习题答案(第13章)

·1·第13章思考与练习1．连接的主要作用是什么？分为哪几种方法？答：连接是将两个或两个以上的零件连合成一体的结构。为了便于机器的制造、安装、维修等，常采用不同的连接方法将零、部件合成一整体。连接分为三大类。（1）不可拆连接，如焊连接、铆钉连接、胶接等。（2）可拆连接，如键连接、销连接和螺纹连接等。（3）过盈配合连接2．键连接的主要作用是什么？答：主要用于轴和轴上零件之间的轴向固定，有的还能实现轴零件的轴向固定或轴向滑动。3．圆头、方头及单圆头普通平键各有何优、缺点？分别适用于什么场合？轴和轮毂孔上键槽是怎样加工的？答：A型平键键槽由立式键槽铣刀加工，键在槽中轴向固定较好，但键的头部侧面与轮毂上的键槽并不接触，因而键的圆头部分不能充分利用，而且轴上键槽端部的应力集中较大。B型平键键槽用卧式键槽铣刀加工，避免了上述缺点，但对于尺寸较大的键，宜用紧定螺钉固定在轴上的键槽中，以防松动。C型平键一般用于轴端。4．如何选取普通平键的尺寸b×h×L？它的公称长度与工作长度之间有什么关系？答：根据轴的直径d从标准（见表17.1）中选择平键宽度b（高度h），键的长度L应略小于轮毂长度，并与标准中规定的长度系列相符。公称长度L，工作长度l，其之间的关系为：A型键l＝L－b，B型键l＝L，C型键l＝L－b/2。5．普通平键连接有哪些失效形式？主要失效形式是什么？怎样进行强度校核？如强度不够，可采取哪些措施？答：普通平键连接属于静连接，其主要失效形式是连接中强度较弱零件的工作面被压溃。导向平键和滑键连接属于动连接，其主要失效形式是工作面过度磨损。故强度计算时，静连接校核挤压强度，动连接校核压力强度。如果校核后键连接的强度不够，在不超过轮毂宽度的条件下，可适当增加键的长度，但键的长度一般不应超过2.25d，否则载荷沿键长方向的分布将很不均匀；或者相隔180°布置两个平键，因考虑制造误差引起的载荷分布不均，只能按1.5个键做强度校核。6．花键与平键比较有哪些优、缺点？矩形花键与渐开线花键各有哪些特点？答：花键连接一般用于载荷较大、定心性要求高的场合。但花键轴和花键孔的加工需要专门的设备和工具，加工成本较高。矩形花键按齿高的不同，在标准中规定了轻系列和中系列两个系列，轻系列的承载能力小，多用于静连接或轻载中；中系列用于中等载荷的连接。矩形花键的定心方式是小径定心。主要特点是承载能力高，定心精度高，应力集中小，能用磨削的方法获得较高的精度，广泛用于汽车、机床、飞机及一般机械传动装置中。渐开线花键的定心方式为齿形定心，具有自动定心的作用。可用制造齿轮的方法来加工，工艺性好，加工精度高，应力集中小。当传递的转矩较大且轴径也较大时，宜采用30°渐开线花键；45°渐开线花键齿的工作高度小，承载能力较低，多用于薄壁零件的轴毂连接。7．销的主要用途是什么？答：销连接主要有三个方面的用途：一是用来固定零件之间的相互位置，其销称为定位销，它是组合·2·加工和装配时的重要辅助零件；二是用于轴与轮毂或其他零件的连接，并传递不大的载荷（如图17.11所示），其销称为连接销；三是用做安全装置中的过载剪断元件，其销称为安全销。8．如图17.18所示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮分别用平键连接。已知轴传递的转矩T＝1000N·m，齿轮材料为锻钢，凸缘联轴器材料为HT250，工作时有轻微冲击，连接处轴及轮毂尺寸如图所示。试选择键的类型和尺寸，校核连接强度。解：静连接（普通平键连接）的挤压强度条件为p4Thld＝≤p][（MPa）T＝1000N·m；d＝70mm；按A型键，根据表17.1查得：b＝20mm；h＝12mm；L取110mm；l＝L－b＝90mm；根据表13.2查得：[]p＝55MPap＝70901210100043＝52.91MPa≤[]p∴选择键20×110GB/T1096-20039．如图13.19所示为平键连接。已知齿轮材料为锻钢，轴伸直径d＝80mm，轮毂长度L＝1.5d，工作时有轻微冲击。试选择平键连接尺寸，并确定其能传递的最大转矩T。解：静连接（普通平键连接）的挤压强度条件为p4Thld＝≤p][（MPa）b＝22；h＝14mm；L＝1.51.5×80＝120mm，l＝L－2b＝120－11＝109mm；T≤4][hld＝31041108010914＝3357.2N·m10．螺纹连接有哪些主要类型？试说明各自的特点及主要用途。答：螺纹连接有四种基本类型，即螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接。（1）螺栓连接的结构特点是螺栓穿过被连接件（连接件不宜过还）的通孔后并配有螺母；（2）螺柱两头都制有螺纹，一头与螺母配合，一头与被连接件配合。这种连接适用于被连接件之一较厚难以穿孔并经常拆装的场合，拆卸时，只需拧下螺母。（3）螺纹连接中只有螺钉，不需用螺母，直接拧入被连接件体内的螺纹孔中，结构简单，但不宜经常装拆，以免损坏孔内螺纹。（4）紧定螺钉连接常用以固定两零件间的位置，并可传递不大的力或扭矩，它的末端与被连接件表面顶紧，所以末端要具备一定的硬度。11．为什么螺纹连接大多数要预紧？常用什么方法来控制预紧力？答：预紧作用主要是工作时可防止螺纹连接松动。预紧的目的是防止工作时连接出现缝隙和滑移，以图13.18习题8图图17.19习题9图·3·保证连接的紧密性和可靠性。通常，拧紧力矩T（N·mm）和螺栓轴向预紧力F0间的关系为T≈0.2F0dN·mm式中，d为螺纹大径，单位是mm。通常拧紧力矩由操作者手感决定，不易控制，可能将直径小的螺栓拧断，故承载螺栓的直径不宜小于M12。对于重要连接，需按式（13.3）计算拧紧力矩，并由测力矩扳手或定力矩扳手来控制其大小。12．螺纹连接为什么要防松？防松原理是什么？有哪些防松方法？各有什么特点？答：在静载荷和恒温条件下，对于M10～M64的普通螺纹连接，自锁可靠，一般不会松动。但如有冲击、振动、变载或温度变化，会使螺旋副间的预紧力瞬时减小或消失，使连接失效。因此，为了确保螺纹连接的可靠性，必须采取防松措施。螺纹连接的防松方法有以下几种。（1）摩擦力防松。连接件连接时，利用增大螺纹连接件间的摩擦，而不是随外力或外力矩的增大来增大摩擦力。如图13.16（a）所示是利用弹簧垫圈的弹性力增大摩擦力防松。例如发动机缸盖连接。又如图13.16（b）所示是利用双母相互压紧增大摩擦力防松。图13.16（c）所示是利用弹簧螺母增大摩擦力防松。（2）机械防松。利用附件加零件的形状或改变螺纹连接形状，使被连接件不能相对运动。如图13.16（d）所示采用六角槽螺母配开口销防松。如图13.16（e）所示采用单耳止推垫圈防松（一边弯起贴在螺母侧边上，另一边弯下贴被连接件的侧边）。如图13.16（f）所示采用三联止推圈防松。如图13.16（g）所示采用串联钢丝防松。如图13.16（h）所示采用六角螺母端面冲点防松。（3）利用附加材料防松。将螺母焊死在螺杆上，如图13.16（i）所示。还可用黏合剂涂在旋合螺纹表面，待黏合剂硬化后固连零件，还可起密封作用，此法适合不拆卸防松用。13．螺栓连接中的附加应力是怎样产生的？为了避免产生附加应力，在结构和工艺上应采取哪些措施？答：1．避免附加弯曲应力要尽量避免制造和装配误差以及结构的不合理而使螺栓产生附加弯曲应力。例如，螺母或螺栓头部支撑面偏斜或未加工时，将引起附加弯曲应力。为此，在结构上可采用斜垫圈或球面垫圈（如图13.17（a）和（b）所示）；在铸件或锻件等未加工表面上安装螺栓时，通常采用凸台（如图13.17（c）所示）或沉头座（如图13.17（d）所示）等结构，经局部加工后可获得平整的支撑面以减小附加弯曲的影响。2．减小应力集中螺纹的牙根和收尾、螺栓头部到栓杆的过渡处、螺栓杆的截面变化处，都是产生应力集中的部位。因此，在这些地方采用较大的圆角半径以及使螺纹收尾部分平缓过渡，都能减小应力集中以提高螺栓的疲劳强度。3．改进工艺措施首先，制造螺栓应尽量采用辗压方法，因辗压螺纹是通过材料的塑性变形而形成的，金属纤维不像车削时那样被切断；其次，冷镦头部因冷作硬化而使螺纹表面层留有残余压应力，故螺纹的强度比车削的高。此外，螺栓经过氮化等表面硬化处理，也能提高其强度。