机械设计(第6章)

120˚～130˚
d
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例 题：键连接的设计 P108
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d- t
潘存云教授研制
A型
h b L
C×45˚或r
B型
C型
R=b/2
L L
标记实例： 圆头普通平键(A型): 键16×100 GB1096—79 键 b XL GB.. 方头普通平键(B型): 键B16×100 GB1096—79 单圆头普通平键(C型) : 键C16×100 GB1096—79
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键的尺寸 C或r L
0.16~0.25 6~20 6~36 8~45 10~56 14~70 18~90 22~110 28~140 36~160 45~180 50~200 56~220 63~250
键 t 1.2 1.8 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 5.0 5.5 6.5 7.0 7.5 9.0 t1 1 1.4 1.8 2.3 2.8 3.3 3.3 3.3 3.8 4.3 4.4 4.9 5.4
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起键螺孔
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双钩头滑键
结构特点：两端有钩头，键固定 在轮毂上，键短，槽长。
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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。
滑移距离较大时，平键过长，制造困难，故可采用滑键。
固定螺钉
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第6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
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•
学习目标：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 联接的失效形式及掌握强度校核的方法； 了解型面联接、胀紧联接和销连接工作原 理和特点。
• 重点与难点：平键联接的剖面尺寸和长度 确定的方法；平键联接的失效形式及掌握 强度校核的方法；
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Mechanical Design 应用：定心精度要求高、载荷大，或经常滑移的连接。 矩形花键
——制造容易，应用最广。
——用于高强度连接。 ——用于薄壁零件连接。
类型
渐开线花键 三角形花键
(1)矩形花键
按齿高的不同，矩形花键的齿型尺寸在标准中规定了三个系列，
轻系列：轻系列的承载能力较小，多用于静连接和轻载连接； 中系列：中系列用于中等载荷的连接。 重系列：中系列用于重载荷的连接。 定心方式：小径定心——精度高，稳定性好。
因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。
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缺点：对轴的削弱较大，只适 用于轻载连接。 特别适用于锥形轴端的连接。
工作面
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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：只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的连接。
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可见联接的挤压强度不够。考虑到相差较大，因此 改用双键，相隔180°布置。双键的工作长度 l=1.5×70mm=105mm,由挤压应力计算公式可得
键的标记为：键20×90GB/T1096-1979（一般A型键 可不标出“A”，对于B型或C型键，须将“键”标 为“键B”或“键C”）。
键连接的许用挤压应力、许用压力 载 荷 性 质 轮毂材料
静载荷 轻微冲击 钢 铸铁 钢 125~150 70~80 50 100~120 50~60 40
冲击 60~90 30~45 30
[σ
p
]
[p ]
(2)半圆键连接强度计算
用于静连接，失效形式为表面压溃
l
l 近似为公称长度
k
b
F y≈d/ T d
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§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。
普通平键 种类 导向平键
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间隙 工作面
轴
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安装时用 力打入 工作面
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类型：普通楔键、钩头楔键。
钩头是用来拆卸用的
拆卸空间
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在重型机械中常采用切向键—— 一对楔键组成。
窄面 工作面
d+t1
h
Mechanical Design 轴的直径 d 自 6~8 > 8~10 > 10~12 > 12~17 > 17~22 > 22~30 > 30~38 > 38~44 > 44~50 > 50~58 > 58~65 > 65~75 > 75~85 b 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 h 2 3 4 5 6 7 8 8 9 10 11 12 14
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§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： 轴和轮毂直接而均匀制出齿与槽 潘存云教授研制 (1)均匀受力； (2)对轴的削弱程度小;
Mechanical Design 普通 圆头(A型) 用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。 平键 平头(B型) 用盘铣刀加工，轴的应力集中小。 用于轴端 结构 单圆头(C型) 盘铣刀 A型 B型
C型Fra Baidu bibliotek
普通平键应用最广。 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。
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• 【例6-1】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 一般８级以上精度的齿轮有定心精度要求， 应选择平键联接。由于齿轮不在轴端，故 选用圆头普通平键。
斜度1:100
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d
装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面， 所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递 扭矩时，需要两对切向键分布成120~130 ˚ 。
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(1)平键连接的强度
d
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d
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L
B型
b l=L
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Mechanical Design 对于导向平键连接，计算依据是磨损，应限制压强：
4T p= dhl
≤[ p ]
表6-2 许用值
二、键的选择与平键连接的强度校核
键的材料：σB≥ 600 MPa的碳素钢，常用45钢。 键的选择 →(工作要求) 键的类型→按轴径 d选 键的b × h→选键长L(标准 ; 短于轮毂寛度) 表6-1
主要失效形式：压溃（静连接）、磨损(动连接)、剪断。
剪断一般不会出现
T 4T Ft =(d/2)(h/2)l = 挤压应力： σp = ≤[σ p ] d h l S b A型 F b l=L-b h /2 F l
2
k半圆键的接触高度
2T σp = ≤[σp ] kl d
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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； 切向键： 夹角成120˚～130˚
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(2)渐开线花键
有α=30 ˚
α=45 ˚两种，对应的齿顶高分别为0.5m、 0.4m
α=30 ˚
α=45 ˚
df
df
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。 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。
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单圆钩头滑键
结构特点：单圆钩头，嵌入轮毂中。
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Mechanical Design 表6-1 普通平键和键槽尺寸（GB1095— 79、GB1096— 79） b b b t d t1
槽 半径r 0.08~0.16
0.25~0.4
0.16~0.25
0.4~0.6
0.25~0.4
0.6~0.8
0.4~0.6
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2. 半圆键连接
优点：定心好，装配方便。
因齿槽浅，齿根应力集中小
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(3)承载能力高; 齿数多，总接触面积大 (4)轴上零件与轴的对中性好；对高速及精密机器很重要 (5)导向性好; 对动连接很重要 (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。
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• 根据d=70mm从平键尺寸表中查得键的截面 尺寸为：宽度b=20mm，高度d=12mm。由轮 毂宽度并参考键的长度系列，取键长 L=90mm（比轮毂宽度小一些）。 • 2.校核键联接的强度 • 键、轴和轮毂的材料都是钢，由表可查 得许用挤压应力[σ p]=100～120MPa，取其 平均值[σ p]=110MPa。键的工作长度l=Lb=90-20=70mm,键与轮毂键槽的接触高度 k=0.5h=0.5×12=6mm。由挤压应力计算公 式可得