模块4 练习题 · 连接

平键靠两侧面与键槽侧壁相互挤压传递转矩，因此对中性好；楔键、切向键才靠上、下表面工作。

平键只能实现周向固定（传递转矩），不能承受轴向力，轴上零件还需轴肩、套筒、圆螺母或挡圈等做轴向固定。

A 型圆头键工作长度 l = L − b = 50 − 12 = 38 mm；
σ_bs = 4T/(d·h·l) = 4×200000/(40×8×38) = 800000/12160 ≈ 65.8 MPa。
若键与轮毂材料为钢、有轻微冲击，[σ_bs] 约 100～120 MPa，满足要求。

标准标记中未注明型号时默认 A 型（圆头）。B 型为方头，C 型为单圆头，标记时需在“键”后注明。

切向键由一对斜度 1:100 的楔键组成，沿切向布置，靠上下面挤压传力，承载能力最大，用于重型机械；半圆键承载小，楔键对中性差。

键过长时，由于轴的弯曲变形和键槽加工误差，载荷沿键长分布很不均匀，两端应力集中严重，实际承载能力并不随长度线性增加，反而容易局部压溃。因此一般限制 l ≤ 1.6d，需要更大承载能力时应增大轴径或采用双键。

圆柱销靠过盈配合固定，多次装拆会使配合松动、定位精度下降；圆锥销锥度 1:50 可自锁，磨损后可重新铰孔或换销，适合多次装拆的定位。

安全销在过载时先被剪断，从而保护其他贵重零件，更换方便、成本低。

开口销与开槽螺母配合使用，穿入销孔后把尾部分开，防止螺母松脱，属防松件，不用于传递转矩。

A = πd²/4 = 3.14×100/4 = 78.5 mm²；
τ = 6000/78.5 ≈ 76.4 MPa。若销材料为 45 钢，[τ] 约 80 MPa，接近许用值，应校核挤压强度并考虑冲击。

一个销只能限制两个方向的移动，不能限制绕销轴的转动；两个销配合可限制平面内的移动与转动（相当于“一面两销”定位）。两销相距越远，微小间隙造成的转角误差越小，定位精度越高。

三角形螺纹牙型角大、当量摩擦角大、自锁性好，适合连接；梯形、锯齿形螺纹传动效率高，用于传动（如丝杠）。

自锁只在静载下成立；在冲击、振动、变载荷作用下，螺纹副间的摩擦力会瞬时减小甚至消失，螺母仍会逐渐松退。重要连接必须防松。

双螺母、弹簧垫圈属摩擦防松；开口销 + 开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝属机械防松；点焊、粘接属永久防松。

双头螺栓一端永久旋入厚件，另一端用螺母连接，拆卸时只拧螺母，不损伤厚件的螺纹孔，适合厚件且常拆的场合。

刚度越大，弹簧越“硬”。弹簧特性线为直线时刚度为常数，称为线性弹簧。

弹簧钢应淬火 + 中温回火（350～500 ℃），获得回火托氏体，具有高弹性极限和屈服强度；高温回火（调质）用于轴类，弹性极限不如中温回火。

细牙螺纹螺距小、升角小，自锁性更好，抗松能力较强；牙型高度小、对轴径削弱小，适合薄壁件与空心件；同时可通过调整旋合长度精确调整轴向位置。缺点是牙细易滑扣，不宜频繁装拆。

联轴器只能在停车后拆卸分离；离合器可在运转中随时接合或分离，用于起动、变速、换向。

刚性联轴器要求两轴严格对中，不允许相对位移；能补偿位移的是挠性联轴器（弹性套柱销、齿式、万向联轴器等）。

弹性元件（橡胶套、尼龙销、弹簧）可吸收冲击能量、衰减振动，保护电机与工作机，延长轴承与齿轮寿命。

牙嵌离合器靠端面牙嵌合传力，接合时无相对滑动，速度差较大时会产生严重冲击甚至打坏牙，故只能在低速或停车时接合；摩擦离合器可平稳接合。

① 传递转矩的大小与性质（是否冲击、频繁正反转）；② 两轴的对中精度与安装、维护条件；③ 是否需要补偿径向、轴向、角向位移；④ 转速高低与平衡要求；⑤ 工作环境（温度、湿度、腐蚀、粉尘）；⑥ 装拆空间、成本与标准化程度。

平键靠侧面挤压传力，工作面被压溃是最常见的失效形式，故设计时以挤压强度校核为主；严重过载时键也可能被剪断。

楔键靠上下面楔紧，会使轮毂偏心，对中性差，仅用于对中要求不高的低速场合，可承受单向轴向力。

预紧使螺栓与被连接件之间产生压紧力，工作时载荷变化幅度减小，从而提高抗疲劳能力与密封性。

开口销直接穿入螺母槽与螺栓孔，用机械元件限制相对转动；弹簧垫圈、双螺母靠摩擦；点焊属永久防松。

例如汽车悬挂弹簧缓冲吸振，离合器压紧弹簧控制运动，钟表发条储存能量，弹簧秤测量力。

这正是离合器与联轴器的根本区别。摩擦离合器可在运转中平稳接合，牙嵌离合器则只宜在低速或停车时接合。

万向联轴器允许两轴有较大的角位移（单节可达 15°～20°），适合汽车传动轴这类轴线方向变化的场合；其余三种为刚性联轴器，要求严格对中。

l = L − b = 56 − 14 = 42 mm；
σ_bs = 4T/(dhl) = 4×320000/(45×9×42) = 1280000/17010 ≈ 73.5 MPa，低于钢制键的许用挤压应力（约 100 MPa）。

对中不良会产生附加弯矩与周期性附加载荷，引起振动、噪声和轴承发热，加速联轴器弹性件、轴承、密封件的磨损，严重时使轴疲劳断裂。刚性联轴器对中要求最严，挠性联轴器只允许补偿很小的位移，不能代替对中。

平键：两侧面工作，对中性好、承载能力中等，应用最广（齿轮、带轮、联轴器）；
楔键：上下面楔紧，对中性差、能承受单向轴向力，用于低速、对中要求不高的场合；
切向键：成对切向布置，承载能力最大但对中性较差，用于重型机械传递大转矩。