第六章 键、花键、无键连接和销连接.ppt

1 6 1键联接 6 2花键联接 6 3无键连接 第六章键 花键 无键链接和销联接 6 4销连接 2 键联接的用途 用于轴与轮毂之间的周向固定 并传递运动和转矩 有的还能实现轴向固定或轴向滑动的导向 键联接工作能力计算 键和花键的类型 结构形式选择 键的尺寸选择 重点 3 6 1键联接 一 键联接的主要类型及特点 平键联接 半圆键联接 楔键联接 切向键联接 4 平键联接 工作原理 键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙 两侧面为工作 依靠侧面受挤压传递运动和转矩 优点 结构简单 装拆方便 易加工 对中性好 缺点 不能实现轴上零件的轴向固定 应用 广泛 5 半圆键联接 工作原理 键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙 两侧面为工作 依靠侧面受挤压传递运动和转矩 缺点 键槽较深 对轴的强度削弱较大 主要用于载荷较轻的静联接 尤其适用于锥形轴与轮毂的联接 优点 轴上键槽用半径与键相同的盘铣刀铣出 键能在轴槽中绕几何中心摆动 以适应轮毂槽底面 其优点是工艺性较好 装拆方便 6 楔键联接 工作原理 键的上下两面为工作面 其上表面和轮毂槽底均有1 100的斜度 装配时 将键沿轴向打入轴和轮槽内 工作表面上产生很大的正压力 工作时 依靠工作面上正压力产生摩擦力传递转矩T 优点 能承受单方向的轴向力 对轮毂起到单向轴向固定作用 缺点 楔紧后会使轴与轮毂产生偏心 且在受到冲击 变载荷时易松脱 应用 由于故楔键联接仅适用于定心要求不高 载荷平稳的低速场合 7 切向键联接 工作原理 切向键由两个具有1 100斜度的楔键组成 装配时 两键以其斜面相互贴合 键分别从轮毂两端打入 使之楔紧 两键合并后 上下两面平行为工作面 故轴和轮毂键槽并无斜度 依靠工作面上的挤压力和轴与轮毂间的摩擦力传递转矩T a 单向传动 b 双向传动 注意 一个切向键只能单向传动 若需双向传动时 必须用两个互成120 分布的切向键 应用 切向键联接能传递很大的转矩 但对轴的强度削弱较大 故常用于直径大于100mm 对中要求不高而载荷较大的重型机械 8 二 平键联接 普通平键 薄型平键 用于静联接 导向平键和滑键 用于动联接 普通平键联接 导向平键联接 9 1 普通平键 用于静联接 即轴与轮毂之间无轴向相对运动 按其端部形状 有三种结构形式 1 圆头平键 A型 指状铣刀加工键槽 但轴上键槽端部应力集中较大 有效接触长度l比键的公称长度L短 l L b 轴上键槽用指状铣刀加工 轴槽与键的尺寸相符键在轴槽中固定可靠 10 2 平头平键 B型 l L 其优点是轴上键槽用盘铣刀加工 轴的应力集中较小 键的有效接触长度等于键的公称长度 但对于尺寸较大的键需用紧定螺钉将键固定在轴上键槽中 盘铣刀加工键槽 11 3 单圆头平键 C型 l L b 2 单圆头平键具有A B键的特点 常用于轴端与轮毂类零件的联接 轴上键槽用指状铣刀加工 轴槽与键的尺寸相符键在轴槽中固定可靠 薄型平键60 70 薄壁 12 导向平键是一种较长的平键 键用螺钉固定在轴的键槽中 轴上零件可沿键作轴向滑移 常用于轴上零件轴向位移量不大的场合 2 导向平键 用于动联接 即轴与轮毂之间有轴向相对运动 变速箱齿轮 13 滑键 用于动联接 轴上铣出较长的键槽 滑键固定在轮毂上 轴上零件带动键在轴上键槽中作轴向滑移 用于轴上零件轴向位移量较大的场合 14 1 键的类型选择 键的类型应根据连接的结构特点 使用要求和工作条件来选择 键宽b 键高h 普通平键 根据被联接处轮毂长度确定 键长L 轮毂长度B 一般可取L B 5 10 mm 并按标准长度系列确定 二 键的选择 2 键的尺寸选择 按标准规格和强度要求选择 导向平键 根据被联接处轮毂长度及其滑动距离来确定 表6 1键的标准表 15 平键联接受力情况 三 键联接的强度计算 1 平键联接受力分析 联接工作面 侧面 受挤压力F 式中 T 转矩 N mmd 轴的直径 mm 键的截面 受剪力 16 2 失效形式及计算准则 静联接 较弱零件 通常是轮毂 被压溃 动联接 较弱零件 通常是轮毂 过度磨损 键 被剪断 对于静联接 普通平键联接 进行较弱零件工作面挤压强度计算 对于动联接 导向平键联接 进行较弱零件工作面耐磨性计算 即 即 17 3 平键联接的强度校核计算 普通平键联接工作面挤压强度条件 导向平键联接工作面耐磨性条件 k 键与轮毂接触高度 mm k h 2 式中 p p 联接工作表面挤压应力 许用挤压应力 MPa p p 联接工作表面的压强 许用压强 MPa 18 表6 2键联接的许用挤压应力和许用压强MPa 许用值 联接方式 轮毂材料 载荷性质 静载荷 轻度冲击 冲击 静联接 普通平键半圆键 钢 120 150 100 120 60 90 铸铁 70 80 50 60 30 45 动联接 导向平键 钢 50 40 30 单键联接能传递的转矩很有限 当传递的转矩较大 而又不能增加键的长度时 可用多键来提高联接的承载能力 如图示双键 三键 但这样会严重削弱轴的强度 两个平键组成的联接 三个平键组合的联接 19 半圆键连接强度计算 只用于静连接 主要失效形式是工作面被压溃 通常按挤压应力进行强度校核计算 强度条件同6 1 20 楔键连接简化强度计算 主要失效形式是相互楔紧的工作面被压溃 应校核抗挤压强度 21 切向键连接简化强度计算 主要失效形式是工作面被压溃 应校核抗挤压强度 22 注意 进行强度校核后 如果强度不够 可以采用双键 应考虑键的合理布置 两个平键最好布置在沿周向间隔180度 半圆键布置在同一条母线上 楔键周向间隔90 120度 考虑到载荷分布的不均匀性 强度校核中按1 5个键计算 亦可增加键的长度 但不宜超过 1 6 1 8 d 当键的长度大于2 25d时 多出的长度可认为不承受载荷 键的材料通常采用45钢 抗拉强度不小于600MPa 23 例 某减速器中有一直齿圆柱齿轮安装在轴的两个支承点之间 齿轮和轴的材料均为锻钢 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 需传递转矩T 2200N m 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 键联接的类型 圆头普通平键联接 一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求 故选择平键联接 齿轮不在轴端 选用圆头普通平键 圆头普通平键联接的尺寸 根据d 70mm 查平键尺寸表 得键的截面尺寸 宽度b 20mm 高度h 12mm 由轮毂宽度100mm并参考键的长度系列 取键长L 90mm 比轮毂宽度小一些 A型平键b h 20 12 键长L 90mm 标记为 A型平键 键20 90GB T1096 2003 24 2 校核键联接的强度 取 p 110MPa A型平键b h 20 12 键长L 90mm 标记为 A型平键 键20 90GB T1096 2003 k 0 5h 0 5 12 6mm 键的工作长度 l L b 90 20 70mm 键的挤压强度不够 注 如与键有相对滑动的被联接表面经过淬火 则动联接的许用压力 p 可提高2 3倍 键联接的许用挤压应力 许用压力值 MPa 25 3 改用双键联接 考虑到挤压强度相差较大 改用双键 相隔180 布置 双键的工作长度l 1 5 70mm 105mm 26 花键联接是由周向均布多个键齿的轴与带有相应键齿槽轮毂孔配合而成的可拆联接 6 2花键联接 27 一 花键联接的特点及应用 2 齿槽浅 齿根应力集中小 对轴和轮毂的强度削弱小 3 键齿对称布置 齿多接触面积大 承载能力高 4 定心精度高 对中性和导向性好 缺点 需要专门加工设备和工具 制造成本高 应用 用于定心精度要求高 载荷大的动 静联接 1 因为均匀地制出齿和槽 受力较为均匀 28 二 花键联接的类型及其选择 矩形花键 键齿两侧面为平面 形状简单 加工方便 可用磨削方法获得较高精度 常用于机床 汽车 拖拉机等机械中 渐开线花键 渐开线花键的齿廓为渐开线 可用切制齿轮的加工方法来加工 工艺性较好 花键齿根较厚 强度高 寿命长 但加工内花键孔的制造成本较高 常用于载荷较大 定心精度要求高 尺寸较大的联接 矩形花键 渐开线花键 按键齿形状可分为 矩形花键和渐开线花键 29 一 矩形花键的参数及尺寸系列 主要参数及尺寸 键齿数N 小径d 大径D 键齿宽B 花键的规格 用Z 齿数 d 小径 D 大径 B 齿宽 表示 二 矩形花键的规格及标记 标记 包括花键的参数 尺寸及其公差带符号 国标号 例如 N 6 d 28mm D 32mm B 7mm花键的表示方法为 花键副标记 内花键 6 28H7 32H10 7H11GB1144 87 外花键 6 28f7 32d10 7d11GB1144 87 30 三 矩形花键的定心方式 矩形花键的定心方式有三种1 小径定心国家标准规定首先采用定心精度高 如图示 2 大径定心定心精度不高3 齿侧定心用于定心精度要求不高 载荷大的情况 要求齿侧受力均匀处 31 渐开线花键的类型及应用 齿形定心 齿根强度高 应力集中小 易于定心 承载能力大齿数多 模数小 齿短 承载能力低 用于轻载 适用于轴和薄壁零件的连接 压力角为30度 压力角为45度 渐开线花键的齿廓为渐开线 可用制造齿轮的方法来加工 与渐开线齿轮相比 花键齿较短 齿根较宽 不发生根切齿数较少 32 花键连接的受力情况如右图 其主要失效形式仍是工作面被压溃 静连接 或工作面过度磨损 动连接 静连接按挤压应力进行强度计算 动连接按工作面上压力进行计算 强度计算时 假定载荷在键的工作面上均匀分布 且压力的合力F作用在平均直径dm处 并引入载荷分配不均匀系数y 则花键连接的强度校核式为 静连接 动连接 上两式中 矩形花键 键的工作高度为 花键连接2 sp p 为花键连接的许用挤压应力和许用压力 三 花键链接强度计算 33 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联接 它是无键联接的一种型式 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 限制了型面联接的应用 一 型面连接 更多介绍 6 3无键连接 34 胀套的尺寸选择 胀紧联接是在毂孔与轴之间装入胀紧联接套 简称胀套 在轴向力作用下 同时胀紧轴与毂而构成的一种静联接 各型胀套已标准化 选用时可根据轴 毂尺寸及传递载荷大小 从标准中选择合适的型号和尺寸 选择时应满足 传递转矩时 传递轴向力时 传递联合作用的转矩和轴向力时 二 胀紧联接 更多介绍 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 35 按用途不同 一般分为 定位销 联接销 安全销 按结构形式不同分为 圆柱销 圆锥销 槽销 销轴和开口销等 销联接主要用于确定零件之间的相互位置 并可传递不大的载荷 也可用于轴和轮毂或其他零件的联接 详细说明 详细说明 销的材料为35 45钢 开口销为低碳钢 6 4销连接 36 本章要点掌握键与花键联接的类型 结构 特点和应用 掌握键联