机械设计 课件 第六章 轴毂连接

第六章 轴毂连接轴毂连接的功能，主要是实现轴与轴上零件（如齿轮、带轮等）的轴向固定并传递转矩，有些还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。

轴毂连接形式很多，如键连接、花键连接、过盈连接、销钉连接等。

本章主要讨论键连结和花键连接的类型，选择和计算，对其他形式的轴毂连接只作简单介绍。

§6-1 键连接一、 类型及特点： 1、 键的作用键是种标准零件，通常用来实现轴与轴毂之间的轴向固定以传递转矩，有时也作导向零件用。

2、 分类及结构、特征：键连接的主要类型有：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧切向键联结。

楔键联结；半圆键联结；平键联结；（1）、平键连接：平键是应用最广的键。

其横截面是正方形或矩形，键的两侧面是工作面，其顶面与轮毂上键槽的底面留有间隙。

工作时，靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。

见P100图6-1 a)所示。

按用途。

平键分为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧滑键。

薄型平键；导向平键；普通平键；①、普通平键：用于静连接，特点是：对中性好，安装方便。

按端部形状，普通平键有三种。

型）单圆头（型）平头（型）圆头（⎪⎩⎪⎨⎧C B A 见图6-1 b) ,c) ,d) 所示。

采用圆头或单圆头平键，轴上的键槽用端铣刀铣出，轴上键槽端部的应立集中较大；圆头平键在键槽中轴向固定良好，但键的头部侧面与轮毂上的键槽不接触，故键的圆头部分不能充分利用。

采用平头键时，轴上键槽用盘铣刀铣出，轴的应力集中较小。

对于尺寸大的键，用紧钉螺钉把键固定在轴上键槽中。

轮毂上的键槽一般用插刀或拉刀加工。

单圆头平键常用于轴端与轮毂的连接。

②、薄型平键薄型平键也有圆头、平头和半圆头之分。

标准薄型平键的高度约为普通平键的60%～70%，所以传递转矩能力较低，适用空心轴、薄壁轮毂或只传递运动的轴毂连接。

③、导向平键（简称导键）导键是一种较长的平键，一般用螺钉固定在轴上，导键与轮毂的键槽采用间隙配合，轮毂可沿导键轴向移动，用于轮毂移动距离不大的场合，为便于拆卸，键上制有起键螺孔，以便使入螺钉使键退出键槽。

④、滑键当轮毂轴向移动距离较大时，用滑键固定在轮毂上，随轮毂一道可沿轴上的键槽移动，所以轴上应铣出较长的键槽。

（2）、半圆键连接其结构见P10图6-3所示。

轴上键槽用盘铣刀铣出，键在槽中能绕键的几何中心摆动，以适应轮毂键槽底面的斜度。

半圆键的两侧面为工作面，工作时，靠键与键槽侧面的挤压传递转矩。

半圆键制造简单，拆装方便，但轴上键槽较深，对轴削弱较大。

它适用于轻载连接或锥形轴端与轮毂的连接。

（3）、楔键连接楔键分为：⎩⎨⎧勾头楔键。

普通楔键；。

而普通楔键有：三种型式。

型）方头（型）圆头（⎪⎪⎨⎧B A楔键连接如P102图6-4100在轴与轮毂之间；两侧面并不接触；作用；⑤、楔键最好用于轴端，⑦、当键需从轮毂的一段打入时，轴上键槽要长一些。

如普通楔键中的平头、单圆头及勾头③、因键槽对轴的削弱较大，所以切向键常用于直径mm 100>的重型能够机械传动的轴上；④、用一个切向键时，只传递单向转矩；当要传递双向转矩时，必须用两个切向键，两个切向键的夹角为120°～130°。

二、 键的选择及强度计算 1、键的选择 （1）、类型选择：根据键连接的结构特点，使用要求和工作条件来选择。

①、按传递载荷的大小：如承重载，采用切向键；承轻载或锥形轴端与轮毂的连接，则采用半圆键。

②、按轴上零件是否沿轴向移动和滑动距离长短：若轮毂可沿轴向移动，但移动距离不大，可采用平键中的导向平键；但轴向移动距离较大时，采用滑键。

③、若对中性要求好，则采用平键连接。

④、按键是否具有轴向固定作用：有，则选楔键或切向键。

⑤、按键装在轴上的位置，是中部还是端部。

若是锥形轴端，则采用半圆键连接；在轴端，还可采用勾头楔键连接。

（2）、尺寸选择：键的主要尺寸为键的截面尺寸与长度。

截面尺寸一般以键宽⨯b 键高h 表示。

选取时，按轴的直径d 由标准选定。

键长L 一般按轮毂长度来选：键长略短语或等于轮毂长度。

而导向平键的长则轮箍长及滑动距离而定。

一般轮毂的长度(5.1'≈L ～)d 2，应符合标准规定的长度系列。

选出键的类型及尺寸后，还应进行强度校核计算。

2、键连接强度计算：（1）、平键连接的强度计算①、见P103图6-6所示，由平键组成的静连接受转矩作用。

此时，键的侧面及工作面受挤压，截面a-a 受剪接，设作用力为,作用在a-a 面的两工作面的上、下部分。

②、失效形式：对静连接，可能的失效形式是工作面被压溃或键被剪断。

对常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键连接来说，主要失效形式是工作面被压溃；对导向平键、滑键组成的动连接，主要失效形式工作面的磨损。

③、材质：键是标准件，一般采用抗压强度a B MP 600≥σ的碳钢制造，常用材料为键用精拔中的碳钢，如#45钢。

当轮毂用非铁金属或非金属时，如铝合金等，键的材料经常采用3A 或20号钢。

④、强度计算：因压溃是键的主要是失效形式，所以通常按工作面上的挤压力进行计算。

在作用力作用下，键的两侧面受力沿高度受力不均，并且由于轴扭转变形，也会引起键上载荷向两头集中，使载荷沿轴向分布不均。

由于许多不定因素，很难准确计算实际的最大应力。

计算时，假定挤压应力在键长上和高度上均匀分布，这是普通平建连接的强度条件为：[]P P AFσσ≤=导向平建连接和滑键连接的强度条件为：[]p AFp ≤= 式中：A ——受力面积，l hl k A 2=⋅=,h 为键的高度，mm ； l ——键的工作长度，mm ；对圆头平键，b L l -=；对平头平键，L l =； L 为键的公称长度，mm ；b 为键宽，mm 。

而T ——传递的转矩，mm N dF y F T ⋅⋅≈⋅=,2；d ——轴的直径，mm ；[]P σ——键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，a MP ；[]p ——键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用应力，a MP 。

值看P102表6-2。

则：[]P P hdl T l h d TA F σσ≤⨯=⋅⨯==331042102则平键连接所能传递的转矩为：[][]m N kld hdlT P P ⋅==,40004000σσ k ——键与轮毂的接触高度，mm hk ,2≈。

若一个平键不能满足轴所传递转矩的要求时，可在轴与轮毂连接处的180方向上，再布置一个平键，即两个平键对称分布。

考虑到在和分布的不均匀性，进行强度计算时，紧按1.5个键计算。

（2）、半圆键的强度计算半圆键连接的受力情况与平键连接相似，键P104图6-7所示，但半圆键的宽度b 较小，故其主要失效形式是键被剪断或工作面被压溃。

①、键的剪切强度条件为：[]ττ≤⨯=dblT 3102 式中：l ——键的工作长度，mm 。

计算时，取L l ≈，L 为键的公称长度；[]τ——键的许用剪切应力，a NP ，其值的选取，可按表6-2中静连接，键材料为钢来选，一般取小值。

则，半圆键连接所传递的转矩为：[]τ3102⨯=bldT ②、若按工作面的挤压应力进行强度校核计算。

强度条件仍沿用平键连接公式：[]P P kldT σσ≤⨯=3102 所传递的转矩公式为：[]m m N kld T P ⋅⨯=,1023σ（3）、楔键的强度计算其受力情况见P104图6-8所示。

其主要失效形式是：相互楔紧的工作面积上、下两面被压溃。

当传递转矩时，把键与轴看成一体，并将下方分布在半个圆柱面上的径向压力用集中力F 代替。

这时因轴与轮毂有相对转动的趋势，所以轴与轮毂也产生了微小的扭转变形，沿键的工作长度l 及沿宽度b 上的压力分布情况均较以前发生了变化，压力的合力F 不在通过轴心。

设压力沿键长均匀分布，沿键宽三角形分布，取2/,6/d y b x ≈≈，由键与轴对轴心的受力平衡条件：df b Td f y f x T F ⋅+≈⋅+⋅+=62则楔键连接的挤压强度条件，为：()[]P P fd b bl T bl F σσ≤+⨯==6101223因此，我们可得到允许传递转矩的近似计算公式为：()[]m N bl b bl T P ⋅⋅+⨯=,6101213σ 式中:T ——传递的转矩，mm ； 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；[]P σ——键、轴及轮毂三者当中最弱材料的许用挤压应力，a MP ，按表6-2取。

（4）、切向键连接简化强度计算其主要失效形式是：工作面被压溃。

把键与轴看成一体，当键连接传递转矩时，其受力情况见P105图6-9。

由切向键连接的挤压强度条件，可得出允许传递转矩的计算公式：()()[]m N c t dl f T P ⋅-+⨯=,45.05.010113σ 式中：c ——键的倒角，；值查有关手册； t ——键槽深度，mm ；取10/d t ≈。

取用键连接时，须注意：①、当强度不够时，可用两个键来进行连接； ②、键的长度不易过长，一般应6.1(<～d )8.1；③、用双键时，最好轴向相隔180°，这是平键；两个半圆键布置在轴的同一条母线上；两个楔键应布置在沿轴现相隔90°～120°；考虑两键上载荷分配不均匀性，在强度校核中只按1.5个键算。

第16课§6-2 花键连接花键连接由具有多的键齿的轴和有向凹槽的毂孔组成。

可以说，花键连接时平键连接在数目上的发展。

一、花键连接的特点1、优点：（1）、因键齿和键槽呈均匀分布，故连接受力均匀；（2）、轮毂上各齿间凹槽较浅，因此齿根应力集中较小，对轴、轮毂的强度削弱较小；（3）、齿数多，总接触面积大，故可承受较大载荷；（4）、对中性好，这一点对高速和精密机床很重要；（5）、导向性好，这对于动连接有好处；（6）、可用研磨方法来提高加工精度。

2、缺点：（1）、齿根处，仍有应力集中；（2）、成本高，需用专门设备加工。

3、用途：花键连接适用载荷较大，定心要求较高的静连接和动连接，如飞机、汽车、拖拉机、机床等行业中，由广泛应用。

二、花键连接的类型：对于花键连接的定心，当轮毂的硬度不高（低于350HB 时），按外径定心最经济。

因为轮毂上的孔D 的表面精度靠热处理后用拉刀拉削来保证，而花键轴外径表面的表面精度只需在普通外圆磨床上磨削就可保证；当轮毂的硬度很高（超过350HB 时），轮毂上的花键孔在热处理后难以拉削，这是要按内径定心，花键轴和轮毂的定心表面热处理后要磨削。

内径定心的花键连接加工较复杂，但定心精度较高；齿侧定心不能保证轴与轮毂的精确同心，但有利于各齿均匀承载，主要用于载荷较大的重系列连接。

2、渐开线花键 （1）、特点： ①、渐开线花键已标准化，其齿廓为分度圆压力角30=α或45的渐开线。