机械设计基础第10章连接(键、花键-六)

第10章连接§10－1

螺纹§10－2

螺旋副的受力分析、效率和自锁§10－3

机械制造常用螺纹（略）

§10－4

螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件

§10－5

螺纹连接的预紧与防松§10－6

螺栓连接的强度计算§10－8

提高螺栓连接强度的措施§10－11

键连接和花键连接§10－7

螺栓的材料和许用应力§10－9螺旋传动（略）§10－10

滚动螺旋简介（略）§10－11

键连接和花键连接一、键连接的类型三、键的公差与配合二、平键连接的强度校核四、花键连接§10－12

销连接五、花键连接强度计算潘存云教授研制§10－11

键连接和花键连接作用：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。一、键连接的类型类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。1.平键连接工作面特点：定心好、装拆方便。种类普通平键导向平键间隙轴潘存云教授研制普通平键结构单圆头(C型)圆头(A型)平头(B型)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。用于轴端普通平键应用最广。A型B型C型盘铣刀薄型平键的高度为普通平键的60~70%，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、空心轴等径向尺寸受限制的场合。起键螺孔导向平键固定螺钉零件可以在轴上移动，构成动联接。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：长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆，制有起键螺孔。潘存云教授研制起键螺孔固定螺钉潘存云教授研制双钩头滑键结构特点：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结构特点：单圆钩头，嵌入轮毂中。潘存云教授研制潘存云教授研制表10-10

普通平键和键槽尺寸（GB/T1095-2003、GB/T1096-2003）

A型B型C型bhC×45˚或r1LLLbhbbt2d+t2标记实例:圆头普通平键(A型):

键16×100GB/T1096-2003方头普通平键(B型):键B16×100GB/T1096-2003单圆头普通平键(C型):键C16×100GB/T1096-2003dd-t1t1R=b/2宽×长潘存云教授研制dbhC或rLt1t2

半径r续表10-10键的尺寸键槽轴的直径自6~8226~201.21〉8~10330.16~0.256~361.81.40.08~0.16〉10~12448~452.51.8〉12~175510~563.02.3〉17~22660.25~0.414~703.52.80.16~0.25〉22~308718~904.03.3〉30~3810822~1105.03.3〉38~4412828~1405.03.3〉44~501490.4~0.636~1605.53.80.25~0.4〉50~58161045~1806.54.3〉58~65181150~2007.04.4〉65~75201256~2207.54.9〉75~85221463~2509.05.40.6~0.80.4~0.6潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制2.半圆键连接优点：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：对轴的削弱较大，只适用于轻载连接。特别适用于锥形轴端的连接。工作面潘存云教授研制3.楔键连接和切向键连接结构特点：键的上表面有1:100的斜度，轮毂槽的底面也有1:100的斜度。缺点：定心精度不高。应用：只能应用于定心精度不高，载荷平稳和低速的连接。安装时用力打入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：普通楔键、钩头楔键。钩头是用来拆卸用的拆卸空间斜度1：100在重型机械中常采用切向键——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120~130˚。窄面工作面二、平键联接的强度校核1.类型的选择应根据各种平键的特点及具体应用情况来选择。考虑：扭矩大小、对中性要求、轴上位置等情况。2.尺寸的选择键是一种标准件，主要尺寸：长L、宽b、高hb×h____按轴的直径由标准选取。表10－9P156L_____参照轮毂宽度B从标准中选取

一般：L=B－(5～10)mm3.材料的选择键的材料常用45钢：σB≥600

MPa的碳素钢二、平键联接的强度校核1.类型的选择2.尺寸的选择3.材料的选择4.强度计算1）受力分析bh/2dTFF为简化工程计算，均布力用集中力来考虑，并假设作用于半径处2）失效形式动联接：工作面过渡磨损静联接：较弱件工作面被压溃极个别情况出现键被剪断d3）计算准则防止压溃失效，保证挤压强度防止磨损失效，进行耐磨性计算一般不会出现二、平键联接的强度校核4.强度计算1）受力分析2）失效形式3）计算准则4）计算公式σp=AF(h/2)lT/(d/2)=≤[σp

]MPa

dhl4T=l=LbB型Ll=L-bbA型lLl=L-b/2lbC型式中：T____扭矩N·mml____键的工作长度mmd____轴径mmh____键高mm［σp］_____许用挤压应力查表10－11P163σp=AF(h/2)lT/(d/2)=≤[σp

]MPa

dhl4T=钢

125~150100~12060~90表10-11键联接的许用挤压应力、许用压强

许用值轮毂材料静载荷轻微冲击冲击载荷性质铸铁

70~8050~6030~45钢

504030[p

][σp

]≤[p

]dhl4Tp=对于动联接，以［p］代替

［σp］即可：注意：▲［p］、［σp］均应取轴、轮毂、键三者中较弱者▲当强度不够时：①考虑l是否可以加长②能否更换材料（提高许用应力）③用两个键，对称布置。按1.5个键计算④改用花键联接⑤加过盈联接（）。过盈量的计算见手册例：已知齿轮与轴用圆头平键连接，轴径d＝70mm，齿轮宽为80mm，传递的转矩T=620000N.mm，有轻微冲击，试设计键的尺寸．轴2)设计键尺寸:

由轴径d＝70mm,查教材P161表10-10得:

b×h=20×12

由轮毂长=80mm;选键长L=70mm

工作长度l=70－20=50mm所选键为:键20×70GB/T1096-20033)校核键的强度:查表10-11得:[σp]=100~120MPa解:1)选型号:选平键A型∴σp<[σp]合格潘存云教授研制d若强度不时，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1.5个键计算。双键布置规则：平键：按180˚布置；半圆键：同一条母线上；楔键：夹角成120˚~130˚

120˚~130˚半圆键连接强度计算bdT≤[σp

]MPa

kld2Tσp=lkNy≈d/2l近似为公称长度用于静联接，失效形式为表面压溃三、键的公差与配合1.尺寸公差配合基制：基孔制(键视为轴；轴和轮毂上的键槽视为孔)主要配合尺寸：键与键槽宽度其配合代号及尺寸公差均可查机械设计手册2.形位公差1)槽相对于轴心线的对称度“”：按7～9级选2）当键长L与键宽b之比大于等于8时，(L/b≥8)

应标注键宽两侧面的平行度公差“”。b≥40mm：5级b≥8～36mm：6级b≤6mm：7级3.表面粗糙度键的表面粗糙度见160页表10－10一、键连接的类型二、平键连接的强度校核课设P107课设P158轴见课设P52表6－2毂见课设P54表6－3普通平键的型式和尺寸（GB/T1096—2003摘录）普通平键的型式和尺寸（GB/T1096—2003摘录）例题：轴的直径d＝50mm，轮毂宽B＝120mm，试选择该键尺寸，并标注公差。解：查表10－10b×h＝14×9取键长L=B－10＝120－10＝110mm潘存云教授研制14Js9(±0.0215)φ50φ5014N9(0)－0.04344.50

－0.253.80+0.2AA0.02A0.02At1＝5.5,d－t1＝44.5;d－t1

的公差按t1的公差取t2＝3.8,d＋t2＝53.8d＋t2的公差按t2的公差取∵L/b＝110/14＝7.9<8,可不标注平行度公差课设P107课设P1571.花键连接的类型、特点和应用1)均匀受力；四、花键连接结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。组成：外花键、内花键。优点：2)对轴的削弱程度小;3)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；对高速及精密机器很重要5)导向性好;对动联接很重要6)可用磨削方法提高加工精度及联接质量。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：齿根仍有应力集中、需专用设备制造，成本高。潘存云教授研制潘存云教授研制应用：定心精度要求高、载荷大、或经常滑移的联接。类型——制造容易，应用最广。——用于高强度联接。——用于薄壁零件联接。矩形花键渐开线花键1）矩形花键轻系列：轻系列的承载能力较小，多用于静联接和轻载联接；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：中系列用于中等载荷的联接。定心方式：小径定心——精度高，稳定性好。α=30˚α=45˚又称为:三角形花键

2）渐开线花键分为α=30˚，α=45˚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，不产生根切的最小齿数较少。定心方式：齿形定心——具有自动定心作用，受力均匀。α=45˚α=30˚ha=0.5m,ha=0.4m潘存云教授研制d潘存云教授研制d特点：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。α=45˚的花键工作面高度较小，承载能力较低，多用于载荷较轻，直径较小的静联接。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rm处，取不均匀系数K=0.7~0.8，则花键连接所能传递的扭矩为：静连接：T=Kzhl′rm[σp

]动连接：T=Kzhl′rm[p

]

l′为接触长度；h为齿面工作高度；h=(D–d)/2–2Crm=(D+d)/4C为齿顶倒圆半径；D/2d/2hrmCCFt五、花键连接强度计算失效形式：工作面被压溃（静连接）；工作面过渡磨损（动连接）一般只验算挤压强度和耐磨性。σp=2T≤[σp

]MPa

Kzhl′rm静连接：动连接：花键连接强度条件：≤[p

]MPakzhl′rm2Tp=潘存云教授研制不良35~5040~70表10-11花键连接的许用挤压应力[σp

]和许用压强[p

]连接工作方式齿面未经热处理齿面经热处理[σp

]或[p

]中等60~100100~140良好80~120120~200动连接[p

](空载下移动)静连接[σp

]工作条件动连接[p

](在载荷下移动)不良15~2025~35中等20~3030~60良好25~4040~70不良----3~10中等----3~15良好----10~20潘存云教授研制无键连接

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。一、型面连接

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。

由于型面连接要用到非圆形孔，以前因其加工困难，限制了型面连接的应用。潘存云教授研制潘存云教授研制配合部分形状柱体锥体----只能传递扭矩----能同时传递扭矩和轴向力，用于不允许有间隙和要求高可靠性的场合。1)装拆方便，对中性好；型面连接的特点：2)联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；4)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，促进了型面联接的应用。潘存云教授研制潘存云教授研制DD常用连接型面有：带切口的圆形电风扇方形六边形等距曲线胀紧连接是在轴与毂孔之间装配一个或几个胀紧联接套，在轴向力的作用下，同时胀紧轴与毂产生压紧力，靠摩擦力传递转矩和轴向力的一种静联接。二、胀紧连接结构类型：Z1型胀套、Z2型胀套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一个胀紧套1)Z1型胀套2)Z2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。拧紧联接螺钉，便可以将轴和毂长进。各种胀套已标准化，可根据轴与毂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。胀套尺寸的选择Dd选择时应满足：传递转矩时：传递轴向力时：同时传递转矩和轴向力时：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：m为额定载荷系数。胀套连接的优点：定心好、装拆方便，引起的应力集中较小，承载能力较高，并且有安全保护作用。缺点：由于轴与毂孔之间要安装胀套，有时应用受结构尺寸的限制。潘存云教授研制§10－12销连接作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。按用途分类型定位销按形状分定位销：用来固定零件之间的相对位置，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，数目一般不少于2