第10-11章键、花键连接

1、 第第 10章章 连接连接10-11键连接、花键联接键连接、花键联接 10.11 键联接键联接 键联接由键联接由键、轴和轮毂键、轴和轮毂组成，它主要用以实现轴和轮组成，它主要用以实现轴和轮毂的周向固定和传递转矩。毂的周向固定和传递转矩。 键联接的主要类型有：键联接的主要类型有：平键联接、半圆键联接、楔键平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接。联接和切向键联接。 10.11.1 平键联接平键联接 如图示，如图示，平键的两侧面是工平键的两侧面是工作面，作面，平键的上表面与轮毂槽底平键的上表面与轮毂槽底之间留有间隙。常用的平键有之间留有间隙。常用的平键有普普通平键和导向平键。通平键和导向平键。h

2、d+t1图图1033（a）平键联接平键联接1 松联接松联接（1）平键联接）平键联接 结构结构:键两侧与键槽相配合键两侧与键槽相配合(静联接为过渡静联接为过渡配合配合, 动联接为间隙配合动联接为间隙配合), 上端面与轮毂上端面与轮毂键槽底面有间隙键槽底面有间隙 工作原理工作原理:两侧面是工作面，靠两侧面挤两侧面是工作面，靠两侧面挤压传递转矩压传递转矩 失效形式失效形式: 静联接：工作面挤溃，键剪断静联接：工作面挤溃，键剪断 动联接：工作面磨损动联接：工作面磨损 特点：特点：结构简单，装折方便，对中性好，承载能力大，应用广泛结构简单，装折方便，对中性好，承载能力大，应用广泛 成对使用成对使用: :

3、承载能力不够时采用承载能力不够时采用, 按按 180布置两个键。一对平键按布置两个键。一对平键按1.5 个键计算个键计算机械设计基础联接普通平键普通平键按其结构按其结构可分为：可分为：圆头圆头（称为（称为A型，如图型，如图1033b）bL(b)图图1033 平键联接平键联接A型键在键槽中固定良好，但型键在键槽中固定良好，但轴上键槽引起的应力集中较大；轴上键槽引起的应力集中较大；普通平键普通平键按其结构按其结构可分为：可分为：圆头（称为圆头（称为A型，如图型，如图1033b）方头方头（称为（称为B型，如图型，如图1033c）图图1033 平键联接平键联接bL(c)当键尺寸较大时，宜用紧定螺当键尺

4、寸较大时，宜用紧定螺钉将键固定在键槽中，以防松钉将键固定在键槽中，以防松动；动；平键分类平键分类 普通平键普通平键 (圆头圆头)型：型：立铣刀，键定位好，轴应力集中大立铣刀，键定位好，轴应力集中大 (平头平头)型：型：盘铣刀，轴向键无定位，应力集中小盘铣刀，轴向键无定位，应力集中小 (单圆头单圆头)型：型：立铣刀加工，用于轴端立铣刀加工，用于轴端 导向平键导向平键 键固定于轴上键固定于轴上, 滑移距离小滑移距离小普通平键普通平键按其结构按其结构可分为：可分为：圆头（称为圆头（称为A型，如图型，如图1033b）方头（称为方头（称为B型，如图型，如图1033c）单圆头单圆头（称为（称为C型，如图型

5、，如图1033d）图图1033 平键联接平键联接bL(d)C型键主要用于轴端与轮毂的联接型键主要用于轴端与轮毂的联接 。 导向平键的键较长，键导向平键的键较长，键用螺钉固定在键槽中，用螺钉固定在键槽中，键与轮毂之间采用间隙键与轮毂之间采用间隙配合，轴上零件可沿键配合，轴上零件可沿键作轴向滑移。作轴向滑移。图图1033 平键联接平键联接bL(e) 10.11.2 半圆键联接半圆键联接 半圆键的工作面也是键的两个侧面。半圆键的工作面也是键的两个侧面。半圆键可在槽中绕其几何中心摆动以适应毂槽底面的倾斜。半圆键可在槽中绕其几何中心摆动以适应毂槽底面的倾斜。优点：优点：工艺性好，装配方便，工艺性好，装配

6、方便， 适用于锥形轴端与轮适用于锥形轴端与轮 毂的联接毂的联接缺点：缺点：键槽较深，对轴的强度键槽较深，对轴的强度 削弱较大削弱较大图图1034 半圆键联接半圆键联接适用：适用：轻载连接轻载连接(2) 半圆键联接半圆键联接 结构结构: 工作原理工作原理: 两侧面是工作面，侧面两侧面是工作面，侧面挤压传递转矩挤压传递转矩 构造与加工构造与加工: 键键: 用圆钢切制或冲压用圆钢切制或冲压后磨削后磨削 键槽键槽: 盘状铣刀加工盘状铣刀加工 失效形式失效形式: 键剪断键剪断, 工作面压溃工作面压溃 特点特点: 便于安装便于安装, 对中好对中好, 用于锥形轴端用于锥形轴端, 但对轴削弱大但对轴削弱大 成

7、对使用成对使用: 承载能力不够时用承载能力不够时用, 沿同一沿同一母线布置母线布置 10.11.3 楔键联接和切向键联接楔键联接和切向键联接楔键的上、下两面为楔键的上、下两面为 工作面。工作面。图图1035 楔键联接楔键联接fNN工作面NfNedT斜度斜度1：100 楔键分为楔键分为普通楔键和钩头楔键普通楔键和钩头楔键两种，钩头楔键的钩头两种，钩头楔键的钩头是为了便于拆卸。是为了便于拆卸。 楔键的上表面和它相配合的轮毂键槽底面均有楔键的上表面和它相配合的轮毂键槽底面均有1：100的斜度。楔键的上、下表面受挤压，工作时靠这个挤压产的斜度。楔键的上、下表面受挤压，工作时靠这个挤压产生的摩擦力传递转

8、矩。生的摩擦力传递转矩。图图1035 楔键联接楔键联接斜度斜度1：100斜度斜度1：100拆卸空间拆卸空间安装时安装时用力打入用力打入 楔键的缺点：楔键的缺点：楔键楔紧后，轴和轮毂的配合产生偏心楔键楔紧后，轴和轮毂的配合产生偏心和偏斜，只能用于定心精度要求不高和低转速的场合。和偏斜，只能用于定心精度要求不高和低转速的场合。 切向键由一对楔键组成切向键由一对楔键组成, 能能传递很大的转矩。传递很大的转矩。图图1036(a) 切向键联接切向键联接斜度斜度1：100 用一对切向键时，只能单向传递转矩，当要双向传递用一对切向键时，只能单向传递转矩，当要双向传递转矩时，须采用两对切向键。由于切向键对轴的

9、强度削弱转矩时，须采用两对切向键。由于切向键对轴的强度削弱较大，因此常用于直径大于较大，因此常用于直径大于100mm的轴上。的轴上。120dT斜度斜度1：100工作面工作面图图1036(b) 切向键联接切向键联接dTT 10.11.4 平键联接的选择和计算平键联接的选择和计算根据工作要求根据工作要求选择键的类型选择键的类型根据轴径根据轴径d查取查取键的宽度键的宽度b和高度和高度h参照轮毂长度参照轮毂长度选取键的长度选取键的长度L键联接的强度校核键联接的强度校核 键联接的设计步骤：键联接的设计步骤：表表109 普通平键和键槽的尺寸（参看图普通平键和键槽的尺寸（参看图1033）轴的直径轴的直径D键

10、的尺寸键的尺寸键槽键槽轴的直径轴的直径d键的尺寸键的尺寸键槽键槽bhLtt1bhLtt1810336361.81.43844128281405.03.31012448452.51.84450149361605.53.812175510563.02.350581610451806.04.317226614703.52.858651811502007.04.422308718904.03.365752012562207.54.93038108221105.03.375852214632509.05.4 L系列系列 6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45

11、、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、250 注：在工作图中，轴槽深用（注：在工作图中，轴槽深用（d-t）或）或t标注，毂槽深用（标注，毂槽深用（d+t）或）或t1标注。标注。 键的材料一般采用抗拉强度不低于键的材料一般采用抗拉强度不低于600N/mm2的碳素的碳素钢。钢。 平键联接的主要失效形式是工作面的压溃平键联接的主要失效形式是工作面的压溃，除非有严，除非有严重的过载，一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作重的过载，一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作面上挤压应力进行强度校核计算。面上挤压应力进行强度校核计算。 导向平键联接的

12、主要失效形式是过度磨损导向平键联接的主要失效形式是过度磨损, 因此，可因此，可按工作面上的压强进行条件性强度校核计算。按工作面上的压强进行条件性强度校核计算。 如图示，假定载荷在键的工如图示，假定载荷在键的工作面上均匀分布，并假设作面上均匀分布，并假设k h/2。则挤压强度条件为：则挤压强度条件为： 对导向平键联接应限制压强对导向平键联接应限制压强p以避免过渡磨损，即：以避免过渡磨损，即： )(N/mm 4/22pccpdhLTkLdT（1026） )/(4/22mmNpdhLTkLdTpcc（1027） 式中：式中： h键的高度，键的高度，mm； d 轴径，轴径，mm Lc键的计算长度（对键

13、的计算长度（对A型键，型键，LcLb），），mm；NbkNdTaay d/2O图图1037 平键上的受力平键上的受力 T传递的转矩，传递的转矩，N.mm； p和和p分别为联接的许用挤压应力和许用压强，分别为联接的许用挤压应力和许用压强，N/mm。表表1010 键联接的许用挤压应力和许用压强键联接的许用挤压应力和许用压强许用值轮毂材料载荷性质 p静载荷轻微冲击冲击钢1251501001206090铸铁708050603045p钢504030 在设计使用中若单个键的强度不够，可采用双键在设计使用中若单个键的强度不够，可采用双键180对称布对称布置。考虑载荷分布不均匀性，在强度较核中应按置。考虑载荷

14、分布不均匀性，在强度较核中应按1.5个键进行计算。个键进行计算。图图103939花键联接花键联接10.11.5 花键联接花键联接 花键联接花键联接由花键轴与轮毂孔相成。由花键轴与轮毂孔相成。 花键齿的侧面为工作面花键齿的侧面为工作面，工作时，工作时有多个键齿同时传递转矩，其承载能有多个键齿同时传递转矩，其承载能力比平键联接高得多。花键联接的导力比平键联接高得多。花键联接的导向性好，齿根处的应力集中较小。向性好，齿根处的应力集中较小。适用于适用于传递载荷大、定心精度要求高传递载荷大、定心精度要求高或经常需要滑移的联接。或经常需要滑移的联接。 花键按齿形分为花键按齿形分为矩形花键、渐开矩形花键、渐

15、开线花键和三角形花键线花键和三角形花键。(a) 矩形花键矩形花键(b)渐开线花键渐开线花键(c)三角形花键三角形花键三、花键联接三、花键联接 特特点：点： 受力较均匀，应力集受力较均匀，应力集中小，承载能力大中小，承载能力大 对中性好，导向性好对中性好，导向性好，精度高，精度高 需专门设备和工具需专门设备和工具, 成成本高本高 结构结构: 轴及轮毂孔周向均布轴及轮毂孔周向均布的多个键齿互相配合的多个键齿互相配合, 构成花键联接构成花键联接 工作原理工作原理: 键侧是工作面，靠键侧是工作面，靠键侧面与键槽挤压键侧面与键槽挤压传递转矩传递转矩25常用的花键联接常用的花键联接 类型类型图图 例例特特

16、 点点矩矩形形花花键键 它的齿侧面为两平行平面它的齿侧面为两平行平面, ,对对于大径为于大径为1414125125mm的矩形花键，的矩形花键，GB1144-871144-87规定用小径定心，可以规定用小径定心，可以通过磨削消除热处理变形，获得较通过磨削消除热处理变形，获得较高的定心精度。高的定心精度。渐渐开开线线花花键键 它的齿形为压力角它的齿形为压力角 =30=30( (或或4545) )的渐开线。的渐开线。三三角角形形花花键键 内花键齿形为直线齿形，外花内花键齿形为直线齿形，外花键齿形为压力角键齿形为压力角4545的渐开线。的渐开线。b 花键可用于静联接和动联接，一般只验算挤压花键可用于静

17、联接和动联接，一般只验算挤压强度和耐磨性。强度和耐磨性。 花键已经标准化，例如矩形花键的齿数花键已经标准化，例如矩形花键的齿数z、小径、小径d、大径大径D、键宽、键宽B等可以根据轴径查标准选定，设各齿等可以根据轴径查标准选定，设各齿压力的全力作用在平均半径压力的全力作用在平均半径rm处，载荷不均匀系数处，载荷不均匀系数K=0.70.8，则连接所能传递的扭矩。，则连接所能传递的扭矩。 静连接静连接 T=Kzhlrmp 动连接动连接 T=Kzhlrmp (10-28)式中：式中：l为齿的接触长度、为齿的接触长度、h为齿面工作高度，为齿面工作高度，mmP为许用压强，为许用压强，MPa。对于矩形花对于

18、矩形花 键，键， ,此处此处C为齿顶的倒圆为齿顶的倒圆半径。半径。4,22dDrCdDhm 花键连接的零件多用强度极限不低于花键连接的零件多用强度极限不低于600MPa的的钢料制造，多数需热处理，特别是在载荷下频繁移钢料制造，多数需热处理，特别是在载荷下频繁移动的花键齿，应通过热处理获得足够的硬度以抗磨动的花键齿，应通过热处理获得足够的硬度以抗磨损。花键连接的许用挤压应力和许用压强可由表损。花键连接的许用挤压应力和许用压强可由表10-11查取。查取。 10.12 销联接销联接 销联接销联接主要主要用于固定零件之间的相对位置，并能传用于固定零件之间的相对位置，并能传递较小的载荷，它还可以用于过载保护。递较小的载荷，它还可以用于过载保护。 定位销使用时应该注意：定位销使用时应该注意： 使两销相距尽可能远，以提高定位精度；一般不承使两销相距尽可能远，以提高定位精度；一般不承受载荷（或承受小载荷），故不做强度校核。直径按结受载荷（或承受小载荷），故不做强度校核。直径按结构而定；而埋入每一被联接构而定；而埋入每一被联接件的长度应大于销直径的件的长度应大于销直径的1 12 2倍。倍。图图1040 销联接销联接(a)(b) 10.12 销联接销联接 按形状的不同，销可分为按形状的不同，销可分为圆柱销、圆锥销和槽销圆柱销、圆锥销和槽销等。等。 圆柱销圆柱销靠过盈配合固定在销孔中，