机械设计第六章

第六章 键、花键、无键连接和销连接
6-1键连接 6-2花键连接
6-3无键连接
6-4销连接
6-1键连接和花键连接
一、键连接的类型 作用：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移动。
类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。
1. 平键连接
特点：定心好、装拆方便。 种类
普通平键 导向平键
销联接主要用于确定零件之间的相互位置，并可传递 不大的载荷。也可用于轴和轮毂或其他零件的联接。
定位销：固定零件之间的相对位置，是组合加工和装配时 的重要辅助零件。通常不受载荷或只受很小的载荷，不作 强度校核计算，其直径按结构确定，数目一般不少于2个。
钻床夹具
钻套2可引导钻头钻孔， 并控制孔的中心距尺寸 钻模板1由圆柱销 和菱形销定位 钻模板 钻套
上两式中: 0.7 ~ 0.8
[σp]、[p]为许用挤压应力和许用压力
Dd 2C 矩形花键 h 2 dm Dd 2
渐开线花键 a=30°，h=m a=45°，h=0.8m
dm di (分度圆直径)
6-3无键连接
一、型面连接 用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔 配合以传递运动和转矩的可拆连接。锥面体能同时传递扭 矩和轴向力，用于不允许有间隙和要求高可靠性的场合。
取[σp]=110MPa 单键 双键 若扭矩大于4066怎么办？
（圆头平键）
（平头平键） （单圆头平键） 单位：T为N· m，k、l、h为mm
[σP]为键、轴、轮毂最弱材料的 许用挤压应力
导向平键和滑键：主要失效形式是工作面过度磨损， 通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。
[p]为键、轴、轮毂最弱材料的许用压力
半圆键连接只用于静连接，主要失效形式是工作面被 压溃。通常按工作面的挤压应力进行强度校核计算。
二、键的选择和强度校核 1．键的尺寸选择 平键的尺寸主要是键的截面尺寸b×h及键长L。b×h根 据轴径d由标准中查得，键的长度参考轮毂的长度确定，一 般应略短于轮毂长，并符合标准中规定的尺寸系列。
2．平键联接的失效和强度校核 普通平键联接：主要失效形式是工作面的压溃，有时 也会出现键的剪断，但一般只作联接的挤压强度校核。
优点：装卸方便，对中性好，没有应力集中，传递扭矩大。 缺点：加工复杂，磨削需专用机床。
二、胀紧连接 轴与毂孔之间装配一个或几个胀紧连接套，在轴向力 的作用下，同时胀紧轴与毂产生压紧力，靠摩擦力传递转 矩和轴向力的一种静连接。
Z1型胀套
Z2型胀套
各型胀套已标准化，选用时可根据轴、毂尺寸及传递 载荷大小，从标准中选择合适的型号和尺寸。 选择时应满足：
取[σp]=110MPa，工作长度l=L-b=70
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改用双键
键的标记为：GB/T 1096键20×12×90
6-2花键连接
(一)花键连接的类型、特点和应用 组成： 外花键、内花键。 结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。
优点： (1)均匀受力； (2)对轴的削弱程度小；
(3)承载能力高； (4)轴上零件与轴的对中性好； (5)导向性好； (6)可用磨削方法提高加工精度及连接质量。 缺点：齿根仍有应力集中，需专用设备制造，成本高。 外花键 内花键
3. 楔键连接和切向键连接 结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。 缺点：定心精度不高。 应用：定心精度不高，载荷平稳和低速连接。
4．切向 键 由两个斜度为1:100的楔键组成。一个切向键只能传递
一个方向的转矩，传递双向转矩时，用互成120°～130° 的两个键。
圆柱销：经多次拆装后，定位精度会降低；有m6、h8两种 直径偏差可供选择，以满足不同要求。
圆锥销：有1:50的锥度，可反复多次拆装。
槽销：不易松动，承受振动和变载荷，不铰孔，多次装拆。
钻孔
铰孔
开尾圆锥销：在联接时的防松效果好，适用于有冲击、振 动的场合
端部带螺纹的圆锥销：盲孔或拆卸困难的场合
销轴：用于两零件的铰接处，构成铰链联接。销轴通常用 于开口销锁定，工作可靠，装拆方便。
(二)花键联接强度计算 主要失效形式仍是工作面被压溃（静联接）或工作面 过度磨损（动联接）。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ψ。
2T 103 p 静联接： p zhld m

2T 103 p 动联接： p zhld m
半圆键的接触高度k应根据键的尺寸从标准中查取； 半圆键的工作长度l近似等于键的公称长度L。
楔键连接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。把键和轴视为一体，并将下方分布在 半圆柱面上的径向压力用集中力F代替，由于这时轴与轮毅 有相对转动的趋势，轴与毂也都产生了微小的扭转变形， 压力的合力F不再通过轴心。
定心方式：齿形定心，具有自动 定心作用，受力均匀。
特点：制造工艺性好，精度高，齿 根强度高，易于定心。常用于传递 大扭矩和大轴径的场合。 α=45 ˚的花键工作面高度较小，承 载能力较低，多用于载荷较轻，直 径较小的静连接。特别适用于薄壁 零件的连接。
相同切向力，压力角大， 法向力大，接触应力大， 承载能力低
盘铣刀
导向平键 结构特点：长度较长，需用螺钉固定。 为便于装拆，制有起键螺孔。
零件可以在轴上移动，构成动连接。
导向平键
滑键 结构特点：两端有钩头，键固定在轮毂上，键短，槽长。
2. 半圆键连接 优点：定心好，装配方便。因半圆键能在轴槽中摆动 以适应轮毂槽底面。
缺点：对轴的削弱较大，只适用于轻载连接。 适用：锥形轴端的连接。
普通 平键 结构
圆头(A型) 用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。
平头(B型) 用盘铣刀加工，轴的应力集中小。 单圆头(C型) 用于轴端
薄型平键的高度为普通平键的60％~70%，也分圆头、 平头、单圆头三种。传递扭矩能力低，常用于薄壁结构、 空心轴等径向尺寸受限制的场合。
键槽铣刀
视频 加工
6-3 在一直径为d=80的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮，轮 毂宽度L=1.5d，工作时有轻微冲击。试确定平键的连接的 尺寸，并计算其允许传递的最大转矩。 L=1.5d=1.5×80=120mm 平键尺寸：b=22，h=14，L=110
选用圆头普通平键(A型)
工作长度l=L-b=110-22=88
应用：定心精度要求高、载荷大，或经常滑移的连接。
(1)矩形花键
按齿高的不同，标准中规定了两个系列。 轻系列：承载能力较小，多用于静连接和轻载连接； 中系列：用于中等载荷的连接。 定心方式：小径定心，可磨削，精度高，稳定性好。
(2)渐开线花键
压力角为30°和45°两种。 与渐开线齿轮相比，花键齿短，齿 根宽，不产生根切的最小齿数较少。
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 精度为7级，装齿轮处的轴径d=70mm，齿轮轮毂宽度为 100mm，需传递的转矩T=2200N· m，载荷有轻微冲击。试 设计此键连接。 一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键 连接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键(A型) 参考轴的直径d=70 mm，截面尺寸为：b=20，h=12， L=90 mm(比轮毂宽度小些)
菱形销 螺旋压板 挡销 圆柱销
夹具体
工件以底面及两侧面分别与夹具体5的平面、 圆柱销4、菱形销7、挡销6接触定位。
连接销：用来实现两零件之间的连接，可用来传递不大的 载荷。其类型可根据工作要求选定，其尺寸可根据连接的 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。 安全销：作为安全装置中的过载剪切元件。安全销在过载 时被剪断，因此，销的直径应按剪切条件确定。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。
x≈b/6 y≈d/2
(4)切向键连接简化强度计算 主要失效形式是工作面被压溃。
若强度不足时，可采用双键连接。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90˚ ~120˚
120˚
120˚
两个平键，一般沿周向相隔180°布置，对轴的削弱均 匀，两键的挤压力对轴平衡，无附加弯矩，受力状态好。 两个楔键，相隔120°~90°布置。若夹角过小，对轴 的局部削弱过大。若夹角过大，则两个楔键的总承载能力 下降。当夹角为180°，两个楔键的承载能力上只相当于一 个楔键。 两个半圆键，在轴的同一母线上布置。半圆键对轴的 削弱较大，两个半圆键不能放在同一横截面上。
传递转矩时 T T
传递轴向力时 Fa Fa
2T 2 F F 传递联合作用的转矩和轴向力时 R a d
2
Fa
当一个胀套不满足要求时，可用两个以上的胀套串联使 用，此时总的额定载荷为：
Tm mT
m为额定载荷系数。
6-4销连接