《机械原理与机械设计 （下册） 第4版》 课件 第15章-轴毂连接

第十五章轴毂连接

轴毂连接

轴与轮毂（轮类零件与轴配合的部分）的连接。功用

使轮类零件在轴上实现径向、周向定位/固定，以传递转矩。方式/类型

键连接、花键连接、过盈连接、销连接、胀套连接、成型连接等。设计准则

强度、对中性（径向定位精度）和工艺性。简介1一、主要类型和工作原理第一节键连接2键连接可拆连接；平键连接半圆键连接楔键连接切向键连接松键连接紧键连接普通平键连接导向平键连接滑键连接标准化；根据工作要求，选用适当的类型和尺寸，必要时进行强度校核计算。3键连接1.平键连接结构平键的横截面为矩形，上、下表面相互平行，顶面与毂槽底面间留有间隙，两侧面为工作面。

工作原理依靠键与键槽侧面的抗挤压作用和键的抗剪切作用传递转矩。

特点结构简单，装拆方便，对中性好，故应用广泛；不能承受轴向载荷。4键连接普通平键连接（静连接）导向平键连接（动连接）滑键连接（动连接）5键连接2.半圆键连接结构与工作原理

键的两侧面为工作面，传递转矩方式与平键相同。轴槽呈圆弧形，键可在键槽中摆动，以适应轮毂中键槽底面的斜度。

特点对中性好，装配方便，尤其适用于锥形轴端与轮毂的连接；轴槽较深，对轴的强度削弱较大；多用于传递转矩不大的静连接场合。6键连接3.楔键连接结构键的上下表面为工作面，上表面与毂槽底面均具有1:100的斜度。工作原理依靠键、轴及轮毂间的摩擦力传递转矩，可承受一定的单向轴向载荷，实现轮毂的单向轴向固定。特点装配时楔入键体，导致轴和轮毂的配合产生偏心，不宜用于对中性要求较高的场合。类型普通楔键钩头楔键7键连接4.切向键连接结构由两个具有1:100斜度的楔键组成，装配时由轮毂两侧打入，两斜面相互贴合，使轴毂沿轴的切线方向楔紧。工作原理

上下平行表面为工作面，须使一工作面处于含轴心线的平面内，依靠工作面挤压力和轴毂间摩擦力传递转矩。特点

一组键只能传递单向转矩；如传递双向转矩，需采用120

分布的两组键。承载能力较高，可传递大转矩；键槽对轴强度削弱较大；多用于轴径大于100mm的重型轴。8键连接二、强度计算1.键的选择

类型根据工况条件及键连接的结构特点，选择适宜的类型。

尺寸（标准化）根据轴的直径d，参照标准，确定键宽

b、键高

h

；根据轮毂的宽度L

，参照键的标准长度系列，确定键长L

；通常，；普通平键，L略短于L

；导向平键，根据L

及轮毂滑动距离确定L。材料

常用45、Q275等；如轮毂为非金属材料，可用20、Q235钢。9键连接2.平键连接的强度计算(1)普通平键连接（静连接）失效形式键、轴和轮毂中较弱的工作表面被压溃；严重过载时，键也可能被剪断（罕见）。计算准则按工作表面的挤压应力进行强度校核计算。(2)导向平键连接、滑键连接（动连接）失效形式工作表面的过度磨损。计算准则按工作表面压力进行条件性强度校核计算（耐磨性）。10键连接如单键不能满足强度要求，可采用双键（相隔180

布置），但强度校核应按1.5个键计算；也可适当增加键长，考虑载荷分布不均，通常取lmax≤(1.6～1.8)d

。挤压强度计算（静连接）耐磨性计算（动连接）表15-1

许用挤压应力、许用压力键连接113.半圆键连接的强度计算k

由标准查取受力状况、失效形式与普通平键连接类似。挤压强度条件键连接124.切向键连接的强度计算主要失效形式是工作面被压溃；假定挤压力沿键长、键宽方向均匀分布，键宽中点为合力作用点，且，。转矩平衡方程挤压强度条件花键连接13一、类型和特点第二节花键连接结构由内、外花键组成，可视为由多个平键组成的连接。工作原理键的侧面为工作面，依靠内外花键侧面的相互挤压传递转矩。可用于静连接、动连接。特点受力均匀，对中性、导向性好，承载能力大，键槽深度较小，齿根应力集中小，轴、毂强度削弱少。需专用设备加工，成本较高。适用于重载荷、循环载荷及对中精度要求高的连接。花键连接14类型矩形花键连接、渐开线花键连接（均已标准化）。A

齿侧面为平面；外花键铣削，内花键拉削或插削；轻、中系列；大径定心、小径定心和齿宽定心。B

齿廓为渐开线，齿根强度高，承载能力大；采用齿轮加工设备与方法制造，制造精度较高；齿型定心，定心精度高。三种分度圆压力角。

花键连接15二、强度计算受力情况与平键相似，假设压力沿齿侧面均匀分布，合力作用于平均直径处。静连接，齿面压溃失效；动连接，工作面过度磨损失效。挤压强度（静连接）耐磨性（动连接）载荷不均匀因子过盈连接16一、组成、特点和应用第三节过盈连接组成

由包容件和被包容件组成，利用过盈配合实现连接。装配前孔径小于轴径，装配后孔径变大、轴径变小，接合面间产生很大接合压力，依靠其摩擦力传递外载荷（轴向力、转矩或两者组合）。特点

结构简单、对中性好、承载能力高，无需附加零件即可实现轴毂间的轴向、周向固定，变/冲击载荷下工作可靠；装配麻烦、拆卸困难。

应用

轮类零件（车轮/蜗轮/齿轮）；轴毂连接。过盈连接17二、装配方式压入法在常温下用压力机将被包容件压入包容件之中。压入过程中，接合面间微观不平度的波峰被压平，装配后实际过盈量减小，连接紧固性降低。适用于较小的过盈量。胀缩法利用温差或油压扩孔方式，使包容件膨胀、被包容件收缩，装配后在常温下形成牢固连接。可减轻或避免接合面微观不平度波峰被压平，紧固性好，连接质量较高。

三、圆柱面过盈连接的计算假设两个等长的厚壁筒；接合面间压力均匀分布；应力处于平面应力状态；应变在弹性范围内，材料的弹性模量为常量。过盈连接181.传递载荷所需最小接合压力(连接零件不产生相对位移)(1)轴向力作用(2)转矩作用(3)轴向力、转矩共同作用包容件外径被包容件内径接合面名义直径接合面长度过盈连接192.传递载荷所需最小过盈量刚性因子最小有效过盈量最小过盈量根据厚壁筒理论，（压入法，计入压平量影响）（胀缩法）直径比过盈连接203.过盈连接的应力分析与最大接合压力径向应力分布切向应力分布过盈连接21包容件，危险应力发生在内表面；被包容件，危险应力发生在内表面塑性材料，装配后不发生塑性变形，由第4强度理论，最大接合压力脆性材料，装配后不发生断裂，由第1强度理论，最大接合压力包容件被包容件包容件被包容件塑性材料实心被包容件，；安全因数；容许的最大接合压力为包容件、被包容件中较小者。过盈连接224.过盈连接的最大过盈量5.过盈连接的配合选择一般采用基孔制，配合公差应满足传递载荷连接件安全6.实际接合压力7.装拆压力与装配温度压入力压出力压入法压力机容量应大