第六章键、花键、无键连接和销连接

T
p
键的挤压强度不够。
O
24
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。
?
p
?
2T ? 103 kld
?
2 ? 2200 ? 103 6 ? 105 ? 70
? 99.8MPa
25
§6—2 花键联接
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。
27
二．花键联接的类型及其选择
按键齿形状可分为：矩形花键和渐开线花键 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。
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。
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普通楔键
楔键联接
N
fN
工作面
T
1∶100
钩头楔键
fN N
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.
l B型键：
l C型键：
l=L l = L－b/2
k —— 键与轮毂接触高度，mm，k ≈ h/2 。
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表6-2 键联接的许用挤压应力和许用压强 MPa
载荷性质
许用值
联接方式 轮毂材料
静载荷 轻度冲击
?? p?
静联接
（普通平键 半圆键）
钢 铸铁
120～ 150 70～ 80
100～ 120 50～ 60
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。
22
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
静连接： 动连接：
? ? ? p
?
2T ? 103
y zhldm
?
?p
p ? 2T ?103 ? ?p?
y zhldm
上两式中: y ? 0.7 ~ 0.8
键的工作高度为：
矩形花键 h ? D ? d ? 2C 2
渐开线花键 a=30°，h=m
a =45°，h=0.8m
[? p]、[p]为花键连接的许用挤压应力和许用压力
花键轴(外花键)
轮毂(内花键)
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一．花键联接的特点及应用
优点 特 点
1）因为均匀地制出齿和槽，受力较为均匀。 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。
压力角为45度 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
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三、花键链接强度计算 花键连接 2 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：
[p]
动联接
钢
50
40
30
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。
k=0.5h=0.5×12=6mm
键的工作长度：l=L－b＝90－20＝70mm
?
p
?
2T ? 103 kld
?
2? 2200 ? 103 6 ? 70? 70
hF
b k F
? 149.7MPa ? ?? ? ? 110MPa
内花键: 6×28H7×32H10×7H11 GB1144-87 外花键: 6×28f7×32d10×7d11 GB1144-87
花键副标记： 6 ? 28 H 7 ? 32 H10 ? 7 H11 GB1144 ? 87 f 7 a10 d11
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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
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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。
20
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。
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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。
7
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
L
1）圆头平键（A型）
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。
l
l <L-b
b
h 工作面
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
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2) 平头平键（B型） 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
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20×90 GB/T1096-2003
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A型平键 b×h=20×12， 键长L=90mm，标记为： A型平键：键20×90 GB/T1096-2003
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：

F lk
?
2T dlk
?
4T dhl
?
?p
导向平键联接工作面耐磨性条件： p ? F ? 2 T ? 4 T ? ?p ?
lk dlk dhl
式中：σp、[σp]——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
l
A型键：
l = L－b
l —键的接触 长度，mm
2. 键的尺寸选择——按标准规格和强度要求选择
b
键宽b 根据被联接处的轴径d按标准选择。
h
键高h
L
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 键公称 般可取L=B-（5～10）mm，并按标 长度L 准长度系列确定。 导向平键——根据被联接处轮毂长 度及其滑动距离来确定。
L
d
表6-1 键的标准表
B
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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
F ? 2T N d
键的截面——受剪力： F ? 2T N d
式中：T——转矩，N·mm d——轴的直径，mm
k
F
F
≈d/2
T
平键联接受力情况
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2．失效形式及计算准则
失效 形式
联接工作 静联接——较弱零件（通常是轮毂）被压溃。 主要失效形式
L
h
l
l =L
盘铣刀加工键槽
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。
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3) 单圆头平键（C型） 单圆头平键具有A、B键的特点
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
L
l =L-b/2
h
l
常用于轴端与轮毂类零件的联接。 薄型平键60-70%，薄壁。
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2.导向平键——用于动联接（即轴与轮毂之间有轴向相对运动）。
第六章 键、花键、无键链接和销联接
§6-1 键联接 §6-2 花键联接 §6-3 无键连接 §6-4 销连接
1
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。
键和花键的类型、结构形式选择； 本章主要内容 键的尺寸选择——重点；
键联接工作能力计算。
优点: 结构简单，装拆方便，易加工，对中性好 特点 缺点：不能实现轴上零件的轴向固定。
应用：广泛 4
半圆键联接
R
工作面
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。
特点
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。
矩形花键
渐开线花键 28
一）矩形花键的参数及尺寸系列
B
主要参数及尺寸——键齿数N、小径d、大径D、 键齿宽B
尺寸 轻系列——用于轻载或静联接
系列 中系列——用于重载或动联接
D
二）矩形花键的规格及标记
花键的规格——用Z（齿数）×d（小径）×D（大径）×B（齿宽）表示。 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 = 28 mm、D = 32 mm、B = 7 mm 花键的表示方法为：
2
§6—1 键联接
一、键联接的主要类型及特点
类型 及
特点
松键联接：靠侧面受挤压传递运 动和转矩，键两侧面 是工作面。
平键联接 半圆键联接
紧键联接：靠键的楔紧作用传递运 动和转矩，键上下两面 是工作面。
楔键联接 切向键联接
3
平键联接
工作面
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。
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。 变速箱齿轮
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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。
13
二）键的选择
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。
?p?
动联接
（导向平键）
钢
50
40
冲击 60～ 90 30～ 45
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18
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.
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。 特点 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。 6
切向键联接
工作面
120°
1∶100
切向键安装
a）单向传动
b）双向传动
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
面（侧面） 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；
计算 准则
? ? 即： ? p ? ? p
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：
p ? ?p ?
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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：? p ?
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。
30
渐开线花键的类型及应用
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。 压力角为30度
齿形定心。齿根强度高，应力集中小， 易于定心。承载能力大
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。
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100 mm，对中要求不高而载荷较大的重型机械。
2. 校核键联接的强度
?
p
?
2T ? 103 kld
?
??
? p
键联接的许用挤压应力、许用压力值(MPa)
许用挤压应力、 许用压力
[σp]
联接工作 方式
静联接
键或毂、轴的 材料
钢 铸铁
静载荷 120~150
70~80
载荷性质 轻微冲击 100~120 50~60
冲击 60~90 30~45
取[σ]p=110MPa