第六章 轴与轴毂联接
第六章-键-花键-无键连接和销连接教学内容
63~250 9.0
续表6-1 键槽
t1 半径r
1 1.4 0.08~0.16 1.8 2.3
2.8 0.16~0.25 3.3 3.3 3.3 3.8 0.25~0.4 4.3 4.4
4.9 0.4~0.6
5.4
三.键连接的强度计算
1.平键连接的强度计算
失效形式：1）键与键槽的弱者被压溃（静连接） 2）键与键槽工作面的磨损（动连接）
1. 类型的选择：据连接的结构、使用特性、工作条件来选择。选
择时应考虑的因素有：
1）需传递扭矩的大小；
2）是否有相对运动,滑动距离的长短；
3）连接中对心性的要求；
4）是否有轴向定位； 5）键在轴上的位置（中、端）等。
由轮毂的长度定：等于或 者略小于轮毂的长度
所选长度应符合国标中规
Hale Waihona Puke 定的长度系列。2. 尺寸的选择： 主要尺寸 bh与长度L
120o ~130o
d
材料（σB≥ 600MPa ）：45钢、20钢、Q235钢
键连接的设计：
已知：减速器中直齿圆柱齿轮只能装在轴的两个支撑点间， 齿轮和轴的材料都选择锻钢，用键构成静连接。齿轮的精度为7级， 装齿轮处的轴颈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.键连接的功用和类型
功用 1)实现轴和轴上零件之间的周向固定；
2)传递扭矩； 3)有些键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。
键连接的类型、工作原理及特点
❖普通平键
❖平键 ❖薄型平键
实现静连接
❖导 向 键：用于轴向移动位移不大的情况 实现动连接
轴和轴毂连接课件
四、 轴毂联接
五、 轴的使用与维护
2013-1-2
3
任务八轴和轴毂联接
一、轴的功用、分类与选材
1、轴的含义：轴是组成机器的重要零件之一，作回 转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大 多数轴还起着传递转矩的作用。轴要用滑动轴承和 滚动轴承来支承。常见的轴有直轴和曲轴，曲轴主 要用于作往复运动的机械中。 2、轴的功用：1）支承回转零件（齿轮、涡轮、带 轮、凸轮等）；2）传递运动和动力。
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轴上零件的轴向定位方法
轴肩或轴环定位
特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力。 应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位。
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注意：①为了保证轴上零件紧靠定位轴肩。 应使： r轴<R孔 或 r轴<C孔！ 且： h轴>C孔或 h轴 >R孔 正 确
错 误
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轴向定位和固定——
①
轴肩和轴环
轴肩与轴环——由定位面和过度圆角组成。 为保证零件端面能靠紧定位面，轴肩(环)圆角半径r必须 小于零件毂孔的圆角半径R或倒角高度C1; 轴肩(环)高度 h应大于C1和R，为了有足够的强度来承受轴向力，通常 取h=(0.07~0.1)d。轴环宽度b≥1.4h。
机车车轴为转动心轴
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4、轴的分类：
第一种分类方法是按承载情况分： (3) 心轴——这种轴在回转工作时主要只承受弯矩的 轴称为心轴，如机车车轴， 如自行车的前轴。
机车车轴为转动心轴
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(3) 心轴——这 种轴在回转工 作时主要承受 弯矩的轴称为 心轴，如机车 车轴， 如自行 车的前轴。
轴毂联接
销联接
定位销——主要用于零件间位置定位，常用作组合加工和装配时的主要辅
助零件。
联接销——主要用于零件间的联接或锁定，可传递不大的载荷 安全销——主要用于安全保护装置中的过载剪断元件
轴毂联接
销联接
销类型:
1)圆柱销——不能多次装拆（否则定位精度下降） 2)圆锥销——1：50锥度，可自锁，定位精度较高，允许多次装拆，且便 于拆卸
轴毂联接
花键联接
② 渐开线花键
定心方式为齿形定心，当齿受
载时，齿上的径向力能自动定心， 有利于各齿均载，应用广泛.
③三角形花键
齿数较多，齿较小，对轴强 度削弱小。适于轻载、直径较小 时及轴与薄壁零件的联接
轴毂联接
花键联接
二、花键联接的设计计算
设计：选花键类型→按轴径定花键尺寸(N×d×D×B)→ 验算联接强度 失效形式：①键齿的压溃（静联接） ②磨损（动联接） ③齿根剪断
1:100
工作面
1:100
轴毂联接
键联接
4、切பைடு நூலகம்键
两个斜度为1：100的楔键联接，上、下两面为工作面（打入）布置在圆
周的切向 工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩
轴毂联接
键联接
设计步骤：
1）据联接要求、工作条件选类型 2）按轴的直径查剖面尺寸b×h×L 3) 强度校核
轴毂联接
键联接的强度校核
过盈联接
二、过盈联接的装配方法
装配方法：
1）压入法—利用压力机将被包容件压入包容件中，由于压
入过程中表面微观不平度的峰尖被擦伤或压平，因而降 低了联接的紧固性 2）温差法——加热包容件，冷却被包容件。可避免擦伤联 接表面，联接牢固。
轴毂联接
轴和轴毂连接
≤100 ~187
149
520
用于不重要或 载荷不大的轴 有较好的塑性 和适当的强度， 可用于一般曲 轴、转轴。
作者： 潘存云教授
§14-4
轴的设计
a
设计：潘存云
P231
举例：计算某减速器输出轴危 d 险截面的直径。已知作用在齿 轮上的圆周力Ft=17400N, 径向 1 力， Fr=6140N, 轴向力 Fa=2860N,齿轮分度圆直径 F1v d2=146 mm,作用在轴右端带 轮上外力F=4500N（方向未 定）, L=193 mm, K=206 mm 解：1) 求垂直面的支反力和轴向力
130 70
[σ-1b]
40
碳素钢
脉动循环状态下的 500 170 许用弯曲应力
600 700 200 230
75 95
110
45 Байду номын сангаас5
65
800
270
300
130
140
75
80
合金钢 铸钢
长沙航空职院专用
900
1000 400 500
330 100 120
150 50 70
90 30 40
作者： 潘存云教授
§14-1
分类： 按承受载荷分有 类 型 按轴的形状分有
概述
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
转轴——传递扭矩又承受弯矩 传动轴——只传递扭矩 心轴——只承受弯矩 直轴
长沙航空职院专用
作者： 潘存云教授
§14-1
分类： 按承受载荷分有 类 型 按轴的形状分有
概述
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
第六章 轴与轴毂联接
轴的设计
第六章 轴及轴毂连接
二、初定轴径 （一）、类比法
参考同类机型，比较轴传递的功率、转速和工作条件 等初步确定轴的直径。
（二）、按扭转强度计算 dmin
T=9.55×106P/n τ T=T/w T N.mm w T ≈0.2d3
6
P 9.55 × 10 n ≤ [ τ ] MPa τ T= T 3 0 .2 d
d 2 = 1.7 d1 = 1.7 × 20 = 34mm
即d2＝34mm时与d1 等强度。 而今， d2＝60mm 故低速轴强度高。
第六章 轴及轴毂连接
那 根 轴 最 粗 ？
Ⅰ
Ⅱ
Ⅳ
Ⅲ
第六章 轴及轴毂连接
三、轴的强度计算 （一）确定支点和力作用点之间尺寸 几点假设：
1） 支点选择在轴承宽的中点。 2）带轮、齿轮等承受的载荷看成集中载荷，载荷作用在轮宽中点。 3）旋转零件之间、旋转零件与静止零件之间的距离由经验公式选取， 通常选取10～15mm。
（二）、半圆键
多用于轴端锥面 的辅助连接。传递较小的载 荷。
第六章 轴及轴毂连接
（三）、斜键
1:100 工作面
1:100的斜度。工作面为上下面。
1:100
普通斜键
钩头斜键
普通斜键：工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并可传递单向轴向力； 特 点 ：适用于低速轻载、对中性较差，转动精度要求不高的场合。变载下易松 动。钩头只用于轴端连接，如轮子在中间，使用普通斜键，且键槽应比键长2倍才 能装入。且要装安全罩 。
第六章 轴及轴毂连接
9.55 × 10 6 P ⋅ d≥3 0.2[τ T ] n 9.55 × 10 6 令：A 0 = 3 0.2[τ T ] d ≥ A0
轴及轴毂联接
轴及轴毂联接§1 概述机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。
本章将讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。
结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。
一、轴的分类按轴受的载荷和功用可分为：1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。
如.车辆轴和滑轮轴。
2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。
如汽车的传动轴。
3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。
如减速器轴。
二、轴的材料主要承受弯矩和扭矩。
轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。
轴的材料从以下中选取：1. 碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。
例如：35、45、50等优质碳素钢。
一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理。
轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。
2. 合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。
多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。
例如：汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。
滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。
3. 球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。
例如：内燃机中的曲轴。
三、设计轴的要求轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题。
具体的说，轴的设计步骤有：（1）选择轴的材料；（2）初步估算轴的直径；（3）进行轴的结构设计；（4）精确校核（强度、刚度、振动等）；（5）绘制零件的工作图§10—2 轴的结构设计如教材图10-6所示为一齿轮减速器中的的高速轴。
轴毂联接知识
轴毂联接知识今日我们聊聊在机械设计中，我们必需把握的有关轴毂联接的学问！轴毂联接是轴毂与轴相连接的轴上零件，常见齿轮、带轮等。
联接使回转零件在轴上定位和固定，以便传递运动和动力。
一般平键联接轴毂联接的方式有键联接、花键联接、成形联接、胀套联接、销联接、紧定螺钉联接、过盈联接等，有些联接方式仅用于轴毂联接，有些联接方式可兼作其它联接。
键和花键是最常见的轴毂联接方式。
1、键联接键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件与摇摆零件，起周向固定零件的作用以传递旋转运动和扭矩，楔键还可以起单向轴向固定零件。
而导键、滑键、花键还可用作轴上移动的导向装置。
依据键的结构形式，键联接可分为平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接等几类。
1.1平键联接：平键的两个侧面是工作面并用于传递转矩。
键上面与轮毂槽底之间留有间隙，为非工作面。
主要尺寸是键长L、键宽b和键高h。
平键端部外形有圆头（A型）、平头（B型）和单圆头（C型）三种(如下图) ，C型键用于轴端。
A、C型键的轴上键槽用端铣刀切制，对轴应力集中较大，B型键的轴上键槽用盘铣刀铣出，轴上应力集中较小。
1.2半圆键联接：它靠键的两个侧面传递转矩，故其工作面为两侧面。
上键槽用尺寸与半圆键相同的圆盘铣刀加工，因而键在槽中能绕其几何中心摇摆，以适应轮毂槽由于加工误差所造成的斜度。
1.3楔键联接：键的上下两表面是工作面，键的上表面和轮毂键槽底面均有1∶100的斜度，装配后，键即楔紧在轴和轮毂的键槽里，工作表面产生很大预紧力。
钩头楔键联接1.4切向键联接：它由两个一般楔键组成。
其上下两面（窄面）为工作面，其中之一面在通过轴心线的平面内。
工作面上的压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。
一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互成120°～130°角的两个键。
用于载荷很大，对中要求不严的场合。
由于键槽对轴减弱较大，常用于直径大于100mm的轴上。
轴毂连接
二、键的选择和键连接的强度计算
键的材料：键是标准件，一般采用σB≥ 600MPa的 碳钢制造，如45钢。 1.键的选择 类型选择 尺寸选择 根据结构，使用特性 及工作条件选择 按d选取b×h； 按被联接件长度选取L
2.平键联接的强度计算 （1）普通平键和薄型平键（静联接） 可能的失效形式 工作面压溃或键被剪断。 对按标准选的平键联接，主要 失效形式是工作面的压溃，故 进行挤压强度校核计算：
由具有多个 周向均布键齿 和有相应凹槽 的毂孔组成的 联接。
花键连接
内花键
外花键
特点：承载能力高，定心性好，导向性好，强度高； 专门加工，成本高。
一、花键连接的类型、特点和应用 1.矩形花键 结构简单，加工方便，加 工精度和定心精度高；小径 定心。 2.渐开线花键 齿形自动定心、强度高，可用 齿轮加工方法加工，工艺性好， 精度高，适用于载荷大，定心要 求高，尺寸较大的场合。
本章结束
弹性环连接
利用以锥面贴合并挤紧在轴毂之间的内外钢环构成 的联接。
当拧紧螺 母或螺钉时， 在轴向力作用 下，内、外环互相楔紧，内环缩小箍紧轴，外环胀大而 撑紧轮毂，使接触面间产生压紧力。工作时，由此压紧 力所产生的摩擦力矩和摩擦力来传递转矩和轴向力。
二、特点 弹性环联接的定心性好，装拆方便，引起的 应力集中较小，承载能力较高，并且有密封和 安全保护作用。但由于要在轴和毂孔间安装弹 性环，应用有时受到结构尺寸的限制。
第五节
一、工作原理
型面连接
型面联接是轴与相应的轮毂由光滑非圆截面的表面 构成的联接。
轴和毂孔可做成柱体或锥体，前者只能传递转矩，用于不受 载荷时移动的动联接；后者在传递转矩的同时还可传递轴向力。
二、特点
对中好,没有键槽引起的应力集中，可传递大的转矩，装拆
机械设计轴毂连接
轴
1 : 1 0 0
机械设计
五、花键联接
第六章 轴毂联接
19
1、组成：内花键、外花键 2、类型： 齿形 矩形花键 渐开线花键
B
毂
毂 C
轴
轴
d
D
机械设计
第六章 轴毂联接
20
3、定心方式：矩形——内径定心； 渐开线——齿面定心； 其它 定心 方式
4、特性： （1）齿对称布置，受载均匀； （2）齿浅，应力集中↓； （3）承载↑； （4）定心好； （5）可用于“动”、“静”； （6）渐开线较矩形根部↑， 承载↑， 定心精度高，宜用于 载荷大、尺寸大场合。
矩形花键、渐开线花键
花键联接的特点
受力均匀、齿根应力集中减小、对轴或轴毂的强度消弱小、 可承受较大的载荷、对中性好、导向性好。 缺点？
花键联接的应用
已经标准化。适用于定心精度要求高、载荷大或需要 经常滑移的联接。如：机床、农业机械、飞机、汽车等。
机械设计
第六章 轴毂联接
23
键联接的用途： 键联接的用途：
工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩
压溃——主要失效形式 键剪断
机械设计
第六章 轴毂联接
圆头：指状铣刀，应力集中大
10
（3）结构形式
方头：盘状铣刀，应力集中小，紧定螺钉固定 一圆头一方头：指状铣刀，用于轴伸处
b)方头
c)一端圆头一端方头
机械设计
（4）特点
第六章 轴毂联接
11
静联接，周向固定，传递转矩T；不能承受轴向力及轴向固定。 2、导向平键 动联接，键固定在轴上，毂可沿键移动。 3、滑键 承载能力：耐磨性。
二、键的选择
（宽度b、高度 按照轮毂的长度确定键长 宽度 、 h及键长 ） 及键长L） 及键长
机械设计基础轴毂联接
机械设计基础轴毂联接1. 简介轴毂联接是机械设计中常用的一种联接方式，主要用于连接轴和轮毂或其他旋转装置。
它既能传递力矩和转动，又能承受径向和轴向载荷，并提供一定的位置固定性。
轴毂联接在各种机械设备和工程项目中广泛应用，如汽车、飞机、机械加工等。
2. 轴毂联接类型2.1 键槽联接键槽联接是一种常见的轴毂联接方式，其原理是通过在轴和轮毂上切割相应的键槽，并在键槽中插入键来实现联接。
键槽联接具有简单、可靠的特点，在承受转矩时能够提供良好的力传递和位置固定性。
锥形联接是一种将轴和轮毂通过锥形形状进行联接的方法。
在锥形联接中，轴和轮毂的端面呈相应的锥度，通过将两者相互嵌套来实现联接。
锥形联接具有良好的力传递性能和固定性能，适用于较大的转矩传递。
2.3 胀紧联接胀紧联接是一种利用胀紧原理实现的轴毂联接方法。
它通过在轴和轮毂上钻孔，并在孔中安装膨胀套或螺栓等元件，使其通过膨胀或拉紧来实现联接。
胀紧联接具有简单、可靠的特点，适用于中小型设备和工程。
摩擦联接是一种利用摩擦力实现的轴毂联接方式。
在摩擦联接中，通过轴和轮毂的摩擦力来实现联接。
摩擦联接常用于带有摩擦制动装置的机械设备，如摩托车、自行车等。
3. 轴毂联接设计要点3.1 轴毂联接的强度计算在轴毂联接的设计中，需要进行强度计算以确保联接的可靠性和安全性。
强度计算应考虑联接所承受的转矩、径向力和轴向力等。
3.2 轴和轮毂的配合轴和轮毂的配合是轴毂联接设计的重要方面，配合不良会导致联接失效和损坏。
配合方式应根据实际需要选择，常见的配合方式有过盈配合、间隙配合和硬度配合等。
3.3 轴毂联接的固定方式轴毂联接需要一定的固定方式来保证联接的可靠性和稳定性。
常见的固定方式包括螺纹固定、焊接固定、胀紧固定等。
3.4 轴毂联接的检测与维护轴毂联接在使用过程中需要定期进行检测和维护，以确保联接的可靠性和安全性。
检测方法包括视觉检查、测量和无损检测等。
4. 总结轴毂联接是机械设计中常见的一种联接方式，通过不同的联接方法可以实现不同的需求。
机械基础(高职高专)第6章轴和轴毂连接
3、楔键联接
楔键的上、下表面为工作面，两 侧面为非工作面。键的上表面与键槽 底面均有1:100 的斜度。工作时， 键的上下两工作面分别与轮毂和轴的 键槽工作面压紧，靠其摩擦力和挤压 传递扭矩。
普通楔键
勾头楔键
楔键联接
4、切向键
c.尽量使轴减少载荷。
改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。
输入
输入
T 1+T 2 T1 T2
T1 T2
6.2 轴毂联接
常用的轴毂联接有键联接、花键、销联接等。 键联接1 轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并用来传递运 动和扭矩。
一 键联接
1、平键联接 平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙， 键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭 矩，故定心性较好。
a. 矩形花键联接 矩形花键的齿侧面为互相平行平面，制造方便，广泛应用。
b. 渐开线花键联接 渐开线花键的齿廓为渐开线，分度圆上的压力角为30°和
45°两种。具有制造工艺性好、强度高、易于定心和精度高， 使用于重载及尺寸较大的联接。
花键联接
三．销联接 通常只传递不大的载荷或作为安全装置。另一用途是
3)当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性 挡圈固定。
应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位
4)当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑 动时，可采用紧定螺钉固定。
5)轴端挡圈： 可承受较大轴向力，但应在轴端面上加工螺纹孔，用螺钉固
定。皮带轮和联轴器等常用。 轴端挡圈与轴肩、圆锥面与轴端挡圈联合使用，常用于轴端
轴的概述3
轴和轴毂联接
①注意理论联系实际，学以致用，把知识学活。 ②注意本书内容的内在联系，抓住基本知识和设计两条主线。 ③实践性、工程性 ④本书的一些计算结果不具有唯一性。 ⑤注意重视结构设计。
二、课程任务
通过对本课程的学习，模具专业、汽车专业和非机械类专业的学生应达到以下基本要求： ①熟练掌握静力分析的基本理论和基本计算方法，零件承载能力的分析与计算方法，能解决日常生活和工作实 际中有关构件的强度计算等问题。 ②熟悉常用机构的结构特点、工作原理及应用等基本知识，并具有初步分析和设计常用机构的能力。
0.2 课程的性质和任务
一、课程性质
本课程是一门专业技术基础课，首先要综合运用先修课程如高等数学、普通物理、机械制图、金属工艺 学、金属材料及热处理等的基本知识，解决常用机构及通用零部件的受力分析和设计问题；其次，本课程的 理论性、实践性比较强，是后继专业课程学习的重要技术基础，是模具专业、汽车专业和非机械类专业的主 干基础课程之一。该课程在教学中起着承上启下的作用，是工程技术人员的必修课程。
轴和轴毂联接
1
0.1 课程概述
一、 引言
➢在现代工业各领域内，广泛使用各种机械进行生产是最为主要的生产方式。 ➢机械的发展、新机器的诞生推动着工业革命的到来，推动着生产力的进步和社会的向前发展。 ➢制造业的发展水平高低是衡量一个国家生产力水平高低的重要标志之一。
➢在现代社会里，除机械制造行业外，在其他的工业行业（如采矿、冶金、化工、建筑等）中的近机械类 和非机械类的工程技术人员和管理人员，同样也要经常接触各种机械设备，并要处理许多与机械有关的 问题。 ➢掌握一定的机械方面的基本知识非常必要。
机械设计基础 06轴与轴毂联接
8
销联接
结构简单，但轴的应力集中较大，用于受力不大，同时需要轴 向和周向固定的场合
● 6.2.3 各轴段直径和长度的确定
1. 轴径的确定原则
(1) 轴头的直径取标准尺寸(见表6-3)。 (2) 安装滚动轴承的轴颈，应按滚动轴承标准规定的内孔直径 选取。 (3) 定位轴肩，其高度按表6-2给定的原则确定；非定位轴肩 是为了便于轴上零件的安装而设置的工艺轴肩(如图6.12中轴 段⑤与轴段⑥间的轴肩)，其高度可以很小，一般取1mm～ 2mm即可。 滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面厚度(见表6-2 中的序号3中的图)，以便于轴承的拆卸，具体数值查相应的 轴承标准。 (4) 轴中装有过盈配合零件时(图6.12中的轴段⑤)，该零件毂 孔与装配时需要通过的其他轴段(轴段⑥、轴段⑦)之间应留有 间隙，以便于安装。
图6.14 起重机卷筒图
● 6.2.4 影响轴结构的一些因素
3. 改善轴的受力状况，减小应力集中
再如图6.15中，给定轴的两种布置方案，当动力从几个轮输 出时，为了减少轴上载荷，应将输入轮布置在中间[如图 6.15(b)所示]，这时轴的最大转矩为T1－T2，而在图6.15(a) 中最大转矩为T1。
5
弹性挡圈
结构简单紧凑，装拆方便，但轴向承受力较小，且轴上切槽将 引起应力集中。可靠性差，常用于轴承的轴向固定。轴用弹性 挡圈的结构尺寸见GB/T 894.1—1986
6
轴端挡板
适于心轴轴端零件的固定，只能承受较小的轴向力
7
挡环、 紧定螺钉
挡环用紧定螺钉与轴固定，结构简单，但不能承受大的轴向力 紧定螺钉适用于轴向力很小、转速很低或仅为防止偶然轴向滑 移的场合。同时可起周向固定的作用
图6.6 曲轴
机械设计课件第六章轴毂连接
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 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。
1 / 19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（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。
第六章 轴毂连接
根据用途，平键又可分为 普通平键 导向平键 滑键
普通平键与轮毂上键槽的配合较紧，属静连接。 导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松，属动连接。 普通平键应用极为广泛。 轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插 削或拉削。
1.普通平键
键的选择和强度校核 1．键的尺寸选择
键联接4
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。
销的材料为35、45钢（开口销为低碳钢），许用应力[τ]=80MPa，许用 挤压应力[σp]与键联接的挤压应力相同。
三、其它连接
一轮毂与轴用平键联接，轴的直径为 φ 58 mm,轮毂宽度为 100mm,键的尺寸为：b=16mm，h=10mm，L=90mm， k=h/2=5mm，采用A形平键，试设计此键连接。
6.2.1 矩形花键连接
6.2.2 渐开线花键
无键连接
一、型面连接 型面联接是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联接，它是无键联接的一种型式。
由于型面连接要用到非圆形孔，以前因其加工困难，限制了型面联接 的应用。 在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、注塑零件。要注塑 出各种各样的非圆形孔是毫无困难的，故型面联接的应用获得了发展。应 用较多的是带切口圆形和正六边形型面。
2.导向平键连接
导向平键用于动连接
导向平键连接主要失效形式是工作面的磨损
导向平键连接的强度条件为：
p=
2T ≤ [ p] kld
式中： k
≈
h 2
b l = L− （单圆头平 2
键）
l = L − b （圆头平键） l=L （平头平键）
d第六章 轴毂联接
第六章 轴毂连接
轴毂连接主要是实现轴和轴上零件的周向固定,有时 还可同时实现轴向固定。
由于楔紧时破坏了轴与轮毂的对中性， 因此仅适用于对中要求不高、载荷平稳 和低速的连接。
6.2花键连接
花键连接由具有多个沿周向均布的凸齿的外花键和有对应 凹槽的内花键组成。齿的侧面是工作面。花键按其齿形分为矩 形花键和渐开线花键两种。 优点是齿数较多且受力均匀，故承载能力大；齿槽较浅， 齿根应力集中较小，对轴和轮毂的强度削弱小；轴上零件与轴 的对中性、导向性好。 缺点是加工需专用设备和刀具、量具，成本较高。
6.1键连接
6.1.1 平键连接
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。
常用的平键有普 通平键和导向平 键。
1.普通平键
基本结构：普通平键用于静连接,设计时,普通平键的宽度b 及高度h按轴径d从标准中查得,长度L按轮毂长度从标准中 查得,但应比轮毂长略短些。
一、圆柱面过盈连接
• 当过盈量不大时，一般用压入法装配， 即用轴向压力把轴直接压人毂孔中。这 种方法常因擦伤配合表而而减小过盈量， 从而降低连接的紧固性。 • 当过盈量较大时，常用温差法装配，即 加热轴上零件使毂孔扩大，冷却轴使轴 径缩小，从而使轴与孔间产生间隙进行 套装，待恢复正常温度，即能形成联接。 因装配时能避免擦伤配合表面，故连接 质量比压入法好。
300压力角：模数大，较矩形花键齿根较厚和齿根圆角较大， 应力集中较小，强度高，寿命长。 450压力角：齿数多、模数小，承载能力低，但对轴的削弱 小，常用于轻载小直径连接，特别适用于薄壁零件间的连接。
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指出图示传动系统中的轴各为什么轴？
Ⅰ
动力
输入
Ⅱ
动力 输出
Ⅳ
Ⅲ
Ⅰ－转轴 ；Ⅱ－转轴；Ⅲ－转轴 ；Ⅳ－传动轴
第六章 轴及轴毂连接
三、轴设计的主要内容
1.选择材料及热处理方式。 2.结构设计---轴上零件的安装、固定及其所需的倒角、圆角、键 槽等 3.强度计算---力学模型、弯扭拒图、定危险剖面、危险剖面的强 度校核。 4.刚度校核----计算细长轴、对刚度有要求的轴
（二）、半圆键
多用于轴端锥面 的辅助连接。传递较小的载 荷。
第六章 轴及轴毂连接
（三）、斜键
1:100
1:100的斜度。工作面为上下面。
工作面
1:100
普通斜键
钩头斜键
普通斜键：工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并可传递单向轴向力； 特 点 ：适用于低速轻载、对中性较差，转动精度要求不高的场合。变载下易松
第六章 轴及轴毂连接
例：传动比为i=5的齿轮减速器，高速轴轴端直径d1=20mm，低 速轴轴端直径d2=60mm，两轴材料相同，忽略摩擦，试分析用 许用扭应力计算时，哪一轴强度高？为什么？
1
第六章 轴及轴毂连接
解:由公式
d ≥ A03
P n
若不考虑摩擦，两轴所传功率相同，则：
d1
/ d2
=
(n2
动。钩头只用于轴端连接，如轮子在中间，使用普通斜键，且键槽应比键长2倍才 能装入。且要装安全罩 。
第六章 轴及轴毂连接
（四）、切向键
两个斜度为1：100的楔键连接，上、下两面为工作面（打入）布置在圆周的切向 工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩
120° 1:100
t r
C×45° t
b b
第六章 轴及轴毂连接
•键连接----为标准件连接方式。设计时，键不需画零件图， 只要会选择。 • 键选择的内容：
1）选键的类型 2）定键的尺寸 3）强度校核 （一）平键连接（工作面为侧面） 工作原理及特点----通过键的侧面受挤压传递载荷。
第六章 轴及轴毂连接
1、普通平键连接
A型平键 B型平键 C型平键
轴的刚度分为弯曲刚度和扭转刚度。弯曲刚度用挠度y和偏 转角θ度量；扭转刚度用单位长度扭转角度量φ度量。为了使轴 不致因刚度不够而失效，设计时必须根据轴的工作条件限制其变 形量 。
第六章 轴及轴毂连接
计算轴在弯矩作用下所产生的挠度y和转角θ的方 法很多。在材料力学课程中已研究过两种： 1)按挠度曲线的近似微分方程式积分求解； 2)变形能法。对于等直径轴，用前一种方法较简便； 对于阶梯轴，用后一种方法较适宜。
为了保证轴上零件紧靠定位 面(轴肩)，轴肩的圆角半径 r必须小于相配零件的倒角C 或圆角半径R，轴肩高h必须 大于C或R。即
错误
正确
L轴<b轮毂宽 r<C(R)
第六章 轴及轴毂连接
（四）制造工艺 1.形状在满足使用要求的前提下尽量简单； 2.键槽尽量布置在同一侧； 3.轴颈尺寸尽量一致； 4.圆角半径尽量取同； 5.合理的倒角或圆角。
第六章 轴及轴毂连接
四、键连接的强度计算
1、失效形式
平键
普通平键---压溃、剪切 导向键和滑键--- 磨损
压溃
斜键---压溃 、磨损
第六章 轴及轴毂连接
（二）平键连接的尺寸选择 •尺寸选择原则： 轴毂等强度。按照轴径d选择键的 结构尺寸。 •尺寸： b（键宽）× h（键高）×L（键长） L=（1.5～1.8）d（轴径）（不可过长或过短） L=B毂（轮毂长度）— （5～10） 标记：键b×L GB1096--79
M=√M
2 V
+M2H
（五）绘制扭距图T
（六）绘制当量弯拒图Mca
Me =√M 2 +（αT ） 2
α---折合系数。视τ的性质取值，一般对于单向运转的转轴，α取 0.6。
第六章 轴及轴毂连接
τ+ α=0.3
α τ0 α=0.6
τ- α=1
一般将单向运转的轴，其τ看成脉动 循环变应力，∴通常取α=0.6，只有在频 繁正反转时取α=1。
τ 频繁正反转---对称循环变应力τ--
根据第三强度理论：
σ ca =
σ 2 + 4(ατ )2 =
M 2 + (αT )2 ≤
(0.1d 3 )2
[σ − ]
[σ 0 ]
[σ + ]
第六章 轴及轴毂连接
二、轴的失效形式： 疲劳断裂 磨损 超过允许范围的变形和振动
第六章 轴及轴毂连接
§ 6-3 轴的设计
第六章 轴及轴毂连接
（二）轴上零件的轴向定位 1.轴肩或轴环 轴肩处 r < C或R
定位轴肩：h≥〔（0.07～0.1）d＋（1~3）〕mm＞C或R
¾ 轴肩由定位面和内圆角组成
b
D h r R
d D
h
C
r d
第六章 轴及轴毂连接
2.套筒定位 套筒定位可承受较大的轴向载荷，一般用于两个零件之
间的定位，套筒不宜作的过长。
一、设计步骤
1、选择轴的材料及热处理 2、拟定轴上零件的布置形式和装配方案 3、初估轴径dmin 4、按照dmin+（3～5）选择轴承型号和尺寸 5、轴的结构设计 6、轴的强（刚）度校核 7、完成轴的零件图
第六章 轴及轴毂连接
二、初定轴径
（一）、类比法
参考同类机型，比较轴传递的功率、转速和工作条件 等初步确定轴的直径。
第六章 轴及轴毂连接
等直径的轴受转矩T作用时，其扭转角φ可按材料力学中的扭转变形公
式求出，即：
ϕ
=
Tl GI P
=
32Tl
Gπd 4
(rad )
式中：T为转矩，N·mm；l为轴受转矩作用的长度，mm；G为材料的切变模
量，MPa；d为轴径，mm；IP为轴截面的极惯性矩。
对阶梯轴，其扭转角φ的计算式为：
（二）、按扭转强度计算 dmin
T=9.55×106P/n N.mm τ T=T/w T w T ≈0.2d3
9.55 ×106 P τ T = 0.2d3 n ≤ [τ T] MPa
第六章 轴及轴毂连接
d ≥ 3 9.55 ×106 ⋅ P mm 0.2[τ T] n
令：A 0
=
3
9.55 ×106 0.2[τ T]
静应力
t 2、转动心轴
对称循环变应力σ-1 σ
对称循环变应力
t
第六章 轴及轴毂连接
（二）、传动轴
•T稳定不变---静应力τ+ •T单向运转但载荷变化---变应力τ0 •T频繁正反转---对称循环变应力τ-
τ
静应力
变应力
τ
对称循环变应力
τ
t
t
t
第六章 轴及轴毂连接
（三）、转轴
M 转轴
T
对称循环变应力σ-单向运转---脉动循环变应力τ0
σ ca
=
Me wM
=
Me 0.1d 3
≤ [σ −1]
σ ca =
M 2 + (αT )2
0.1d 3
≤ [σ −1]
MPa
第六章 轴及轴毂连接
（七）计算轴的理论直径及危险剖面的强度校核
d ≥ 3 Me
mm
0.1[σ −1]
σ ca
=
Me 0.1d3
≤ [σ −1]
MPa
[σ-1]----轴的许用应力。查表6－2
第六章 轴及轴毂连接
四、轴的常用材料
碳钢—
普通碳素钢 Q235~Q255钢 优质碳素钢 30~50钢
合金钢—12CrNi2，20Cr，40Cr，18CrMnTi
合金铸铁；球墨铸铁
第六章 轴及轴毂连接
§6-2 轴的应力和失效
一、轴的应力 （一）、心轴
1、固定心轴（轴不转动）----静应力σ+1 σ
三、轴的结构设计
第六章 轴及轴毂连接
§6-4 轴毂连接
一、功用：传递扭距；固定和定位。
键 销 圆轴
平键 斜键 半圆键
A型平键 B型平键 C型平键
切向键
无预应力
紧定螺钉
轴 毂
方轴 成型轴
型轴
连
接
有预应力---过盈联接
材料性联接---粘、焊
第六章 轴及轴毂连接
三、键联接的类型、功用和工作原理 传递扭距；周向定位--限制轴上零件的周向运动，一般 不限制轴向运动。
第六章 轴及轴毂连接
§6-1 概述 §6-2 轴的应力和失效 §6-3 轴的设计 §6-4 轴毂连接
第六章 轴及轴毂连接
• 一、功用
§6-1概述
支承回转件 传递扭矩
或只具其一，或兼而有之
第六章 轴及轴毂连接
二、分类
1、按外形及结构分类： 直轴、曲轴、光轴、阶梯轴、实心轴、空心轴、凸轮轴等….
第六章 轴及轴毂连接
A型平键
B型平键
C型平键
第六章 轴及轴毂连接
2、导向平键—动连接。键和轴固联，轮毂（盘类零件）在轴上
作一定量的移动。
3、滑键---动连接。轮毂和键固联并沿轴作大距离的移动。
导向键
滑键
特点：装拆方便，对中性好，容易制造，作用可靠，多用于高精度连接。但只能 圆周固定，不能承受轴向力
第六章 轴及轴毂连接
2、按材料性质分类： 软轴、刚性轴
钢丝软轴
3、按承受载荷的性质分类： 心轴----只承受弯拒，不承受转距的轴。 传动轴----只承受扭距，不承受转拒的轴。 转轴----即承受弯拒，又承受转距的轴。
第六章 轴及轴毂连接
转轴
按载荷分：
心轴