第5章轴毂联接
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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50
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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17
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。
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。
05第五章 轴毂连接
§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
kldБайду номын сангаас
[ 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
2T 2 2200 99.8(MPa) [ p ] 110(MPa) kld 6 105 70
键20×90GB/T1096-1977
p
(4) 键的标准标记
§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）
§5.1 键 连 接
（2）薄平键：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、方头、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 轮毂轴向移动 距离较小
滑键——键随轮毂移动
轮毂轴向移动 距离较大
3、楔键连接
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，如在中间用键槽应比键长2倍才能装入，且要装安全罩 。
§5.1 键 连 接
2、半圆键
原理：靠键与键槽 侧面的挤压传递转 矩。
《机械设计》第五章_键连接-PPT文档资料-讲义
(a)
(b)
圆 头 — A型（常用）—键(a) 顶上面与毂不接触(b) 有间隙
方 头 — B型—常用螺钉固定
(c)
半圆头—C型（端铣刀加工）—用于轴端与轮毂联接
(c)
(d)
(c)
(c)
(d)
(d)
2）薄型平键——键高约为普通平键的60%~70%： 圆头、方头、单圆头
用于薄臂结构、空心轴等径向尺寸受限制的联接
a)定位销
销套
安全销
b) 连接销
c) 安全销
圆柱销——不能多于装拆（否则定位精度下降） 圆锥销——1：50锥度，可自锁，定位精度较高，允
许多于装拆，且便于拆卸 特殊型式销——带螺纹锥销，开尾锥销（右图）弹
性销，开口销，槽销和开口销等多种形 式
d)圆柱销，圆锥销
e)特殊形式销
§5—5 过盈联接
3）导向平键与滑键——用于动联接，即轴与轮毂 之间有相对轴向移动的联接
导向键——键不动，轮毂轴向移动 滑键——键随轮毂移动
特点：装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作 用可靠，多用于高精度联接。 但只能圆周固定，不能承受轴向力
2、半圆键
轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽 中绕几何中心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠其 侧面的挤压来传递扭矩。
N10T0 /d2020T0 [0]
bl bl bld
2、半圆键联接强度校核
N10T0 /d2020T0 [0]
bl bl bld
强度不够时，措施： 1）双键，180°布置（按1.5个键计算）
三键，120°布置 2）增大轴径d↑ 3）增长L↑，但轮毂长↑受力不利 4）改用花键
§5—2 花键联接
花键联接是由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向 均布而成
轴毂联接
2. 半圆键联接
键能在槽中摆动,以适应毂槽底面,装配方便，但键槽较 深，对轴的强度削弱较大 ——适用于锥形轴端的联接。 适用于锥形轴端的联接。 适用于锥形轴端的联接 。 以两侧面为工作面
机械设计基础 2012-5-5
3. 楔键联接 结构： 结构：键的上表面有1:100的斜度。
普通楔键
勾头楔键
机械设计基础 2012-5-5
L=B-（5~10）mm （ ）
⑵键的标记：名称、型号（A型不 键的标记：名称、型号（ 型不 ）、键宽和键长 标）、键宽和键长 B型平键 ×h×L=16×10×125 型平键b× × 型平键 × × → 键B 16×125 GB…. ×
机械设计基础 2012-5-5
例题： 例题： 选用普通平键，已知轴径 选用普通平键，已知轴径d=35mm，轮毂长度 ， B=95mm，并标注。 ，并标注。 解：选择A型键 选择 型键 查表19-1，轴径 d=35mm：剖面尺寸 ×h=10×8 查表 ， ：剖面尺寸b× × 齿轮宽度B=95mm： 键长L=B-（5~10）= 85~90mm ： 齿轮宽度 （ ）
4、花键联接：轴上周向均布的凸齿和轮毂孔 、花键联接：
1)均匀受力； 均匀受力； 均匀受力
◇结构：外花键（花键轴）和内花键（花键孔）组成。 结构：外花键（花键轴）和内花键（花键孔）组成。 键齿侧面是工作面。 键齿侧面是工作面。 ◇特点：多齿传递载荷，故承载能力高，对中性好;但制 特点：多齿传递载荷， 承载能力高，对中性好; 造要采用专用设备，成本较高。 造要采用专用设备，成本较高。 ◇应用：用于定心精度要求高、载荷较大的场合。 应用：用于定心精度要求高、载荷较大的场合。
6)可用磨削方法提高加工精度及 可用磨削方法提高加工精度及 联接质量。 联接质量。
精品课件-轴及轴毂联接
5.5
+0.2
>50-58 16*10 16 0
+0.050 -0.043 -0.0215 -0.061
6.0
0
>58-65 18*11 18
7.0
>65-75 20*12 20 +0.052 +0.140 0
+0.026
-0.022
7.5
>75-85 22*14 22 0
+0.065 -0.052 -0.026
磨损（动联接）
2)强度计算
挤压强度条件：
l:键的工作长度：
A型 B型 C型 T-轴上传递的转矩（N.mm） d-轴的直径(mm) h-键的高度
-键、轴和轮毂中挤压强度最低的材料的许用应力 如果计算键的强度不够，在结构允许的条件下，可适当增加轮毂和键的长度 或间隔布置180°两个键。考虑到两个键的载荷分配不均匀性，在验算键的强 度时只按1．5个键计算。
轴的常用材料是碳素钢和合金钢。 碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综
合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的轴，多用含碳量为0.25～ 0.5%的中碳素钢。尤其是45号钢，对于不重要或受力较小的轴也可用Q235A等 普通碳素钢。合金钢具有比碳素钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比 较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如20Cr、 20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳处理后可提高耐磨性；20CrMoV、 38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件 下工作的轴。
-0.074
9.0
半径r 毂t1
公称尺 极限偏 最 最
寸
轴毂连接
普通平键的标注
国标编号 标记示例
1.键的种类和标记
表示键宽10mm 键高8mm 键长50mm 的A型普通平键
标记为：
GB／T1096
国标编号
键 10×8×50
名称 规格
• 普通平键分圆头(A型 ) 、平头(B型)和单圆 头(C型) • A型平键可不标出A ，B型或C型则必须在 规格尺寸前标出B或C
轴毂连接
3．楔键连接
楔键的上、下面是工作面，键的上表面和 毂槽底面均具有1∶100的斜度。 普通楔键
轴毂连接
钩头楔键 工作时，靠楔键 上下面与键槽的楔 紧作用传递转矩。
轴毂连接
优点—是能对轮毂起到单向轴 向固定的作用或承受单向的轴向 载荷， 缺点—是在楔紧时破坏了轴与 轮毂的对中性。
轴毂连接
1:100斜面
轴毂连接
1、特点：优点：传递载荷大 缺点：切向键破坏轴上零件对中性
2 、应用：对中精度要求不高、载荷大的重型 机械中，
如：大型飞轮、矿用卷扬机卷筒等
轴毂连接
花键连接 1、工作原理： （花键轴、花键孔组成）键侧工作、挤压传扭
花键孔
花键轴
花键联接
轴毂连接
花键连接 2、特点：
承载能力高-多齿传力
第5章 轴 毂 连 接
开口销是一种 防松零件，用于锁 紧其他紧固件。装 配时，将销插入销 孔，再将尾部分开， 防止脱出
轴毂连接
设计者思维 课后练习
要实现轴上零件的周向定位并传递转 矩可以使用哪些方法？ 常用滚动轴承的类型有那些？ 用文字表示30317、7206轴承？ 用文字表示键10X8X50？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ图5-17 圆锥销
图5-16 圆柱销
圆柱销靠过盈配 合固定在销孔中
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。
项目五 轴毂连接-3
工作原理 圆柱面过盈联接后，由于材料的弹性，在配合面之间的径向变形 产生压力，当联接承受外载荷（轴向力或转矩）时，配合表面靠 此正压力所产生的摩擦力或摩擦力矩来传递外载荷。
五、过盈联接
类型 无辅助件：其配合表面有圆柱面和圆锥面，用于轴与轮毂联接，轮圈与轮芯的联接及滚动轴承与轴 及座孔的联接； 有辅助件：借助于扣紧板或环将重型剖分零件沿接缝面联接成一体，现大多由螺栓代替。
键不动，轮毂轴向移动
工作面为两侧面，顶面与轮毂间要有间隙
一、键联接
1.平键
（3）导向平键
一、键联接
1.平键
（4）滑键
当被联接零件滑移距离越大时，导键越长，制造越困难，宜采用滑键。滑键固定在轮毂上，轮毂带
动滑键在轴槽中做轴向滑动，轴上应铣出较长的键槽，键长不受滑动距离限制，用于轴上零件轴向
位移量较大的场合。
A型
B型
C型
一、键联接
1.平键
（1）普通平键
一、键联接
1.平键
（1）普通平键 普通平键的标记：键型 键宽×键长 标准号 截面尺寸b×h根据轴径d由标准选定 键长L根据轮毂长度按标准查取（比轮毂长度短5～10mm） A型平键可不标出A，B型或C型则必须在规格尺寸前标出B或C
键16100 GB/T 1096－2003 表示键宽为16mm，键长为100mm的A型普通平键。 键B18100 GB/T 1096－2003 表示键宽为18mm，键长为100mm的B型普通平键。 键C18100 GB/T 1096－2003 表示键宽为18mm，键长为100mm的C型普通平键。
键联接
松键联接
轴毂联接简介
2．强度校核
平键联接工作时的受力情况如图所示。
1 键联接
普通平键联接属于静联接，其主要失效形式为联接中较弱零件(通常为轮毂) 的工作面被压溃。导向平键或滑键联接属于动联接，其主要失效形式为工作 面过度磨损，故设计时，静联接验算挤压强度，动联接验算压力强度。
3 2 T 10 /( k l d ) [ ], a 静联接的挤压强度条件为：
3 ' 动联接的压力强度条件为： p 2T 10 /( k l d ) [ p ], a
式中 T——键联接所传递的转矩，N ?m k ——键与轮毂键槽的接触高度，k≈0.4h l ——键的工作长度,(对圆头键 l=L-b，单圆头平键l=L-b/2，平头键l=L)； ' ——轮毂长度, ——轴的直径, d [ p ] ——键联接材料的许用挤压应力, MPa ，查表 [ p ]——键联接许用压力，MPa ，查表。
4 无键联接
凡是在轴毂联接中不用键、花键或销时的联接，统称为无键联接。无键联接 的形式很多，下面介绍型面联接和过盈配合联接。
1 型面联接
型面联接是利用非圆剖面的轴与相应形状的零件的毂孔配合而构成的联接， 如图所示。轴和毂孔可做成柱形或锥形，前者只能传递转矩，可用在不在载荷 作用下移动的动联接；后者还能传递轴向力。型面联接没有应力集中源，对中 性好，承载能力高，装拆方便，但制造工艺复杂，应用不太普遍。
2 600103 66.67MP a k l d 4.8 50 75
3
100
p
p
由普通平键标准查得轴槽深=7.5mm，毂槽深=9mm。 根据所得尺寸，可绘制键槽工作图
2 花键联接
2.1 概述
花键联接是平键在数量上发展 和质量上改善的一种联接，它由 轴上的外花键和毂孔的内花键组 成，如图所示，工作时靠键的侧 面互相挤压传递转矩。 与平键联接相比，花键联接的优点： ① 轴上零件与轴的对中性好； ② 轴的削弱程度较轻；
机械基础 轴与轴毂连接
Tmax WP
例 已知机器主轴受外力偶作用，圆轴直径D=28mm，
[τ]=40MPa。试校核轴的强度。
解： 1.画出扭矩图
40N·m 195N·m 155N·m
Tmax=155N·m 2.计算最大切应力并校核强度
155N·m
max
Tm a x WP
16Tm a x
D3
16 155 103
轴颈
轴环 轴头
轴肩 轴颈 轴身
一、概述 2.轴结构设计的基本要求 (1)轴和轴上零件要准确定位与固定。 (2)轴的结构要有良好的工艺性。 (3)尽量减小应力集中。 (4)轴各部分的尺寸要合理。
二、轴和轴上零件的定位与固定
1.轴上零件的轴向定位和固定 （1）轴肩和轴环
轴肩和轴环是轴段因直径变化而形成的结构， 都对轴上零件起单向定位和固定作用。
较小距离的轴向移动时，则采用导向平键。
结构特点：长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆， 制有起键螺孔。 应用：如变速箱中的滑 移齿轮。
(1)松键连接
③滑键连接
当轴上零件滑移距离较大时，因所需导向键的尺寸过大， 制造困难，固采用滑键。滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键 在轴上的键槽中作轴向滑移。这样只需在轴上铣出较长的键 槽，而键可以做的较短。
(1)松键连接 ④半圆键连接
多用于锥形轴端的轴毂连接。半圆键可在轴的键 槽内摆动，来适应轮毂键槽底面的斜度。由于轴上键 槽过深，对轴的强度削弱较大，适用于轻载连接。
1.键连接
(2)紧键连接 紧键连接
普通楔键 楔键连接
钩头楔键 切向键连接
①楔键连接
钩头楔键
结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。
第5章轴毂联接
开口销
5.4
销联接
作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。
按用途分 类 型
按形状分
定位销 联接销
联接销：用来实现两零件之间的联接，可用来传递不大 的载荷。其类型可根据工作要求选定，其尺寸可根据联 接的结构特点按经验或规范确定。必要时再按剪切和挤 压强度条件进行校核计算。
5.4
销联接
作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。
按用途分
类 型
圆柱销 按形状分
特点： 靠过盈配合固定在销孔中，经多次拆装后，定 位精度和可靠性会降低。
5.4
按用途分
类 型 按形状分
销联接
定位销 联接销 安全销
圆柱销
圆锥销
拆装 方便 用于 盲孔
特点： 有1:50的锥度， 可反复多次拆装。
螺母锁紧 抗冲击
5.4
按用途分
类 型 按形状分
销联接
定位销 联接销 安全销
>44~50 >50~58 >58~65 >65~75 >75~85 >85~95 >95~110 >110~130
键宽b×键高h 14×9 16×10 18×11 20×12 22×14 25×14 18×16 32 ×18 6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40， 键的长度 45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200， 系列L 220，250………
α=30 ˚
h*= 0.4m
α=45 ˚
df
df
α=45˚的花键工作面高度较小，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 零件的联接。
第5章轴毂联接
明确实验目标，设计实验方案，包括实验装 置、试样制备、实验条件等。
安装与调试实验装置
搭建实验装置，进行调试和校准，确保实验 装置的准确性和稳定性。
制备试样
根据实验方案制备轴毂联接试样，确保试样 的质量和精度符合实验要求。
进行实验
按照实验方案进行实验操作，记录实验数据 ，包括载荷、变形、温度等参数。
考虑轴毂联接所处的工作环境，如温度、湿度、腐蚀等因素， 选择相应的材料和防护措施。
根据轴毂联接的安装和拆卸频率及要求，选择合适的联接方式 和紧固件。
在满足使用要求的前提下，尽量选择成本较低的联接方式和材 料。
优化设计策略探讨
结构优化
通过改进轴毂联接的结构设计 ，如采用轻量化设计、减少应 力集中等措施，提高联接的强
第5章轴毂联接
汇报人：XX
目录
• 轴毂联接基本概念与分类 • 键联接 • 销联接 • 过盈联接 • 轴毂联接设计计算与选型 • 轴毂联接实验与性能评价
01
轴毂联接基本概念与 分类
定义及作用
轴毂联接定义
轴毂联接是指轴与毂之间的连接 ，用于传递扭矩和承受载荷。
轴毂联接作用
实现轴与毂之间的可靠连接，保 证机械传动的正常运行。
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性能评价指标体系建立
载荷性能指标
包括最大载荷、许用载荷等，用于评 价轴毂联接的承载能力。
变形性能指标
包括刚度、变形量等，用于评价轴毂 联接的抵抗变形能力。
耐久性能指标
包括疲劳寿命、耐磨损性等，用于评 价轴毂联接的长期使用性能。
可靠性指标
包括失效概率、可靠性寿命等，用于 评价轴毂联接的可靠性水平。
实验结果分析与讨论
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轴
7.2.2 花键联接的计算 失效形式:静联接为齿面的压溃和动联接为磨损
强度计算：
静联接
p2Tkzhldmp
动联接
键齿接触长度
p2Tkzhldmp
各齿载荷分布不均系数
齿数
平均直径 键齿接触高度
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。
b)方头
c)一端圆头一端方头
（4）特点 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）导向平键滑键 当轮毂在工作过程中需在轴上移动时可采
用导向平键或滑键。
导向平键
动联接，键固定在轴上，毂可沿键移动。
滑键
承载能力：耐磨性。
动联接，键固定在毂上，一起沿键槽移动。 移动距离大时，采用滑键。
p 2hT/ld[p]
接触高度h’应根据键的尺寸从标准中查取，接 触长度l 取键的公称长度L。
↑强度的方法
若σp>[σp]，可采用如下措施：
（1）↑键长L，但Lmax=（1.6~1.8)d，否则 承载不均。
（2）采用双键，按180°布置，考虑承载不
均，按1.5个计算。但对轴削弱大。 布置
半圆键采用双键时，不能相隔180°, 应位于轴的同一母线上。
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复习思考题 1、键联接有哪些类型？以何种最为常用？ 2、平键、半圆键、楔键和切向键各有何特点？ 平键联接的强度条件是什么？ 3、花键联接有何优点？各适用于什么工况？ 4、矩形及渐开线花键的定心方式有哪几种？ 5、如何校核花键联接的强度？ 6、销联接有哪几种？作用是什么？
p 2 T h l d 2 1 1 6 3 ( 6 0 0 7 7 ) 0 0 1 0 . 8 M 0 7 8 M P 5
• 可见联接的挤压强度不够，考虑相差较大，改用 双键，相隔180°布置，双键的工作长度
l=1.5×70 =105mm。由式7.1得
p 2 T h l d 2 1 1 6 3 ( 6 0 0 1 7 0 ) 7 0 . 6 5 M 2 7 M P 5
• 5.1.2平键和半圆键联接的计算
• 1.平键的选择与强度计算
• 键联接均有国家标准，设计时可根据使 用要求选择适当的类型和尺寸，再验算 其强度。
1）类型选择： 键的类型主要是根据使用要求、工作状况 、键的特点来进行选择。
主要考虑的因素有： （1）需传递的转矩大小
切向键和平键↑ 楔键和半圆键↓ （2）定心精度的高低 平键↑ 楔键、切向键↓ （3）用于静联接还是动联接 普通平键、半圆键、楔键、切向键→静联接 导向平键和滑键→动联接 （4）是否需要轴向固定 楔键和切向键→单向轴性固定 （5）是否安装在轴端 半圆头平键→轴端。
矩形：h'=0.5(D-d)-2C
C----齿顶倒圆半径
dm=0.5(d+D) 渐开线：α=30º h'=m
α=45º h'=0.8m
m----模数
dm=di di----分度圆直径
键齿接触长度
p2Tkzhldmp
各齿载荷分布不均系数
齿数
平均直径 键齿接触高度
总结键的设计：
1、普通平键：
2、导向平键和滑键：
2.选择键联接的尺寸
根据d=70 mm查表得键的截面尺寸为： b=20 mm，h=12 mm。由轮毂长度并
参照键的长度系列，取键长约小于轮毂
长度，L=90 mm
• 3.校核键联接的强度 • 由7.1表中查得铸铁轮毂键槽的许用挤压应力
[σp]=70~80MPa，取其平均值[σp]=75MPa。键
的接触长度l=L-b=70mm，轮毂与键的接触高 • 度h'=0.5h=6mm,由式7.1得
例题 在一直径d=70 mm的钢轴上，安装一8
级精度的铸铁直齿圆柱齿轮，用键构成静联 接，轮毂长为100 mm，需传递的转矩
T=1600N·m，载荷平稳，试设计此键联接
解： 1．选择键联接的类型
由于8级精度以上的齿轮要求一定的定心精度， 且为静联接，因此选用普通平键，由于不是 安装在轴端，故选用在键槽中轴向固定较好 的圆头普通平键。
2）尺寸选择
类型尺寸： （b×h）×L 由轴径d 从标准中选b×h 由轮毂宽 选键长L（系列值）
由结构确定，而 不是由强度确定。
校核
普通平键的主要尺寸
3）平键联接强度计算 工作面被压溃（通常为轮毂）（静联接）
主要失效形式 工作面过度磨损（动联接） 键剪断（过载才发生）
由于压溃和磨损是主要失效形式，键的材料要有一定 硬度，键用材料强度不低于600Mpa，常用如45号钢。
3.半圆键
4.楔键和切向键
D
5、花键： 矩形花键
齿形 渐开线花键
B毂 C
轴
细齿渐开线花键：
d
毂 轴
5.3 销联接
----传递不大的载荷\安全装置\装配时辅助零件 种类----圆柱销\圆锥销\内螺纹圆锥销\螺尾圆
锥销\开尾圆锥销\槽销\弹性圆柱销 失效形式---挤压\剪断 用作联接的销的设计：根据联接的构造和工作 要求来选择销的类型、材料和尺寸，再作适当 的强度验算。
强度条件：
静联接：
p 2hT/ld[p] （压溃）
动联接： p2T/d[p] （耐磨）
hl
lLb(圆头平键)
l L
l Lb 2
(方头平键) (半圆头平键)
4）半圆键联接的强度计算 静联接 主要失效形式为工作面被压溃，只需进行挤压强 度的校核,其强度校核与普通平键联接相同式中参 数的含义也与平键相同
第五章轴毂联接
5.1键联接 5.2花键联接 5.3销联接 5.4成形联接
键、花键----用于轴和带毂零件联接，主要实 现周向固定、传递周向转矩，有些可实现轴 向固定, 传递轴向载荷。
• 销----传递少量载荷、固定零件相互位置、 有时作为安全装置。
• 成形联接----是一种无键联接，轴毂联接 段为非圆形。
根据用途不同可分为： 定位销：确定相对位置 联接销：用于联接，可传递不大的载荷 安全销：安全装置中的过载剪断元件
成形联接为
非圆截面轴 与毂孔组合
特点：无应力集 中；定心好；承 载能力强；加工 困难。
7.4 成形联接
T
a)柱形的轴和毂孔
T Fa Ft
b)锥形的轴和毂孔
作业
6-3 6-4 6-5 6-45
3.楔键：键的一个工作面为斜面：斜度1:100
工作面：上下面，两侧面有间隙 靠摩擦和互压传载：T和单向轴向力 方便拆卸：钩头楔键
4.切向键：两个单面斜楔构成
工作面：上、下两面
靠互压传载，有一个面必须与轴线共面，双向T需用双键(120°)。
可传递大转矩，对中不好， 对轴削弱大,用于轴径大于100mm 。
T
a)柱形的轴和毂孔
5.1.1 键联接
7.1.1 键联接的分类和构造 分类 ----平键和半圆键
----斜键
一、平键联接 1）普通平键
（1）工作面：两侧面 工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩
（2）失效形式： 压溃——主要失效形式 键剪断
（3）结构形式
圆头：应力集中大 方头：应力集中小，紧定螺钉固定 一圆头一方头：用于轴端处
圆柱销靠过盈配合固 定在销孔中，经多次装拆 会降低定位精度和可靠性。
圆锥销具有1:50的 锥度，安装方便，定位 精度高。
开尾圆锥销在联接时的 防松效果好，适用于有冲击、 振动的场合的联接。
端部带螺纹的圆 锥销可用于盲孔或拆 卸困难的场合；
销轴用于两零件 的铰接处，构成铰链 联接。销轴通常用于 开口销锁定，工作可 靠，装拆方便。 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，因而能承受振动和 变载荷。
5.2 花键联接
组成：内花键、外花键
D
1. 花键联接的分类： 矩形花键
齿形 渐开线花键
B毂 C
轴
细齿渐开线花键： 用于载荷很轻或薄壁零件
d
毂 轴
定心方式：B毂Fra bibliotek矩形——小径d定心；
C
其它 定心 方式
d
D
轴
(a) 大径D定心
(b)宽度B定心
图5.9其他定心方式的花键联接
渐开线——齿形定心；
渐开线花键
平键联接的特点
• ----平键联接不能承受轴向力 • ----简单、紧凑、可靠、装拆方便、
成本低、不影响轮毂与轴的对 中，因此应用广泛。 ----键槽削弱轴强度,应力集中
2.半圆键
特性 1）键的摆动适应毂键槽的斜度； 2）侧面为工作面，传T，不能传轴向力； 3）特别适于锥形轴端； 4）对轴削弱大，用于轻载。