键、花键和销连接

1、第第1212章章 键、花键和销连接键、花键和销连接 12.1 12.1 键联接键联接 12.2 12.2 花键联接花键联接 12.3 12.3 销联接销联接 12.1 键连接键连接 12.1.1 12.1.1 键的功能、分类、结构形式及应用键的功能、分类、结构形式及应用 用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，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导向移动。或实现零件的轴向固定或导向移动。 主要类型：主要类型： 平键连接平键连接 半圆键连接半圆键连接 楔键连接楔键连接 切向键连接切向键连接 1. 1. 平键联接平键联接flat key flat key 平键的下半

2、部分装在轴上的键平键的下半部分装在轴上的键 槽中，上半部分装在轮毂的键槽中。槽中，上半部分装在轮毂的键槽中。 键的顶面与轮毂之间有少量间隙，键的顶面与轮毂之间有少量间隙， 键靠侧面传递扭矩。键靠侧面传递扭矩。 普通平键普通平键静连接静连接 导向平键导向平键动连接动连接 滑键滑键动连接动连接 薄型平键薄型平键静连接静连接 1 1）普通平键）普通平键 半圆头半圆头(C(C型型)-)-常用于轴端常用于轴端 圆头圆头(A(A型型) ) 方头方头(B(B型型) ) 盘形铣刀盘形铣刀 端铣刀端铣刀 轴向固定好轴向固定好 A A型键与型键与B B型键的差异型键的差异 加工方式差异加工方式差异 对轴强度影响的

3、差异对轴强度影响的差异 轴向固定性差异轴向固定性差异 外形差异外形差异 工作长度差异工作长度差异 L b 轴向固定差轴向固定差 应力集中大应力集中大应力集中小应力集中小 lL lLb 2 2）薄型平键）薄型平键 A A型键型键 B B型键型键 C C型键型键, ,常用于轴端常用于轴端 其高度约为普通平键的其高度约为普通平键的60%60%、70%70%，传递能力较，传递能力较 低，常用于薄壁结构、空心轴等。低，常用于薄壁结构、空心轴等。 3 3）导向平键）导向平键 外形特点外形特点键用螺钉固定在轴上，零件可以在轴上移键用螺钉固定在轴上，零件可以在轴上移 动，构成动联接。为便于装拆，制有起键螺孔。

4、动，构成动联接。为便于装拆，制有起键螺孔。 适用场所适用场所轴上零件滑移距离不大的场所。轴上零件滑移距离不大的场所。 外形特点外形特点鞍状，包在零件上鞍状，包在零件上 适用场所适用场所轴上零件滑移距离较大的场所轴上零件滑移距离较大的场所 相对运动方式相对运动方式键与零件一同沿轴槽滑移键与零件一同沿轴槽滑移 4 4）滑键）滑键动连接动连接 普通平键、薄型平键、导向平键和滑键的普通平键、薄型平键、导向平键和滑键的工作面工作面 均为均为键的侧面键的侧面 双平键双平键 当同一轴段需装两个平键时，两键须相隔当同一轴段需装两个平键时，两键须相隔180180 平键平键1 平键平键2 工作面工作面工作面工作面

5、 2.2.半圆键连接半圆键连接静连接静连接 优点：优点：键能绕其几何中心摆键能绕其几何中心摆 动以适应毂槽底面的斜度；动以适应毂槽底面的斜度； 工艺性好，装配方便。工艺性好，装配方便。 缺点：缺点：轴上键槽较深，对轴轴上键槽较深，对轴 的强度削弱较大的强度削弱较大 适用场所适用场所轻载，锥形轴端轻载，锥形轴端 与轮毂的连接。与轮毂的连接。 工作面工作面 半圆键半圆键 勾头楔键连接勾头楔键连接 3.3.楔键（斜键）连接楔键（斜键）连接 楔键的形状：楔键的形状：键的上表面键的上表面 具有具有1：100的斜度的斜度 楔键的类型楔键的类型 普通楔键普通楔键 勾头楔键勾头楔键 1：100 1：100 圆

6、头楔键连接圆头楔键连接 平头楔键连接平头楔键连接 勾头楔键的勾头勾头楔键的勾头 供拆卸用供拆卸用 1 2 楔键的工作面楔键的工作面 工作面工作面 工作面工作面 工作面工作面 工作面工作面 楔键的传力方式楔键的传力方式靠键的靠键的 楔紧传力，同时能承受楔紧传力，同时能承受 轴向力，起单向轴向固轴向力，起单向轴向固 定的作用。定的作用。 楔键连接的最大缺点：楔键连接的最大缺点： 楔紧后，轴和轮毂的楔紧后，轴和轮毂的 配合产生偏心。配合产生偏心。 楔键连接不宜的场所：楔键连接不宜的场所： 高速、定心精度高高速、定心精度高 o2 o1 4.4.切向键连接切向键连接 切向键的组成：切向键的组成：由一对由

7、一对1:1001:100的楔键组成的楔键组成 切向键的工作面：切向键的工作面： 由一对楔键沿斜面拼合后由一对楔键沿斜面拼合后 相互平行的两个窄面。相互平行的两个窄面。 工作面工作面 工作面工作面 轴单向转动时，可安一个切向键；轴单向转动时，可安一个切向键； 切向键的缺点：切向键的缺点： 键槽对轴的强度削弱键槽对轴的强度削弱 较大较大 双向转动时，相隔双向转动时，相隔120120-130 -130 安装两个切向键。安装两个切向键。 切向键的适用的场所：切向键的适用的场所： 大型传动（重载）。大型传动（重载）。 如大型带轮、矿山设备等。如大型带轮、矿山设备等。 120130 12.1.2 12.1

8、.2 键的选择和键连接的强度计算键的选择和键连接的强度计算 已知：被联接件的材料、构造和尺寸；联接的载荷已知：被联接件的材料、构造和尺寸；联接的载荷 等。等。 键联接的设计：键联接的设计：选择键的类型、截面尺寸、键长等，选择键的类型、截面尺寸、键长等， 作相应的计算。作相应的计算。 1 .1 .键的选择键的选择 （1 1）键的类型：键的类型：据联接的结构特点、使用要求据联接的结构特点、使用要求 和工作条件来选。和工作条件来选。 （2 2）键的尺寸：键的尺寸：据轴径据轴径d d从键的标准中选截面尺从键的标准中选截面尺 寸寸b b、 h h，键长，键长L L参考轮毂长参考轮毂长B B定，键长应略小

9、于轮定，键长应略小于轮 毂长毂长B B。 b h L L b h d B 2.2.键连接的强度计算键连接的强度计算 （1 1）平键连接强度计算）平键连接强度计算 平键连接的主要失效形式平键连接的主要失效形式 静连接静连接（普通平键连接）（普通平键连接）挤压破坏挤压破坏 动连接动连接（导向键、滑键）（导向键、滑键）磨损磨损 当平键联接用于传递扭当平键联接用于传递扭 矩时，键的侧面受挤压，截矩时，键的侧面受挤压，截 面面a-aa-a受剪切受剪切 键的剪断键的剪断（很少，严重过载，沿（很少，严重过载，沿aa面剪断）面剪断） T o k y F F kl F P 静连接强度条件静连接强度条件 动连接强

10、度条件动连接强度条件 K键与轮毂接触高度键与轮毂接触高度0.5h T 扭矩扭矩 T =FyF d/2 P 键、轴、毂三者中最弱键、轴、毂三者中最弱 材料的许用挤压应力材料的许用挤压应力 P 键、轴、毂三者中最弱键、轴、毂三者中最弱 材料的许用压强材料的许用压强 kld T 3 102 P P 挤压强度挤压强度 压强压强 kl F P kld T 3 102 L l L=l （2 2）半圆键连接强度计算）半圆键连接强度计算 l键的工作长度键的工作长度 A型键型键 bLl B型键型键 Ll 只需作挤压强度计算只需作挤压强度计算 3 210 P T kld K从标准中查；从标准中查； Ll L P

11、（3 3）楔键连接强度计算）楔键连接强度计算 楔键连接的主要失效形式楔键连接的主要失效形式 相互楔紧的工作面被压溃相互楔紧的工作面被压溃 楔键连接的压力分布楔键连接的压力分布 o 未传递扭矩时未传递扭矩时 y 力平衡方程力平衡方程 传递扭矩后传递扭矩后 o T 0 o M TF x x /2 T F xfyfd 挤压强度条件为挤压强度条件为 2 p F bl F F F F fF fF fF y/2fF d /2d 6 6 T bfd 3 1210 (6) T bl bfd p p 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa， 见表见表12.2。

12、 式中式中： T 传递的转矩，传递的转矩，N.m； D 轴的直径，轴的直径，mm； b 键的宽度，键的宽度，mm； l 键的工作长度，键的工作长度，mm ； f 摩擦系数，一般取摩擦系数，一般取0.120.17 （4 4）切向键连接简化强度计算）切向键连接简化强度计算 当键连接传递转矩时，其受力情况如图所示当键连接传递转矩时，其受力情况如图所示 取键和轴为受力研究对象，则受力平衡条件为：取键和轴为受力研究对象，则受力平衡条件为： 2 . d fy T F 切向键连接的挤压强度条件为：切向键连接的挤压强度条件为： lct F p )( 式中式中： T传递的转矩，传递的转矩，N.m； D轴的直径，

13、轴的直径，mm； )45. 05 . 0( fd T p )45. 05 . 0()( 103 fdlct T 例题例题 12.1 8级精度的铸铁直齿圆柱齿轮与一钢轴用键构级精度的铸铁直齿圆柱齿轮与一钢轴用键构 成静连接，装齿轮处的轴颈为成静连接，装齿轮处的轴颈为60mm,齿轮轮毂长齿轮轮毂长95mm。连接。连接 传递的转矩为传递的转矩为840N.m，载荷平稳。试选择此键连接。，载荷平稳。试选择此键连接。 解：解：8级精度的齿轮要求一定的定心性，因此选用平键。因为是级精度的齿轮要求一定的定心性，因此选用平键。因为是 静连接故选用普通圆头平键。由静连接故选用普通圆头平键。由 手册可查得当手册可查

14、得当 d=5865时时 键的截面尺寸为：宽键的截面尺寸为：宽 b=18mm,高高h=11mm。参考毂长选键长。参考毂长选键长 L=80mm 键的接触长度键的接触长度 mmbll621880 p 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa， 见表见表12.2。 l 键的工作长度，键的工作长度，mm ； f 摩擦系数，一般取摩擦系数，一般取0.120.17 t 键槽的深度，键槽的深度，mm； c 键的倒角，键的倒角，mm； 注意：注意：1）为避免键过长）为避免键过长压力沿键长分布不均匀的现象，压力沿键长分布不均匀的现象， 键长的增加应参照下式：键长的

15、增加应参照下式： 2） 若采用双键，两个键相隔若采用双键，两个键相隔180布置，但由于各键载荷分布置，但由于各键载荷分 配不均，对轴的消弱很大，其承载能力只能按用一个键时的配不均，对轴的消弱很大，其承载能力只能按用一个键时的 1.5倍计算。倍计算。 dl)8 . 16 . 1 ( max 由表查得铸铁轮毂键槽的许用应力由表查得铸铁轮毂键槽的许用应力 （载荷平稳，故（载荷平稳，故 取大值）。由式取大值）。由式12.1得：得： MPa p 80 lhd T p 2 MPa p 80 621160 108404 3 dhl T4 MPa82 2）不改变原有毂、轴尺寸，仍采用）不改变原有毂、轴尺寸，仍

16、采用A型键，适当增加键长型键，适当增加键长 L=90mm； 改进措施：改进措施： 1）改用方头键）改用方头键; 3）改用双键。）改用双键。 12.2 12.2 花键连接花键连接 12.2.1 12.2.1 花键连接的类型、特点及应用花键连接的类型、特点及应用 花键连接的组成花键连接的组成 内花键内花键 外花键外花键 花键联接由内花键和外花键组成。沿周向均布多花键联接由内花键和外花键组成。沿周向均布多 个键齿。花键联接是平键联接在数目上的发展。个键齿。花键联接是平键联接在数目上的发展。 花键连接的优点花键连接的优点 a a）受力均匀；受力均匀； b b）应力集中小；应力集中小； c c）承载能力

17、强；承载能力强； d d）轴上零件的对中性好；轴上零件的对中性好； e e）导向性好；导向性好； f f）可用磨削的方法提高加工和连接质量。可用磨削的方法提高加工和连接质量。 花键连接的缺点花键连接的缺点 a a）需用专门设备加工；需用专门设备加工； b b）制造成本高。制造成本高。 应用：应用：定心精度要求高、传递转矩大或经常滑移的联定心精度要求高、传递转矩大或经常滑移的联 接。如变速箱滑移齿轮。接。如变速箱滑移齿轮。 矩形花键连接按新标矩形花键连接按新标 准为准为小径定心小径定心，定心精，定心精 度高，制造容易，在工度高，制造容易，在工 程中应用最广泛程中应用最广泛 矩形花键矩形花键 花键

18、类型：花键类型：矩形花键、渐开线花键、三角形花键矩形花键、渐开线花键、三角形花键 用于高强度连接用于高强度连接 渐开线花键渐开线花键 30 45 承载能力强，适用于大扭矩、大直径场所承载能力强，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也称三角形花键，适用于轻载小直径连接 齿形定心齿形定心 45 30 也称三角形花键也称三角形花键 用于薄壁零件连接用于薄壁零件连接 0.5 a hm 0.4 a hm 渐开线花键的渐开线花键的 制造方法：制造方法： 同齿轮加工一样同齿轮加工一样 需采用专用机床需采用专用机床 加工工艺性好加工工艺性好 制造精度较高制造精度较高 制造成本较高制造

19、成本较高 12.2.2 12.2.2 花键连接的强度计算花键连接的强度计算 花键连接的失效形式花键连接的失效形式 静连接静连接挤压破坏挤压破坏 动连接动连接磨损磨损 强度计算的合理假设强度计算的合理假设 每齿受力均匀每齿受力均匀 力力F作用在平均直径作用在平均直径dm上上 各齿间载荷分配不均匀系数，其值视加工精度而定，一般各齿间载荷分配不均匀系数，其值视加工精度而定，一般 取取 0.70.8； z 花键齿数；花键齿数； h 花键齿侧面的工作高度，对矩形花键花键齿侧面的工作高度，对矩形花键h0.5(D-d)，D和和d分别为分别为 花键轴的外径和内径；对渐开线花键为花键轴的外径和内径；对渐开线花键

20、为h=m，m为模数。为模数。 dm 花键平均直径花键平均直径( (mm) )，对矩形花键，对矩形花键，dm(D+d)/2；对渐开线花；对渐开线花 键，键，dmd，( (d为分度圆直径为分度圆直径) )； l 齿的工作长度齿的工作长度( (mm) )； P m P zhld T 3 102 静连接静连接 p zhld T p m 3 102 动连接动连接 强度条件为：强度条件为： 12.3 12.3 销连接销连接 销的分类销的分类 按结构形式分按结构形式分 固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。 圆柱销圆柱销 多次拆卸会降低其定位精度和可靠性。多

21、次拆卸会降低其定位精度和可靠性。 圆锥圆锥 销销 有有1:501:50的锥度，它安装方便，定位精度的锥度，它安装方便，定位精度 高，可反复多次拆装。高，可反复多次拆装。 圆柱销圆柱销 圆锥销圆锥销 定位销定位销 连接销连接销 安全销安全销 按功能分按功能分 定位销定位销 销的几种特殊形状销的几种特殊形状 端部带螺纹的圆锥销端部带螺纹的圆锥销 开尾圆锥销开尾圆锥销 槽销槽销 销的失效（破坏）形式销的失效（破坏）形式 连接销连接销挤压或剪切失效挤压或剪切失效 安全销安全销剪断（工作需要）剪断（工作需要） 定位销定位销受力很小，一般不破坏受力很小，一般不破坏 强度计算请参考强度计算请参考机械设计手册机械设计手册有关内容有关内容 有些人常常喜欢用发现别人的缺点来表现有些人常常喜欢用发现别人的缺点来表现 自己，而自己却意识不到这个缺点。往往自己，而自己却意识不到这个缺点。往往 一个人越聪明、越善良，他看到别人身上一个人越聪明、越