第五章键、花键、销与.ppt

1、第五章 键、花键、销与过盈联接,沈阳农业大学 工程学院 机械设计教研室 张祖立,基本要求,1、掌握键联接的结构型式、特点和应用 2、掌握各类键的剖面尺寸和长度的确定方法 3、了解各类键的失效形式，掌握平键联接的强度计算方法 4、掌握花键联接的类型、工作特点和应用 5、掌握圆柱面过盈联接的工作原理、特点和应用 6、掌握过盈联接的计算 7、了解过盈联接的装配方法,重点内容,1、键联接的结构形式、特点及应用 2、键的选择，失效形式及平键联接的强度计算 3、花键联接的类型、特点和应用 4、圆柱面过盈联接的装配方法、设计计算方法及提高承载能力的措施,第一节 键联接,一、键的类型及应用,1平键,平键的特点

2、：,工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩 平键的两个侧面是工作表面,工作原理：,结构简单、对中良好、装拆方便、加工容易，故应用广泛，但仅能做周向固定 ，不能实现轴上零件的轴向固定,普通平键联接,键的侧面为工作面。,单圆头键常用于轴端。,应用最广。,普通平键用于静联接。,常用A型普通键。,A型普通平键,轴上键槽画法及尺寸注法,t 为轴上键槽深度， b、t、L可按轴径d从机械设计课程设计书上137页附表4.5-1按标准查出。,轮毂上键槽画法及尺寸注法,t1b: 可按孔径d从机械设计课程设计书上137页附表4.5-1按标准查出。,b: 键槽宽度,t1: 轮毂上键槽深度,导向平键,用于动联接 ，用螺钉

3、固定在轴槽中，轴上的传动零件可沿键做轴向滑动 。,滑 键,用于动联接。当零件滑行的距离较大时，所需的导向平键长度过长，加工制造较为困难，此时宜采用滑键。滑键固定在轮毂上，轴上零件带着键做轴向滑动。,2半圆键,半圆键用于静联接，键的两侧面为工作面。,优点：工艺性好，安装方便。,缺点：对轴的削弱较大，只适用于轻载静联接。,特别适用于锥形轴端的联接。,3. 楔键联接和切向键联接,结构特点：楔键的上表面和轮毂键槽底面均有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 平稳和低速的联接。,键的上下两面是工作面。,楔键用于静联接,楔键,工作时，靠键的楔紧作用来传递转矩，并能

4、轴向固定零件或承受单向轴向力。,楔键,切向键,用于静联接。键的上下两面是工作面。 一个切向键只能传递单向转矩；当传递双向转矩时，需用两个切向键。 切向键主要用于轴径大于100mm、对中要求不严而载荷很大的重型机械中。,二、键的选择及键联接的强度校核,1键的选择 类型选择 根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择 尺寸选择,键的剖面尺寸b h根据轴的直径d选择。（P87表5-1）,键的长度L根据轮毂的长度选择，一般键长等于或略小于轮毂的长度。,2平键联接的强度计算,主要失效形式 工作面压溃 （静联接） 工作面磨损 （动联接） 计算准则 工作表面的挤压强度计算（静联接） 工作面的耐磨性计算

5、（动联接）,静联接的挤压强度条件 假定载荷在键的工作面上均匀分布 式中： h键的高度，h2k l键的工作长度。,动联接的耐磨性条件 式中： l键与轮毂键槽的接触长度,3半圆键联接的强度计算,主要失效形式 工作面被压溃 （只能用于静联接） 工作面的挤压强度计算 同平键联接,表5-2 键联接的许用挤压应力、许用压力,p ,p , ,4键的材料、键联接的许用应力 标准规定，键用抗拉强度极限不低于600MPa的钢制造，常用精拔中碳钢,若强度不够时，可采用双键联接。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

6、 130,第二节 花键联接,应用：适用于承受重载或变载和定心精度要求较高的动、静联接。尤其适用于经常滑移的动联接。,特点：与平键相比，其对中性、导向性、载荷分布的均匀性均较好，花键的齿数多，接触面积大，承载能力高。,结构：由内花键和外花键构成的联接,一、花键的类型,1矩形花键 轻系列承载能力较小，用于静联接或轻载联接 中系列用于中等载荷的联接 定心方式小径定心,2渐开线花键,齿根较厚，齿根圆角大，应力集中小，强度高，承载能力较大 定心方式齿形定心 常用压力角 30、45,二、花键联接强度计算,主要失效形式 工作面压溃（静联接） 工作面过度磨损（动联接） 花键联接的强度条件 静联接 动联接 式中

7、：z花键的齿数 y载荷分配不均匀系数，y =0.70.8,dm花键的平均直径 矩形花键： D为花键外径，d为花键内径，c为齿侧顶部倒角 渐开线花键 dm = d h = m = d/z m为模数，z为齿数,第三节 销联接（自学）,第四节 过盈联接,一、概述 过盈联接 利用零件间的过盈配合来实现的联接 配合面：圆柱面、圆锥面,工作原理： 受外载荷时，过盈联接靠配合面间产生很大的径向压力伴生的摩擦力来传递载荷 特点： 结构简单、定心性好、承载能力高，可承受变载荷和冲击载荷。 主要缺点： 装配困难，对配合面加工精度要求较高 应用：轴与轮毂、齿圈与轮芯、滚动轴承与轴或座孔的联接。,二、过盈联接的装配方

8、法,1、压入法 利用压力机将被包容件压入包容件中，使之联为一体 配合表面微观不平度的峰尖受到擦伤及压平，联接的紧固性降低。 2、胀缩法 利用金属热胀冷缩的性质实现装配。 可加热包容件使其膨胀或冷却被包容件使其收缩，也可同时加热包容件和冷却被包容件。 可减少或避免损伤配合表面，联接的承载能力高。,三、圆柱面过盈联接的计算,过盈联接的承载能力取决于配合面间的压力和被联接件的强度 选择配合时保证 传递外载荷时不发生相对滑动 联接件在装配应力下不损坏 假设： 1）被联接件的应变在弹性范围内 2）被联接件是两个等长的厚壁圆筒，其配合面间压力分布是均匀的,1传递载荷所需的最小压强,（1）载荷为轴向力F 保

9、证联接零件间不发生 相对滑移的条件为 配合面间所需最小压强为,式中：d 配合直径； l 配合长度； p 径向压强； 摩擦系数,(2)载荷为转矩 T 配合面间不发生相对滑移的条件为 配合面间所需最小压强为,(3)同时受轴向力F和转矩T作用,配合面间不滑移的条件为 配合面间所需最小压强为,2零件不损坏所容许的最大压强,联接件的应力分布 包容件被胀大 产生周向拉应力 和径向压应力 被包容件被压小 产生周向压应力 和径向压应力 厚壁筒理论分析应力分布,1）联接件为塑性材料,强度失效 内表面处 塑性变形 根据第三强度理论强度条件为 s 1周向应力 s 3径向应力 s S材料的屈服极限,被包容件 危险应力

10、在内表面处 强度条件为 被包容件不产生塑性变形所容许的最大压强,包容件 危险应力在内表面处 强度条件为 包容件不产生塑性变形所容许的最大压强,2）联接件为脆性材料,强度失效 内表面处断裂 根据第一强度理论，可得零件不断裂所容许的最大压强 被包容件 包容件,3传递载荷所需的最小过盈,过盈量d 与压强p之间的关系式 c1、c2被包容件、包容件的刚性系数 所需的最小过盈量,采用压入法装配 零件配合面的不平波峰被擦平少许，实际过盈量要比装配前的过盈量小 需要的最小过盈量 式中：Rz1、Rz2被包容件、包容件的微观不平度的十点高度值，m 采用胀缩法装配,4零件不损坏所允许的最大过盈量,由允许的最大压强可

11、求得最大过盈量 在弹性变形范围内，配合表面间过盈量与径向压强成正比,5选择联接的配合 过盈配合 可能出现的最小过盈dz min或最大过盈dz max 所选用的配合应满足 传递载荷不滑动 零件不损坏 常用配合：H7/r6，H7/s6，H7/t6，H7/u6等,6装拆压力,采用压入法时 最大压入力发生在压入终了时 最大压出力发生在压出开始时 式中：pz max过盈量为dz max时的压强 mi、mo分别为压入、压出时的摩擦系数 一般计算时，可近似取mi = mo = m,7装配温度 采用胀缩法装配时 加热温度 冷却温度 式中：dc最小装配间隙，通常取H7/g6的最小间隙 a1、a2零件材料加热、冷却时的线膨胀系数 t0装配环境温度，,四、提高过盈联接承载能力的措施,1结构形式的影响 （1）压入法装配时零件的端部结构 合理的端部结构 能使联接定心良好和接触均匀，提高联接的牢固性,（2）轴与毂的过盈联接 1）轴比轮毂长 轴在轮毂的外部分阻止轴在轮毂内部分的压缩，使径向压力分布不均匀，在配合端部处产生应力集