第4章_鍵、花鍵和銷聯(lián)接(公開課)

1、第四章 鍵、花鍵和銷聯(lián)接4-1 基礎(chǔ)知識一、鍵聯(lián)接1、平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵的功能及應(yīng)用（1）平鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接的定心精度較高，應(yīng)用較廣泛，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中性較好。但由于這種鍵聯(lián)接不能承受軸向力，因而對軸上的零件不能起到軸向固定的作用。圖4-1為普通平鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)型式。 a) b) 圓頭 c) 平頭 d) 單圓頭圖4-1 普通平鍵聯(lián)接從圖中可看出鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間留有間隙，工作面是兩側(cè)面，工作時，靠鍵同鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。平鍵分為普通平鍵、薄型平鍵、導向平鍵和滑鍵四種。前兩種鍵用于靜聯(lián)接，后兩種鍵用于動聯(lián)接。1）普通平鍵按構(gòu)造分為圓頭（A型）,如圖4-1a、平

2、頭（B型），如圖4-1b、單圓頭（C型），如圖4-1c。圓頭平鍵宜放在軸上用鍵槽銑刀銑出的鍵槽中，鍵在鍵槽中軸向固定良好。平頭平鍵是放在用盤銑刀銑出的鍵槽中。單圓頭平鍵則常用于軸端與轂類零件的聯(lián)接。圓頭平鍵的缺點是鍵的頭部側(cè)面與輪轂上的鍵槽不接觸，因而鍵的圓頭部分不能充分利用，而且軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中較大。但平頭平鍵避免了上述缺點。2）薄型平鍵薄型平鍵也分圓頭、平頭和單圓頭三種型式，鍵的高度約為普通平鍵的，由于傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較低，常用于空心軸、薄壁結(jié)構(gòu)及一些徑向尺寸受限制的場合。3）導向平鍵采用導向平鍵或滑鍵均可滿足被聯(lián)接的轂類零件在工作過程中在軸上作軸向移動。由于導向平鍵較長，需用螺釘固定

3、在軸上的鍵槽中，同時鍵上制有起鍵螺孔，可擰入螺釘使鍵退出鍵槽，以便于拆卸。導向平鍵適用于軸上傳動零件滑移較小的情況下。4）滑鍵當零件需滑移的距離較大時，宜采用滑鍵而不采用導向平鍵。這是因為導向平鍵的長度越大，制造越困難。當采用滑鍵時，滑鍵固定在輪轂上，輪轂帶動滑鍵在軸上的鍵槽中作軸向滑移。這樣，可將鍵做得較短，只需在軸上銑出較長的鍵槽即可，從而降低加工難度。（2）半圓鍵聯(lián)接半圓鍵聯(lián)接工藝性較好，裝配方便，尤其適用于錐形軸端與輪轂的聯(lián)接。半圓鍵工作時，靠其側(cè)面來傳遞轉(zhuǎn)矩。由于其軸上鍵槽較深，對軸的強度削弱較大，所以一般只用于輕載靜聯(lián)接中。軸上鍵槽的加工方法是用尺寸與半圓鍵相同的半圓鍵槽銑刀銑出。

4、由圖4-2可看出，鍵在槽中能繞其幾何中心擺動以適應(yīng)輪轂中鍵槽的斜度。 圖4-2 半圓鍵聯(lián)接（3）楔鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接如圖4-3所示。鍵是楔緊在軸和輪轂的鍵槽里的，鍵楔緊后，軸和輪轂的配合產(chǎn)生偏心和偏斜，因此楔鍵聯(lián)接主要用于轂類零件的定心精度要求不高和低轉(zhuǎn)速的場合。a) 用圓頭楔鍵 b) 用平頭楔鍵 c) 用鉤頭楔鍵圖4-3 楔鍵聯(lián)接鍵的工作面是上下兩面，工作時，靠鍵的楔緊作用來傳遞轉(zhuǎn)矩，同時還能承受單向的軸向載荷，對輪轂起到單向的軸向固定作用。楔鍵聯(lián)接在傳遞有沖擊和振動的較大轉(zhuǎn)矩時，可能會導致軸與輪轂發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，但由于楔鍵的側(cè)面與鍵槽側(cè)面間有很小的間隙，此時鍵的側(cè)面能像平鍵那樣參加工作，以保證聯(lián)

5、接的可靠性。楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵，普通楔鍵有圓頭、平頭和單圓頭三種型式。裝配圓頭楔鍵時，要先將鍵放入軸上鍵槽中，然后打緊輪轂，而裝配平頭、單圓頭和鉤頭楔鍵時，則是在輪轂裝好后才將鍵放入鍵槽并打緊。鉤頭楔鍵的鉤頭供拆卸用，安裝在軸端時，應(yīng)注意加裝防護罩。（4）切向鍵聯(lián)接切向鍵聯(lián)接如圖4-4所示。將一對斜度為l：100的楔鍵分別從輪轂兩端打入，從而得到切向鍵，拼合而成的切向鍵就沿軸的切線方向楔緊在軸與輪轂之間。其工作面就是拼合后相互平行的兩個窄面，工作時就靠這兩個窄面上的擠壓力和軸與輪轂間的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩。須注意的是，用一個切向鍵只能遞單向轉(zhuǎn)矩，若用兩個切向鍵則可傳遞傳遞雙向轉(zhuǎn)矩，且兩者間

6、的夾角為?？紤]到切向鍵的鍵槽對軸的削弱較大，因此常用于直徑大于的軸上。 圖4-4 切向鍵聯(lián)接2、鍵的選擇選擇鍵時應(yīng)考慮類型和尺寸兩個方面。鍵的類型選擇應(yīng)考慮鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點、使用要求和工作條件；鍵的尺寸選擇應(yīng)考慮是否符合標準規(guī)格和強度要求。在尺寸選擇中，考慮鍵的主要尺寸，即鍵的截面尺寸（一般以鍵寬×鍵高表示）和鍵長。鍵的截面尺寸按軸的直徑由標準中選定；鍵的長度一般應(yīng)等于或略短于輪轂的長度。通常輪轂的長度可約取為倍的軸的直徑。同時鍵長也應(yīng)符合標準規(guī)定的長度系列。重要的鍵聯(lián)接在選出鍵的類型和尺寸后，還應(yīng)進行強度校核計算。鍵的材料通常用45鋼，如果強度不夠，通常采用雙鍵。3、平鍵聯(lián)接強度計

7、算圖4-5為平鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時，聯(lián)接中各零件的受力情況。圖4-5 平鍵聯(lián)接受力情況況普通平鍵聯(lián)接（靜聯(lián)接）的主要失效形式是工作面被壓潰，如果鍵沒有嚴重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷（圖4-5中沿aa面剪斷），因此，我們通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進行強度校核計算。導向平鍵聯(lián)接和滑鍵聯(lián)接（動聯(lián)接）的主要失效形式是工作面的過度磨損，我們通常按工作面上的壓力進行強度校核計算。普通平鍵聯(lián)接的強度條件為 （4-1）導向平鍵聯(lián)接和滑鍵聯(lián)接的強度條件為 （4-2）式中：傳遞的轉(zhuǎn)矩（），單位為； 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，此處 h為鍵的高度，單位為；鍵的工作長度，單位為，圓頭平鍵，平頭平鍵，單圓頭平鍵,這里為鍵的公稱

8、長度，單位為 ；為鍵的寬度，單位為；軸的直徑，單位為； 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為；鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力，單位為。二、花鍵聯(lián)接1、花鍵聯(lián)接的類型、特點和應(yīng)用花鍵聯(lián)接適用于定心精度要求高、載荷大或經(jīng)?；频穆?lián)接。由圖4-6可知，花鍵聯(lián)接是由外花鍵和內(nèi)花鍵組成?；ㄦI聯(lián)接在強度、工藝和使用方面有下述一些優(yōu)點：a）聯(lián)接受力較為均勻；b）齒根處應(yīng)力集中較小，軸與轂的強度削弱較少；c）可承受較大的載荷；d）軸上零件與軸的對中性好；e）導向性較好；f）可用磨削的方法提高加工精度及聯(lián)接質(zhì)量。缺點是齒根仍有應(yīng)力集中；有時需用專門設(shè)備加工；成本較高?；ㄦI聯(lián)接可用于靜聯(lián)接或動聯(lián)

9、接。按齒形不同，可分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩類，均已標準化。 a) =30° b) =45°圖4-6 矩形花鍵聯(lián)接 圖4-7 漸開線花鍵聯(lián)接1）矩形花鍵矩形花鍵的齒形尺寸有輕系列和中系列兩個系列。輕系列多用于靜聯(lián)接或輕載聯(lián)接；中系列多用于中等載荷的聯(lián)接。短形花鍵的定心方式為小徑定心（圖4-6），特點是定心精度高，穩(wěn)定性好。矩形花鍵聯(lián)接應(yīng)用較為廣泛。2）漸開線花鍵 漸開線花鍵的齒廓為漸開線，分度圓壓力角有 30°和 45°兩種（圖 4-7），齒頂高分別為 05 m和04m，(m為模數(shù))。與漸開線齒輪相比，漸開線花鍵齒較短，齒根較寬，不發(fā)生根切的最小齒數(shù)較少

10、。漸開線花鍵的定心方式為齒形定心。當齒受載時，齒上的徑向力能起到自動定心作用。其工藝性較好，制造精度也較高，花鍵齒的根部強度高，應(yīng)力集中小，易于定心，當傳遞的轉(zhuǎn)矩較大且軸徑也大時，宜選用漸開線花鍵聯(lián)接。壓力角為45°的漸開線花鍵，承載能力較低，多用于載荷較輕，直徑較小的靜聯(lián)接，特別適用于薄壁零件的軸轂聯(lián)接。2、花鍵聯(lián)接強度計算花鍵聯(lián)接的受力情況如圖4-8所示。靜聯(lián)接主要失效形式是工作面被壓潰，通常按工作面上的擠壓應(yīng)力進行強度計算；動聯(lián)接主要失效形式是工作面過度磨損，則按工作面上的壓力進行條件性的強度計算。假定載荷均勻分布在鍵的工作面上，每個齒工作面上壓力的合力作用在平均直徑處（圖4-

11、8），此時傳遞的轉(zhuǎn)矩，考慮實際載荷在各花鍵齒上分配不均的影響，引入系數(shù)，則花鍵聯(lián)接的強度條件為 圖4-8 花鍵聯(lián)接受力情況靜聯(lián)接 （4-3）動聯(lián)接 （4-4）式中：載荷分配不均系數(shù)，通常取=0708，齒數(shù)多時取偏小值； 花鍵齒數(shù)； 齒的工作長度，單位為； 齒側(cè)面工作高度，矩形花鍵， D為外花鍵的大徑，為內(nèi)花鍵的小徑，C為倒角尺寸，單位均為；漸開線花鍵，；，為模數(shù)； 花鍵的平均直徑，矩形花鍵，=；漸開線花鍵，=，為分度圓直徑單位為； 花鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力，單位為； 花鍵聯(lián)接的許用壓力，單位為。三、銷聯(lián)接銷主要用來固定零件之間的相對位置，稱為定位銷（圖4-9），它是組合加工和裝配時的重要輔助零件

12、；也可用于聯(lián)接，稱為聯(lián)接銷（圖4-10），可傳遞不大的載荷；還可作為安全裝置中的過載剪斷元件，稱為安全銷（圖4-11）。銷有圓柱銷、圓錐銷、槽銷、銷軸和開口銷等多種類型，均已標準化。 。 圖4-9定位銷 圖4-10 聯(lián)接銷圖4-11安全銷4-2 本章重點（1）鍵和花鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)形式、特點和應(yīng)用。（2）鍵和花鍵聯(lián)接的選擇、失效形式和強度校核計算。4-3 例題精解例4-1 已知減速器中某直齒圓柱齒輪安裝在軸的兩個支承點間，齒輪和軸的材料都是鍛鋼，用鍵構(gòu)成靜聯(lián)接。齒輪的精度為 7級，裝齒輪處的軸徑 ，齒輪輪轂寬度為 100，需傳遞的轉(zhuǎn)矩2 200，載荷有輕微沖擊。試設(shè)計此鍵聯(lián)接。解：（1）選擇鍵聯(lián)接

13、的類型和尺寸 一般8級以上精度的齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵聯(lián)接。由于齒輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵（A型）。 根據(jù)70查表得鍵的截面尺寸為：寬度20，高度12 。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長（比輪轂寬度小些）。 （2）校核鍵聯(lián)接的強度鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，查表得得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值，。鍵的工作長度90-20=70，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。由式（4-l）可得可見聯(lián)接的擠壓強度不夠?？紤]到相差較大，因此改用雙鍵，相隔布置。雙鍵的工作長度 。由式（4-1）可得 鍵的標記為：鍵 GBT 10961979（一般 A型鍵可不標出“A”，對于 B型或 C型鍵，須將“鍵”標為“鍵B”或

14、“鍵C”）。例4-2 已知某蝸輪傳遞的功率，轉(zhuǎn)速，載荷有輕微沖擊；軸徑，輪轂長；輪轂材料為鑄鐵，軸材料為 45號鋼。試設(shè)計此蝸輪與軸的鍵聯(lián)接。解：（1）選擇鍵的類型。考慮到蝸輪工作時有較高的對中性要求，故選用普通平鍵；蝸輪安裝在軸的中段（即在兩軸頸之間），可選用A型平鍵。（2）確定鍵的尺寸。由軸的直徑，從機械設(shè)計手冊查得鍵的截面尺寸為，即鍵寬，鍵高，由輪轂長，取較為接近的標準鍵長。（3）計算工作轉(zhuǎn)矩。（4）校核擠壓強度。軸和鍵為鋼制，則聯(lián)接中較弱的為鑄鐵輪轂，按照載荷有輕微沖擊，查得鑄鐵的許用擠壓應(yīng)力。鍵的工作長度 擠壓面的高度 擠壓應(yīng)力 由設(shè)計結(jié)果可見，此設(shè)計合用。例4-3 已知某齒輪用一個

15、A型平鍵（鍵尺寸）與軸相聯(lián)接，軸的直徑，軸、鍵和輪轂材料的許用擠壓應(yīng)力分別為 120、100、80。試求此鍵聯(lián)接所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩。若需傳遞轉(zhuǎn)矩為，此聯(lián)接應(yīng)作如何改進？解：A型平鍵的工作長度 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度是 按最弱的輪轂材料計算，即許用擠壓應(yīng)力 由擠壓強度校核式有可傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為 若需傳遞的轉(zhuǎn)矩為，已超過此單鍵聯(lián)接所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，但小于采用雙鍵聯(lián)接的傳動能力，故最簡單的改進措施是采用同尺寸的兩個平鍵聯(lián)接，兩鍵在圓周上間隔布置。4-4習題一、判斷題4-1、普通平鍵的定心精度高于花鍵的定心精度。4-2、切向鍵是由兩個斜度為1：100的單邊傾斜楔鍵組成的。4-3、45°漸開

16、線花鍵應(yīng)用于薄壁零件的軸轂聯(lián)接。4-4、導鍵的失效形式主要是剪斷。4-5、滑鍵的主要失效形式不是磨損而是鍵槽側(cè)面的壓潰。4-6、在一軸上開有雙平鍵鍵槽（成180°布置），如此軸的直徑等于一花鍵軸的外徑（大徑），則后者對軸的削弱比較嚴重。4-7、楔鍵因具有斜度所以能傳遞雙向軸向力。4-8、楔鍵聯(lián)接不可以用于高速轉(zhuǎn)動零件的聯(lián)接。4-9、切向鍵適用于高速輕載的軸轂聯(lián)接。4-10、平鍵聯(lián)接中軸槽與鍵的配合分為松的和緊的，對于前者因工作面壓強小，所以承載能力在相同條件下就大一些。4-11、45°漸開線花鍵只按齒側(cè)定心。4-12、斜鍵因帶有斜度打入鍵槽的軸轂間有摩擦力，因此它只是靠軸與

17、孔之間的摩擦傳轉(zhuǎn)矩的。4-13、傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時應(yīng)選用兩個對稱布置的切向鍵。（即兩鍵在軸上位置相隔180°）4-14、雖然平鍵側(cè)面分別置于軸槽和轂槽中，但因鍵的高度小于寬度且鍵不傾斜，所以鍵側(cè)面上壓力分布很均勻，計算所用的公式不屬于條件性計算式。4-15、普通平鍵是標準件。二、選擇題4-16、平鍵是（由A、B中選1）_，其剖面尺寸一般是根據(jù)（由C、D、E、F中選1）_按標準選取的。A.標準件B.非標準件C.傳遞轉(zhuǎn)矩大小D.軸的直徑E.輪轂長度F.軸的材料4-17、在下列軸一級聯(lián)接中，定心精度最高的是 A、 平鍵聯(lián)接 B、半圓鍵聯(lián)接 C、楔鍵聯(lián)接 D、花鍵聯(lián)接4-18、平鍵長度主要根據(jù)_

18、選擇，然后按失效形式校核強度。A傳遞轉(zhuǎn)矩大小B軸的直徑C輪轂長度D傳遞功率大小4-19、半圓鍵聯(lián)接當采用雙鍵時兩鍵應(yīng)_布置。A.在周向相隔90° B.在周向相隔120°C.在周向相隔180° D.在軸向沿同一直線4-20、對于采用常見的組合和按標準選取尺寸的平鍵靜聯(lián)接，主要失效形式是_，動聯(lián)接的主要失效形式則是_。A.工作面的壓潰B.工作面過度磨損C.鍵被剪斷D.鍵被彎斷4-21、1.下圖中圖1是_。2.下圖中圖2是_。3.下圖中圖3是_。4.下圖中圖4是_。A.切向鍵B.平鍵C.楔鍵D.半圓鍵4-22、一般情況下平鍵聯(lián)接的對中性精度_花鍵聯(lián)接。A.相同于 B.低

19、于 C.高于 D.可能高于、低于或相同于4-23、設(shè)平鍵聯(lián)接原來傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為T，現(xiàn)欲增為1.5T，則應(yīng)_。A.安裝一對平鍵 B.將軸直徑增大到1.5倍C.將鍵寬增大到1.5倍 D.將鍵高增大到1.5倍4-24、設(shè)計鍵聯(lián)接的幾項主要內(nèi)容是：1）按輪轂長度選擇鍵長度；2）按使用要求選擇鍵的類型；3）按軸的直徑查標準選擇鍵的剖面尺寸；4）對鍵進行必要的強度校核。具體設(shè)計時一般順序是_。A. 2®1®3®4 B. 2®3®1®4C. 1®3®2®4 D. 3®4®2®14-25、

20、為了楔鍵裝拆的方便，在_上制出_的斜度。A.軸上鍵槽的底面B.輪轂上鍵槽的底面C.鍵的側(cè)面D.1：100E.1：50F.1：104-26、半圓鍵聯(lián)接的主要優(yōu)點是_，其鍵槽多采用_加工。A.鍵對軸的削弱較小 B.工藝性好、鍵槽加工方便C.指狀銑刀（指形銑刀） D.圓盤銑刀4-27、矩形花鍵聯(lián)接常采用的定心方式是_。A.按大徑定心 B.按側(cè)面（齒寬）定心C.按小徑定心 D.按大徑和小徑共同定心4-28、兩級圓柱齒輪減速器的中間軸上有兩個轉(zhuǎn)矩方向相反的齒輪，這兩個齒輪宜裝在_。A.同一母線上的兩個鍵上B.同一個鍵上C.周向間隔180°的兩個鍵上D.周向間隔120°的兩個鍵上4-2

21、9、1）機床刀架手輪輪轂與絲杠軸端之間宜用_；2）錐軸伸與小帶輪聯(lián)接宜選用_；3）間歇工作的滑移齒輪與軸聯(lián)接宜選用_；4）汽車的高速、中載傳動軸宜選用_。A.漸開線花鍵聯(lián)接B.導向鍵聯(lián)接C.半圓鍵聯(lián)接D.鉤頭楔鍵聯(lián)接4-30、由相同的材料組合，相同軸徑，相同的轂長和工作條件下，下列的鍵或花鍵聯(lián)接能傳遞轉(zhuǎn)矩最小的是_。A. A型平鍵B. 30°壓力角漸開線花鍵C. B型平鍵D.矩形花鍵E. 45°壓力角漸開線花鍵三、填空題4-31、平鍵分為_、_和_三種。4-32、按鍵頭部形狀普通平鍵分為_、_和_。4-33普通平鍵用于_聯(lián)接，導鍵和滑鍵用于_聯(lián)接。4-34、考慮輪轂與軸之間

22、是否有相對運動，半圓鍵用于_聯(lián)接，楔鍵用于_聯(lián)接。4-35、花鍵聯(lián)接按齒形不同可分為_和_兩種。4-36、一般情況下平鍵用于靜聯(lián)接其失效是工作面_，用于動聯(lián)接則失效于工作面_。4-37、一組切向鍵能傳遞_方向軸向力。4-38、雙向工作的軸應(yīng)選用_組切向鍵（每組由兩個斜鍵組成）。4-39、平鍵的工作面是_，楔鍵的工作面是_。4-40、普通平鍵聯(lián)接當采用雙鍵時，兩鍵應(yīng)在周向相隔_（度）布置。4-41、楔鍵聯(lián)接當采用雙鍵時，兩鍵應(yīng)在周向相隔_（度）布置。4-42、普通平鍵聯(lián)接當采用雙鍵時兩鍵在周向應(yīng)相隔_（度）布置；用雙楔鍵聯(lián)接時兩鍵在周向應(yīng)相隔_（度）布置；半圓鍵聯(lián)接采用雙鍵時則布置在_。4-43、錐形薄壁零件的軸轂靜聯(lián)接宜選用_形花鍵。4-44、切向鍵傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時應(yīng)安裝_的切向鍵。4-45、C型平鍵的端部形狀是_，適于在_處使用。四、結(jié)構(gòu)設(shè)計題4-46、如題4-46圖所示，