键连接的组成内花键外花键花键连接的优点a）受力均匀；b）应力集中小；c）承载能力强；d）轴上零件的对中性好；e）导向性好；f）可用磨削的方法提高

加工和连接质量。花键连接的缺点a）无法根除应力集中；b）需用专门设备加工；c）制造成本高。2、花键连接矩形花键连接为内径定心，定心精度高，制造容易，在工程中应用最广泛矩形花键花键类型：矩形花键、渐开线花键。用于高强度连接渐开线花键=

30=45承载能力强，适用于大扭矩、大直径场所也称三角形花键，适用于轻载小直径连接渐开线花键的定心方式齿形定心=45=30也称三角形花键用于薄壁零件连接0.5ahm=0.4ahm=渐开线花键制造方法：同齿轮加工一样需采用专

用机床★加工工艺性好★制造精度较高★制造成本较高（二）花键连接的强度计算花键连接的失效形式静连接―挤压破坏动连接―磨损强度计算的合理假设①每齿受力均匀②力F作用在平均直径dm上强度条件为：PmPzhldT=3

102静连接pzhldTpm=3102动连接各参数含义及取值见有关内容凡是轴与轮毂的连接不用键或花键时，统称为无键连接。（一）型面连接把安装轮榖的那一段轴做成表面光滑的非圆形截面的柱体或非圆

形截面的锥体，并在轮榖上制成相应的孔，这种轴与轮毂相配合而构成的连接，称为型面连接。配合面为柱体，只能传递扭矩配合面为锥体，既能传递扭矩，又能传递轴向力。用于高可靠性场所。3、无键连接型面连接的特点：1.对中性好；2.应力集中小；3.加工

复杂，造价高。常用的连接型面带缺口的圆形三角形方形六角形（二）胀紧连接胀紧连接是在榖孔和轴之间装入胀紧连接套而构成的静连接。根据胀紧套结构形式的不同，国家标准规定了五种型号（Z1~Z5）加一个胀紧套的结构加两个胀紧套的结构Z1型胀紧连接Z2型胀紧连接传递扭矩时：TT传递轴向力时：aaFF

既传递扭矩又轴向力时，合成载荷为：222000()RaTFFd=+公式中的参数请参阅教材。aF定位销连接销安全销按功能分连接销安全销圆柱销圆锥销开口销定位销4、销连接销的几种特殊形状端部带螺纹的圆锥销开尾圆锥销槽销销的失效（破坏）形式连接销―挤压或剪切失效安全销―剪断（工

作需要）定位销―受力很小，一般不破坏强度计算请参考《机械设计手册》有关内容第七章铆接、焊接、胶接和过盈连接不可拆连接—装拆方便，多次装拆无损于使用性能。如螺纹连接、键连接、销连接—在拆开连接时会损坏连接中的零件或使用性能。

如焊接、铆接、粘接可拆连接（永久性连接）1、铆接铆接是将铆钉穿过被联接件的预制孔中经铆合而成的联接方式。其联接部分称为铆缝。（一）铆接的种类、特性及应用特性：联接牢固可靠，抗震，耐冲击。但结构笨重，施工噪音大，劳动条件差。应用：飞机制造、桥梁、建筑。热铆接----直径d≥12mm的钢

制铆钉；铆接工艺分冷铆和热铆：冷铆接----直径d＜12mm的钢制铆钉、塑性较好的有色金属及其合金制成的铆钉。◆按接头型式分：（a）（b）（c）（d）（e）（a）单排搭接；(b)双排搭接；(c)三排搭接；(d)单排

单盖板对接；(e)双排双盖板对接◆按铆钉排数分：◆按铆缝性能分：以强度为基本要求的强固铆缝。应用：飞机蒙皮、起重设备机架、建筑物桁架要求有足够的强度和足够紧密性的强密铆缝。应用：蒸汽锅炉、高压器皿。要求有足够的紧密性的紧密铆缝。应用：流体储存器、低压管道飞机蒙皮蒸汽机车

模型（二）铆钉主要类型和标准铆钉已标准化GB/T863.1-1986～GB/T876-1986铆钉铆接后的联接形式：1.受力：剪切力和挤压力。2.失效形式：（三）铆缝的受力、失效形式、设计要点3、铆缝的设

计要点强度计算主要是材料力学的基本公式。强度计算的假设前提：▲联接的横向力F通过铆钉组形心，一组铆钉中各个铆钉受力均等；设计铆缝时，先根据铆缝的破坏形式进行强度计算。▲铆缝不受弯矩作用；▲被铆件结合面摩擦力略去不计；▲被铆件危险剖面上的拉(压)应力，铆钉的

剪应力，工作挤压应力都是均匀分布的。4、单排搭接铆缝的静强度取图中宽度等于垂直于受载方向的钉距t的阴影部分进行计算。（1）被铆件的抗拉强度4][23dF=)(1dtF−=（2）被铆件孔壁的挤压强度（3）铆钉的剪切强度许用应力见表7-1。][p2dF=2、焊接焊接是利

用局部加热或加压的方法使两个以上的金属件在连接处形成原子或分子间的结合而构成的不可拆连接。熔化焊是将被焊接的结合部位加热达熔化状态（通常加入充填金属，如焊条或焊丝等），冷凝后形成牢固的接头而成为一体。压力焊接是对两被焊件施加压

力（或同时加热），使它们的结合部位接触在一起，形成分子或原子间的结合而连成一体。钎焊是将被焊件和作为填充金属的钎料加热，被焊件熔点高不被熔化，钎料的熔点低，被融化后充填于被焊件的结合部位之间，与固态的被焊件金属相互溶解和扩散，冷凝后连成一体。根据实现金属原子或分子间结合的方式不同，焊

接可分为熔化焊、压力焊和钎焊三种。焊接方法熔化焊电弧焊气焊电渣焊等离子焊电子束焊激光焊压力焊钎焊摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊等电阻钎焊、真空钎焊、高频感应钎焊等工件2接焊接发电机工件1焊枪、焊条搭铁特性：焊接结构重量轻，节约金属材料，施工方便，生产率高，易实现自动化，且焊接结构的成本低，

应用很广。(一)电弧焊缝的基本形式及特点正接角焊缝搭接角焊缝榫头式单面式双面式V型焊缝封底焊缝对接角焊缝卷边焊缝塞焊缝在机械制造中，最常用的被焊件材料是低碳钢和低合金钢(如Q215、Q235、15、20、16Mn等)。焊条的材料最好与被焊件的材料相同。(二)焊接

件常用材料(三)焊缝的受力及破坏形式1．对接焊缝——在拉（压）力或弯矩的作用下沿焊缝断裂。FFlδlδ潘存云教授研制δlFF潘存云教授研制lFF2．搭接角焊缝——沿着与垂直平分线重合的最小剖面上开始破裂。角焊缝与受力方

向垂直称正面角焊缝，只承受拉力。角焊缝与受力方向平行称侧面角焊缝，承受拉力或弯矩。角焊缝与受力方向垂直称混合角焊缝承受拉力或弯矩。k危险截面宽度ksin45°≈0.7k（四）焊缝强度的计算•焊缝附近的应力很复杂，应力集中和内应力很难准确确定，因此焊缝强度的计算通常是

在假设应力为均匀分布且不计残余内应力的条件下进行的条件性简化计算。其许用应力值则根据实验确定。1．焊缝应按被焊件厚度制成相应坡口，或进行一般的侧棱、修边工艺。在焊接前，应对坡口进行清洗整理；（五）焊接件的工艺及设计注意要点2．在

满足强度条件下，焊缝的长度应按实际结构的情况尽可能地取得短些或分段进行焊接，并应避免焊缝交叉；3．在焊接工艺上采取措施，使构件在冷却时能有微小自由移动的可能；4．焊缝在焊后应经热处理（如退火），消除残余应力；5．在焊接厚度不同的对接板件时，应使对接

部位厚度一致，以利于焊缝金属均匀熔化；6．设计焊接件时，注意恰当选择母体材料和焊条；7．合理布置焊缝及长度；8．对于那些有强度要求的重要焊缝，必须按照有关行业的强度规范进行焊缝尺寸校核，明确工艺要求和技术条件，并在焊后仔细进行质量检验。（六）焊

接在机器零件中的应用焊接的减速箱体焊接的齿轮结构★由于焊接具有强度高、工艺简单、因联接而增加的质量小等特点，焊接技术的应用日益广泛。★在技术革新、单件生产、新产品试制等情况下，采用焊接制造箱体、机架等，一般比较经济。★随着焊接技术的发展，许多零件已改变了它们的传统制造方法。一

向是铸造出的机座、机壳、大齿轮等零件，已有很大一部分改用了焊接。3、胶接一、概述：用胶粘剂直接把被联接件联接在一起且具有一定强度且不可拆卸的联接，利用胶粘剂凝固后出现的粘附力来传递载荷。胶接组合蜗轮螺纹接套与管件胶接蜂窝结构填料蒙皮与型材胶接结构胶粘剂（环氧树脂、酚醛树脂）非结构胶粘剂其它胶

粘剂。二、胶粘剂三、胶粘的工艺过程1.胶接件表面的制备2.胶接剂配置3.涂胶4.清理5.固化6.质量检验，常用方法有：▲超声波探伤；▲放射同位素摄影；▲激光全息摄影。▲X光探伤；四、胶接接头的结构形式:对接、搭接、角接头。实

践表明，胶接接头的抗剪切及抗拉伸能力强，抗剥离和扯离能力弱。设计接头时应尽可能使接头承受剪切或拉伸载荷。❖胶接件的缺陷有时不易发现。❖有良好的密封性、绝缘性和防腐性。五、胶接的特点主要优点：主要缺点：❖联接件的材料范围宽广；❖联

接后的重量轻，材料的利用率高；❖成本低；❖在全部胶接面上应力集中小，故耐疲劳性能好；❖抗剥离、抗弯曲及抗冲击振动性能差；❖耐老化及耐介质(如酸、碱等)性能差；❖胶粘剂对温度变化敏感，影响胶接强度；特点：构造简单、定心性好、承载能力高，在振动下

能可靠地工作。但装配困难，对配合尺寸的精度要求较高。应用：轴与毂、轮圈与轮芯、滚动轴承的装配联接。分为圆柱面过盈联接和圆锥面过盈联接。过盈联接——利用零件配合的过盈量进行联接。（一）过盈联接的特点及应用4、过盈连接工作原理：利用包容件和被包容件的

径向变形使配合面间产生很大的压力，从而产生摩擦力来承担工作载荷。装配方法：压入法温差法（加热包容件或冷却被包容件）（二）过盈联接的工作原理及装配方法（三）过盈联接的设计计算◆根据外载荷，计算配合面间所需的径向压力，◆产生这个压力所需的最小过盈量；◆校核联接零件在最大过盈量时的强

度。1.配合面所需的径向压力◆传递轴向力F时，应保证轴向摩擦力Ff≥轴向外载荷F式中：p——径向压力d——配合面的公称直径l——配合面的长度f——配合面间的摩擦系数dlpfFFf==dlfFp◆传递转矩T时，应保证周向摩擦力矩Mf≥负载转矩T2ddlpfMTf==lfdTp2

2◆F、T联合作用时flddTFp)/2(22+2.过盈联接的最小有效过盈量δmin32211min10+=EcEcpdC1C2——被包容件和包容件的刚性系数。胀缩法有效过盈量：δmin=△min+0.8（RZ1+RZ2）联接传递载荷所

需的最小过盈量：minmin=压入法压入法有效过盈量：过盈联接设计步骤：1.计算过盈联接所需传递的轴向力F或转矩M;2.由F和M计算配合面所需的径向压力P;3.根据材料、轴颈、径向压力求出所需最小过盈量△min;4.根据

△min数值查表，确定配合种类及数值δmin;5.验算连接零件的强度,Pmax≤［Pmax］。本章要点1.键连接：分类，选择，强度计算，设计要点2.销连接：分类，尺寸要求，应用场合3.不可拆卸连接：种类，基本形式，特点，应用场合