机械设计键连接
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焊接——利用局部加热的方法将被联接件联接成为一个整体的 一种不可拆联接
一、焊接的类型、特点及应用
焊接可以分为：①熔化焊；②压力焊； ③钎焊
二、焊接件常用材料及焊条
焊接的金属结构常用材料为Q215、Q235、Q255 焊接的零件则常用Q275、15~50号碳钢，以及50Mn、 50Mn2、50SiMn2等合金钢
取决于强度较弱的那种材料
强度不够时 ▲ 增大键长 ▲ 同一截面采用双键联接
不同轴段的键槽应开在同一母线上
课堂练习：在一直径d=80mm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。 试确定平键联接的尺寸，并计算其能够传递的最大转 矩。 解：由图可知采用A型平键。由轴径d=80mm查表 b=22mm，h=14mm。 轮毂长度为 1.5*80=120mm 取键 的公称长度为L=90mm， 键的标记为键22X90GB1096-79. 键的工作长度为 l=L-b=90-22=68mm 键与轮毂键槽接触高度为 k=h/2=7mm 根据齿轮材料为钢，载荷轻微冲击，查表得需用挤压 [ p ] =110Mpa。 根据普通平键联接的强度公式： 2T 103 p [ p ] 键连接能传递的最大转矩为 kld
2、平键联接的强度计算 普通平键失效形式：键、轴上键 槽、轮毂上键槽这三种最弱的工 作面被压溃。 设计准则 校核挤压强度 导向键或滑键的失效形式： 工作面过渡磨损。 设计准则 校核压强
l —键的工作长度； 对于A型键 l = L - b
对于B型键 l = L
对于C型键 l = L - b/2
2、平键联接的强度校核
3、成形（无键）联接
4、销联接
其他不可拆联接方法
铆接：参考动画
焊接： 胶接：
铆接
利用铆钉把两个以上的被铆件联接在一起的不可拆联接
一、铆缝
铆钉和被铆件铆合部分一起构成铆缝。
1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4
a 搭接缝
b 单盖板对接缝 c 双盖板对接缝
焊接
Dd h 2C 1.4mm 2
Dd 花键平均直径： dm 38mm 2
0.8 载荷分配不均系数 按静连接、齿面经过热处理、使用和制造条件中等查的许用 挤压应力为：100-140MPa，取120MPa。变形求得T值为 1634Nm 2T 103 P p zhldm
§2
一、花键联接的特点 优点：⑴承载能 力大；⑵键槽较浅， 对轴的强度削弱较轻 ；⑶具有较平键更好 的定心性和导向性； ⑷装拆性能好。 缺点：花键需要专 用设备制造，成本较 高。 花键联接适用于 定心精度较高、载荷 较大或经常滑动的联 接。
花键联接
花键轴
花键孔
二、花键联接的分类和构造
⑴ 矩形花键 ①有两个系列（轻、中系 列）； ②定心方式：小径定心， 定心精度高、定心稳定性 好，能用磨削的方法消除 热处理变形。 ③加工简便，应用广泛。
胶接 一、胶接及其应用
胶接是利用胶接剂在一定条件下把预制的元件联接在一起，
并具有一定的联接强度的不可拆联接
二、胶接接头
设计胶接接头时应注意以下各点： （1）尽可能使胶层受剪或受压
（2）尽可能使胶层应力分布均匀 （3）胶层厚度为0.1~0.2mm时，胶层强度最高 （4）胶接面积宜取大些以利于金属强度的充分利用
1、普通平键：用于静联接。
2、导向平键：用于短距离动联接
3、滑键：用于长距离动联接。
二、半圆键：用于静联接。 键的侧面为工作面，键的上表面与毂槽底面间有间隙。
同学们思考半圆键的优缺点？
三、斜键 工作面是键的上下两面，用 于静联接。 1、楔键
楔键的上下面分别与毂和轴 上的键槽的底面贴合，为工 作面。
※主要失效形式：
静联接 挤压→压溃 σp [σp] 剪切→剪断 []
h/ N2
N
动联接：+ 工作面磨损→ p [p]
★强度条件:
3 2 T 10 静联接: [ p ] p kld
动联接： 其中：
2T 103 p [ p] kld
l —键的工作长度；
对于A型键 l = L - b 对于B型键 l = L 对于C型键 l = L - b/2
解： （1）、选择键连接的类型：由于带轮与轴 连接的对中性高，选普通平键A型。 （2）确定尺寸 按轴径：d=45mm， 查表得：键宽b=14mm，键高h=9mm， 键长L=[80-（5～10）]mm=（75～70）mm。 取标准长度=70mm。 标记为：键14×70 GB/T 1096
第六章 键联接
键和花键主要用于轴和带毂零 件，实现周向固定以传递转矩 的轴毂联接。 6.1 键联接 6.1.1键联接的分类和构造 松键联接 平键 半圆键
键联接
紧键联接
楔键 斜键 切向键
一、平键（普通平键、导向平键、滑键）
工作原理：平键的两侧是工作面，上表面与轮毂键槽底 面间有间隙（如图），工作时靠轴槽、键及毂槽的侧面 受挤压来传递转矩，不能实现轴上零件的轴向固定。
2）尺寸选择 键的剖面尺寸（键宽b×键高h）:按轴的直径d由标准中 选定。 普通平键的长度L：按轮毂的长度而定。
导向平键的长度L：按轮毂的长度及其滑动距离而定。
轮毂长度： L (1.5 ~ 2)d
五、普通平键的选用
步骤： 1、根据键的工作情况，确定平键类型 2、按轴的直径d确定键的剖面尺寸b×h 3、按轮毂宽度B确定键的长度L， 一般L = B －(5～10)mm，并须符合标准中 规定的长度系列。 例：钢轴与铸铁带轮采用键连接，已知轴径 d=45mm，带轮轮毂长L=80mm，试选用键连 接的类型和尺寸。
2、切向键
切向键由一对斜度为1：100的楔键组成。切 向键的工作面是由一对楔键沿斜面拼合后相互平 行的两个窄面，被连接的轴和轮毂上都制有相应 的键槽。
7.1.2 键的选择和平键联接的计算 1、键的选择 1）类型选择
需要传递的扭矩大小； 联接于轴上的零件是否需要沿轴向滑动及滑动距离 的长短； 联接的对中性要求； 是否需要具有轴向固定的作用； 键在轴上的位置。
k —— 键与轮毂的接触高度 （mm），一般取k≈h/2； l—— 键的接触长度（mm）， [σp]——查表6-2
提高键的承载能力的措施： 1、增大键长； 2、改用方头键； 3、两个键相隔180º 布置（承载能力按一个键时的1.5倍计 算）。 4、改变键的材料使其许用应力增大。
设计时注意： 设计步骤 选择平键 联接类型 许用应力 根据轴径、毂宽查 标准确定键的尺寸 按静或动联 接校核强度
二、过盈联接的工作原理
过盈联接之所以能传递载荷，原因在于零件具 有弹性和联接具有装配过盈。装配后包容件和被包 容件的径向变形使配合面间产生很大的压力，工作 时载荷就靠着相伴而生的摩擦力来传递。当配合面 为圆柱面时，可采用压入法或温差法（加热包容件 或冷却被包容件）装配。当其它条件相同时，用温 差法能获得较高的摩擦力或力矩，因为它不像压入 法那样会擦伤配合表面。采用哪一种装配法由工厂 设备条件、过盈量大小、零件结构和尺寸等决定。
★其他联接形式
1、过盈配合联接
2、弹性环联接
一、过盈联接的特点及应用:
过盈联接是利用零件间的配合过盈来达到 联接目的的。这种联接也称干涉配合联接或紧 配合联接。过盈联接主要用于轴与毂的联接、 轮圈与轮芯的联接以及滚动轴承与轴或座孔的 联接等。过盈联接结构简单、对中性好、承载 能力大、承受冲击性能好、对轴削弱少，但配 合面加工精度要求高、装拆不便。
导热性能
⑤联接的重量轻 ⑥可起到密封作用。
Hale Waihona Puke Baidu缺点：
①有的胶接剂胶接工艺较为复杂 ②胶接件的缺陷无完善可靠的无损检验方法
③可靠程度和稳定性受环境因素的影响较大
d
⑵
渐开线花键
①与矩形花键比较，具有工艺性较好、制造精度较 高、键齿根部强度高、应力集中小、易于定心等特 点。 ②有两种压力角：一种为45º ，一种为30 º 。前者与 后者比较，因其齿高较小，承载能力较低，多用于 轻载、直径小以及薄壁零件的联接。 ③ 定心方式：齿形定心，有利于各齿均匀承载。
2
Dd 30mm 2.键的平均直径为： d m 2 3.根据花键静联接强度条件公式得
2T 103 P p p 113.4MPa 60MPa zhldm
改进措施：1.改用中系列矩形花键；2.增加轮毂宽度 例2：有一公称尺寸Z-Dxdxb为8-40x36x7的45钢矩形花键， 齿长l=80mm，经调质出来，使用和制造条件中等，能否用来 传递T1=1600Nm的转矩？ 解：本题目考查花键的联接强度公式，将其变形便可求出转 矩，比较转矩与题目中转矩的大小，便可解决。 1.求齿面的工作高度：倒角尺寸查表得C=0.3mm
三、花键联接的计算
一般花键的齿数、尺寸、配合等均应按 标准选取，而后进行强度校核。
2T 静联接 P p zhldm p 2T p zhldm
动联接
例题1：一轻系列矩形花键6x28x32x7连接齿轮和 轴。若传递转矩T=200Nm，轮毂长L’=20mm，轮毂 许用挤压应力值为60MPa。依标准查花键倒角 C=0.3mm，并取键长l= L’=20mm，载荷分布不均 匀系数为0.7.试验算此连接强度。若强度不够， 有何改进措施？ 解：1. 由花键标记得Z=6，D=32mm，d=28mm，求 的键的工作高度 h D d 2C 1.4mm
扯开
加固定件 剥离
卷边
凹座
增大胶接面积
三、胶接剂（胶粘剂）
胶接剂的品种很多，基本组合成分为：环氧树脂、环氧 树脂——酚醛树脂、酚醛树脂、聚酰胺—环氧树脂、丙烯酸 酯树脂、聚酰亚胺等
四、胶接与铆接、焊接的比较
优点： ①被胶件的材料能得到充分利用 ②胶层有缓冲减振作用 ③胶层，可防电化腐蚀 ④胶层有电、热绝缘性，需要时也可加金属提高导电或
一、焊接的类型、特点及应用
焊接可以分为：①熔化焊；②压力焊； ③钎焊
二、焊接件常用材料及焊条
焊接的金属结构常用材料为Q215、Q235、Q255 焊接的零件则常用Q275、15~50号碳钢，以及50Mn、 50Mn2、50SiMn2等合金钢
取决于强度较弱的那种材料
强度不够时 ▲ 增大键长 ▲ 同一截面采用双键联接
不同轴段的键槽应开在同一母线上
课堂练习：在一直径d=80mm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。 试确定平键联接的尺寸，并计算其能够传递的最大转 矩。 解：由图可知采用A型平键。由轴径d=80mm查表 b=22mm，h=14mm。 轮毂长度为 1.5*80=120mm 取键 的公称长度为L=90mm， 键的标记为键22X90GB1096-79. 键的工作长度为 l=L-b=90-22=68mm 键与轮毂键槽接触高度为 k=h/2=7mm 根据齿轮材料为钢，载荷轻微冲击，查表得需用挤压 [ p ] =110Mpa。 根据普通平键联接的强度公式： 2T 103 p [ p ] 键连接能传递的最大转矩为 kld
2、平键联接的强度计算 普通平键失效形式：键、轴上键 槽、轮毂上键槽这三种最弱的工 作面被压溃。 设计准则 校核挤压强度 导向键或滑键的失效形式： 工作面过渡磨损。 设计准则 校核压强
l —键的工作长度； 对于A型键 l = L - b
对于B型键 l = L
对于C型键 l = L - b/2
2、平键联接的强度校核
3、成形（无键）联接
4、销联接
其他不可拆联接方法
铆接：参考动画
焊接： 胶接：
铆接
利用铆钉把两个以上的被铆件联接在一起的不可拆联接
一、铆缝
铆钉和被铆件铆合部分一起构成铆缝。
1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4
a 搭接缝
b 单盖板对接缝 c 双盖板对接缝
焊接
Dd h 2C 1.4mm 2
Dd 花键平均直径： dm 38mm 2
0.8 载荷分配不均系数 按静连接、齿面经过热处理、使用和制造条件中等查的许用 挤压应力为：100-140MPa，取120MPa。变形求得T值为 1634Nm 2T 103 P p zhldm
§2
一、花键联接的特点 优点：⑴承载能 力大；⑵键槽较浅， 对轴的强度削弱较轻 ；⑶具有较平键更好 的定心性和导向性； ⑷装拆性能好。 缺点：花键需要专 用设备制造，成本较 高。 花键联接适用于 定心精度较高、载荷 较大或经常滑动的联 接。
花键联接
花键轴
花键孔
二、花键联接的分类和构造
⑴ 矩形花键 ①有两个系列（轻、中系 列）； ②定心方式：小径定心， 定心精度高、定心稳定性 好，能用磨削的方法消除 热处理变形。 ③加工简便，应用广泛。
胶接 一、胶接及其应用
胶接是利用胶接剂在一定条件下把预制的元件联接在一起，
并具有一定的联接强度的不可拆联接
二、胶接接头
设计胶接接头时应注意以下各点： （1）尽可能使胶层受剪或受压
（2）尽可能使胶层应力分布均匀 （3）胶层厚度为0.1~0.2mm时，胶层强度最高 （4）胶接面积宜取大些以利于金属强度的充分利用
1、普通平键：用于静联接。
2、导向平键：用于短距离动联接
3、滑键：用于长距离动联接。
二、半圆键：用于静联接。 键的侧面为工作面，键的上表面与毂槽底面间有间隙。
同学们思考半圆键的优缺点？
三、斜键 工作面是键的上下两面，用 于静联接。 1、楔键
楔键的上下面分别与毂和轴 上的键槽的底面贴合，为工 作面。
※主要失效形式：
静联接 挤压→压溃 σp [σp] 剪切→剪断 []
h/ N2
N
动联接：+ 工作面磨损→ p [p]
★强度条件:
3 2 T 10 静联接: [ p ] p kld
动联接： 其中：
2T 103 p [ p] kld
l —键的工作长度；
对于A型键 l = L - b 对于B型键 l = L 对于C型键 l = L - b/2
解： （1）、选择键连接的类型：由于带轮与轴 连接的对中性高，选普通平键A型。 （2）确定尺寸 按轴径：d=45mm， 查表得：键宽b=14mm，键高h=9mm， 键长L=[80-（5～10）]mm=（75～70）mm。 取标准长度=70mm。 标记为：键14×70 GB/T 1096
第六章 键联接
键和花键主要用于轴和带毂零 件，实现周向固定以传递转矩 的轴毂联接。 6.1 键联接 6.1.1键联接的分类和构造 松键联接 平键 半圆键
键联接
紧键联接
楔键 斜键 切向键
一、平键（普通平键、导向平键、滑键）
工作原理：平键的两侧是工作面，上表面与轮毂键槽底 面间有间隙（如图），工作时靠轴槽、键及毂槽的侧面 受挤压来传递转矩，不能实现轴上零件的轴向固定。
2）尺寸选择 键的剖面尺寸（键宽b×键高h）:按轴的直径d由标准中 选定。 普通平键的长度L：按轮毂的长度而定。
导向平键的长度L：按轮毂的长度及其滑动距离而定。
轮毂长度： L (1.5 ~ 2)d
五、普通平键的选用
步骤： 1、根据键的工作情况，确定平键类型 2、按轴的直径d确定键的剖面尺寸b×h 3、按轮毂宽度B确定键的长度L， 一般L = B －(5～10)mm，并须符合标准中 规定的长度系列。 例：钢轴与铸铁带轮采用键连接，已知轴径 d=45mm，带轮轮毂长L=80mm，试选用键连 接的类型和尺寸。
2、切向键
切向键由一对斜度为1：100的楔键组成。切 向键的工作面是由一对楔键沿斜面拼合后相互平 行的两个窄面，被连接的轴和轮毂上都制有相应 的键槽。
7.1.2 键的选择和平键联接的计算 1、键的选择 1）类型选择
需要传递的扭矩大小； 联接于轴上的零件是否需要沿轴向滑动及滑动距离 的长短； 联接的对中性要求； 是否需要具有轴向固定的作用； 键在轴上的位置。
k —— 键与轮毂的接触高度 （mm），一般取k≈h/2； l—— 键的接触长度（mm）， [σp]——查表6-2
提高键的承载能力的措施： 1、增大键长； 2、改用方头键； 3、两个键相隔180º 布置（承载能力按一个键时的1.5倍计 算）。 4、改变键的材料使其许用应力增大。
设计时注意： 设计步骤 选择平键 联接类型 许用应力 根据轴径、毂宽查 标准确定键的尺寸 按静或动联 接校核强度
二、过盈联接的工作原理
过盈联接之所以能传递载荷，原因在于零件具 有弹性和联接具有装配过盈。装配后包容件和被包 容件的径向变形使配合面间产生很大的压力，工作 时载荷就靠着相伴而生的摩擦力来传递。当配合面 为圆柱面时，可采用压入法或温差法（加热包容件 或冷却被包容件）装配。当其它条件相同时，用温 差法能获得较高的摩擦力或力矩，因为它不像压入 法那样会擦伤配合表面。采用哪一种装配法由工厂 设备条件、过盈量大小、零件结构和尺寸等决定。
★其他联接形式
1、过盈配合联接
2、弹性环联接
一、过盈联接的特点及应用:
过盈联接是利用零件间的配合过盈来达到 联接目的的。这种联接也称干涉配合联接或紧 配合联接。过盈联接主要用于轴与毂的联接、 轮圈与轮芯的联接以及滚动轴承与轴或座孔的 联接等。过盈联接结构简单、对中性好、承载 能力大、承受冲击性能好、对轴削弱少，但配 合面加工精度要求高、装拆不便。
导热性能
⑤联接的重量轻 ⑥可起到密封作用。
Hale Waihona Puke Baidu缺点：
①有的胶接剂胶接工艺较为复杂 ②胶接件的缺陷无完善可靠的无损检验方法
③可靠程度和稳定性受环境因素的影响较大
d
⑵
渐开线花键
①与矩形花键比较，具有工艺性较好、制造精度较 高、键齿根部强度高、应力集中小、易于定心等特 点。 ②有两种压力角：一种为45º ，一种为30 º 。前者与 后者比较，因其齿高较小，承载能力较低，多用于 轻载、直径小以及薄壁零件的联接。 ③ 定心方式：齿形定心，有利于各齿均匀承载。
2
Dd 30mm 2.键的平均直径为： d m 2 3.根据花键静联接强度条件公式得
2T 103 P p p 113.4MPa 60MPa zhldm
改进措施：1.改用中系列矩形花键；2.增加轮毂宽度 例2：有一公称尺寸Z-Dxdxb为8-40x36x7的45钢矩形花键， 齿长l=80mm，经调质出来，使用和制造条件中等，能否用来 传递T1=1600Nm的转矩？ 解：本题目考查花键的联接强度公式，将其变形便可求出转 矩，比较转矩与题目中转矩的大小，便可解决。 1.求齿面的工作高度：倒角尺寸查表得C=0.3mm
三、花键联接的计算
一般花键的齿数、尺寸、配合等均应按 标准选取，而后进行强度校核。
2T 静联接 P p zhldm p 2T p zhldm
动联接
例题1：一轻系列矩形花键6x28x32x7连接齿轮和 轴。若传递转矩T=200Nm，轮毂长L’=20mm，轮毂 许用挤压应力值为60MPa。依标准查花键倒角 C=0.3mm，并取键长l= L’=20mm，载荷分布不均 匀系数为0.7.试验算此连接强度。若强度不够， 有何改进措施？ 解：1. 由花键标记得Z=6，D=32mm，d=28mm，求 的键的工作高度 h D d 2C 1.4mm
扯开
加固定件 剥离
卷边
凹座
增大胶接面积
三、胶接剂（胶粘剂）
胶接剂的品种很多，基本组合成分为：环氧树脂、环氧 树脂——酚醛树脂、酚醛树脂、聚酰胺—环氧树脂、丙烯酸 酯树脂、聚酰亚胺等
四、胶接与铆接、焊接的比较
优点： ①被胶件的材料能得到充分利用 ②胶层有缓冲减振作用 ③胶层，可防电化腐蚀 ④胶层有电、热绝缘性，需要时也可加金属提高导电或