第12章 键、花键和销连接

45 也称三角形花键，适用于轻载小直径连接
渐开线花键的定心方式
齿形定心 渐开线花键的 制造方法：
同齿轮加工一样 需采用专用机床 ★加工工艺性好 ★制造精度较高 ★制造成本较高
30
ha 0.5m
用于高强度连接
45 ha 0.4m
也称三角形花键
用于薄壁零件连接
12.2.2 花键连接的强度计算
2） 若采用双键，两个键相隔180°布置，但由于各键载荷分 配不均，对轴的消弱很大，其承载能力只能按用一个键时的 1.5倍计算。
12.2 花键连接
12.2.1 花键连接的类型、特点及应用
花键连接是平键连接在数目上的扩充
花键连接 的组成
内花键 外花键
花键连接的优点 a）受力均匀； b）应力集中小；
c）承载能力强；
1）普通平键
普通平键
A型键 B型键 C型键,常用于轴端
薄型平键
导向平键
滑键
普通平键的连接性质―静连接
A型键与B型键的差异
① 外形差异
② 加工方式差异 ③ 轴向固定性差异
④ 对轴强度影响的差异 ⑤工作长度差异
2）薄型平键
A型键
B型键
C型键,常用于轴端
其高度约为普通平键的60%、 70%，传递能力较低，常用
F
T
x fy fd / 2
fF
6T
b 6 fd
挤压强度条件为
p
2F bl
12T 103 bl(b 6 fd )
F 未传递扭矩时
F 传递扭矩后
p
式中：
T —传递的转矩，N.m； D — 轴的直径，mm； b — 键的宽度，mm； l — 键的工作长度，mm ； f —摩擦系数，一般取0.12~0.17 σp — 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，
d）轴上零件的对中性好；
e）导向性好；
f）可用磨削的方法提高
花键连接的缺点
加工和连接质量。
a）无法根除应力集中； b）需用专门设备加工；
c）制造成本高。
花键类型：矩形花键、渐开线花键、三角形花键。
矩形花键
矩形花键连接按新标 准为内径定心，定心精度 高，制造容易，在工程中 应用最广泛
渐开线花键
30 承载能力强，适用于大扭矩、大直径场所
h —花键齿侧面的工作高度，对矩形花键h＝0.5(D-d)，D和d分别为 花键轴的外径和内径；对渐开线花键为h=m，m为模数。 dm —花键平均直径(mm)，对矩形花键，dm＝(D+d)/2；对渐开线花 键，dm＝d，(d为分度圆直径)；
l —齿的工作长度(mm)；
12.3 销连接
销的分类 按功能分
楔键连接不宜的场所：
高速、定心精度高
4.切向键连接
切向键的组成： 由一对1:100的楔键组成
切向键的工作面： 由一对楔键沿斜面拼合后
相互平行的两个窄面。
工作面 工作面
☆ 轴单向转动时，可安一个切向 键；
☆ 双向转动时，相隔120°~130 °安装 两个切向键。
切向键的缺点： 键槽对轴的强度削弱较大
解：8级精度的齿轮要求一定的定心性，因此选用平键。因为是 静连接故选用普通圆头平键。由 手册可查得当 d=58～65ｍｍ时 键的截面尺寸为：宽 b=18mm,高h=11mm。参考毂长选键长 L=80mm 键的接触长度l l b 80 18 62mm
由表查得铸铁轮毂键槽的许用应力 [ p ] 80MPa （载荷平稳，故 取大值）。由式12.1得：
F
k
F
T
y
o
静连接强度条件
P
F kl
2T 103 kld
P
K=0.5h
P
―键、轴、毂三者中最弱 材料的许用挤压应力
动连接强度条件
P ―键、轴、毂三者中最弱
P F 2T 103 P
材料的许用压强
kl kld
T ― 扭矩 T =F×y≈F × d/2
l
L
L= l
l ―键的工作长度 A型键― l L b
D—轴的直径，mm；
l —键的工作长度，mm ；
f —摩擦系数，一般取0.12~0.17
t —键槽的深度，mm；
c —键的倒角，mm； σp —键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，
见表12.2。
例题 12.1 8级精度的铸铁直齿圆柱齿轮与一钢轴用键构成 静连接，装齿轮处的轴颈为60mm,齿轮轮毂长95mm。连接传 递的转矩为840N.m，载荷平稳。试选择此键连接。
楔键的类型
普通楔键 勾头楔键
楔键的形状：键的上表面具有
1：100的斜度
∠1：100
勾头楔键连接
圆头楔键连接
平头楔键连接
勾头楔键的勾头 供拆卸用
∠1：100
楔键的工作面 工作面
工作面 工作面
2
o2 o1 1
工作面
楔键的传力方式―靠键的楔紧传力, 同时能承受轴向力，起单向轴 向固定的作用。
楔键连接的最大缺点： 楔紧后，轴和轮毂的 配合产生偏心
外形特点―鞍状，包在零件上
注意：滑键与导 向平键的区别
适用场所―轴上零件滑移距离较大的场所。
相对运动方式―键与零件一同沿轴槽滑移。
☆普通平键、薄型平键、导向平键和滑键的工作面均为键的侧面
双 平 键
☆当同一轴段需装两个平键时，两键须相隔180° 平键1
平键2
工作面
工作面
2.半圆键连接
连接性质―静连接
优点：键能绕其几何中心摆动
以适应毂槽底面的斜度；工
艺性好，装配方便。
缺点：轴上键槽较深，对轴
√
的强度削弱较大
适用场所―轻载，锥形轴端
与轮毂的连接。
注意：同一轴段若需装两个 半圆键时，只能装在同一
×
母线上，而不能相隔180°
L
安装
☆半圆键的摆动特点 ☆半圆键工作 面为键的侧面
半圆键
工作面
3 .楔键（斜键）连接
第12章 键、花键和销连接
12.1 键连接 12.2 花键连接 12.3 销连接
12.1 键连接
12.1.1 键的功能、分类、结构形式及应用
功能： 用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递 2 扭矩，或实现零件的轴向固定或导向移动。
主要类型： 平键连接 半圆键连接 楔键连接 切向键连接
1
T
1 .平键连接
b
于薄壁结构、空心轴等
端铣刀
轴向固定好 应力集中大
l Lb L
盘形铣刀
轴向固定差 应力集中小
lL
3）导向平键 连接性质―动连接
外形特点―键较长，用螺钉固
定在轴的键槽中，键上制有 起键孔，以便于拆卸
适用场所―轴上零件滑移距离
不大的场所。
相对运动方式―轴上零件沿键
侧面滑移。
4）滑键
连接性质―动连接
见表12.2。
（4）切向键连接简化强度计算 当键连接传递转矩时，其受力情况如图所示 取键和轴为受力研究对象，则受力平衡条件为：
F
T y f.d
T
d (0.5 f 0.45)
2
切向键连接的挤压强度条件为：
p
(t
F c)l
T 103
(t c)dl(0.5 f 0.45)
[ p ]
式中：
T—传递的转矩，N.m；
花键连接的失效形式 静连接―挤压破坏 动连接―磨损
强度计算的合理假设 ① 每齿受力均匀 ② 力F作用在平均直径dm上 强度条件为：
P
2T 103
zhldm
P
静连接
p 2T 103 p
zhldm
动连接
Ψ —各齿间载荷分配不均匀系数，其值视加工精度而定，一般Ψ 取 0.7～0.8； z —花键齿数；
定位销 连接销 安全销
圆柱销
定位销
圆锥销
连接销
开口销
安全销
销的几种特殊形状
端部带螺纹的圆锥销 槽销
开尾圆锥销
销的失效（破坏）形式 连接销―挤压或剪切失效 安全销―剪断（工作需要） 定位销―受力很小，一般不破坏
强度计算请参考《机械设计手册》有关内容
p
2T dhl
4T dhl
4840 103
60 11 62
82MPa [ p ] 80MPa
改进措施：
1）改用方头键;
2）不改变原有毂、轴尺寸，仍采用A型键，适当增加键长 L=90mm；
3）改用双键。 注意：1）为避免键过长压力沿键长分布不均匀的现象，
键长的增加应参照下式：lmax (1.6 ~ 1.8)d
切向键的适用的场所： 大型传动（重载）。如 大型带轮、矿山设备等。
12.1.2 键的选择和键连接的强度计算 1 .键的选择 类型选择―根据使用要求、工作条件和结构特点选 尺寸选择―b×h依轴径d而定；L依毂宽B而定。
b
h
B
L
d
b
h L
2 . 键连接的强度计算 （1）平键连接强度计算
平键连接的主要失效形式 静连接（普通平键连接）―挤压破坏 动连接（导向键、滑键）―磨损
B型键― l L
L
（2）半圆键连接强度计算
只需作挤压强度计算
P
2T 103 kld
P
☆ K从标准中查；Leabharlann ☆ lL（3）楔键连接强度计算
楔键连接的主要失效形式
相互楔紧的工作面被压溃
楔键连接的压力分布
F
xF
y
o
d/2 o
fF
T
力平衡方程
M o 0
T F x fF y fF d / 2