机械设计-第五章 轴毂连接

思考与练习
1．普通平键、半圆键、楔键、花键连接分别有哪些特点？ 2．为什么采用两个平键时，一般布置在相隔180°的位置，采用两个楔
键时，相隔～120°，而采用两个半圆键却要布置在同一条母线上？
3．简要回答平键和花键连接的失效形式和强度校核方法。 4．如何选择普通平键的尺寸？其公称长度与工作长度之间有什么区别？ 5．销连接通常用于什么场合，当销用做定位元件时有哪些要求? 6．某机械的轴与套筒联轴器采用平键连接，已知轴径d＝60mm，轴颈 长110mm，联轴器材料为铸铁，钢材料为45钢。试选择键的规格尺寸，并 计算该连接所能传递的最大转矩。
渐开线花键
§5.2 花 键 连 接
二、花键连接的强度计算
失效形式： 工作面被压溃（静连接） 工作面过度磨损（动连接）。 假定载荷在键的工作面上均匀分布，且压力的 合力F作用在平均直径dm处，并引入载荷分配不均 匀系数y，则花键连接的强度校核式为：
2T 103 p 静连接： p yzhld m
2. 圆锥销
具有1:50的锥度，在受横向力时可以自锁。它安 装方便，定位精度高，可多次装拆而不影响定位 精度。
3. 带螺纹圆柱槽的圆锥销
端部带螺纹的圆锥销可用于盲 孔或拆卸困难的场合
§5.3 销 连 接
4. 开尾圆锥销
适用于有冲击、振动和高速运行的场合
5.槽销
上有辗压或模锻出的三条纵向沟槽，将槽销 打入销孔后，由于材料的弹性使销挤压在销 孔中，不易松脱。因而适用于有振动、变载 荷和经常拆装的场合。
4、切向键
§5.1 键 连 接
原 理：靠工作面上的挤压力来传递转矩。 工作面：两键沿斜面拼接后相互平行的两个平面。 轴向承载情况：能轴向固定零件，承受单方向的轴向力。 特点：适用于大载荷，对中要求不严的场合。一组切向键只能 传递单向转矩，传递双向转矩必须采用两组切向键。
§5.1 键 连 接
二、键的选择和强度校核
Dd dm 2
dm dr
பைடு நூலகம்
§5.3 销 连 接
一、销的作用
① 用于固定零件之间的相对位置（定位销）
② 用于轴毂联接（连接销）
③ 用于安全装置中的过载剪断元件（安全销）
定位销
联接销
安全销
§5.3 销 连 接
二、销的种类及应用
1. 圆柱销
靠过盈配合固定在销孔中，经多次拆卸会降低其 定位精度和可靠性。
轮毂上的键槽加工方法：可用插刀或拉刀加工。
§5.1 键 连 接
（2）薄型平键：结构特点：键高约为普通平键的60%~70%。传递转矩较小。 分类：分为圆头、平头、单圆头。 用途：适用于薄臂结构、空心轴等径向尺寸受限制的联接。 （3）导向平键
动联接 导向键——键不动，轮毂轴向移动 （4）滑键
滑键——键随轮毂移动
§5.3 销 连 接
6.弹性圆柱销
用弹簧钢带卷制而成，具有很好的弹性，可以 均匀地挤紧在孔中，对配合精度要求不高，可 多次装拆。但刚性差，不适于高精度定位用。
7.开口销
结构简单，工作可靠，装拆方便。主要用于 螺纹联接的防松，还用于轴销端部锁定零件。
销的材料为35、45钢（开口销为低碳钢），许用应力[t]=80MPa，许用 挤压应力[p]与键连接的挤压应力相同。
1．键的选择
(1)类型 (2)尺寸 根据键连接的结构特点、使用要求、工作条件 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。
2．平键连接的失效和强度校核
对于普通平键连接（静连接），其主要失效形式是工作面的压溃，很少 会出现键的剪断，故一般只作连接的挤压强度校核。 对于导向平键连接和滑键连接，其主要失效形式是工作面的过度磨损， 通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。
§5.4 其他轴毂连接简介
二、胀紧连接
胀紧连接是在毂孔与轴之间装入胀紧连接套（简称胀套），在轴向力 作用下，同时胀紧轴与毂而构成的一种静连接。
轴毂
轴
胀套
当拧紧螺母或螺钉时，在轴向力作用下，内、外胀套互相楔紧，内胀 套缩小箍紧轴，外胀套胀大而撑紧轮毂，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。
§5.1 键 连 接
设键侧面的作用力沿键的工作长度 和高度均匀分布，则普通平键的强度条 件为: F 2T
p
导向平键和滑键连接的强度条件为：
kl

kld
[ p ]
式中： k
h 2 l L b (双圆头平键) (平头平键) lL
b (单圆头平键) 2
2T p p kld
§5.1 键 连 接
普通楔键
钩头楔键
原理：靠键与键槽面间及轴与轮毂之间的摩擦力来传递转矩。 工作面：上下两底面，有1：100斜度（侧面有间隙） 。 轴向承载情况：能轴向固定零件，承受单方向的轴向力。 特点：结构简单，但对中性差。 应用：适用于低速、轻载和对传动精度要求不高的连接。钩头只用于 轴端联接，且要装安全罩；如在中间用键槽应比键长2倍才能装入。
2T 2 2200 p 99.8(MPa) [ p ] 110(MPa) kld 6 105 70
(4) 键的标准标记 键20×90GB/T1096-1977
§5.2 花 键 连 接
一、花键的类型与应用
花键连接是将具有均布的多个凸齿的轴置于轮毂相应的凹槽中所构成的连接。
2、半圆键
原理：靠键与键槽 侧面的挤压传递转 矩。
工作面：两侧面。
§5.1 键 连 接
轴向承载情况：不能承受轴向力。
半圆键联接
特点：制造简单，工艺性好，拆装方便，对中性好，可自动适应轮 毂键槽的斜度。适用于锥形轴与轮毂的联接。 缺点：轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大。只适用于轻载连接。
3、楔键连接
§5.4 其他轴毂连接简介
一、型面连接
型面连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连接，它是无键连接的一种型式。
特点：对中好,没有键槽引起的应力集中，可传递大的转矩，装拆方便，但 加工复杂，应用不普遍。 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，故型面连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。
机械设计 （5）
第五章
键连接 花键连接 销连接
轴毂连接
其他轴毂连接 思考与练习
§5.1 键 连 接
一、键连接及其应用
键连接1
键是一种标准件，主要是实现轴与轴上零件的周向固定并传递转矩，有 些还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。
键的类型：平键、半圆键、楔键、切向键 1．平键连接 原理：靠键与键槽侧面的挤压传递转矩。
动连接：
上两式中:

花键的工作高度为： 矩形花键： h
2T 103 p p yzhld m
Dd 2C 2
y 0.7 ~ 0.8
α=30°，h=m 渐开线花键： α=45°，h=0.8m 键的平均直径为：
[σp]、[p]为花键连接的许用挤压应力 和许用压力
矩形花键:
渐开线花键:
工作面：两侧面。
轴向承载情况：不能承受轴向力。 特点：结构简单，拆装方便，对中性好，应用广泛。
平键的类型：
普通平键 薄平键 导向平键 滑键
§5.1 键 连 接
（1）普通平键 用于轴毂间无相对轴向运动的静联接。按端部形状分 圆头（A型）、平头（B型）、单圆头（C型）
轴上键槽的加工方法
指状铣刀加工 盘状铣刀加工
工作面：键齿两侧面
外 花 键 内 花 键
特点： 花键连接是多齿传递载荷，故比平键连接的承载能力高，定心性和 导向性好，对轴的削弱小(齿浅、应力集中小)； 花键连接一般用于定心精度要求高和载荷较大的地方。
花键加工需用专门的设备和工具，成本较高。
分类： 矩形花键 小径定心，定心精度较高；性质简单，加工方便。 齿形定心，自动定心；与渐开线齿轮相比，齿高 较小，压力角较大。
l L
[p]、[p]为许用挤压应力与许用压力 当强度不足时，可适当增加键长或采用两个键按180º 布置。考虑到两个 键的载荷分布不均匀性，在强度校核中可按1.5个键计算。
§5.1 键 连 接
例题：试设计减速器中直齿圆柱齿轮与轴的键连接。已知，装齿轮处的轴直径 d=70mm，齿轮的轮毂宽度为100mm，齿轮传递的转矩T=2200N〃mm，载 荷有轻微的冲击，设计此键连接。 (2)确定键的尺寸 根据轴的直径d=70mm，查 解：(1)确定键连接的类型 表5-1得b×h=20×12mm； 选择A型双圆头普通平键连接 根据齿轮轴毂宽度100mm， 查表5-1，取L=90mm。 (3)校核键的强度 轴和键都选用钢材，其许用挤压应力[σp]=100~120MPa，在此取[σp]=110MPa。 2T 2T 2 2200 p 149.7(MPa) [ p ] 110(MPa) h 12 kld 90 20 70 L b d 2 2 此键强度不够，现采用双键连接，相隔180°布置，考虑到两个键的载 荷分布不均匀性，键的工作长度为1.5×70=105mm，重新校核强度：