花键、无键连接和销连接

1、2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,1,第六章 键、花键、无键连接和销连接,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,2,本章内容,键连接 key 花键连接 spline 无键连接 销连接 pin,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,3,键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间（Shafts and hubs）的周向固定，并将转矩从轴传递到毂，或从毂传递到轴有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动。,6.1 键连接,一、键连接的功能、分类、结构形式及应用,Keys are

2、used to transmit torque from a component to the shaft.,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,4,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,5,键连接的类型,平键连接 Flat key,半圆键连接 Woodruff key,楔键连接 Tapered key,切向键连接 tangential key,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,6,1. 平键连接,平键连接按用途分类,（1）普通平键连接,主要失效形式是键的剪断和工作面压

3、溃。,工作面是键的两侧面；,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,7,圆头：用指状铣刀加工键槽，应力集中大,方头：用盘状铣刀加工键槽，应力集中小，紧定螺钉固定,一圆头一方头：用指状铣刀加工键槽，用于轴端,普通平键的结构形式,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,8,键槽,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,9,（2）导向平键连接,导向平键是一种较长的平键 键用螺钉固定在轴上的键槽中 轴上的传动零件可沿键作轴向滑移。,2020/7/5,School of Mechatroni

4、cs, UESTC,10,主要失效形式是键的工作面过度磨损。,工作面是键的两侧面；,起键螺钉孔,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,11,（3）滑键,当零件滑移的距离较大时，用滑键。 滑键固定在轮毂上，轴上零件与键一起在轴上的键槽中作轴向移动。 轴上键槽很长 键可以较短,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,12,2. 半圆键连接,（1）键的摆动适应毂键槽的斜度； （2）侧面为工作面，传递扭矩，不能传轴向力； （3）特别适于锥形轴端； （4）对轴削弱大，用于轻载。,2020/7/5,School of Mecha

5、tronics, UESTC,13,Woodruff keys, cutter and key seat,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,14,It is utilized widely in the automotive and machine tool industries. Woodruff keys yield better concentricity after assembly of the hub and shafts. They are self-aligning（自动对准）and accordingly preferred for

6、 tapered shafts（锥形轴段）.,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,15,3. 楔键连接,键的上下两个面为工作面，分别与毂和轴上的键槽的底面贴合。 装配后，键楔紧在轴和轮毂的键槽里。 工作时，靠键的楔紧作用来传递转矩。可以承受单向的轴向载荷。 用于毂类零件的定心精度要求不高和转速较低的场合。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,16,4. 切向键,两个单面斜楔构成,工作面：上、下两面；靠互压传载，有一个面必须与轴线共面；传递双向扭矩时需用双键。,2020/7/5,School of Mechatr

7、onics, UESTC,17,二、键的选择和键连接强度计算,1. 键的选择,设计时先选择类型、尺寸，再进行校核计算,类型选择,静连接 普通平键、半圆键、花键,动连接 导向平键、滑键,尺寸选择,根据轴径 d 查标准，确定 b、h,根据轮毂宽度，确定键长 L,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,18,普通平键的主要尺寸,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,19,键的长度应等于或略短于轮毂的长度。 导向键的长度按轮毂的长度及其滑动距离而定。,键的长度应符合标准规定的长度系列。,应考虑的具体问题 需要传递转矩的大小；

8、 连接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离的长短； 对于连接的对中性的要求； 键是否需要具有轴向固定的作用； 键在轴上的位置（在轴的中部还是端部）。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,20,键的尺寸代号,键 B 16100 GB1096-79,由轮毂宽度决定,由轴径决定,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,21,2. 键连接的强度计算,平键连接的失效形式 工作面压溃静连接防止压溃校核挤压强度 工作面磨损动连接防止磨损校核压强,（1）平键连接的强度计算,2020/7/5,School of Mechatron

9、ics, UESTC,22,设键侧面的作用力沿键的工作长度和高度均匀分布，则普通平键的强度条件为:,普通平键的挤压强度条件：,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,23,键的工作长度,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,24,导向平键的校核,（圆头平键）,（平头平键）,（单圆头平键）,导向平键和滑键联接的强度条件为：,式中：,sp、p为许用应力与许用压力,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,25,讨 论,如果强度不满足要求，怎么办？,增加键的长度； 增大轴径； 采用双键；

10、 采用花键。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,26,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,27,讨 论,如果强度不足，可采用双键。 两个平键按180布置； 两个半圆键布置在轴的同一条母线上； 两个楔键沿圆周相隔90120。 考虑到两个键的载荷分布不均匀性，在强度校核中可按1.5个键计算。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,28,例 题,已知减速器中某直齿圆柱齿轮安装在轴的两个支承点间，齿轮和轴的材料都是锻钢，用键构成静连接。齿轮的精度等级为7级，装齿轮处的轴径d=7

11、0mm，齿轮轮毂宽度为100mm，需传递的转距T2200Nm，载荷有轻微冲击。设计此键连接。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,29,6.2 花键联接,花键联接是由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向均布而成 花键齿侧面为工作面可用于动和静联接 花键是标准件。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,30,变速箱输入轴的外花键,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,31,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,32,花键联接的特点,齿较多、

12、工作面积大、承载能力较高 键均匀分布，各键齿受力较均匀 齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少 轴上零件对中性好 导向性较好 加工需专用设备、制造成本高,花键适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的连接。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,33,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,34,花键的尺寸,国家标准规定花键的主要尺寸有小径d、大径D、键宽和键槽宽B，键数规定为偶数，有6、8、10三种，以便加工和检测。按承载能力，对基本尺寸规定了轻、中两个系列，同一小径的轻系列和中系列的键数相同，键宽（键槽宽）也相

13、同，仅大径不相同。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,35,花键联接的分类,花键联接按其齿形不同，分为矩形花键和渐开线花键。,矩形花键,渐开线花键,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,36,矩形花键,大径 D 小径 d 键宽 B,矩形花键的定心方式为小径定心，即外花键和内花键的小径为配合面。 定心精度高，定心的稳定性好。 矩形花键用于轻载或中等大小载荷的场合。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,37,国家标准规定矩形花键连结采用小径定心。 采用小径定心，磨削内花键小

14、径表面就很容易，磨削外花键表面也比较方便,通过磨削可以达到高精度要求。所以，矩形花键采用小径定心可以获得更高的定心精度，并能保证和提高花键的表面质量。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,38,渐开线花键 Involuted Spline,渐开线花键的定心方式为齿形定心。受载时齿上有径向力，能起自动定心作用，有利于各齿受力均匀，强度高，寿命长。 渐开线花键可以用制造齿轮的方法来加工，工艺性较好，易获得较高的制造精度和互换性。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,39,花键连接的强度计算,（1）静联接工作面压溃，

15、校核挤压强度 （2）动联接工作面磨损，按工作面压强进行条件计算,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,40,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,41,Ball screw,Ball Splines,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,42,轴和毂孔可做成柱体或锥体，前者只能传递转矩，可用于不受载荷时移动的动联接；后者在传递转矩的同时，还可传递轴向力。,6.3 无键联接,一、型面联接：,联接面是非圆形截面的柱体或非圆形截面的锥体。,2020/7/5,School of Me

16、chatronics, UESTC,43,装拆方便，对中性较好； 联接面上没有应力集中源，减少了应力集中； 锥体型面联接中作用有很大的推力，且挤压应力比键联接中的挤压应力高，承载能力较低； 切削加工较复杂，不易保证配合精度，应用尚不广泛。但由于成型工艺的发展，促进了型面联接在轻载联接中的应用。,型面连接的特点,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,44,二、 胀紧联接,在轴与彀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。静联接。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,45,胀套是标准键，Z1Z5

17、五种型号。 Z1型胀套：（由一对分别带有内、外锥面的套筒组成），在轴向力作用下，内、外套筒互相楔紧。内套缩小而箍紧轴，外套筒胀大而撑紧彀，使接触面间产生压紧力。由压紧力产生摩擦力来传递扭矩。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,46,Z2型胀套,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,47,6.4 销联接,销是标准件 按用途分类 定位销 连接销 安全销,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,48,6.4 销联接,销是标准件。 定位销：起定位作用，固定零件之间的相对位置。 定位

18、销通常不受载荷或只受很小的载荷，故不作强度校核计算，其直径可按结构确定，数目一般不少与两个。 销装入每一被联接件内的长度，约为销直径的12倍。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,49,联接销,是一种静联接，可传递不大的载荷。 联接销的类型可根据工作要求选定，其尺寸可根据联接的结构特点按经验或规范确定，必要时再按剪切和挤压强度条件进行校核计算。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,50,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,51,安全销,安全装置中的过载元件。 安全销在机

19、器过载时应被剪断。因此,销的直径应按过载时被剪断的条件确定。 为了确保安全销被剪断而不提前发生挤压破坏，通常可在安全销上加一个销套。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,52,按销的形状分类,圆柱销 圆锥销 槽销 开口销 销轴,圆柱销,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,53,内螺纹圆锥销,带孔销,圆锥销,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,54,销轴,槽销,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,55,销轴与开口销,销轴与开口销配

20、合使用，是构成铰链联接的元件。 开口销与开槽螺母配合，用于螺纹联接的防松。,开口销,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,56,开尾圆锥销,开尾圆柱销，适用于有冲击、振动载荷的场合。,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,57,Roll pin,2020/7/5,School of Mechatronics, UESTC,58,本章学习要求,掌握各类键联接的工作原理、结构形式和适用场合。 掌握平键联接的剖面尺寸和长度确定的方法； 掌握平键联接的失效形式及强度校核的方法； 了解型面联接、胀紧联接和销连接工作原理和特点。,2020/7/5,School of Me