4-1 键连接 重点
一、键连接的作用与特点
键连接用于把轴与轮毂（带轮、齿轮、联轴器）连接在一起，实现周向固定并传递转矩。其结构简单、装拆方便、工作可靠，是应用最广的可拆连接之一。
平键连接由键、轴上的键槽、轮毂上的键槽三部分组成，键的两侧面为工作面，靠侧面挤压传递转矩，因此对中性好，但不能承受轴向力。
二、键的类型
| 类型 | 结构特点 | 工作面 | 适用场合 |
|---|---|---|---|
| 普通平键（A/B/C 型） | 圆头 / 方头 / 单圆头，静连接 | 两侧面 | 齿轮、带轮、联轴器的周向固定 |
| 导向平键、滑键 | 键固定在轴上，轮毂可沿键滑动 | 两侧面 | 变速箱中滑移齿轮 |
| 半圆键 | 半圆形，靠半圆槽自动定位，可摆动 | 两侧面 | 锥形轴端、轻载连接 |
| 楔键 | 上表面有 1:100 斜度，靠打入楔紧 | 上、下表面 | 对中性要求不高、可承受单向轴向力 |
| 切向键 | 由两个斜度 1:100 的楔键组成，成对使用 | 上、下表面 | 重型机械、传递大转矩 |
三、平键的尺寸选择
- 根据轴径 d 从标准中查键宽 b 与键高 h（b ≈ d/4～d/3）。
- 根据轮毂长度确定键长 L，一般取 L = 轮毂长 −（5～10）mm，且 L ≤ 1.6d。
- 键的标记示例：键 12×8×50 GB/T 1096，表示宽 12、高 8、长 50 的 A 型普通平键。
四、平键连接的强度校核
挤压强度：σbs = 4T / (d·h·l) ≤ [σbs] 剪切强度：τ = 2T / (d·b·l) ≤ [τ]T 为传递的转矩（N·mm）；d 为轴径；l 为键的工作长度（A 型取 L−b，B 型取 L）；键连接通常由挤压强度控制
常见错误
① 把键的工作长度直接取为键长 L（A 型圆头键应扣除两端半圆，l = L − b）；② 用键的截面积 b×h 去算挤压面积（应为 h/2×l）；③ 只校核剪切、不校核挤压。
五、键连接的失效与改进
- 失效形式：较弱工作面被压溃（主要）、键被剪断（过载）、键与键槽磨损（导向平键）。
- 改进措施：增大轴径或键长、采用双键（相隔 180° 布置，承载按 1.5 倍单键计）、提高键槽加工精度以减小应力集中。
📝 本节配套练习（练习册 4-1）
4-2 销连接 基础
一、销的功用
| 功用 | 说明 | 常用销 |
|---|---|---|
| 定位 | 确定两零件之间的相对位置，如箱体与箱盖、模板与模板 | 圆柱销、圆锥销（通常成对使用，相距尽量远） |
| 连接 | 传递不大的载荷，可兼作定位 | 圆柱销、圆锥销 |
| 保险 | 过载时销先被剪断，保护其他贵重零件 | 安全销（开有切口或做成空心） |
二、常用销的类型
- 圆柱销：靠过盈配合固定在孔中，定位精度高，但多次装拆会降低定位精度和连接可靠性。
- 圆锥销：锥度 1:50，靠锥面自锁，装拆方便，可多次使用，定位精度高。
- 开口销：与六角开槽螺母配合，防止螺母松脱，属防松件。
- 销轴：用于两构件铰接处，构成转动副（如活塞销、铰链销）。
三、销的强度计算
剪切：τ = F / (πd²/4) ≤ [τ] 挤压：σbs = F / (d·t) ≤ [σbs]t 为被连接件中较薄件的厚度；安全销按剪断条件设计
结构要点
圆锥销的锥度必须与铰刀加工的锥孔一致（1:50）；销孔一般配作，以保证位置精度；定位销直径通常取 (0.6～0.8)d 轴径，且不少于 2 个。
📝 本节配套练习（练习册 4-2）
4-3 螺纹连接 重点
一、螺纹的基本要素
- 牙型：三角形（M，连接用）、梯形（Tr，传动用）、锯齿形（S）、管螺纹（G，密封用）。
- 大径 d：公称直径；小径 d1：强度计算用（危险截面）。
- 线数 n：单线用于连接（自锁好），多线用于传动（速度快）。
- 螺距 P 与导程 L：L = nP。连接螺纹要求自锁，采用小螺距细牙。
- 旋向：右旋常用，左旋用于特殊场合（如砂轮轴、煤气阀门）。
自锁条件：λ ≤ ρv（螺纹升角小于当量摩擦角）λ = arctan(L/πd2)；细牙螺纹升角小、自锁性好，常用于受冲击或需防松的场合
二、螺纹连接的基本类型
| 类型 | 结构 | 适用 |
|---|---|---|
| 螺栓连接 | 螺栓穿过两被连接件的通孔，加螺母 | 被连接件不太厚、可两面操作 |
| 双头螺栓连接 | 一端旋入被连接件，另一端用螺母 | 被连接件之一太厚、不宜常拆 |
| 螺钉连接 | 螺钉直接旋入被连接件的螺纹孔 | 不常拆卸、受力不大的场合 |
| 紧定螺钉连接 | 螺钉末端顶住另一零件表面 | 固定零件相对位置、传递小转矩 |
三、预紧与防松
绝大多数螺纹连接都要预紧，使连接在承受工作载荷前产生预紧力，以提高连接的紧密性、可靠性和抗疲劳能力。
| 防松方式 | 原理 | 实例 |
|---|---|---|
| 摩擦防松 | 保持螺纹副间有足够的摩擦力 | 双螺母（对顶）、弹簧垫圈、自锁螺母（尼龙圈） |
| 机械防松 | 用止动元件直接限制相对转动 | 开口销 + 开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝 |
| 永久防松 | 破坏螺纹副，不可拆 | 点焊、粘接、冲边 |
为什么必须防松
在冲击、振动或变载荷下，螺纹副之间的摩擦力会瞬时减小甚至消失，螺母会逐渐松退。因此自锁不等于防松，重要连接必须另设防松装置。
四、螺栓连接的强度
松螺栓：σ = F / (πd1²/4) ≤ [σ] 紧螺栓：σe ≈ 1.3F / (πd1²/4) ≤ [σ]系数 1.3 考虑拧紧时螺纹力矩产生的切应力；d1 为螺纹小径
📝 本节配套练习（练习册 4-3）
4-4 弹簧 基础
一、弹簧的功用
- 缓冲吸振：车辆的悬挂弹簧、缓冲器。
- 控制运动：凸轮机构中的复位弹簧、离合器压紧弹簧。
- 储存能量：钟表发条、枪械击发弹簧。
- 测量力：弹簧秤、测力计。
二、弹簧的类型
| 类型 | 受力形式 | 特点与用途 |
|---|---|---|
| 圆柱螺旋压缩弹簧 | 受压 | 结构简单、应用最广，用于缓冲、复位 |
| 圆柱螺旋拉伸弹簧 | 受拉 | 两端带钩环，各圈并紧，用于拉力场合 |
| 圆柱螺旋扭转弹簧 | 受扭 | 产生扭矩，用于铰链、夹子、门窗回弹 |
| 碟形弹簧 | 受压 | 刚度大、体积小，用于重载缓冲、离合器 |
| 板弹簧（钢板弹簧） | 受弯 | 由多片钢板叠成，兼起导向作用，用于汽车悬挂 |
三、弹簧的特性与刚度
刚度 k = F / λ （N/mm）F 为载荷，λ 为变形量。特性线为直线时称为线性弹簧；压缩弹簧的刚度 k = Gd⁴/(8D2³n)
- 弹簧应工作在弹性范围内，不允许产生永久变形。
- 压缩弹簧的旋向：左旋、右旋均可，但成组使用时应注意配对。
- 强压处理（立定处理）：预先加载使弹簧产生微量塑性变形，可提高承载能力、减小工作时的高度变化。
四、弹簧材料
要求高的弹性极限、疲劳强度和足够的韧性，常用60Si2Mn、65Mn、50CrVA 等弹簧钢。经淬火 + 中温回火后使用。在腐蚀介质中可用不锈钢（1Cr18Ni9Ti）或青铜。
记忆要点
弹簧钢的热处理是“淬火 + 中温回火”，得到回火托氏体，获得高弹性极限——这是弹簧与轴类（调质）、刀具（低温回火）最明显的区别。
📝 本节配套练习（练习册 4-3）
4-5 联轴器和离合器 重点
一、共同点与区别
两者都用于连接两轴、传递运动和转矩。区别是：联轴器只有在机器停车后经拆卸才能分离；离合器可在机器运转中随时接合或分离。
二、联轴器
| 类别 | 型式 | 特点 |
|---|---|---|
| 刚性联轴器 | 凸缘联轴器 | 结构简单、传递转矩大，但要求两轴严格对中 |
| 套筒联轴器 | 径向尺寸小，需用键或销传递转矩，装拆需轴向移动 | |
| 夹壳联轴器 | 剖分式，装拆方便，用于立式轴 | |
| 挠性联轴器 | 弹性套柱销联轴器 | 有弹性元件，可补偿少量径向、角向位移，缓冲吸振 |
| 弹性柱销联轴器 | 尼龙柱销，结构简单、耐磨，适用于正反转频繁 | |
| 齿式联轴器 | 承载能力大、可补偿较大位移，用于重型机械 | |
| 万向联轴器 | 允许两轴有较大角位移，用于汽车传动轴 |
选型考虑
① 转矩大小与性质（是否冲击）；② 两轴对中精度与安装条件；③ 是否需要补偿位移、缓冲吸振；④ 转速、工作环境（温度、腐蚀）与装拆要求。
三、离合器
- 牙嵌离合器：靠端面牙相互嵌合传递转矩，结构简单、尺寸小、不打滑，但接合时有冲击，只能在低速或停车时接合。
- 摩擦离合器：靠摩擦面压紧传递转矩，接合平稳、过载可打滑起保护作用，可在运转中接合，但发热大、需散热。
- 安全离合器：过载时自动分离或打滑，保护机器（如剪切销式、钢球式）。
- 超越离合器：只能单向传递转矩，反向自动分离，用于自行车飞轮、机床进给机构。
四、安装与维护要点
- 两轴的同轴度必须控制在允许范围内，否则会产生附加弯矩、振动和轴承过早损坏。
- 弹性元件（橡胶套、尼龙销）属易损件，应定期检查、更换。
- 离合器摩擦片磨损后间隙增大，需及时调整或更换；应保持摩擦面清洁、无油污。
📝 本节配套练习（练习册 4-4）