《机械设计》 第六章键、花键、无

1、第六章 键、花键、无键联接和销联接6l 键 联 接 (一)键联接的功能、分类、结构型式及应用 键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键联接的主要类型有：平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接。 6l 键 联 接（续）1平键联接普通平键：键的两侧面是工作面，工作时，靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面和轮毂的键槽底面间则留有间隙。优点：结构简单、装拆方便、对中性较好。缺点：不能承受轴向力，因而对轴上的零件不能起到轴向固定的作用。 6l 键 联 接（续）分类 根据用途的不同，平键分为普通平键、薄型平键、导向平键和滑

2、键四种。其中普通平键和薄型平键用于静联接，导向平键和滑键用于动联接。普通平键按构造分：圆头(A型)、平头(B型)及单圆头(C型)三种。6l 键 联 接（续）圆头平键宜放在轴上用键槽铣刀铣出的键槽中，键在键槽中轴向固定良好。缺点是键的头部侧面与轮毂上的键槽并不接触，因而键的圆头部分不能充分利用，而且轴上键槽端部的应力集中较大。6l 键 联 接（续）平头平键是放在用盘铣刀铣出的键槽中，因而避免了上述缺点，但对于尺寸大的键，宜用紧定螺钉固定在轴上的键槽中，以防松动。单圆头平键则常用于轴端与毂类零件的联接。6l 键 联 接（续） 薄型平键与普通平键的主要区别： 键的高度约为普通平键的6070，也分圆头

3、、平头和单圆头三种型式，但传递转矩的能力较低，常用于薄壁结构、空心轴及一些径向尺寸受限制的场合。6l 键 联 接（续）当被联接的毂类零件在工作过程中必须在轴上作轴向移动时(如变速箱中的滑移齿轮)，则须采用导向平键或滑键。导向平键是一种较长的平键，用螺钉固定在轴上的键槽中，为了便于拆卸，键上制有起键螺孔，以便拧人螺钉使键退出键槽。轴上的传动零件则可沿键作轴向滑移。当零件需滑移的距离较大时，因所需导向平键的长度过大，制造困难，故宜采用滑键。滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴上的键槽中作轴向滑移。这样，只需在轴上铣出较长的键槽，而键可做得较短。 6l 键 联 接（续）6l 键 联 接（续） 2半圆键

4、联接轴上键槽用尺寸与半圆键相同的半圆键槽铣刀铣出，因而键在槽中能绕其几何中心摆动以适应轮毂中键槽的斜度。半圆键上作时，靠其侧面来传递转矩。优点：工艺性较好，装配方便，尤其适用于锥形轴端与轮毂的联接。缺点：是轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，故一般只用于轻载静联接中。 6l 键 联 接（续） 3楔键联接键的工作面：键的上下两面。键的上表面和与它相配合的轮毂键槽底面均具有1：100的斜度。工作时，靠键的楔紧作用来传递转矩，同时还可以承受单向的轴向载荷，对轮毂起到单向的轴向固定作用。楔键的侧面与键槽侧面间有很小的间隙，当转矩过载而导致轴与轮毂发生相对转动时，键的侧面能像平键那样参加工作。因此，楔键联

5、接在传递有冲击和振动的较大转矩时，仍能保证联接的可靠性。缺点：楔紧后，轴和轮毂的配合产生偏心和偏斜。因此主要用于毂类零件的定心精度要求不高和低转速的场合。 6l 键 联 接（续）楔键分为普通楔键和钩头楔键两种，普通楔键有圆头、平头和单圆头三种型式。装配时，圆头楔键要先放入轴上键槽中，然后打紧轮毂(图64a)；平头、单圆头和钩头楔键则在轮毂装好后才将键放人键槽并打紧。钩头楔键的钩头供拆卸用，安装在轴端时，应注意加装防护罩。6l 键 联 接（续） 4切向键联接切向键是由一对斜度为1：100的楔键组成。切向键的工作面是由一对楔键沿斜面拼合后相互平行的两个窄面，被联接的轴和轮毂上都制有相应的键槽。装配

6、时，把一对楔键分别从轮毂两端打入，拼合而成的切向键就沿轴的切线方向楔紧在轴与轮毂之间。工作时，靠工作面上的挤压力和轴与轮毂间的摩擦力来传递转矩。用一个切向键时，只能传递单向转矩；当要传递双向转矩时，必须用两个切向键，两者间的夹角为120130。由于切向键的键槽对轴的削弱较大，因此常用于直径大于100mm的轴上。例如用于大型带轮，大型飞轮,矿山用大型绞车的卷筒及齿轮等与轴的联接。6l 键 联 接（续） (二)键的选择和键联接强度计算1键的选择 键的选择：类型选择、尺寸选择。类型：根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；尺寸：符合标准规格和强度要求。键的主要尺寸：截面尺寸(键宽b键高h)与

7、长度L。bh按轴的直径d由标准中选定。一般可按轮毂的长度而定，等于或略短于轮毂的长度；而导向平键则按轮毂的长度及其滑动距离而定。一般轮毂的长度可取为L(1.52)d，这里d为轴的直径。所选定的键长亦应符合标准规定的长度系列。重要的键联接在选出键的类型和尺寸后，还应进行强度校核计算。6l 键 联 接（续）普通平键的主要尺寸6l 键 联 接（续） 2键联接强度计算(1)平键联接强度计算普通平键联接(静联接)，其主要失效形式是工作面被压溃。除非有严重过载，一般不会出现键的剪断，因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。对于导向平键联接和滑键联接(动联接)，其主要失效形式是工作面的过度磨损。因

8、此，通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。6l 键 联 接（续） 假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键联接的强度条件为导向平键联接和滑键联接的强度条件为 6l 键 联 接（续）式中：T传递的转矩(TFd2)，单位为Nm； k键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，此处h为键的高度，单位为mm； l键的工作长度，单位为mm，圆头平键l=L-b，平头平键l=L，这里L为键的公称长度，单位为mm；b为键的宽度，单位为mm； d轴的直径，单位为mm； p键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，单位为MPa，见表62； p键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用压力，单位为MPa，见表62。(圆头平

9、键)(方头平键)(单圆头平键)6l 键 联 接（续）(2)半圆键联接强度计算半圆键联接只用于静联接，失效形式是工作面被压溃。通常按工作面的挤压应力进行强度校核计算，强度条件同式(61)。所应注意的是：半圆键的接触高度k应根据键的尺寸从标准中查取；半圆键的工作长度l近似地取其等于键的公称长度L。问题：哪个面是工作面？6l 键 联 接（续）（3）楔键联接简化强度计算当传递转矩时(图68b)，为了简化，把键和轴视为一体，并将下方分布在半圆柱面上的径向压力用集中力F代替，由于这时轴与轮毂有相对转动的趋势，轴与毂也都产生了微小的扭转变形，故沿键的工作长度l及沿宽度b上的压力分布情况均较以前发生了变化，压

10、力的合力F不再通过轴心。 6l 键 联 接（续）计算时假设压力沿键长均匀分布，沿键宽为三角形分布，取xb6，yd2，由键和轴一体对轴心的受力平衡条件T=Fx+fFy+fFd2得到工作面上压力的合力为则楔键联接的挤压强度条件为(6-3)式中：T传递的转矩，单位为Nm； d轴的直径，单位为mm； b键的宽度，单位为mm； l键的工作长度，单位为mm； f摩擦系数，一般取f=0.120.17； p键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，单位为MPa，见表62。6l 键 联 接（续） (4)切向键联接简化强度计算切向键联接的主要失效形式是工作面被压溃。设把键和轴看成一体，则当键联接传递转矩时，其受力

11、情况如图69所示。假定压力在键的工作面上均匀分布，取y=(d-t)2，t=dlO，按一个切向键来计算时，由键和轴一体对轴心的受力平衡条件T=fFd2+Fy得到工作面上压力的合力为则切向键联接的挤压强度条件为 C键的倒角，单位为mm； 键的材料采用抗拉强度不小于600 MPa的钢，通常为45钢。 6l 键 联 接（续）提高键联接承载能力的措施 1、可采用双键。两个平键布置在沿周向相隔180；两个半圆键应布置在轴的同一条母线上；两个楔键则应布置在沿周向相隔90120。考虑到两键上载荷分配的不均匀性，在强度校核中只按1.5个键计算。 2、如果轮毂允许适当加长，也可相应地增加键的长度，以提高单键联接的

12、承载能力。当键的长度大于2.25d时，其多出的长度实际上可认为并不承受载荷，故一般采用的键长不宜超过(1.61.8)d。6l 键 联 接（续） 例题 已知减速器中某直齿圆柱齿轮安装在轴的两个支承点间，齿轮和轴的材料都是锻钢，用键构成静联接。齿轮的精度为7级，装齿轮处的轴径d=70mm，齿轮轮毂宽度为100mm，需传递的转矩T=2200 Nm，载荷有轻微冲击。试设计此键联接。 解 1选择键联接的类型和尺寸 一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键联接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键(A型)。 根据d=70mm从表61中查得键的截面尺寸为：宽度b=20mm，高度h=12mm。由轮毂宽

13、度并参考键的长度系列，取键长L=90mm(比轮毂宽度小些)。 6l 键 联 接（续）2校核键联接的强度 键、轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力p=100120MPa，取其平均值，p=110MPa。键的工作长度l=L-b=90mm-20mm=70mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.5x12 mm=6mm。由式(61)可得 可见联接的挤压强度不够。考虑到相差较大，因此改用双键，相隔180布置。双键的工作长度l=1.5x 70mm=105 mm。由式(61)可得 6l 键 联 接（续） 键的标记为：键2090 GBT 10961979(一般A型键可不标出“A”，对于B型或C型

14、键，须将“键”标为“键B”或“键C”)。6l 键 联 接（续） 62 花键联接 (一)花键联接的类型、特点和应用 62 花键联接（续）优点：a)因为在轴上与毂孔上直接而匀称地制出较多的齿与槽，故：联接受力较为均匀；b)因槽较浅，齿根处应力集中较小，轴与毂的强度削弱较少；c)齿数较多，总接触面积较大，因而可承受较大的载荷；d)轴上零件与轴的对中性好(这对高速及精密机器很重要)；e)导向性较好(这对动联接很重要)；f)可用磨削的方法提高加工精度及联接质量。 62 花键联接（续）缺点：a）齿根仍有应力集中；b）需用专门设备加工；成本较高。因此，花键联接适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的联接。花

15、键联接的齿数、尺寸、配合等均应按标准选取。 花键联接可用于静联接或动联接。按其齿形不同，可分为矩形花键和渐开线花键两类，均已标准化。 62 花键联接（续）1矩形花键按齿高的不同，矩形花键的齿形尺寸在标准中规定了两个系列，即轻系列和中系列。轻系列的承载能力较小，多用于静联接或轻载联接；中系列用于中等载荷的联接。矩形花键的定心方式为小径定心(图611)，即外花键和内花键的小径为配合面。其特点是定心精度高，定心的稳定性好，能用磨削的方法消除热处理引起的变形。矩形花键联接应用广泛。其它定心方式 62 花键联接（续）2渐开线花键 渐开线花键的齿廓为渐开线，分度圆压力角有30和45两种，齿顶高分别为0.5

16、m和0.4m，此处m为模数。图中di为渐开线花键的分度圆直径。与渐开线齿轮相比，渐开线花键齿较短，齿根较宽，不发生根切的最小齿数较少。 62 花键联接（续） 渐开线花键可以用制造齿轮的方法来加工，工艺性较好，制造精度也较高，花键齿的根部强度高，应力集中小，易于定心，当传递的转矩较大且轴径也大时，宜采用渐开线花键联接。压力角为45的渐开线花键，由于齿形钝而短，与压力角为30的渐开线花键相比，对联接件的削弱较少，但齿的工作面高度较小，故承载能力较低，多用于载荷较轻，直径较小的静联接，特别适用于薄壁零件的轴毂联接。 渐开线花键的定心方式为齿形定心，当齿受载时，齿上的径向力能起到自动定心作用，有利于各

17、齿均匀承载。 62 花键联接（续） (二)花键联接强度计算主要失效形式：工作面被压溃(静联接)或工作面过度磨损(动联接)。 计算时，假定载荷在键的工作面上均匀分布，每个齿工作面上压力的合力F作用在平均直径dm处(图613)，即传递的转矩T=zFdm2，并引入系数来考虑实际载荷在各花键齿上分配不均的影响，则花键联接的强度条件为 静联接 动联接 62 花键联接（续） 63 无键联接 凡是轴与毂的联接不用键或花键时，统称为无键联接。下面介绍型面联接和胀紧联接。 (一)型面联接 63 无键联接（续） (二)胀紧联接 胀紧联接(图616)是在毂孔与轴之间装入胀紧联接套(简称胀套)，可装一个(指一组)或几个，在轴向力作用下，同时胀紧轴与毂而构成的一种静联接。根据胀套结构形式的不同，GBT 58671986规定了五种型号(Z1Z5型)，下面简要介绍采用Z1、Z2型胀套的胀紧联接。 63 无键联接（续） 63 无键联接（续） 63 无键联接（续）胀套实例 63 无键联接（续） 63 无键联接（续）64 销 联 接销主要用来固定零件之间的相对位置，称为定位销(图618)，它是组合加工和装配时的重要辅助零件；也可用于联接，称为联接销(图619)，可传递不大的载荷；还可作为安全装置中的过载剪断元件，称