第六章 键、花键、无键连接和销连接

1、1 6-1 6-1 键联接键联接 6-2 6-2 花键联接花键联接 6-3 6-3 无键连接无键连接 第六章第六章 键、花键、无键链接和销联键、花键、无键链接和销联 接接 6-4 6-4 销连接销连接 2 键联接的用途键联接的用途用于轴与轮毂之间的周向固定，并传递运用于轴与轮毂之间的周向固定，并传递运 动和转矩。有的还能实现轴向固定或轴向滑动的导向。动和转矩。有的还能实现轴向固定或轴向滑动的导向。 本章主要内容本章主要内容 键联接工作能力计算。键联接工作能力计算。 键和花键的类型、结构形式选择；键和花键的类型、结构形式选择； 键的尺寸选择键的尺寸选择重点；重点； 3 6 61 1 键联接键联接

2、 一、键联接的主要类型及特点一、键联接的主要类型及特点 类类 型型 及及 特特 点点 松键联接：松键联接：靠侧面受挤压传递运靠侧面受挤压传递运 动和转矩，键两侧面动和转矩，键两侧面 是工作面是工作面。 平键联接平键联接 半圆键联接半圆键联接 紧键联接：紧键联接：靠键的楔紧作用传递运靠键的楔紧作用传递运 动和转矩，键上下两面动和转矩，键上下两面 是工作面。是工作面。 楔键联接楔键联接 切向键联接切向键联接 4 平键联接平键联接 工作面 工作原理工作原理 键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙，两侧键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙，两侧 面为工作，依靠侧面受挤压传递运动和转矩。面为工作，依靠侧面受挤压传

3、递运动和转矩。 优点优点: : 结构简单，装拆方便，易加工，对中性好结构简单，装拆方便，易加工，对中性好 缺点：缺点：不能实现轴上零件的轴向固定。不能实现轴上零件的轴向固定。 特点特点 应用：应用：广泛广泛 5 工作面工作面 半圆键联接半圆键联接 工作原理工作原理 键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙，两侧键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙，两侧 面为工作，依靠侧面受挤压传递运动和转矩。面为工作，依靠侧面受挤压传递运动和转矩。 缺点：缺点：键槽较深，对轴的强度削弱较大。键槽较深，对轴的强度削弱较大。 特点特点 主要用于载荷较轻的静联接，尤其适用于锥形轴与轮毂的联接。主要用于载荷较轻的静联接，尤其适用

4、于锥形轴与轮毂的联接。 R 优点优点: :轴上键槽用半径与键相同的盘铣刀铣出，键能在轴槽中绕几何中轴上键槽用半径与键相同的盘铣刀铣出，键能在轴槽中绕几何中 心摆动，以适应轮毂槽底面。其优点是工艺性较好，装拆方便。心摆动，以适应轮毂槽底面。其优点是工艺性较好，装拆方便。 6 楔键联接楔键联接 工作原理工作原理键的上下两面为工作面，其上表面和轮毂槽底均有键的上下两面为工作面，其上表面和轮毂槽底均有1 1：100100的斜的斜 度。装配时，将键沿轴向打入轴和轮槽内，工作表面上产生很大的正压力，度。装配时，将键沿轴向打入轴和轮槽内，工作表面上产生很大的正压力， 工作时，依靠工作面上正压力产生摩擦力传递

5、转矩工作时，依靠工作面上正压力产生摩擦力传递转矩T.T. 优点优点: :能承受单方向的轴向力，对轮毂起到单向轴向固定作用。能承受单方向的轴向力，对轮毂起到单向轴向固定作用。 工作面 特点特点 缺点：缺点：楔紧后会使轴与轮毂产生偏心，且在受到冲击、变载荷楔紧后会使轴与轮毂产生偏心，且在受到冲击、变载荷 时易松脱，时易松脱， 应用应用由于故楔键联接仅适用于定心要求不高、载荷平稳的低速场合。由于故楔键联接仅适用于定心要求不高、载荷平稳的低速场合。 f N N N f N T 普通普通楔键楔键 钩头钩头楔键楔键 1 100 7 切向键联接切向键联接 工作原理工作原理切向键由两个具有切向键由两个具有1

6、1：100100斜度的楔键组成，装配时，两键以斜度的楔键组成，装配时，两键以 其斜面相互贴合，键分别从轮毂两端打入，使之楔紧。两键合并后，上下其斜面相互贴合，键分别从轮毂两端打入，使之楔紧。两键合并后，上下 两面平行为工作面，故轴和轮毂键槽并无斜度。依靠工作面上的挤压力和两面平行为工作面，故轴和轮毂键槽并无斜度。依靠工作面上的挤压力和 轴与轮毂间的摩擦力传递转矩轴与轮毂间的摩擦力传递转矩T T。 工作面工作面 a）单向传动）单向传动b）双向传动）双向传动 注意：注意：一个切向键只能单向传动，若需双向传动时，必须用两个互成一个切向键只能单向传动，若需双向传动时，必须用两个互成120 分布的切向键

7、。分布的切向键。 应用应用切向键联接能传递很大的转矩，但对轴的强度削弱较大，故常用切向键联接能传递很大的转矩，但对轴的强度削弱较大，故常用 于直于直径大于径大于100 mm，对中要求不高而载荷较大的重型机械。，对中要求不高而载荷较大的重型机械。 120 切向键安装切向键安装 1 100 8 二二. 平键联接平键联接 普通平键、薄型平键普通平键、薄型平键用于静联接用于静联接 导向平键和滑键导向平键和滑键用于动联接用于动联接 一）平键分类一）平键分类 按用途可分为两类按用途可分为两类 普通平键联接普通平键联接导向平键联接导向平键联接 9 1. 1. 普通平键普通平键用于静联接，即轴与轮毂之间无轴向

8、相对运动用于静联接，即轴与轮毂之间无轴向相对运动 按其端部形状，有三种结构形式按其端部形状，有三种结构形式 1 1）圆头平键（）圆头平键（A A型）型） L L l h b 指状铣刀加工指状铣刀加工键槽键槽 但轴上键槽端部应力集但轴上键槽端部应力集 中较大，有效接触长度中较大，有效接触长度l 比比 键的公称长度键的公称长度L短短 l L-bL-b 轴上键槽用指状铣刀加工，轴槽与键轴上键槽用指状铣刀加工，轴槽与键 的尺寸相符键在轴槽中固定可靠。的尺寸相符键在轴槽中固定可靠。 工作面工作面 10 h 2)2) 平头平键（平头平键（B B型）型） l L b l =L=L 其优点是轴上键槽用盘铣刀加

9、工，轴的其优点是轴上键槽用盘铣刀加工，轴的 应力集中较小，应力集中较小，键的有效接触长度等于键的有效接触长度等于 键的公称长度键的公称长度 但对于尺寸较大的键需用紧但对于尺寸较大的键需用紧 定螺钉将键固定在轴上键槽定螺钉将键固定在轴上键槽 中。中。 盘铣刀加工键槽盘铣刀加工键槽 11 3)3) 单圆头平键（单圆头平键（C C型）型） l =L-b/2=L-b/2 l L h b 单圆头平键具有单圆头平键具有A A、B B键的特点键的特点 常用于轴端与轮毂类零件的联接。常用于轴端与轮毂类零件的联接。 轴上键槽用指状铣刀加工，轴槽与轴上键槽用指状铣刀加工，轴槽与 键的尺寸相符键在轴槽中固定可靠键的

10、尺寸相符键在轴槽中固定可靠 薄型平键薄型平键60-70%60-70%，薄壁。，薄壁。 12 导向平键是一种较长的平键，键用螺钉固定在轴的键槽中，轴上零件可导向平键是一种较长的平键，键用螺钉固定在轴的键槽中，轴上零件可 沿键作轴向滑移。常用于轴上零件轴向位移量不大的场合。沿键作轴向滑移。常用于轴上零件轴向位移量不大的场合。 2.2.导向平键导向平键用于动联接用于动联接（即轴与轮毂之间有轴向相对运动）。（即轴与轮毂之间有轴向相对运动）。 变速箱齿轮 13 滑键滑键用于动联接，轴上铣出较长的键槽，滑键固定在轮毂上，用于动联接，轴上铣出较长的键槽，滑键固定在轮毂上， 轴上零件带动键在轴上键槽中作轴向滑

11、移。用于轴上零件轴向位移量较轴上零件带动键在轴上键槽中作轴向滑移。用于轴上零件轴向位移量较 大的场合。大的场合。 14 1. 键的类型选择键的类型选择键的类型应根据连接的结构特点，使用要求和键的类型应根据连接的结构特点，使用要求和 工作条件来选择。工作条件来选择。 键宽键宽b 键高键高h 根据根据被联接处的轴径被联接处的轴径d按标准选择按标准选择。 普通平键普通平键根据根据被联接处轮毂被联接处轮毂 长度确定，键长长度确定，键长L轮毂长度轮毂长度B B，一一 般可取般可取L=B-L=B-（5 51010）mmmm，并按标，并按标 准长度系列确定。准长度系列确定。 L B 二）键的选择二）键的选择

12、 2. 键的尺寸选择键的尺寸选择按标准规格和强度要求选择按标准规格和强度要求选择 L h b 导向平键导向平键根据被联接处轮毂长根据被联接处轮毂长 度及其滑动距离来确定。度及其滑动距离来确定。 键公称键公称 长度长度L d 表表6-1 键的标准表键的标准表 15 平键联接受力情况平键联接受力情况 d F T F k h d/2 三三) 键联接的强度计算键联接的强度计算 1平键联接受力分析平键联接受力分析 联接工作面（侧面）联接工作面（侧面） 受挤压力受挤压力F F 式中：式中：T转矩，转矩，Nmm d轴的直径，轴的直径，mm N d T F 2 键的截面键的截面受剪力：受剪力： N d T F

13、 2 16 2 2失效形式及计算准则失效形式及计算准则 静联接静联接较弱零件（通常是轮毂）被压溃。 动联接动联接较弱零件（通常是轮毂）过度磨损。 键被剪断 失效失效 形式形式 主要主要失效形式失效形式 联接工作 面（侧面） 对于对于静联接静联接(普通平键联接）普通平键联接）：进行较弱零件工作面挤压强度计算；：进行较弱零件工作面挤压强度计算； 对于对于动联接动联接(导向平键联接）导向平键联接） ：进行较弱零件工作面耐磨性计算。：进行较弱零件工作面耐磨性计算。 计算计算 准则准则 即：即： pp 即：即： pp 17 3 3平键联接的强度校核计算平键联接的强度校核计算 普通平键联接普通平键联接工作

14、面挤压强度工作面挤压强度条件：条件： pp dhl T dlk T lk F 42 导向平键联接导向平键联接工作面耐磨性工作面耐磨性条件：条件： p dhl T dlk T lk F p 42 k 键与轮毂接触高度，键与轮毂接触高度，mm，k h/2 。 式中：式中：p、p联接工作表面挤压应力，许用挤压应力，联接工作表面挤压应力，许用挤压应力，MPa p、p 联接工作表面的压强，许用压强，联接工作表面的压强，许用压强，MPa l 键的接触键的接触 长度，长度，mm A型键：型键：l = Lb l B型键：型键： l = L l C型键：型键：l = Lb/2 l 18 表表6-2 键联接的许用

15、挤压应力和许用压强键联接的许用挤压应力和许用压强 MPa 许用值许用值 联接方式联接方式轮毂材料轮毂材料 载荷性质载荷性质 静载荷静载荷轻度冲击轻度冲击冲冲 击击 p p 静联接静联接 （普通平键（普通平键 半圆键）半圆键） 钢钢120 150100 12060 90 铸铁铸铁70 8050 6030 45 动联接动联接 （导向平键（导向平键） 钢钢504030 单键联接能传递的转矩很有限，当传递的转矩较大、而又不能增加键的长单键联接能传递的转矩很有限，当传递的转矩较大、而又不能增加键的长 度时，可用多键来提高联接的承载能力。如图示双键、三键，但这样会严度时，可用多键来提高联接的承载能力。如图

16、示双键、三键，但这样会严 重削弱轴的强度重削弱轴的强度 两个平键组成的联接两个平键组成的联接三个平键组合三个平键组合的联接的联接 19 半圆键连接强度计算半圆键连接强度计算 只用于静连接，主要失效形式是工作面被压溃。只用于静连接，主要失效形式是工作面被压溃。 通常按挤压应力进行强度校核计算。强度条件同通常按挤压应力进行强度校核计算。强度条件同6-1. 20 楔键连接简化强度计算楔键连接简化强度计算 主要失效形式是相主要失效形式是相 互楔紧的工作面被互楔紧的工作面被 压溃。应校核抗挤压溃。应校核抗挤 压强度。压强度。 21 切向键连接简化强度计算切向键连接简化强度计算 主要失效形式是工作面被压溃

17、。应校核抗挤压强度。主要失效形式是工作面被压溃。应校核抗挤压强度。 22 注意：注意： 进行强度校核后，如果强度不够，可以采用双键。进行强度校核后，如果强度不够，可以采用双键。 应考虑键的合理布置。应考虑键的合理布置。 两个平键最好布置在沿周向间隔两个平键最好布置在沿周向间隔180度；半圆键布置度；半圆键布置 在同一条母线上；楔键周向间隔在同一条母线上；楔键周向间隔90-120度。度。 考虑到载荷分布的不均匀性，强度校核中按考虑到载荷分布的不均匀性，强度校核中按1.5个键个键 计算。计算。 亦可增加键的长度，但不宜超过（亦可增加键的长度，但不宜超过（1.6-1.8）d。当键。当键 的长度大于的

18、长度大于2.25d时，多出的长度可认为不承受载荷。时，多出的长度可认为不承受载荷。 键的材料通常采用键的材料通常采用45钢，抗拉强度不小于钢，抗拉强度不小于600MPa。 23 例：某减速器中有一直齿圆柱齿轮安装在轴的两个支承点之间，齿轮和轴例：某减速器中有一直齿圆柱齿轮安装在轴的两个支承点之间，齿轮和轴 的材料均为锻钢，用键构成静联接。齿轮的精度为的材料均为锻钢，用键构成静联接。齿轮的精度为7级，装齿轮处的轴径级，装齿轮处的轴径 d=70mm ，齿轮轮毂宽度为，齿轮轮毂宽度为100mm，需传递转矩，需传递转矩T=2200Nm，载荷有轻，载荷有轻 微冲击。试设计此键联接。微冲击。试设计此键联接

19、。 解：解：1.选择键联接的类型和尺寸选择键联接的类型和尺寸 键联接的类型：圆头普通平键联接键联接的类型：圆头普通平键联接 一般一般8 8级以上精度的齿轮有定心精度要求，故选择级以上精度的齿轮有定心精度要求，故选择 平键联接；齿轮不在轴端，选用圆头普通平键。平键联接；齿轮不在轴端，选用圆头普通平键。 圆头普通平键联接的尺寸：圆头普通平键联接的尺寸： 根据根据d d=70mm=70mm，查，查平键尺寸表平键尺寸表，得键的截面尺寸：，得键的截面尺寸： 宽度宽度b=20mm，高，高度度h=12mm。由轮毂宽度。由轮毂宽度100mm并参并参 考键的长度系列，取键长考键的长度系列，取键长L90mm（比轮

20、毂宽度小一些）（比轮毂宽度小一些） A型平键型平键bh=2012， 键长键长L=90mm，标记为：，标记为： A型平键：键型平键：键2090 GB/T1096-2003 24 2. 校核键联接的强度校核键联接的强度 3 210 p p T kld 取取p=110MPa A型平键型平键bh=2012， 键长键长L=90mm，标记为：，标记为： A型平键：键型平键：键2090 GB/T1096-2003 k=0.5h=0.512=6mm 键的工作长度：键的工作长度：l=Lb902070mm 33 2102 2200 10 6 70 70 149.7110 p p T kld MPaMPa 键的挤压

21、强度不够。键的挤压强度不够。 许用挤压应力、许用挤压应力、 许用压力许用压力 联接工作联接工作 方式方式 键或毂、轴的键或毂、轴的 材料材料 载载 荷荷 性性 质质 静载荷静载荷轻微冲击轻微冲击冲击冲击 p静联接静联接 钢钢1201501001206090 铸铸 铁铁708050603045 p动联接动联接钢钢504030 注：如与键有相对滑动的被联接表面经过淬火，则动联接的许用压力注：如与键有相对滑动的被联接表面经过淬火，则动联接的许用压力p可提高可提高23倍。倍。 键联接的许用挤压应力、许用压力值键联接的许用挤压应力、许用压力值(MPa) h F b F k r T O 25 3.改用双键

22、联接改用双键联接 考虑到挤压强度相差较大，改用双键，相隔考虑到挤压强度相差较大，改用双键，相隔180布置。布置。 双键的工作长度双键的工作长度l1.570mm105mm。 MPa kld T p 8 .99 701056 1022002102 33 26 花键联接是由周向均布多个键齿的轴与带有相应键齿花键联接是由周向均布多个键齿的轴与带有相应键齿 槽轮毂孔配合而成的可拆联接。槽轮毂孔配合而成的可拆联接。 花花键轴键轴(外外花花键键) 轮毂轮毂(内内花花键键) 6 62 2 花键联接花键联接 27 一花键联接的特点及应用一花键联接的特点及应用 优点优点 2 2）齿槽浅，齿根应力集中小，对轴和轮毂

23、的强度削弱小；）齿槽浅，齿根应力集中小，对轴和轮毂的强度削弱小； 特特 点点 3 3）键齿对称布置，齿多接触面积大，承载能力高；）键齿对称布置，齿多接触面积大，承载能力高； 4 4）定心精度高，对中性和导向性好。）定心精度高，对中性和导向性好。 缺点缺点需要专门加工设备和工具，制造成本高。需要专门加工设备和工具，制造成本高。 应用应用用于定心精度要求高，载荷大的动、静联接。用于定心精度要求高，载荷大的动、静联接。 1 1）因为均匀地制出齿和槽，受力较为均匀。）因为均匀地制出齿和槽，受力较为均匀。 28 二花键联接的类型及其选择二花键联接的类型及其选择 矩形花键矩形花键键齿两侧面为平面，形状简单

24、，加工方便，可用磨削方法获键齿两侧面为平面，形状简单，加工方便，可用磨削方法获 得较高精度，常用于机床、汽车、拖拉机等机械中。得较高精度，常用于机床、汽车、拖拉机等机械中。 渐开线花键渐开线花键渐开线花键的齿廓为渐开线，可用切制齿轮的加工方法来加工，渐开线花键的齿廓为渐开线，可用切制齿轮的加工方法来加工， 工艺性较好。花键齿根较厚，强度高，寿命长。但加工内花键孔的制造成本较高，工艺性较好。花键齿根较厚，强度高，寿命长。但加工内花键孔的制造成本较高， 常用于载荷较大，定心精度要求高，尺寸较大的联接。常用于载荷较大，定心精度要求高，尺寸较大的联接。 矩形花键矩形花键 渐开线花键渐开线花键 按键齿形

25、状可分为：按键齿形状可分为：矩形花键矩形花键和和渐开线花键渐开线花键 29 一）矩形花键的参数及尺寸系列一）矩形花键的参数及尺寸系列 主要参数及尺寸主要参数及尺寸键齿数键齿数N N、小径、小径d d、大径、大径D D、 键齿宽键齿宽B B 花键的规格花键的规格用用Z Z（齿数）（齿数）d d（小径）（小径）D D（大径）（大径）B B（齿宽）表示。（齿宽）表示。 尺寸尺寸 轻系列轻系列用于轻载或静联接用于轻载或静联接 系列系列 中系列中系列用于重载或动联接用于重载或动联接 二）矩形花键的规格及标记二）矩形花键的规格及标记 标记标记包括花键的包括花键的参数、尺寸及其公差带符号、国标号。参数、尺寸

26、及其公差带符号、国标号。 例如：例如： N = 6N = 6、d = 28 mmd = 28 mm、D = 32 mmD = 32 mm、B = 7 mm B = 7 mm 花键的表示方法为：花键的表示方法为： 花键副标记：花键副标记： 内花键内花键: : 628H732H107H11 GB1144-87 GB1144-87 外花键外花键: : 628f732d107d11 GB1144-87 GB1144-87 871144 11 11 7 10 10 32 7 7 286GB d H a H f H D B d 30 三）矩形花键的定心方式三）矩形花键的定心方式 矩形花键的定心方式有三种矩

27、形花键的定心方式有三种 1、小径定心、小径定心 国家标准规定首先采用国家标准规定首先采用 定心精度高。如图示。定心精度高。如图示。 2、大径定心、大径定心 定心精度不高定心精度不高 3、齿侧定心、齿侧定心 用于定心精度要求不高，用于定心精度要求不高， 载荷大的情况，要求齿侧受力载荷大的情况，要求齿侧受力 均匀处。均匀处。 31 渐开线花键的类型及应用渐开线花键的类型及应用 齿形定心。齿根强度高，应力集中小，齿形定心。齿根强度高，应力集中小， 易于定心。承载能力大易于定心。承载能力大 齿数多，模数小，齿短，承载能力低，齿数多，模数小，齿短，承载能力低， 用于轻载。适用于轴和薄壁零件的连接用于轻载

28、。适用于轴和薄壁零件的连接 压力角为压力角为30度度 压力角为压力角为45度度 渐开线花键的齿廓为渐开线，可用制造齿轮的方法来加工。渐开线花键的齿廓为渐开线，可用制造齿轮的方法来加工。 与渐开线齿轮相比，花键齿较短，齿根较宽，不发生根切与渐开线齿轮相比，花键齿较短，齿根较宽，不发生根切 齿数较少。齿数较少。 32 花键连接的受力情况如右图。其主要失效形 式仍是工作面被压溃（静连接）或工作面过度磨 损（动连接）。静连接按挤压应力进行强度计算， 动连接按工作面上压力进行计算。 强度计算时，假定载荷在键的工作面上均匀 分布，且压力的合力F作用在平均直径dm处，并 引入载荷分配不均匀系数y，则花键连接的强度 校核式为： p m 3 p 102 y zhld T 静连接： p zhld T p m 3 102 y 动连接： 8 . 07 . 0y 上两式中: 矩形花键 C dD h2 2 键的工作高度为： 花键连接2 p、p为花键连接的许用挤压应力和许用压力 渐开线花键 a=30，h=m a=45，h=0.8m 三、花键链接强度计算三、花键链接强度计算 33 型面连接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔配合 以传递运动和转矩的可拆联接，它是无键联接的一种型式。 在家用机械、办公机