机械设计 (4)

1、第4章 键、销及铆钉联接 4.1 平键联接 4.2 平键的选择和平键联接的强度校核 4.3 楔键联接和花键联接 4.4 销钉联接 4.5 铆钉联接 键、销联接简介 键(key)、销(pin)：主要用来实现轴和轴上零件之间的周向固定，以传递转矩和运动。 键、销联接是可拆联接，通常是先根据各类键、销的应用特点、工作情况来选择键、销的类型及尺寸，必要时再对键或销进行强度校核。 铆钉联接是用铆钉将被联接件联接在一起的一种不可拆联接，铆接多用于机架、外壳以及压力容器等的联接。4.1 平键联接 平键（square key)是矩形截面的联接键 平键在工作时，键的两侧面同轴及轮毂上的键槽侧壁相互接触以传递转矩

2、，键侧是工作面。 键的上表面与轮毂之间有间隙，是非工作面。 联接特点:转动零件在轴上的定心性好，装拆方便。 按用途平键分为：普通平键（GB109679） 导向平键（GB109779） 滑键 较高较小的薄键（GB156679） 普通平键：圆头平键 （各种键的键槽不同，特点不 同，指状铣刀铣出） 平头平键（盘状铣刀铣出，常用螺钉紧固） 单圆头平键（一般用于一端开通的键槽） 导键和滑键联接都是动连接。 导键固定在轴上，轴上的零件可以滑动。 滑键固定在轮毂上，随着轴上零件一起在轴上滑动。 键与其相对滑动的键槽之间为间隙配合，且表面粗糙度值应较低，以减少摩擦力。 当轴向移动距离较大时，宜采用滑键，因为如

3、用导键，键将很长，增加制造难度。 半圆键半圆键 键是圆钢制成或冲压磨削而成，轴向键槽用与半径相同的铣刀加工而成。 优点：键能在轴槽中摆动，适应轮毂上键槽底面的倾斜要求，故加工装配方便。 缺点：轴槽较深，对轴的强度影响较大。 用途：半圆键用于静联接，键的侧面是工作面，多用于锥面联接部位。4.2 平键的选择和平键联接的强度校核 平键已标准化：选择方法是按轴径d的大小从标准中选出平键的宽度和高度尺寸bh, 然后根据轮毂的宽度B从标准中选取键的长度L，L应小于或等于轮毂的宽度。 且L=1.5d 键的材料： b不小于600Mpa的碳素钢，如45钢等，也可以在其它特殊场合下用到20钢或A3。 平键的失效形

4、式：主要是压溃和剪断 键上的剪切力：FT/(d/2) 挤压面积：k*l，剪切面积：b*l 其中k为键与轮毂槽的接触高度： 可在标准中查出，也可近似的按k=h/2计算。 l 为键的有效工作长度: 对于圆头平键:l=L-b 对于单圆头平键：l=L-b/2 平头平键：l=L 挤压强度和剪切强度的校核公式为： 强度不足时，可用两键180布置 载荷分布不均匀时可作适当的处理,T*1.5 许用剪切应力和挤压应力见表41(课本p50)ppdklT2 dblT24.3 斜键联接和花键联接 4.3.1 斜键联接 斜键联接可以分为楔键联接和切向键联接 一.楔键联接(gib-head taper key) 上下面为

5、工作表面，键的两侧面有间隙。 键的上表面有1:100的斜度，轮毂槽也有相同的斜度。 工作时主要靠摩擦力fN传递转矩T，并能轴向固定零件和承受单向的轴向力。 二.切向键联接 两个斜度为1:100的单边倾斜楔组成，装配后，两楔以斜面相互贴合，共同楔合在轴毂之间，切向键的上下面是工作面，键在联接时必须有一个工作面处于包含轴心线的平面之内。 工作面上的挤压力沿轴的切向作用，而靠挤压力传递转矩，轴、毂之间虽有摩擦力，但主要不依靠它传递转矩，如果转矩要变向，须用两个切向键，切向键也可以传递单向轴向力。由于打入斜键时，会产生很大的径向力，迫使轴和毂产生偏心e，其次在振动、冲击或变载荷作用下容易松动，因此斜键

6、仅用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速传动的联接。 4.3.2 花键联接 花键联接靠轴和毂上的纵向齿的相互挤压传递转矩，可以用于静联接和动连接 根据齿形不同可分： 矩形 （GB114487） 渐开线（GB3478.183） 三角形 根据定心方式不同可分： 外径定心，内径定心和键侧定心 特点和应用场合。 新标准中规定，矩形花键联接以内径定心，有轻，中两个系列，分别适用于载荷较轻或中等的场合。制造时，轴和毂上的结合面都要经过磨削，故键的热处理后的表面硬度应该高于40HRC。矩形花键具有定心精度高，应力集中较小，承载能力较大等优点，故应用很广。 在目前生产中，还有按旧标准生产的以外径定心和侧面定心的

7、矩形花键联接。 外径定心适用于毂孔表面硬度不高于40HRC，键槽可用拉刀加工的情况。 侧面定心因压力易于沿键长方向得到均匀分布，故较适用于载荷较重的场合，但不能保证轴毂的精确定心。 新标准规定渐开线花键联接时由作用于齿面上的压力自动平衡来定心的，渐开线的制造工艺和齿轮制造完全相同，但压力角有30和45两种，齿根有平齿根和圆齿根两种。 为了便于加工，一般选用平齿根，但圆齿根有利于降低应力集中和减少产生淬火裂纹的可能性。 渐开线花键联接具有承载能力大，使用寿命长，定心精度高等特点，宜用于载荷较大，尺寸也较大的联接，在目前生产中，也有以外径定心的，这时需要专门的滚刀和插刀切齿，常用于径向载荷较大的动

8、联接。 细齿渐开线花键的齿较细，有时可作成三角形。这种联接适用于载荷很轻或薄壁零件的轴毂联接，也可用作锥形轴上的辅助联接。 与平键比较，花键联接有以下优点： 1）齿对称分布，使轴毂受力匀称； 2）齿轴一体而且齿槽较浅，齿根的应力集中较小，被联接件的强度削弱较少； 3）齿数多，总接触面积大，压力分布较均匀，这些都使联接具有较高的承载能力。 此外，齿可利用较完善的制造工艺，因而被联接件能得到较好的定心和轴上零件沿轴移动时能得到较好的导引，而且零件的互换性也容易保证。 以上各点使花键联接的应用日趋广泛，特别是作为轴毂的动联接更有其独特的优越性。 但是，齿的制造要用专门的设备和工具，这就使花键联接的应

9、用受到一定的限制。花键联接的计算 花键联接的设计通常是先选联接的类型和方式，查出标准尺寸，然后再作强度验算，联接的可能失效有：齿面的压溃和磨损，齿根的剪断或弯断等，对于实际采用的材料组合和标准尺寸来说，齿面的压溃和磨损常是主要的失效形式，因此，一般只作联接的挤压强度或耐磨性计算。 z 齿数， h 齿面的工作高度， l齿的接触长度，p花键联接的许用挤压强度，p 花键联接的许用压强。 rm 平均半径pmrlkzhTprlkzhTm 花键联接的零件多用强度极限不低于600Mpa的钢料制成，多数要经多热处理（特别是在频繁移动的齿上）以便获得足够的硬度抗磨。4.4 销钉联接 销：主要用来固定零件之间的相

10、对位置，也可以联接以传递不大的载荷，还可以作为安全装置中的过载剪断元件，是组合加工中和装配中的重要辅助零件。 销的材料一般用强度极限不低于500Mpa-600Mpa的碳素结构钢（如35、45）和易切钢（ Y12）等 圆柱销（GB11986）靠微量的过盈固定在孔中，径多次拆装会降低定位精度和联接可靠性。 圆锥销（GB11786）有1：50的锥度，可以自锁，可以多次拆装，所以定位精度高，拆装方便。 特殊形式： 弹性圆柱销（GB87986） 内螺纹圆锥销（GB12086）； 螺尾圆锥销（GB88186）可用与销孔没有开通或拆卸困难的场合； 开尾圆锥销（GB87786）可以保证销在冲击、振动或变载下不致松脱； 槽销：用弹簧钢滚压或模锻而成，有纵向凹槽，由于材料的弹性，销挤紧在销孔中，销孔无需铰光，槽销多用于