机械设计第6章键花键无键联接销连接

1、61键连接键连接 第第6章键、花键、无键连接和销连接章键、花键、无键连接和销连接62花键连接花键连接 63无键连接无键连接 64销连接销连接 6 61键连接和花键连接键连接和花键连接作用：作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩， 或实现零件的轴向固定或移动。或实现零件的轴向固定或移动。一、键连接的类型一、键连接的类型类型：类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。平键、半圆键、楔键、切向键等。1. 平键平键连接连接工作面工作面特点：特点：定心好、装拆方便。定心好、装拆方便。种类种类普通平键普通平键导向平键导向平键间隙间隙潘存云教授研制潘存云教授研制轴

2、轴潘存云教授研制普通普通平键平键结构结构单圆头单圆头(C型型)圆头圆头(A型型)平头平头(B型型)用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。用盘铣刀加工，轴的应力集中小。用盘铣刀加工，轴的应力集中小。用于轴端用于轴端普通平键应用最广。普通平键应用最广。A型型B型型C型型盘铣刀盘铣刀 薄型平键薄型平键的高度为普通平键的的高度为普通平键的6070%，也分圆头、，也分圆头、平头、单圆头三种。传递扭矩能力低，常用于薄壁结构、平头、单圆头三种。传递扭矩能力低，常用于薄壁结构、空心轴等径向尺寸受限制的场合。空心轴等径向尺寸受限制的场合。起键螺孔起键螺孔导向平键导向

3、平键零件可以在轴上移动，构成动连接。零件可以在轴上移动，构成动连接。滑移距离较大时，平键过长，制造困难，故可采用滑键。结构特点：结构特点：长度较长，需用螺钉固定。长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆，制有起键螺孔。为便于装拆，制有起键螺孔。潘存云教授研制固定螺钉固定螺钉潘存云教授研制潘存云教授研制起键螺孔起键螺孔固定螺钉固定螺钉双钩头滑键双钩头滑键结构特点：结构特点：两端有钩头，键固定在轮毂上，键短，槽长。两端有钩头，键固定在轮毂上，键短，槽长。潘存云教授研制潘存云教授研制单圆钩头滑键单圆钩头滑键结构特点：结构特点：单圆钩头，嵌入轮毂中。单圆钩头，嵌入轮毂中。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教

4、授研制表表6-1普通平键和键槽尺寸（普通平键和键槽尺寸（GB1095 79、GB1096 79） A型型B型型C型型bhR=b/2C 45或或rLLLbhbtd- -tbt1d+t1标记实例：标记实例： 圆头普通平键圆头普通平键(A型型): 键键16100 GB1096 79 方头普通平键方头普通平键(B型型): 键键B16100 GB1096 79单圆头普通平键单圆头普通平键(C型型) : 键键C16100 GB1096 79潘存云教授研制d潘存云教授研制d b h C或或r L t t1 半径半径r 续表续表6-1键的尺寸键的尺寸键键 槽槽轴的直径轴的直径自自 68 2 2 620 1.2

5、 1 810 3 3 0.160.25 636 1.8 1.4 0.080.16 1012 4 4 845 2.5 1.8 1217 5 5 1056 3.0 2.3 1722 6 6 0.250.4 1470 3.5 2.8 0.160.25 2230 8 7 1890 4.0 3.3 3038 10 8 22110 5.0 3.3 3844 12 8 28140 5.0 3.3 4450 14 9 0.40.6 36160 5.5 3.8 0.250.4 5058 16 10 45180 6.5 4.3 5865 18 11 50200 7.0 4.4 6575 20 12 56220 7

6、.5 4.9 7585 22 14 63250 9.0 5.40.60.8 0.40.6潘存云教授研制2. 半圆键半圆键连接连接优点：优点：定心好，装配方便。定心好，装配方便。因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。缺点：缺点：对轴的削弱较大，只适对轴的削弱较大，只适 用于轻载连接。用于轻载连接。特别适用于锥形轴端的连接。特别适用于锥形轴端的连接。潘存云教授研制工作面工作面潘存云教授研制3. 楔键楔键连接和切向键连接连接和切向键连接结构特点：结构特点：键的上表面有键的上表面有1:100的斜度，的斜度， 轮毂槽的底面也有轮毂槽的底面也有1:100的斜度。的斜度。缺点：缺点：定心精度不高。定心精度

7、不高。应用：应用：只能应用于定心精度不高，载荷只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的连接。平稳和低速的连接。安装时用安装时用力打入力打入工作面工作面潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制d类型类型：普通楔键、钩头楔键。普通楔键、钩头楔键。钩头是用来拆卸用的拆卸空间拆卸空间斜度斜度1:100在重型机械中常采用在重型机械中常采用切向键切向键一对楔键组成。一对楔键组成。装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120130 。窄面窄面工作面工作面潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制d二、平键连接的强度校核二、平键连接的强度校

8、核键的材料：键的材料：B 370 MPa的碳素钢，常用的碳素钢，常用45钢。钢。 键的截面尺寸键的截面尺寸b、h查表选取，长度查表选取，长度L参照轮毂长参照轮毂长度从标准中选取。度从标准中选取。键的主要失效形式：键的主要失效形式：压溃、磨损压溃、磨损(动连接动连接)、剪断。剪断。Lbh/2(1)平键连接的强度平键连接的强度p =SFt(d/2)(h/2)lT=p d h l4T=l=L-bl=L一般不会出现潘存云教授研制d挤压应力：挤压应力：bA型型bB型型lFFbdT潘存云教授研制p d h l4Tp=对于导向平键连接，计算依据是磨损，应限制压强：对于导向平键连接，计算依据是磨损，应限制压强

9、：钢钢 125150 100120 6090表表6-2键连接的许用挤压应力、许用压力键连接的许用挤压应力、许用压力 许用值许用值 轮毂材料轮毂材料静载荷静载荷 轻微冲击轻微冲击 冲冲 击击载载 荷荷 性性 质质铸铁铸铁 7080 5060 3045钢钢 50 40 30 p p 2)半圆键连接强度计算半圆键连接强度计算p kl d 2Tp =lkFyd/2l近似为公称长度用于静连接，失效形式为表面压溃潘存云教授研制潘存云教授研制d潘存云教授研制若强度不足时，可采用双键连接。考虑到载荷分布若强度不足时，可采用双键连接。考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按的不均匀性，校核强度时按1.5个键计算。

10、个键计算。双键布置规则：双键布置规则：平键：平键： 按按180布置；布置；半圆键：同一条母线上；半圆键：同一条母线上；楔键：楔键： 夹角成夹角成120 130 120 130 例题：课本108页键连接设计步骤：1.选择键连接类型和尺寸2.校核键连接的强度北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 一、花键连接的类型、特点和应用一、花键连接的类型、特点和应用(1)均匀受力；均匀受力；6 62花键连接花键连接结构特点：结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。组成：组成： 外花键、内花键。外花键、内花键。优点：优点：(2)对轴的削弱程度小对轴的削弱程度小;(3)负载能

11、力高负载能力高; 齿数多，总接触面积大(4)轴上零件与轴的对中性好；轴上零件与轴的对中性好；对高速及精密机器很重要(5)导向性好导向性好; 对动连接很重要(6)可用磨削方法提高加工精度可用磨削方法提高加工精度及连接质量。及连接质量。潘存云教授研制潘存云教授研制因齿槽浅，齿根应力集中小轴和轮毂直接而均匀制出齿与槽缺点：缺点：齿根仍有应力集中，需专齿根仍有应力集中，需专 用设备制造，成本高。用设备制造，成本高。潘存云教授研制应用：应用：定心精度要求高、载荷大，或经常滑移的连接。定心精度要求高、载荷大，或经常滑移的连接。潘存云教授研制类型类型潘存云教授研制制造容易，应用最广。制造容易，应用最广。用于

12、高强度连接。用于高强度连接。用于薄壁零件连接。用于薄壁零件连接。 矩形花键矩形花键 渐开线花键渐开线花键 三角形花键三角形花键 (1)矩形花键矩形花键轻系列：轻系列：轻系列的承载能力较小，多用于静连接和轻系列的承载能力较小，多用于静连接和 轻载连接；轻载连接；按齿高的不同，矩形花键的齿型尺寸在标准中规定了两个系列，中系列：中系列：中系列用于中等载荷的连接。中系列用于中等载荷的连接。定心方式：定心方式：小径定心小径定心精度高，稳定性好。精度高，稳定性好。(2)渐开线花键渐开线花键 分为分为=30 ，=45 两种，对应的齿顶高分别为：两种，对应的齿顶高分别为：与渐开线齿轮相比，花键齿短，齿根宽，不

13、产与渐开线齿轮相比，花键齿短，齿根宽，不产生根切的最小齿数较少。生根切的最小齿数较少。定心方式：定心方式：齿形定心齿形定心具有自动定心作用，受力均匀。具有自动定心作用，受力均匀。=45 =30 h*=0.5m, h*= 0.4m潘存云教授研制df潘存云教授研制df特点：特点：制造工艺性好，精度高，齿根强度高，易于定心。制造工艺性好，精度高，齿根强度高，易于定心。常用于传递大扭矩和大轴径的场合。常用于传递大扭矩和大轴径的场合。=45 的花键工作的花键工作面高度较小，承载能力较低，多用于载荷较轻，直径较面高度较小，承载能力较低，多用于载荷较轻，直径较小的静连接。特别适用于薄壁零件的连接。小的静连接

14、。特别适用于薄壁零件的连接。潘存云教授研制设各齿压力的合力作用在平均半径设各齿压力的合力作用在平均半径rm处，取不均匀系处，取不均匀系数数 =0.70.8，则花键连接所能传递的扭矩为则花键连接所能传递的扭矩为静连接静连接 T =zhlrm p 动连接动连接 T =zhl rm p p l为接触长度；为接触长度；h为齿面工作高度；为齿面工作高度；h =(D d)/2 2Crm=(D+d)/4C为齿顶倒圆半径。为齿顶倒圆半径。D/2d/2hrmCCFt二、花键连接强度计算二、花键连接强度计算失效形式：失效形式：工作面被压溃（静连接）；工作面被压溃（静连接）； 工作面过度磨损（动连接）工作面过度磨损

15、（动连接）一般只验算挤压强度和耐磨性。一般只验算挤压强度和耐磨性。潘存云教授研制静连接静连接动连接动连接花键连接强度条件：花键连接强度条件：p zh ldm2Tp =p =2Tp zh ldm不良不良 3550 4070 表表6-3花键连接的许用挤压应力花键连接的许用挤压应力 p 和许用压强和许用压强 p 连接工作方式连接工作方式齿面未经热处理齿面未经热处理 齿面经热处理齿面经热处理 p 或或 p 中等中等 60100 100140良好良好 80120 120200动连接动连接 p ( (空载下移动空载下移动) )静连接静连接 p 工作条件工作条件动连接动连接 p ( (在载荷下移动在载荷下移

16、动) )不良不良 1520 2535中等中等 2030 3060良好良好 2540 4070不良不良 - 310中等中等 - 315良好良好 - 10206 63无键连接无键连接 型面连接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与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连接，相同轮廓的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆连接，它是无键连接的一种型式。它是无键连接的一种型式。一、型面连接一、型面连接 在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、注塑零件。要注塑出各种各样的非圆形孔是毫无困难注塑零件。要注塑出各种各样的非圆形孔

17、是毫无困难的，故型面连接的应用获得了发展。应用较多的是带的，故型面连接的应用获得了发展。应用较多的是带切口圆形和正六边形型面。切口圆形和正六边形型面。 由于型面连接要用到由于型面连接要用到非圆形孔，以前因其加工非圆形孔，以前因其加工困难，限制了型面连接的困难，限制了型面连接的应用。应用。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制配合部配合部分形状分形状柱体柱体锥体锥体只能传递扭矩只能传递扭矩能同时传递扭矩和轴向力，能同时传递扭矩和轴向力，用于不用于不允许有间隙和要求高可靠性的场合。允许有间隙和要求高可靠性的场合。(1)装拆方便，对中性好；装拆方便，对中性好；型面连接的特点：型面连接的特点：(2

18、)连接面上没有应力键槽和尖角，减少了应力集中；连接面上没有应力键槽和尖角，减少了应力集中；(3)可传递较大的扭矩；可传递较大的扭矩；(4)切削加工有难度，不易保证配合精度。切削加工有难度，不易保证配合精度。但随着成型工艺的发展，促进了型面连接的应用。DD常用连接型面有：常用连接型面有：带切口的圆形带切口的圆形电风扇方形方形六边形六边形等距曲线等距曲线胀紧连接是在轴与毂孔之胀紧连接是在轴与毂孔之间装配一个或几个胀紧连接套，间装配一个或几个胀紧连接套，在轴向力的作用下，同时胀紧在轴向力的作用下，同时胀紧轴与毂产生压紧力，靠摩擦力轴与毂产生压紧力，靠摩擦力传递转矩和轴向力的一种静连传递转矩和轴向力的

19、一种静连接。接。二、胀紧连接二、胀紧连接 结构类型：结构类型：Z1型胀套、型胀套、Z2型胀套型胀套潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制两个胀紧套两个胀紧套1) Z1型胀套型胀套2) Z2型胀套型胀套 Z1型胀套中，与轴或毂孔贴合的套筒均有纵向间隙，以利于变形和胀紧。拧紧连接螺钉，便可以将轴和毂涨紧。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一个胀紧套一个胀紧套潘存云教授研制潘存云教授研制各种胀套已各种胀套已标准化标准化，可根据轴与毂，可根据轴与毂孔尺寸以及传递载荷的大小，从标准中孔尺寸以及传递载荷的大小，从标准中选用合适的型号与尺寸。选用合适的型号与尺寸。胀套尺寸的选择胀套

20、尺寸的选择Dd选择时应满足：选择时应满足： TT传递转矩时传递转矩时 aaFF传递轴向力时传递轴向力时 22Raa2TFFFd同时传递转矩和轴向力时同时传递转矩和轴向力时 TmTm当一个胀套不满足要求时，可用两个以上的胀套串联当一个胀套不满足要求时，可用两个以上的胀套串联使用，此时总的额定载荷为使用，此时总的额定载荷为m为额定载荷系数。为额定载荷系数。胀套连接的优点：胀套连接的优点： 定心好、装拆方便，引起的应力集中较小，承载定心好、装拆方便，引起的应力集中较小，承载能力较高，并且有安全保护作用。能力较高，并且有安全保护作用。缺点：缺点：由于轴与毂孔之间要安装胀套，有时应用受结由于轴与毂孔之间

21、要安装胀套，有时应用受结构尺寸的限制。构尺寸的限制。6 64销连接销连接作用：作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。按用途分按用途分类类型型定位销定位销潘存云教授研制按形状分按形状分定位销：定位销：用来固定零件之间的相用来固定零件之间的相对位置，它是组合加工和装配时对位置，它是组合加工和装配时的重要辅助零件。通常不受载荷的重要辅助零件。通常不受载荷或只受很小的载荷，故不作强度或只受很小的载荷，故不作强度校核计算，其直径按结构确定，校核计算，其直径按结构确定，数目一般不少于数目一般不少于2 2个。个。6 64销连接销连接作用：作用：固定零件

22、之间的相对位置，并可传递不大的载荷。固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。按用途分按用途分类类型型定位销定位销连接销连接销潘存云教授研制按形状分按形状分连接销：连接销：用来实现两零件之间的用来实现两零件之间的连接，可用来传递不大的载荷。连接，可用来传递不大的载荷。其类型可根据工作要求选定，其其类型可根据工作要求选定，其尺寸可根据连接的结构特点按经尺寸可根据连接的结构特点按经验或规范确定。必要时再按剪切验或规范确定。必要时再按剪切和挤压强度条件进行校核计算。和挤压强度条件进行校核计算。6 64销连接销连接作用：作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。固定零件之间的相对位置，并可传

23、递不大的载荷。按用途分按用途分类类型型定位销定位销安全销安全销连接销连接销潘存云教授研制按形状分按形状分安全销：安全销：作为安全装置中的过载剪作为安全装置中的过载剪切元件。安全销在过载时被剪断，切元件。安全销在过载时被剪断，因此，销的直径应按剪切条件确定。因此，销的直径应按剪切条件确定。为了确保安全销被剪断而不提前发为了确保安全销被剪断而不提前发生挤压破坏，通常可在安全销上加生挤压破坏，通常可在安全销上加一个销套。一个销套。6 64销连接销连接作用：作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。按用途分按用途分类类型型定位销定位销安全销安全销连接销连接销按形状分按形状分圆柱销圆柱销潘存云教授研制特点：特点：为过盈配合，经多次拆为过盈配合，经多次拆装后，定位精度会降低；有装后，定位精度会降低；有u8u8、m6m6、h8h8、h11h11四种直径偏差可供四种直径偏差可供选择，以满足不同要求。选择，以满足不同要求。潘存云教授研制潘存云教授研制6 64销连接销连接作用：作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。固定零件之间