机械设计第六章(西北工业大学出版社)(第八版)

1、12022-6-271第六章第六章 键连接、花键、无键连接键连接、花键、无键连接和销连接和销连接电子科技大学电子科技大学 凌丹凌丹机械设计机械设计机械电子工程学院机械电子工程学院2键连接键连接 key花键连接花键连接 spline无键连接无键连接销连接销连接4123主要内容主要内容机械电子工程学院机械电子工程学院3键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间（Shafts and hubs）的周向固定，并将转矩从轴传）的周向固定，并将转矩从轴传递到毂，或从毂传递到轴有的还能实现轴上零件递到毂，或从毂传递到轴有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动。的轴向

2、固定或轴向滑动。6.1 键连接键连接一、键连接的功能、分类、结构形式及应用一、键连接的功能、分类、结构形式及应用Keys are used to transmit torque from a component to the shaft.机械电子工程学院机械电子工程学院42022-6-27School of Mechatronics, UESTC46.1 键连接键连接机械电子工程学院机械电子工程学院5键连接的类型键连接的类型平键连接平键连接 Flat key半圆键连接半圆键连接 Woodruff key 楔键连接楔键连接 Tapered key 切向键连接切向键连接 tangential ke

3、y 6.1 键连接键连接机械电子工程学院机械电子工程学院61. 平键连接平键连接平键连接按用途分类平键连接按用途分类普通平键普通平键 用于静连接用于静连接导向键导向键滑动键滑动键 用于动连接用于动连接（1）普通平键连接）普通平键连接主要失效形式是主要失效形式是键的剪键的剪断断和和工作面压溃工作面压溃。工作面是键的工作面是键的两侧面；两侧面；键的上表面和轮毂的键键的上表面和轮毂的键槽底面之间留有间隙；槽底面之间留有间隙；不能承受轴向力，对轴上不能承受轴向力，对轴上零件不起轴向固定作用。零件不起轴向固定作用。机械电子工程学院机械电子工程学院7圆头：用指状铣刀加工键槽，应力集中大圆头：用指状铣刀加工

4、键槽，应力集中大平头：用盘状铣刀加工键槽，应力集中小，紧定螺钉固定平头：用盘状铣刀加工键槽，应力集中小，紧定螺钉固定单圆头：用指状铣刀加工键槽，用于轴端单圆头：用指状铣刀加工键槽，用于轴端普通平键的结构形式普通平键的结构形式键在键槽中固定良好；键在键槽中固定良好；键的圆头部分不参与工作。键的圆头部分不参与工作。键在键槽中固定不好，需键在键槽中固定不好，需使用紧定螺钉固定。使用紧定螺钉固定。通常用于轴端通常用于轴端的轴毂连接的轴毂连接机械电子工程学院机械电子工程学院8键槽键槽机械电子工程学院机械电子工程学院9（2）导向平键连接）导向平键连接导向平键是一种较长的平键导向平键是一种较长的平键键用螺钉

5、固定在轴上的键槽中键用螺钉固定在轴上的键槽中轴上的传动零件可沿键作轴向滑移。轴上的传动零件可沿键作轴向滑移。机械电子工程学院机械电子工程学院10主要失效形式是键的工作面过度磨损。主要失效形式是键的工作面过度磨损。工作面是键的工作面是键的两侧面；两侧面；起键螺钉孔起键螺钉孔机械电子工程学院机械电子工程学院11（3）滑键）滑键当零件滑移的距离较大时，用滑键。当零件滑移的距离较大时，用滑键。滑键固定在轮毂上，滑键固定在轮毂上，轴上零件与键一起在轴上轴上零件与键一起在轴上的键槽中作轴向移动。的键槽中作轴向移动。轴上键槽很长轴上键槽很长键可以较短键可以较短机械电子工程学院机械电子工程学院122. 半圆键

6、连接半圆键连接（1）键的摆动适应毂键槽的斜度；）键的摆动适应毂键槽的斜度；（2）侧面为）侧面为工作面工作面，传递扭矩，不，传递扭矩，不 能传轴向力；能传轴向力；（3）特别适于）特别适于锥形轴端锥形轴端；（4）对）对轴削弱大轴削弱大，用于轻载。，用于轻载。机械电子工程学院机械电子工程学院132022-6-27School of Mechatronics, UESTC133. 楔键连接楔键连接键的上下两个面为工作面，分别与毂和轴上的键槽的底键的上下两个面为工作面，分别与毂和轴上的键槽的底面贴合。面贴合。装配后，键楔紧在轴和轮毂的键槽里。装配后，键楔紧在轴和轮毂的键槽里。工作时，靠键的楔紧作用来传递

7、转矩。可以承受单向的工作时，靠键的楔紧作用来传递转矩。可以承受单向的轴向载荷。轴向载荷。用于毂类零件的定心精度要求不高和转速较低的场合。用于毂类零件的定心精度要求不高和转速较低的场合。机械电子工程学院机械电子工程学院144. 切向键切向键两个单面斜楔构成两个单面斜楔构成工作面：工作面：上、下两面；上、下两面；靠靠互压互压传载，传载，有一个面必须有一个面必须与轴线共面；与轴线共面；传递双向扭矩时需用双键。传递双向扭矩时需用双键。机械电子工程学院机械电子工程学院15二、键的选择和键连接强度计算二、键的选择和键连接强度计算1. 键的选择键的选择设计时先选择类型、尺寸，再进行校核计算设计时先选择类型、

8、尺寸，再进行校核计算类型选择类型选择静连接静连接 普通平键、半圆键、花键普通平键、半圆键、花键动连接动连接 导向平键、滑键导向平键、滑键尺寸选择尺寸选择根据轴径根据轴径 d d 查标准，确定查标准，确定 b b、h h根据轮毂宽度，确定键长根据轮毂宽度，确定键长 L L机械电子工程学院机械电子工程学院16普通平键的主要尺寸普通平键的主要尺寸机械电子工程学院机械电子工程学院17键的长度应等于或略短于轮毂的长度。键的长度应等于或略短于轮毂的长度。导向键的长度按轮毂的长度及其滑动距离而定。导向键的长度按轮毂的长度及其滑动距离而定。键的长度应符合标准规定的长度系列。键的长度应符合标准规定的长度系列。应

9、考虑的具体问题应考虑的具体问题需要传递转矩的大小；需要传递转矩的大小；连接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距连接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离的长短；离的长短；对于连接的对中性的要求；对于连接的对中性的要求；键是否需要具有轴向固定的作用；键是否需要具有轴向固定的作用；1. 键在轴上的位置（在轴的中部还是端部）。键在轴上的位置（在轴的中部还是端部）。普通平键的主要尺寸普通平键的主要尺寸机械电子工程学院机械电子工程学院18键的尺寸代号键的尺寸代号键键 A 16100 GB1096-79国家标准国家标准键长度键长度键宽度键宽度b圆头普通平键圆头普通平键A型型由轮毂宽度决定由轮毂宽度决定由轴

10、径决定由轴径决定机械电子工程学院机械电子工程学院192. 键连接的强度计算键连接的强度计算平键连接的失效形式平键连接的失效形式工作面压溃工作面压溃静连接静连接防止压溃防止压溃校核挤压强度校核挤压强度工作面磨损工作面磨损动连接动连接防止磨损防止磨损校核压强校核压强（1 1）平键连接的强度计算）平键连接的强度计算机械电子工程学院机械电子工程学院202ppkldTklF设键侧面的作用力沿键的工设键侧面的作用力沿键的工作长度和高度均匀分布，则作长度和高度均匀分布，则普通平键的强度条件为普通平键的强度条件为: : 普通平键的挤压强度条件：普通平键的挤压强度条件：2. 键连接的强度计算键连接的强度计算机械

11、电子工程学院机械电子工程学院21键的工作长度键的工作长度2bLlbLlLl (圆头平键)(方头平键)(单圆头平键)2. 键连接的强度计算键连接的强度计算机械电子工程学院机械电子工程学院222bLlbLl Ll （圆头平键）（圆头平键）（平头平键）（平头平键）（单圆头平键）（单圆头平键） pkldTp 2导向平键和滑键联接的强度条件为：导向平键和滑键联接的强度条件为：2hk 式中：式中：p 、 p 为许用应力与许用压力为许用应力与许用压力2. 键连接的强度计算键连接的强度计算机械电子工程学院机械电子工程学院23讨 论如果强度不满足要求，怎么办？如果强度不满足要求，怎么办？增加键的长度；增加键的长

12、度；增大轴径；增大轴径；采用双键；采用双键；采用花键。采用花键。机械电子工程学院机械电子工程学院24讨讨 论论如果强度不足，可采用双键。如果强度不足，可采用双键。两个平键按两个平键按180布置；布置；两个半圆键布置在轴的同一条母线上；两个半圆键布置在轴的同一条母线上；两个楔键沿圆周相隔两个楔键沿圆周相隔90120。考虑到两个键的载荷分布不均匀性，在强度校核考虑到两个键的载荷分布不均匀性，在强度校核中可按中可按1.5个键计算。个键计算。机械电子工程学院机械电子工程学院25机械电子工程学院机械电子工程学院26例例 题题 已知减速器中某直齿圆柱齿轮安装在轴的两个已知减速器中某直齿圆柱齿轮安装在轴的两

13、个支承点间，齿轮和轴的材料都是锻钢，用键构成静支承点间，齿轮和轴的材料都是锻钢，用键构成静连接。齿轮的精度等级为连接。齿轮的精度等级为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，需传递的转距，需传递的转距T2200Nm，载荷有轻微冲击。设计此键连接。，载荷有轻微冲击。设计此键连接。机械电子工程学院机械电子工程学院27键连接键连接 key花键连接花键连接 spline无键连接无键连接销连接销连接4123主要内容主要内容机械电子工程学院机械电子工程学院286.2 花键联接花键联接花键联接是由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向花键联接是由多个键齿与键槽

14、在轴和轮毂孔的周向均布而成。均布而成。花键齿侧面为工作面花键齿侧面为工作面可用于动和静联接可用于动和静联接花键是标准件。花键是标准件。机械电子工程学院机械电子工程学院29机械电子工程学院机械电子工程学院30变速箱输入轴的外花键变速箱输入轴的外花键机械电子工程学院机械电子工程学院31花键的工程应用花键的工程应用汽车变速箱汽车变速箱机械电子工程学院机械电子工程学院32花键的工程应用花键的工程应用汽车变速箱汽车变速箱机械电子工程学院机械电子工程学院33花键的工程应用花键的工程应用汽车变速箱汽车变速箱机械电子工程学院机械电子工程学院34花键联接的特点花键联接的特点齿较多、工作面积大、承载能力较高齿较多

15、、工作面积大、承载能力较高键均匀分布，各键齿受力较均匀键均匀分布，各键齿受力较均匀齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少轴上零件对中性好轴上零件对中性好导向性较好导向性较好加工需专用设备、制造成本高加工需专用设备、制造成本高花键适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移花键适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的连接。的连接。机械电子工程学院机械电子工程学院35花键的尺寸参数花键的尺寸参数Dd轴B毂C轴毂 国家标准规定花键的主要尺寸有小径国家标准规定花键的主要尺寸有小径d、大径、大径D、键宽、键宽B（或（或S），键数规定为偶数，有），键数规定为偶数，有

16、6、8、10三种，以便加工和检测。三种，以便加工和检测。按承载能力，对基本尺寸规定了轻、中两个系列，同一小径的按承载能力，对基本尺寸规定了轻、中两个系列，同一小径的轻系列和中系列的键数相同，键宽（键槽宽）也相同，仅大径轻系列和中系列的键数相同，键宽（键槽宽）也相同，仅大径不相同。不相同。机械电子工程学院机械电子工程学院36花键联接的分类花键联接的分类花键联接按其齿形不同，分为矩形花键和渐开线花键联接按其齿形不同，分为矩形花键和渐开线花键。花键。Dd轴B毂C轴毂矩形花键矩形花键渐开线花键渐开线花键机械电子工程学院机械电子工程学院37矩形花键矩形花键Dd轴B毂C大径大径 D小径小径 d键宽键宽 B

17、小径定心，即外花键和内小径定心，即外花键和内花键的小径为配合面。花键的小径为配合面。定心精度高，定心的稳定定心精度高，定心的稳定性好。性好。矩形花键用于轻载或中等矩形花键用于轻载或中等大小载荷的场合。大小载荷的场合。机械电子工程学院机械电子工程学院38渐开线花键渐开线花键 Involuted Spline 轴毂齿形定心。齿形定心。各齿受力均匀，强度高，各齿受力均匀，强度高，寿命长。寿命长。 渐开线花键可以用制造渐开线花键可以用制造齿轮的方法来加工，工齿轮的方法来加工，工艺性较好，易获得较高艺性较好，易获得较高的制造精度和互换性。的制造精度和互换性。机械电子工程学院机械电子工程学院39花键连接的

18、强度计算（1 1）静联接）静联接工作面压溃，校核挤压强度工作面压溃，校核挤压强度（2 2）动联接）动联接工作面磨损，按工作面压强进行条件计算工作面磨损，按工作面压强进行条件计算20.7 0.8/ 2 PPPmmmmTzhldzlhddmzdDdP齿齿间间载载荷荷分分布布不不均均系系数数，花花键键齿齿数数键键齿齿工工作作长长度度工工作作高高度度平平均均直直径径；渐渐开开线线花花键键；矩矩形形花花键键（）许许用用挤挤压压应应力力；动动联联接接用用许许用用压压强强代代替替；机械电子工程学院机械电子工程学院40键连接键连接 key花键连接花键连接 spline无键连接无键连接销连接销连接4123主要内

19、容主要内容机械电子工程学院机械电子工程学院41 轴和毂孔可做成柱体或锥体，前者只能传递转矩，轴和毂孔可做成柱体或锥体，前者只能传递转矩，可用于不受载荷时移动的动联接；后者在传递转矩的可用于不受载荷时移动的动联接；后者在传递转矩的同时，还可传递轴向力。同时，还可传递轴向力。 一、型面联接：一、型面联接：联接面是非圆形截面的柱体或非圆形截面的锥体。联接面是非圆形截面的柱体或非圆形截面的锥体。机械电子工程学院机械电子工程学院42装拆方便，对中性较好；装拆方便，对中性较好；联接面上没有应力集中源，减少了应力集中；联接面上没有应力集中源，减少了应力集中；锥体型面联接中作用有很大的推力，且挤压应锥体型面联

20、接中作用有很大的推力，且挤压应力比键联接中的挤压应力高，承载能力较低；力比键联接中的挤压应力高，承载能力较低； 切削加工较复杂，不易保证配合精度，应用尚切削加工较复杂，不易保证配合精度，应用尚不广泛。但由于成型工艺的发展，促进了型面不广泛。但由于成型工艺的发展，促进了型面联接在轻载联接中的应用。联接在轻载联接中的应用。 型面连接的特点型面连接的特点机械电子工程学院机械电子工程学院43二、二、 胀紧联接胀紧联接在轴与彀之间装配一个或几个胀紧联接套，在轴在轴与彀之间装配一个或几个胀紧联接套，在轴向力的作用下，同时胀紧轴与毂。静联接。向力的作用下，同时胀紧轴与毂。静联接。机械电子工程学院机械电子工程

21、学院44胀套是标准键，胀套是标准键，Z1Z5五种型号。五种型号。Z1型胀套：（由一对分别带有内、外锥面的套筒组型胀套：（由一对分别带有内、外锥面的套筒组成），在轴向力作用下，内、外套筒互相楔紧。成），在轴向力作用下，内、外套筒互相楔紧。内套内套缩小而箍紧轴，外套筒胀大而撑紧彀，使接触面间产缩小而箍紧轴，外套筒胀大而撑紧彀，使接触面间产生压紧力生压紧力。由压紧力产生摩擦力来传递扭矩。由压紧力产生摩擦力来传递扭矩。 机械电子工程学院机械电子工程学院45Z2型胀套型胀套机械电子工程学院机械电子工程学院46机械电子工程学院机械电子工程学院47机械电子工程学院机械电子工程学院48键连接键连接 key花键

22、连接花键连接 spline无键连接无键连接销连接销连接4123主要内容主要内容机械电子工程学院机械电子工程学院49定位销定位销销是标准件。销是标准件。定位销：起定位销：起定位定位作用，固定作用，固定零件之间的相对位置。零件之间的相对位置。定位销通常不受载荷或只受定位销通常不受载荷或只受很小的载荷，故不作强度校很小的载荷，故不作强度校核计算，其直径可按结构确核计算，其直径可按结构确定，数目一般不少与两个。定，数目一般不少与两个。销装入每一被联接件内的长销装入每一被联接件内的长度，约为销直径的度，约为销直径的12倍。倍。机械电子工程学院机械电子工程学院50联接销联接销是一种静联接，可传递不是一种静

23、联接，可传递不大的载荷。大的载荷。联接销的类型可根据工作联接销的类型可根据工作要求选定，其尺寸可根据要求选定，其尺寸可根据联接的结构特点按经验或联接的结构特点按经验或规范确定，必要时再按剪规范确定，必要时再按剪切和挤压强度条件进行校切和挤压强度条件进行校核计算。核计算。 机械电子工程学院机械电子工程学院51安全销安全销安全装置中的过载元件。安全装置中的过载元件。安全销在机器过载时应被剪断。安全销在机器过载时应被剪断。因此因此, ,销的直径应按过载时被销的直径应按过载时被剪断的条件确定。剪断的条件确定。为了确保安全销被剪断而不提为了确保安全销被剪断而不提前发生挤压破坏，通常可在安前发生挤压破坏，

24、通常可在安全销上加一个销套。全销上加一个销套。机械电子工程学院机械电子工程学院52按销的形状分类按销的形状分类圆柱销圆柱销圆锥销圆锥销槽销槽销开口销开口销销轴销轴圆柱销圆柱销机械电子工程学院机械电子工程学院53内螺纹圆锥销带孔销圆锥销机械电子工程学院机械电子工程学院54销轴销轴槽销槽销机械电子工程学院机械电子工程学院55销轴与开口销销轴与开口销销轴与开口销配合销轴与开口销配合使用，是构成铰链使用，是构成铰链联接的元件。联接的元件。开口销与开槽螺母开口销与开槽螺母配合，用于螺纹联配合，用于螺纹联接的防松。接的防松。开口销开口销机械电子工程学院机械电子工程学院56开尾圆锥销开尾圆锥销开尾圆柱销，适用于有冲击、振动载荷的开尾圆柱销，适用于有冲击、振动载荷的场合。场合。 机械电子工程学院机械电子工程学院57本章学习要求本章学习要求掌握各类键联接的工作原理、结构形式和适用场合。掌握各类键联接的工作原理、结构形式和适用场合。掌握平键联接的剖面尺寸和长度确定的方法；掌握平键联接的剖面尺寸和长度确定的方法；掌握平键联接的失效形式及强度校核的方法；掌握平键联接的失效形式及强度校核的方法；了解型面联接、胀紧联接和销连接工作原理和特点。了解型面联接、胀紧联接和销连接工作原理和特点。 机械电子工程学院机械电子工程学院581.键联接的主要作