第五章键联接

1、第五章第五章 键、花键、无键连接键、花键、无键连接和销连接和销连接(Key 、Spline 、 No-key Joints and Pin Joints)一一. 教学目标教学目标1 1、了解键联接的类型、特点、了解键联接的类型、特点; ;2 2、掌握键的类型及尺寸的选择，并能对平键进行强度计算；、掌握键的类型及尺寸的选择，并能对平键进行强度计算；3 3、掌握花键联接类型、特点及应用；、掌握花键联接类型、特点及应用；4 4、掌握花键联接强度校核计算；、掌握花键联接强度校核计算；5 5、了解无键联接（成形联接）、销联接类型、特点及应用。、了解无键联接（成形联接）、销联接类型、特点及应用。二二. 重

2、点和难点重点和难点重点：重点：1 1、键联接的类型、特点及其选用；、键联接的类型、特点及其选用；2 2、平键联接尺寸的确定方法、失效形式及强度计算；、平键联接尺寸的确定方法、失效形式及强度计算；3 3、花键联接的常用齿形、定位方式及其应用；、花键联接的常用齿形、定位方式及其应用；4 4、销联接的特点及应用。、销联接的特点及应用。第一节第一节 键联接键联接(key Joints) 键是一种标准件键是一种标准件 ，主要起周向固定零件的作用，以传递旋转运动，主要起周向固定零件的作用，以传递旋转运动成扭矩成扭矩(torque)，是一种可拆联结。是一种可拆联结。一键联接的类型、特点及应用一键联接的类型、

3、特点及应用键键联联接接平键平键半圆键半圆键楔键楔键切向键切向键普通平键普通平键导向平键导向平键滑键滑键圆圆 头（头（A型）型）平平 头（头（B型）型）单圆头（单圆头（C型）型）静静联联接接动联接动联接薄型平键薄型平键1平键联接平键联接(flat key joints)1)普通平键普通平键(plain flat key)轴轴工作面工作面间隙间隙2) 不能承受轴向力，因而对轴上的零件不能起到轴向固定作用；不能承受轴向力，因而对轴上的零件不能起到轴向固定作用；1)键的两侧面是工作面，靠键与键槽键的两侧面是工作面，靠键与键槽(keyway)的侧面挤压来传递扭矩；的侧面挤压来传递扭矩；3)平键联接具有结

4、构简单、装拆方便、对中良好等优点。平键联接具有结构简单、装拆方便、对中良好等优点。 轴上键槽用指形铣轴上键槽用指形铣刀加工，键在槽中固定刀加工，键在槽中固定良好，但轴上键槽端部良好，但轴上键槽端部的应力集中较大。的应力集中较大。 用盘形铣刀加工，用盘形铣刀加工，轴的应力集中较小。轴的应力集中较小。常用于轴端。常用于轴端。为了防止键松动，需为了防止键松动，需要用螺钉将键固定在要用螺钉将键固定在轴上的键槽中。为了轴上的键槽中。为了便于拆卸，键上制有便于拆卸，键上制有起键螺孔。起键螺孔。 导向平键导向平键用于动联接，即轴与轮毂之间有相对轴向移动的联接。用于动联接，即轴与轮毂之间有相对轴向移动的联接。

5、2)导向平键导向平键(guide flat key)按端部形状分按端部形状分A型（圆形）和型（圆形）和B型（方形）两种型式。型（方形）两种型式。3）滑键）滑键(sliding key) 特点：滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴上的键槽中坐轴向特点：滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴上的键槽中坐轴向滑移。这样，只需要在轴上铣出较长的键槽，而键可以做的很短。滑移。这样，只需要在轴上铣出较长的键槽，而键可以做的很短。 常见的滑键有双勾头和单勾头两种形式。常见的滑键有双勾头和单勾头两种形式。4）平键的标记方法）平键的标记方法键键 头部类型头部类型 键宽键宽键长键长 国标号国标号键键 B 8B 8100

6、 GB/T 1096-2003 100 GB/T 1096-2003 （方头普通平键）（方头普通平键） A A型可不标出型可不标出2、半圆键联接、半圆键联接(woodruff key joints) 轴上键轴上键槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽中绕几何中心槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽中绕几何中心摆动摆动以适应毂上键槽的倾斜度以适应毂上键槽的倾斜度。 半圆键用于静联接，其工作面为两侧面，工作时靠其侧面的挤压来半圆键用于静联接，其工作面为两侧面，工作时靠其侧面的挤压来传递扭矩。传递扭矩。 其优点是其优点是工艺性好、装配方便，艺性好、装配方便，缺点是轴槽对轴的强度削弱较大。缺点是

7、轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。只适宜轻载联接。一般用于锥形轴端。一般用于锥形轴端。 半圆键的标记方式：键半圆键的标记方式：键 键宽键宽半径半径 国标号国标号 键键 6 62525 GB/T 1099-2033 GB/T 1099-2033由于轴与轮毂产生偏心，仅适用于定心精度不高、载荷平稳和低速的联接。由于轴与轮毂产生偏心，仅适用于定心精度不高、载荷平稳和低速的联接。3、楔键联接、楔键联接(taper key joint) 楔键分为楔键分为普通楔键普通楔键和和钩头楔键钩头楔键。普通楔键有圆头（。普通楔键有圆头（A型）、方头（型）、方头（B型）型）或单圆头（或单圆头（C型）三种。型）三

8、种。如果安装在外露的轴端时，应注意加装防护罩。如果安装在外露的轴端时，应注意加装防护罩。 楔键的楔键的上、下面为工作表面，其上、下面为工作表面，其上表面是上表面是有有1：100斜度的斜度的斜面斜面（侧面（侧面有间隙）有间隙）。工作时工作时将键打入，产生很大的预紧力，迫使轴与轮毂产生偏心。将键打入，产生很大的预紧力，迫使轴与轮毂产生偏心。工作时主要靠工作时主要靠键、轴和毂之间的键、轴和毂之间的摩擦力传递转矩。摩擦力传递转矩。普通楔键普通楔键钩头楔键钩头楔键圆头普通楔键的圆头普通楔键的标记：键标记：键 键宽键宽键长键长 国标号国标号 键键 1616100 GB/T 1564-2003 100 GB

9、/T 1564-2003 用一个切向键时只能传递单向转矩，当要传递双向转矩时，必须使用用一个切向键时只能传递单向转矩，当要传递双向转矩时，必须使用两个切向键，两个切向键之间的夹角为两个切向键，两个切向键之间的夹角为当双向传递转矩时，需用两对当双向传递转矩时，需用两对切向键并分布成切向键并分布成120130。4、切向键、切向键(tangent double-taper key)切向键的上、下两切向键的上、下两窄面是工作面窄面是工作面，工作时，靠工作面上的挤压应力及工作时，靠工作面上的挤压应力及轴与毂间的摩擦力来传递转矩。轴与毂间的摩擦力来传递转矩。在重型机械中常采用切向键联接，在重型机械中常采用

10、切向键联接，切向键由一对斜度为切向键由一对斜度为1：100的的楔楔键组成键组成。装配时，先将轮毂装好，然后将两楔键从轮毂两端装入键。装配时，先将轮毂装好，然后将两楔键从轮毂两端装入键槽并打紧，使键楔紧在轴与毂的键槽中。槽并打紧，使键楔紧在轴与毂的键槽中。普通切向键的标记：切向键普通切向键的标记：切向键 厚度厚度键宽键宽键长键长 国标号国标号 切向键切向键 8 82424100 GB/T1974-2003100 GB/T1974-2003二、平键和半圆键的设计计算二、平键和半圆键的设计计算已知：已知：被连接件的材料、构造和尺寸；连接的载荷等。被连接件的材料、构造和尺寸；连接的载荷等。键连接的设计

11、键连接的设计：选键的类型、截面尺寸、键长等，作相应的校核计算。：选键的类型、截面尺寸、键长等，作相应的校核计算。1、选择键的类型、选择键的类型键的类型应根据键连接的结构、使用要求及工作条件来选择。选择时应键的类型应根据键连接的结构、使用要求及工作条件来选择。选择时应考虑以下各方面的情况：需要传递转矩的大小；连接于轴上的零件是否考虑以下各方面的情况：需要传递转矩的大小；连接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离的长短；对于连接的对中性要求；键是否需要需要沿轴滑动及滑动距离的长短；对于连接的对中性要求；键是否需要具有轴向固定的作用；以及键在轴上的位置（在轴的中部还是端部）等。具有轴向固定的作用；以

12、及键在轴上的位置（在轴的中部还是端部）等。2、 查键的尺寸查键的尺寸 键的剖面尺寸键的剖面尺寸bh按轴的直径按轴的直径d由标准（普通平键由标准（普通平键参见参见P107表表5-2）中）中选定。键的长度选定。键的长度L一般按轮毂宽度定，要求键长比轮毂略短一般按轮毂宽度定，要求键长比轮毂略短510 mm，且符合长度系列值。且符合长度系列值。3 、强度计算、强度计算键的剪断主要失效磨损（动联接）压溃（静联接）故静联接应进行故静联接应进行挤压强度挤压强度计算，动联接应进行计算，动联接应进行耐磨性耐磨性计算。计算。104)2/()2/(3ptpdhlTlhdTSFd轴径；轴径；1043pdhlTph键的

13、高度；键的高度；l键的接触长度；键的接触长度；静联接静联接动联接动联接p许用挤压应力许用挤压应力；（参见；（参见P107表表5-1）p许用压强许用压强；（参见；（参见P107表表5-1）1 1）平键的强度校核）平键的强度校核 kdlT22 2）半圆键联接强度校核）半圆键联接强度校核半圆键联接应满足键的剪半圆键联接应满足键的剪切强度条件：切强度条件：考虑到载荷分布的不均匀性，校考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按核强度时按1.5个键计算。个键计算。3）采用双键；）采用双键；如果设计时单键强度不够时，可采用如下措施：如果设计时单键强度不够时，可采用如下措施：1）增大轴径）增大轴径d ；2）增长）

14、增长l，但轮毂长的增加对零件受力不利，长度不应超，但轮毂长的增加对零件受力不利，长度不应超过过2.5d ；平键按平键按180布置；半圆键布置在同布置；半圆键布置在同一条母线上；楔键的夹角成一条母线上；楔键的夹角成120 130 4）采用花键。）采用花键。第二节第二节 花键联接花键联接(spine Joint)当传递当传递载荷较大载荷较大且且对心精度要求高对心精度要求高时，可用花键联接。时，可用花键联接。花键可以做成静联接，也可花键可以做成静联接，也可以做成动联接（能滑移，如以做成动联接（能滑移，如在各种机械的变速箱中被广在各种机械的变速箱中被广泛应用）。泛应用）。花键联接是平键联接在数目上的发

15、展。花键联接是平键联接在数目上的发展。外花键和内花键外花键和内花键沿轴和轮毂的周向均布多个键齿，齿侧为工作面。沿轴和轮毂的周向均布多个键齿，齿侧为工作面。组成：组成：结构特点：结构特点：1、花键类型（按齿形分）、花键类型（按齿形分）（1）矩形花键）矩形花键 矩形花键分为轻系列和中系列，轻系矩形花键分为轻系列和中系列，轻系列适于静连接或轻载连接，中系列适于中列适于静连接或轻载连接，中系列适于中载连接。新标准规定连接为小径定心，即载连接。新标准规定连接为小径定心，即外花键和内花键的小径为配合面。特点是：外花键和内花键的小径为配合面。特点是：定心精度高，定心稳定性好，配合面均要定心精度高，定心稳定性

16、好，配合面均要研磨，磨削消除热处理后变形，应用广泛。研磨，磨削消除热处理后变形，应用广泛。（2）渐开线花键）渐开线花键分度圆压力角有分度圆压力角有30 和和4545两种，两种，定心方式为定心方式为齿形齿形定心，当齿受载时，齿上定心，当齿受载时，齿上的径向力能起到自动定心的径向力能起到自动定心作用，有利于各齿均载作用，有利于各齿均载。2、特点：、特点：1）齿较多、工作面积大、承载能力较高；）齿较多、工作面积大、承载能力较高；6）加工需专用设备、制造成本高。）加工需专用设备、制造成本高。5）导向性较好；）导向性较好；4）轴上零件对中性好；）轴上零件对中性好；3）齿槽浅、齿根应力集中小，对轴的强度削

17、弱减少；）齿槽浅、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少；2）键均匀分布，各键齿受力较均匀；）键均匀分布，各键齿受力较均匀；选花键类型选花键类型按轴径定花键尺寸按轴径定花键尺寸验算联接强度验算联接强度 键齿的压溃（静联接）键齿的压溃（静联接）磨损（动联接）磨损（动联接）齿根剪断齿根剪断 2、花键联接的设计计算、花键联接的设计计算设计过程：设计过程：失效形式失效形式：设：工作载荷沿键的工作长度设：工作载荷沿键的工作长度l均匀分布。且各齿面上压均匀分布。且各齿面上压力的合力力的合力Ft作用在平均半径作用在平均半径rm处处挤压强度条件：挤压强度条件： PmPdlhzT 2耐磨性条件：耐磨性条件： pdl

18、hzTpm 2z 花键齿数花键齿数l 键齿工作长度（键齿工作长度（mm）dm花键的平均半径，花键的平均半径，dm =(D+d)/2 载荷分布不均系数，一般取载荷分布不均系数，一般取 =0.70.8p、p许用挤压应力和许用压强，许用挤压应力和许用压强，参见参见P110表表5-4.D/2d/2hdm/2CCFt第三节第三节 销连接销连接(Pin Joint) 销的主要形式由圆柱销和圆锥销（销的主要形式由圆柱销和圆锥销（1：50锥度）。连接锥度）。连接销孔一般需要经过铰制。同时还有许多特殊的形式，例如开销孔一般需要经过铰制。同时还有许多特殊的形式，例如开口销、槽销等。口销、槽销等。定位销定位销主要用

19、于零件间位置定位，常用作组合加工和装配时主要用于零件间位置定位，常用作组合加工和装配时的主要辅助零件。的主要辅助零件。连接销连接销主要用于零件间的连接或锁定，可传递不大的载荷。主要用于零件间的连接或锁定，可传递不大的载荷。安全销安全销主要用于安全保护装置中的过载剪断元件主要用于安全保护装置中的过载剪断元件 。特殊型式销特殊型式销便于装拆，便于装拆，可用于盲孔可用于盲孔适用于有冲适用于有冲击的场合击的场合适用于承受振动适用于承受振动和变载荷的联接和变载荷的联接销尾可分开，能防止松脱，销尾可分开，能防止松脱，多用于振动冲击场合多用于振动冲击场合弹性圆柱销：用弹弹性圆柱销：用弹簧钢带卷制而成，簧钢带

20、卷制而成，具有弹性，用于冲具有弹性，用于冲击振动场合击振动场合开口销：是一开口销：是一种防松零件，种防松零件，用于锁紧其它用于锁紧其它紧固件。紧固件。带螺纹锥销带螺纹锥销槽销槽销开尾锥销开尾锥销 销的主要材料为销的主要材料为35、45钢，许用剪切应力为钢，许用剪切应力为80MPa，许，许用挤压应力可以查阅相关标准或教材表格数据。用挤压应力可以查阅相关标准或教材表格数据。 定位销通常不承受载荷，其结构尺寸可以按结构确定位销通常不承受载荷，其结构尺寸可以按结构确定，数目不得少于两个。定，数目不得少于两个。 连接销在工作中通常受到挤压和剪切。设计时，可连接销在工作中通常受到挤压和剪切。设计时，可以根

21、据连接结构的特点和工作要求来选择销的类型、材以根据连接结构的特点和工作要求来选择销的类型、材料和尺寸，必要时进行强度校核计算。料和尺寸，必要时进行强度校核计算。第四节第四节 无键连接无键连接（一）（一）过盈连接过盈连接 过盈连接是利用两个被连接件本身的过盈配合来实现过盈连接是利用两个被连接件本身的过盈配合来实现的连接，配合面通常为圆柱面，有时也为圆锥面。的连接，配合面通常为圆柱面，有时也为圆锥面。1 1、过盈连接的工作原理、过盈连接的工作原理利用包容件与被包容件的径向变形使配合面间产生很大压力，从而利用包容件与被包容件的径向变形使配合面间产生很大压力，从而靠摩擦力来传递载荷靠摩擦力来传递载荷2 2、过盈连接的装配方法、过盈连接的装配方法1 1）压入法）压入法2 2）温差法）温差法( (胀缩法胀缩法) )常温下常温下利用压力机将被包容件压入包容件中，由于压入过程中表面微利用压力机将被包容件压入包容件中，由于压入过程中表面微观不平度的峰尖被擦伤或压平，因而降低了连接的紧固性。观不平度的峰尖被擦伤或压平，因而降低了连接的紧固性。所以，压所以，压入法一般用于过盈量不大或对连接质量要求不