第五章轴毂联接

第三章轴毂联接轴毂联接的功能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。

轴毂联接的形式很多，本章主要讨论键联接、花键联接和销联接。

第一节键、花键联接一、键联接键的功用：通常用于联接轴和轴上的零件，起到周向固定的作用并传递转矩。

有些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。

键是一种标准件。

1．键联接的类型及特点主要类型：平键联接、半圆键联接、楔键联接、切向键联接。

（1）平键联接如图5－1a所示，装配时，转动件上加工一个通槽，在轴上加工一个小坑，便构成了平键联接。

平键的两个侧面是工作面并用于传递转矩。

键的上面与轮毂槽底之间留有间隙，为非工作面。

图3－1 普通平键联接工作原理：是靠键同侧面的挤压来传递转矩、运动、动力。

键的侧面与键槽之间为过盈配合，装配时用木锤敲平。

这种键联接具有结构简单、对中性好、装拆方便等优点，因而得到广泛应用。

但这种键联接对轴上零件不能起到轴向固定的作用。

平键联接按用途可分为3种：普通平键、导向平键和滑键。

①普通平键普通平键用于静联接，即轴与轮毂之间无相对移动。

按键的端部形状可分为A型（圆头）、B型（方头）和C型（单圆头）3种。

(如图5－1)圆头键的键槽用指状铣刀加工，键放在与键同形状的键槽中，因而键的轴向固定较好。

缺点是键的圆头侧面与轮毂的键槽不接触，因而键的头部不能充分利用，而且键槽端部对轴引起的应力集中较大。

方头平键的键槽用圆盘铣刀加工，因而避免了上述缺点，但键在键槽中固定不好。

单圆头平键常用于轴端与轴上零件的联接。

薄形平键，其结构与普通平键几乎一样，就是键高约为普通平键的60%-70%，也分为圆头，平头和单圆头三种形式。

传递转矩的能力较低，常用于薄壁结构，空心轴及一些经向尺寸受限制的场合，另外对轴的削弱，能力也小。

②导向平键导向平键用于动联接，即轴与轮毂之间有轴向相对移动的联接。

导向平键（图5－2）是一种较长的平键，用螺钉固定在轴槽中，轴上零件可沿键作轴向滑动。

为拆卸方便键上制有起键螺孔。

导向平键用于轴上零件滑移距离不大的场合。

图3－2 导向平键图3－3 滑键联接③滑键滑键用于动联接当轴上零件滑移距离较长时可用滑键，（如图5－3）。

滑键固定在轮毂上，在轴槽中随轮毂一起做轴向滑移，轴上铣出较长的键槽。

图3－4 半圆键联接（2）半圆键联接半圆键用于静联接，如图5－4所示，轴上键槽用与半圆键尺寸相同的铣刀铣出，因而半圆键能在键槽中摆动以适应毂槽底面的斜度。

工作时，键的两侧面为工作面。

这种键联接的优点是定心性较好、装配方便，尤其适用于锥形轴与轮毂的联接。

缺点是键槽较深，对轴的强度削弱较大。

主要用于轻载荷和锥形轴端的联接。

（3）楔键联接楔键联接只用于静联接，楔键的上、下面是工作面(图5－5)。

键的上表面和毂槽底面均具有1∶100的斜度。

楔键分为普通楔键和钩头楔键，普通楔键又分圆头和方头两种形式。

装配时，圆头楔键先放入键槽中，然后打入轮毂；方头和钩头楔键是先把轮毂装到适当位置后再打入楔键，靠楔紧作用传递转矩。

这种联接的优点是能轴向固定轴上零件或承受单向轴向力，缺点是在楔紧时破坏了轴与轮毂的对中性。

因此，主要用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的场合。

若采用钩头楔键安装在轴端时，应注意加防护罩。

图3－5 楔键联接（4）切向键联接切向键是由两个斜度为1∶100的楔键组成。

组成后的上下平行面（窄面）为工作面，其中一个面在通过轴心线的平面内。

装配时，把两个键从轮毂两端打入，楔紧在轴与轮毂之间。

工作时，靠工作面上的挤压力和轴与轮毂间的摩擦力传递较大的转矩。

当传递双向转矩时，需用两组切向键，如图5－6所示。

两个键槽最好错开120°～130°。

切向键主要用于轴径大于100mm，对中性要求不高而载荷很大的重型机械中。

例如，大型飞轮，矿山用大型绞车的卷筒和齿轮与轴的联接。

图3－6 切向键联接2．键的选择和平键联接的强度计算（1）键的选择几乎所有的键已标准化，我们设计时的任务只是根据结构特点、使用要求和工作条件来选择它们，使得她即能符合使用的结构工作要求，又能满足强度要求，还是标准件。

键的选择包括类型选择和尺寸选择。

选择键的类型时，应考虑所需传递转矩的大小；轴上零件是否需要沿轴向滑移及滑移距离的长短；对中性的要求；键在轴的中部还是端部等。

键的尺寸有剖面尺寸（键宽b ×键高h ）和长度L 。

键的剖面尺寸b ×h 按键所在轴段的直径d 由标准中选定。

键的长度L 根据轮毂的宽度确定。

一般键长略短于轮毂宽度并应符合标准的规定。

图 3－7 平键联接计算图（2）平键联接强度的计算平键联接的主要失效形式有：工作面被压溃（静联接），工作面过度磨损（动联接），个别情况会出现键被剪断。

对于尺寸按标准选择的平键联接，通常只按工作面上的挤压应力（对于动联接常用压强）进行条件性强度校核。

如图所示，假设载荷沿键长和键高均匀分布，则挤压强度条件为][42p p dhlT dkl T σσ≤== MPa式中d——轴的直径，mm；k——键与毂槽的接触高度，mm；h——键的高度（h≈2k），mm；l——键的工作长度，mm，不同类型的l值；T——转矩，N·mm；［σp］——许用挤压应力MPa，见表10－1。

对动联接，以许用压强［p］代替［σp］。

当挤压强度不足时的补救措施：（1）如果采用一个平键不能满足传递转矩的要求时，可在同一联接处相错180°布置2个平键。

考虑到采用双键时各键的载荷分配不均匀，故联接的强度计算只按1．5个键计入。

（2）可适当增加轴毂宽度B，这样可增加键长。

（3）对半圆键，不许这样处理，因其键槽深，对轴的削弱过度，但可在一个母线上安两个。

二、花键联接普通平键联接虽然有些结构简单，制造方便等优点，但存在着受力不均，对轴强度削弱过大及承载能力有限等限制。

由此，人们开始设想是否能在轴的四周上均安装多个平键，由此发展到采用花键轴（外花键）和花键孔（内花键）的花键联接。

花键已经标准化。

图3－8图3－9 矩形花键图3－10 渐开线花键花键联接由多个键齿和键槽构成、均布在轴和轮毂孔的圆周上。

花键的齿侧面为工作面。

花键联接适用于静、动联接。

花键联接的主要优点是：（1）齿数较多而且受力均匀，故承载能力高；（2）槽浅，齿根应力集中小，对轴和毂的强度削弱较轻；（3）轴上零件与轴的对中性好；（4）导向性好。

其缺点是加工时需要专用设备，成本较高。

1、花键的类型及特点分类①按剖面齿形可分为矩形花键和渐开线花键。

②以定心方式分小径定心（常用，加工方便）、大径定心（新标准取消，硬表面不行）、齿侧定心（受力均匀，自动定心）。

（1）矩形花键矩形花键加工方便，并且可用磨削方法获得较高的精度，故常用。

矩形花键在标准中规定了两种尺寸系列，即轻系列和中系列。

轻系列承载能力较小，多用于轻载荷的静联接；中系列多用于较重载荷的静联接或零件仅在空载下移动的动联接。

矩形花键在联接中按小径d定心。

轴和毂的定心表面在热处理后都要磨削，定心精度较高。

（2）渐开线花键渐开线花键的齿廓为渐开线。

与矩形花键相比，渐开线花键有以下特点：齿根较厚和齿根圆角较大，应力集中较小，故联接强度较高、寿命长；可利用加工齿轮的各种加工方法加工渐开线花键，故工艺性较好；尺寸小时，加工花键孔的拉刀制造成本较高，因而限制了它的使用。

渐开线花键按齿形定心，具有自动定心的作用。

适于载荷较大，定心精度要求较高和尺寸较大的联接。

一种渐开线花键在分度圆上的压力角为30°；另一种花键在分度圆上的压力角为45°，压力角为45°的渐开线花键，齿形钝而短，因此，对联接件的削弱较小，但齿的工作面高度较小，故承载能力较低，多用于载荷较轻，直径较小的静联接，特别适用于薄壁件的轴毂联接。

2．花键联接的强度计算图3-11 花键联接的受力情况首先根据联接的结构特点，使用要求和工作条件选定花键类型和尺寸，然后进行必要的强度校核计算。

花键联接的受力情况如图3-11所示。

其主要失效形式是工作面被压溃（静联接）或工作面过度磨损（动联接）。

因此，静联接通常按工作面上的挤压应力进行强度计算，动联接则按工作面上的压力进行条件性强度计算。

计算时，假定载荷在键的工作面上均匀分布，各齿面上压力的合力N 作用在平均直径d m 处，即传递的转矩T ＝zN ·d m /2，并引入系数ψ来考虑实际载荷在各花键齿上分配不均的影响，则花键联接的强度条件为静联接 p m p z h l dT ][1023σψσ≤*= MPa 动联接 p m z h l dT p ][1023σψ≤*= MPa 式中 ψ——载荷分配不均系数，与齿数多少有关，一般取ψ＝0．7～0．8，齿数多时取偏小值；z ——花键的齿数；l ——齿的工作长度，mm ；h ——花键齿侧面的工作高度，矩形花键，c d D h 22--=，此外D 为外花键的大径，d 为内花键的小径，C 为倒角尺寸，单位均为mm ；渐开线花键，α＝30°，h ＝m ；α＝45°，h ＝0．8m ，m 为模数；d m ——花键的平均直径，矩形花键，2d D d m -=；渐开线花键，d m＝d f，d f为分度圆直径，mm；{σ}p——许用挤压应力，MPa，见表10－2；[p]——许用压力，MPa，见表10－2。

第二节销联接一、销联接作用1、定位销：主要用于定位，即固定零件之间的相对位置，是组合加工和装配时的主要辅助零件。

按经验选取，不作强度校核。

2、联接销：用于轴与毂的联接或其他零件的联接，可传递不大的载荷。

一般先按结构要求选定，然后按剪切、挤压校核。

3、安全销：做安全装置，扭矩到后一定程度要断（类似于保险丝）。

必须严格按剪切校核。

二、各类销及特点1、圆柱销圆柱销利用微量过盈固定在销孔中，多次装拆会降低定位精度。

圆锥销有1∶50的锥度，可自锁，靠锥面挤压作用固定在销孔中，定位精度高，安装也较方便，可多次装拆。

图5－122、圆锥销为便于拆卸带有内螺纹或外螺纹的圆锥销，可用于盲孔或拆卸困难的场合。

开尾圆锥销和小端带外螺纹圆锥销，可保证销在冲击、振动或变载下不致松脱。

根据不同情况，圆锥销又浱生出带内螺纹的圆锥销、带外螺纹的圆锥销、开尾圆锥销及小端带外螺纹的圆锥销。

图5－13 联接销图5－14 安全销3、槽销槽销是弹簧钢滚压或模锻而成。

槽常有3条，其形状有：沿销全长的平行直槽；沿销全长的楔形槽；一端有短楔槽及中部有短凹槽等。

槽销压入销孔后，它的凹槽即产生收缩变形，借助材料的弹性而固定在销孔中，销孔无需铰制可多次装拆，多用于传递载荷，对于受振动载荷的联接也很适用。

在有些场合，槽销可代替键和螺栓等来使用。

图3－15 槽销图3－16 弹性圆柱销根据不同的需要，销还有许多特殊形式：弹性圆柱销是由弹簧钢带卷制成的纵向开缝的圆管，借助于弹性，均匀挤紧在销孔中，对销孔精度要求较低，可多次装拆，用于有冲击振动的场合。