第5章 键花键和销连接

§5-1键连接§5-2花键连接§5-3无键连接§5-4销连接第5章键、花键、无键连接和销连接重点：平键的公称尺寸平键、半圆键、花键的比较销的主要用途浙江大学宁波理工学院功用：1)实现轴和轴上零件之间的周向固定；

2)传递扭矩；

3)有些键还可实现轴上零件的轴向固定或移动。键是标准件一、键连接的功用、类型和结构设计特点类型平键半圆键楔键切向键普通平键导向键：滑键：实现静连接用于轴向移动位移不大的情况用于轴向移动位移大的情况薄型平键§5-1键连接键连接的类型、工作原理及特点实现动连接构成紧连接浙江大学宁波理工学院A键（圆头）B键（平头）C键（单圆头）1）普通平键1、平键连接2）薄型平键A型键B型键C型键,常用于轴端其高度约为普通平键的60%、70%，传递能力较低，常用于薄壁结构、空心轴等。平键有普通平键、薄型平键、导向平键和滑键。键与轴浙江大学宁波理工学院3）导向平键连接导向平键用于动连接当轮毂在轴上移动距离较大时，则采用滑键连接。导向平键和滑键连接主要失效形式是：工作面的磨损。平键的标记方法:“键的头部内型”“键宽b”ד键长L”“国标号”例：键8×100GB/T1096—20034）滑键连接浙江大学宁波理工学院盘形铣刀端铣刀轴向固定好A型键与B型键的差异②加工方式差异④对轴强度影响的差异③轴向固定性差异①外形差异普通平键和薄型平键的连接性质―静连接；导向键和滑键的连接性质―动连接。⑤工作长度差异Lb轴向固定差应力集中大应力集中小浙江大学宁波理工学院平键连接的工作原理

平键的两侧是工作面，上表面与轮毂键槽底面间有间隙（如图），工作时靠轴槽、键及毂槽的侧面受挤压来传递转矩。12T轮毂轮辐轮缘轴孔浙江大学宁波理工学院☆普通平键、薄型平键、导向平键和滑键的工作面均为键的侧面双平键☆当同一轴段需装两个平键时，两键须相隔180°平键1平键2工作面工作面☆普通平键、薄型平键的失效形式为：剪断和挤压；☆导向平键和滑键的失效形式为：磨损。浙江大学宁波理工学院2.半圆键连接优点：键能绕其几何中心摆动以适应榖槽的斜度；工艺性好，装配方便。缺点：轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大。适用场所―轻载，锥形轴端

与轮毂的连接。注意：同一轴段若需装两个半圆键时，只能装在同一母线上，而不能相隔1800安装。√连接性质―静连接；侧面为工作面，传递扭矩，不能传递轴向力；×L浙江大学宁波理工学院3.楔键连接楔键的上下面分别与毂和轴上的键槽的底面贴合，为工作面。钩头楔键普通楔键浙江大学宁波理工学院12楔键的工作面工作面工作面工作面工作面楔键的传力方式―靠键的楔紧传力,同时能承受轴向力和单向轴向固定。楔键连接的最大缺点：

楔紧后，轴和轮榖的配合产生偏心。楔键连接不宜的场所：

高速、定心精度高。o2o1浙江大学宁波理工学院4.切向键连接切向键的组成：由一对1:100的楔键组成切向键的工作面：由一对楔键沿斜面拼合后相互平行的两个窄面。工作面工作面浙江大学宁波理工学院☆

轴单向转动时，可安一个切向键；切向键的缺点：

键槽对轴的强度削弱较大☆双向转动时，相隔1200~1300安装两个切向键。切向键的适用的场所：

大型传动（重载）。如

大型带轮、矿山设备等。120°~130°浙江大学宁波理工学院※

类型的选择：据连接的结构、使用特性、工作条件来选择。选择时应考虑的因素有：1）需传递扭矩的大小；2）是否有相对运动；3）滑动距离的长短；4）连接中对心性的要求；5）是否有轴向定位；6）键在轴上的位置（中、端）等。二、键的选择、键连接的强度计算1.键的选择浙江大学宁波理工学院※

尺寸的选择：主要尺寸bh与长度Lbh由轴的直径按标准选,见P107表5-2L由轮毂的长度定：略小于轮毂的长度所选长度应符合国标中规定的长度系列。※

标注：键bhGB/T1096—2003

bhLLbhdB浙江大学宁波理工学院2.键连接的强度计算（1）平键连接强度计算平键连接的主要失效形式静连接（普通平键连接）―挤压破坏动连接（导向键、滑键）―磨损静连接强度条件：动连接强度条件：〔σp〕、〔p〕见教材P.107.表5—1―键、轴、毂三者中最弱材料的许用挤压应力―键、轴、毂三者中最弱材料的许用挤压力TodFFykT―

扭矩T=F×y≈F×d/2浙江大学宁波理工学院LL=―键的工作长度A型键―B型键―浙江大学宁波理工学院（2）半圆键联接强度计算只需作挤压强度计算☆

K从标准中查；☆主要失效：工作面被压溃浙江大学宁波理工学院（3）楔键连接强度计算楔键连接的主要失效形式相互楔紧的工作面被压溃楔键连接的压力分布o未传递扭矩时y力平衡方程传递扭矩后oTx挤压强度条件为：FFFF浙江大学宁波理工学院【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=2200N⋅mm，载荷有轻微冲击。试设计此键联接。解：1)选择键的类型一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键(A型)。2)确定键的尺寸

根据轴径d=70mm，从教材P.107.表5-2中查得键的截面尺寸为：宽度b=20mm，高度h=12mm。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=90mm(比轮毂宽度小些)。浙江大学宁波理工学院3)校核键联接的强度

键、轴和轮毂的材料都是钢，由表5-1查得许用挤压应力[σ]p=100

～120MPa，取其平均值，[σ]p

=110MPa。键的工作长度l=L–b=(90–20)mm=70mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.5×12mm≈6mm。由式(5-1)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。考虑到两键上载荷分配的不均匀性，双键在强度校核中只按1.5个键计算，或者认为双键工作长度l=(1.5×70)mm=105mm。由式(6-1)可得：（适合）键的标记为键20×90GB／T1096—2003(一般A型键可不标出“A”，对于B型或C型键，须将键标为“键B”或“键C)。浙江大学宁波理工学院§5.2花键连接

花键连接由具有多个沿周向均布的凸齿的外花键和有对应凹槽的内花键组成。齿的侧面是工作面。花键按其齿型分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键三种。外花键内花键浙江大学宁波理工学院花键连接是平键连接在数目上的扩充花键连接的优点a）受力均匀；b）应力集中小；c）承载能力强；d）轴上零件的对中性好；e）导向性好；f）可用磨削的方法提高加工和连接质量。花键连接的缺点a）无法根除应力集中；b）需用专门设备加工；c）制造成本高。浙江大学宁波理工学院

矩形花键连接按新标准为内径定心，定心精度高，制造容易，在工程中应用最广泛。矩形花键：花键类型：矩形花键、渐开线花键、三角形花键。矩形花键在图样上的标注内容为：键数N、小径d、大径D、键(槽)宽B的公差带或配合代号。例，键数N=6、小径d=23mm、大径D=26mm、键(槽)宽B=6mm浙江大学宁波理工学院用于高强度联接渐开线花键承载能力强，适用于大扭矩、大直径场所也称三角形花键，适用于轻载小直径连接渐开线花键的定心方式齿形定心也称三角形花键用于薄壁零件联接渐开线花键的制造方法：同齿轮加工一样需采用专用机床★加工工艺性好★制造精度较高★制造成本较高浙江大学宁波理工学院

（1）齿对称布置，受载均匀；（2）齿浅，应力集中↓；（3）承载↑；（4）定心好；

（5）可用于“动”、“静”连接；（6）渐开线较矩形根部↑，承载↑，定心精度高，宜用于载荷大、尺寸大场合。渐开线花键特点：浙江大学宁波理工学院三、花键联接强度计算主要失效形式：工作面被压馈（静联接）

工作面过渡磨损（动联接）强度条件：静联接：动联接：式中：—载荷分布不均匀系数系数，=0.70.8；l—齿的工作长度，mm；假设各齿的压力的合力作用在平均半径dm处：h—齿的工作高度,，浙江大学宁波理工学院§5.3成形连接型面联接

非圆的柱体非圆的锥体

曲线：摆线、等距曲线特点：装拆方便，能保证良好的对中性能；联接面上没有键槽及尖角，可传递较大的转矩；加工复杂，要用专用机床加工，应用还不广泛。凡是轴与毂的联接不用键或花键时，统称为无键联接浙江大学宁波理工学院胀紧连接是在榖孔和轴之间装入胀紧联接套而构成的静联接。根据胀紧套结构形式的不同，国家标准规定了五种型号（Z1~Z5）加一个胀紧套的结构加两个胀紧套的结构Z1型胀紧连接§5.4弹性环连接(胀套连接)浙江大学宁波理工学院Z2型胀紧联接设计时需满足的条件：传递扭矩时：传递轴向力时：既传递扭矩又轴向力时，合成载荷为：已经标准化的胀套其额定转矩〔T〕和额定轴向力〔Fa〕可查表浙江大学宁波理工学院胀套实例浙江大学宁波理工学院销联接的类型和特点

开尾圆锥销在连接时的防松效果好，适用于有冲击、振动的场合的连接。

圆柱销靠过盈配合固定在销孔中，经多次装拆会降低定位精度和可靠性。

圆锥销具有1:50的锥度，安装方便，定位精度高。§

5.4销联接浙江大学宁波理工学院

端部带螺纹的圆锥销可用于盲孔或拆卸困难的场合；

槽销上有辗压或模锻出的三条纵向沟槽，将槽销打入销孔后，由于材料的弹性使销挤压在销孔中，不易松脱，因而能承受振动和变载荷。

销轴用于两零件的铰接处，构成铰链联接。销轴通常用于开口销锁定，工作可靠，装拆方便。浙江大学宁波理工学院安全销：安全装置中的过载剪断元件定位销：确定相对位置根据用途不同可分为：连接销：用于连接，可传递不大的载荷浙江大学宁波理工学院销的失效（破坏）形式连接销―挤压或剪切失效安全销―剪断（工作需要）定位销―受力很小，一般不破坏强度计算请参考《机械设计手册》有关内容浙江大学宁波理工学院填空题普通平键联接的主要失效形式是_______________，导向平键联接的主要失效形式是__________。3.

矩形花键联接采用____________定心；渐开线花键联接采用_______________定心。压溃磨损小径齿形(侧面)浙江大学宁波理工学院选择题1、普通平键联接的主要用途是使轴与轮毂之间______。(1)沿轴向固定并传递轴向力(2)沿轴向可作相对滑动并具有导向作用(3)沿周向固定并传递转矩(4)安装与拆卸方便2、键的剖面尺寸通常是根据_____按标准选择。(1)传递转矩的大小(2)传递功率的大小(3)轮毂的长度

(4)轴的直径3、键的长度主要是根据______来选择。(1)传递转矩的大小(2)轮毂的长度(3)轴的直径4、常用来制造键的材料是_____。(1)低碳钢(2)中碳钢(3)高碳钢(4)合金钢5、能够构成紧键连接的两种键是______。楔键和半圆键

(2)平键和切向键(3)半圆键和切向键

(4)楔键和切向键6、楔键和_____，两者的接触面都具有1：100的斜度。(1)轴上键槽的底面(2)轮毂上键槽的底面(3)键槽的侧面7、楔键连接的主要缺点是_____。(1)键的斜面加工困难(2)键安装时易损坏(3)键装入键槽后，在轮毂中产生初应力(4)轴和轴上的连接零件对中性差(3)(4)(2)(2)(4)(2)(4)浙江大学宁波理工学院8、切向键连接的斜度是做在______上。(1)轮毂键槽的底面

(2)轴的键槽底面

(3)一对键的接触面

(4)键的侧面9、平键连接如不能满足强度条件要求时，可在轴上安装一对平键，使它们沿圆周相隔_______。(1)90º(2)120º(3)135º（4）180º10、平键连接与楔键连接相对比，它只能传递转矩，不能传递轴向力，这是因为____。楔键端部具有钩头(2)平键摩擦力小于楔键的摩擦力(3)楔键的工作表面有斜度而键槽没有斜度，接触时可以卡紧(4)在安装时，楔键可沿轴向楔紧11、半圆键连接的主要优点是_____。(1)对轴的强度削弱较轻

(2)键槽的应力集中较小

(3)工艺性好，安装方便12、应用较广的花键齿形是______。矩形与三角形

(2)渐开线与三角形(3)矩形与渐开线

(4)矩形，渐开线与三角形(3)(4)(4)(3)(3)浙江大学宁波理工学院1、分析比较平键和楔键的工作特点和应用场合。【答】平键连接的工作面是两侧面，上表面与轮毂槽底之间留有间隙，工作时，靠键与键槽的互压传递转矩，但不能实现轴上零件的轴向定位，所以也不能承受轴向力。具有制造简单、装拆方便、定心性较好等优点，应用广泛。楔键连接的工作面是上下面，其上表面和轮毂键槽底面均有1:100的斜度，装配时需打紧，靠楔紧后上下面产生的摩擦力传递转矩，并能实现轴上零件的轴向固定和承受单向轴向力。由于楔紧后使轴和轮毂产生偏心，故多用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的场合。2、平键连接有哪些失效形式？普通平键的截面尺寸和长度如何确定？【答】平键连接的主要失效形式是较弱零件（通常为轮毂）的工作面被压溃（静连接）或磨损（动连接，特别是在载荷作用下移动时），除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。键的截面尺寸应根据轴径d从键的标准中选取。键的长度L可参照轮毂长度从标准中选取，L值应略短于轮毂长度。二、分析与思考题浙江大学宁波理工学院3、为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180°的位置，采用两个楔键时，则应沿周向相隔90°～120°，而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？【答】两个平键连接，一般沿周向相隔180°布置，对轴的削弱均匀，并且两键的挤压力对轴平衡，对轴不产生附加弯矩，受力状态好。采用两个楔键时，相隔90°～120°布置。若夹角过小，则对轴的局部削弱过大。若夹角过大，则两个楔键的总承载能力下降。当夹角为180°时，两个楔键的承载能力大体上只相当于一个楔键盘的承载能力。采用两个半圆键时，在轴的同一母线上布置。半圆键对轴的削弱较大，两个半圆键不能放在同一横截面上。只能放在同一母线上。4、如图所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与减速器