第10-11章鍵、花鍵連接

1、 第第 10章章 連接連接10-11鍵連接、花鍵聯(lián)接鍵連接、花鍵聯(lián)接 10.11 鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接 鍵聯(lián)接由鍵聯(lián)接由鍵、軸和輪轂鍵、軸和輪轂組成，它主要用以實(shí)現(xiàn)軸和輪組成，它主要用以實(shí)現(xiàn)軸和輪轂的周向固定和傳遞轉(zhuǎn)矩。轂的周向固定和傳遞轉(zhuǎn)矩。 鍵聯(lián)接的主要類型有：鍵聯(lián)接的主要類型有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。 10.11.1 平鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接 如圖示，如圖示，平鍵的兩側(cè)面是工平鍵的兩側(cè)面是工作面，作面，平鍵的上表面與輪轂槽底平鍵的上表面與輪轂槽底之間留有間隙。常用的平鍵有之間留有間隙。常用的平鍵有普普通平鍵和導(dǎo)向平鍵。通平鍵和導(dǎo)向平鍵。h

2、d+t1圖圖1033（a）平鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接1 松聯(lián)接松聯(lián)接（1）平鍵聯(lián)接）平鍵聯(lián)接 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):鍵兩側(cè)與鍵槽相配合鍵兩側(cè)與鍵槽相配合(靜聯(lián)接為過渡靜聯(lián)接為過渡配合配合, 動(dòng)聯(lián)接為間隙配合動(dòng)聯(lián)接為間隙配合), 上端面與輪轂上端面與輪轂鍵槽底面有間隙鍵槽底面有間隙 工作原理工作原理:兩側(cè)面是工作面，靠?jī)蓚?cè)面擠兩側(cè)面是工作面，靠?jī)蓚?cè)面擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩壓傳遞轉(zhuǎn)矩 失效形式失效形式: 靜聯(lián)接：工作面擠潰，鍵剪斷靜聯(lián)接：工作面擠潰，鍵剪斷 動(dòng)聯(lián)接：工作面磨損動(dòng)聯(lián)接：工作面磨損 特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝折方便，對(duì)中性好，承載能力大，應(yīng)用廣泛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝折方便，對(duì)中性好，承載能力大，應(yīng)用廣泛 成對(duì)使用成對(duì)使用: :

3、承載能力不夠時(shí)采用承載能力不夠時(shí)采用, 按按 180布置兩個(gè)鍵。一對(duì)平鍵按布置兩個(gè)鍵。一對(duì)平鍵按1.5 個(gè)鍵計(jì)算個(gè)鍵計(jì)算機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)聯(lián)接普通平鍵普通平鍵按其結(jié)構(gòu)按其結(jié)構(gòu)可分為：可分為：圓頭圓頭（稱為（稱為A型，如圖型，如圖1033b）bL(b)圖圖1033 平鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接A型鍵在鍵槽中固定良好，但型鍵在鍵槽中固定良好，但軸上鍵槽引起的應(yīng)力集中較大；軸上鍵槽引起的應(yīng)力集中較大；普通平鍵普通平鍵按其結(jié)構(gòu)按其結(jié)構(gòu)可分為：可分為：圓頭（稱為圓頭（稱為A型，如圖型，如圖1033b）方頭方頭（稱為（稱為B型，如圖型，如圖1033c）圖圖1033 平鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接bL(c)當(dāng)鍵尺寸較大時(shí)，宜用緊定螺當(dāng)鍵尺

4、寸較大時(shí)，宜用緊定螺釘將鍵固定在鍵槽中，以防松釘將鍵固定在鍵槽中，以防松動(dòng)；動(dòng)；平鍵分類平鍵分類 普通平鍵普通平鍵 (圓頭圓頭)型：型：立銑刀，鍵定位好，軸應(yīng)力集中大立銑刀，鍵定位好，軸應(yīng)力集中大 (平頭平頭)型：型：盤銑刀，軸向鍵無定位，應(yīng)力集中小盤銑刀，軸向鍵無定位，應(yīng)力集中小 (單圓頭單圓頭)型：型：立銑刀加工，用于軸端立銑刀加工，用于軸端 導(dǎo)向平鍵導(dǎo)向平鍵 鍵固定于軸上鍵固定于軸上, 滑移距離小滑移距離小普通平鍵普通平鍵按其結(jié)構(gòu)按其結(jié)構(gòu)可分為：可分為：圓頭（稱為圓頭（稱為A型，如圖型，如圖1033b）方頭（稱為方頭（稱為B型，如圖型，如圖1033c）單圓頭單圓頭（稱為（稱為C型，如圖型

5、，如圖1033d）圖圖1033 平鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接bL(d)C型鍵主要用于軸端與輪轂的聯(lián)接型鍵主要用于軸端與輪轂的聯(lián)接 。 導(dǎo)向平鍵的鍵較長(zhǎng)，鍵導(dǎo)向平鍵的鍵較長(zhǎng)，鍵用螺釘固定在鍵槽中，用螺釘固定在鍵槽中，鍵與輪轂之間采用間隙鍵與輪轂之間采用間隙配合，軸上零件可沿鍵配合，軸上零件可沿鍵作軸向滑移。作軸向滑移。圖圖1033 平鍵聯(lián)接平鍵聯(lián)接bL(e) 10.11.2 半圓鍵聯(lián)接半圓鍵聯(lián)接 半圓鍵的工作面也是鍵的兩個(gè)側(cè)面。半圓鍵的工作面也是鍵的兩個(gè)側(cè)面。半圓鍵可在槽中繞其幾何中心擺動(dòng)以適應(yīng)轂槽底面的傾斜。半圓鍵可在槽中繞其幾何中心擺動(dòng)以適應(yīng)轂槽底面的傾斜。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：工藝性好，裝配方便，工藝性好，裝配

6、方便， 適用于錐形軸端與輪適用于錐形軸端與輪 轂的聯(lián)接轂的聯(lián)接缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：鍵槽較深，對(duì)軸的強(qiáng)度鍵槽較深，對(duì)軸的強(qiáng)度 削弱較大削弱較大圖圖1034 半圓鍵聯(lián)接半圓鍵聯(lián)接適用：適用：輕載連接輕載連接(2) 半圓鍵聯(lián)接半圓鍵聯(lián)接 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): 工作原理工作原理: 兩側(cè)面是工作面，側(cè)面兩側(cè)面是工作面，側(cè)面擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩?cái)D壓傳遞轉(zhuǎn)矩 構(gòu)造與加工構(gòu)造與加工: 鍵鍵: 用圓鋼切制或沖壓用圓鋼切制或沖壓后磨削后磨削 鍵槽鍵槽: 盤狀銑刀加工盤狀銑刀加工 失效形式失效形式: 鍵剪斷鍵剪斷, 工作面壓潰工作面壓潰 特點(diǎn)特點(diǎn): 便于安裝便于安裝, 對(duì)中好對(duì)中好, 用于錐形軸端用于錐形軸端, 但對(duì)軸削弱大但對(duì)軸削弱大 成

7、對(duì)使用成對(duì)使用: 承載能力不夠時(shí)用承載能力不夠時(shí)用, 沿同一沿同一母線布置母線布置 10.11.3 楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接楔鍵的上、下兩面為楔鍵的上、下兩面為 工作面。工作面。圖圖1035 楔鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接fNN工作面NfNedT斜度斜度1：100 楔鍵分為楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵普通楔鍵和鉤頭楔鍵兩種，鉤頭楔鍵的鉤頭兩種，鉤頭楔鍵的鉤頭是為了便于拆卸。是為了便于拆卸。 楔鍵的上表面和它相配合的輪轂鍵槽底面均有楔鍵的上表面和它相配合的輪轂鍵槽底面均有1：100的斜度。楔鍵的上、下表面受擠壓，工作時(shí)靠這個(gè)擠壓產(chǎn)的斜度。楔鍵的上、下表面受擠壓，工作時(shí)靠這個(gè)擠壓產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)

8、矩。生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩。圖圖1035 楔鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接斜度斜度1：100斜度斜度1：100拆卸空間拆卸空間安裝時(shí)安裝時(shí)用力打入用力打入 楔鍵的缺點(diǎn)：楔鍵的缺點(diǎn)：楔鍵楔緊后，軸和輪轂的配合產(chǎn)生偏心楔鍵楔緊后，軸和輪轂的配合產(chǎn)生偏心和偏斜，只能用于定心精度要求不高和低轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。和偏斜，只能用于定心精度要求不高和低轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。 切向鍵由一對(duì)楔鍵組成切向鍵由一對(duì)楔鍵組成, 能能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩。傳遞很大的轉(zhuǎn)矩。圖圖1036(a) 切向鍵聯(lián)接切向鍵聯(lián)接斜度斜度1：100 用一對(duì)切向鍵時(shí)，只能單向傳遞轉(zhuǎn)矩，當(dāng)要雙向傳遞用一對(duì)切向鍵時(shí)，只能單向傳遞轉(zhuǎn)矩，當(dāng)要雙向傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，須采用兩對(duì)切向鍵。由于切向鍵對(duì)軸的

9、強(qiáng)度削弱轉(zhuǎn)矩時(shí)，須采用兩對(duì)切向鍵。由于切向鍵對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大，因此常用于直徑大于較大，因此常用于直徑大于100mm的軸上。的軸上。120dT斜度斜度1：100工作面工作面圖圖1036(b) 切向鍵聯(lián)接切向鍵聯(lián)接dTT 10.11.4 平鍵聯(lián)接的選擇和計(jì)算平鍵聯(lián)接的選擇和計(jì)算根據(jù)工作要求根據(jù)工作要求選擇鍵的類型選擇鍵的類型根據(jù)軸徑根據(jù)軸徑d查取查取鍵的寬度鍵的寬度b和高度和高度h參照輪轂長(zhǎng)度參照輪轂長(zhǎng)度選取鍵的長(zhǎng)度選取鍵的長(zhǎng)度L鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核 鍵聯(lián)接的設(shè)計(jì)步驟：鍵聯(lián)接的設(shè)計(jì)步驟：表表109 普通平鍵和鍵槽的尺寸（參看圖普通平鍵和鍵槽的尺寸（參看圖1033） 注：在工作圖中，軸

10、槽深用（注：在工作圖中，軸槽深用（d-t）或）或t標(biāo)注，轂槽深用（標(biāo)注，轂槽深用（d+t）或）或t1標(biāo)注。標(biāo)注。 鍵的材料一般采用抗拉強(qiáng)度不低于鍵的材料一般采用抗拉強(qiáng)度不低于600N/mm2的碳素的碳素鋼。鋼。 平鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面的壓潰平鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面的壓潰，除非有嚴(yán)，除非有嚴(yán)重的過載，一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，通常只按工作重的過載，一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，通常只按工作面上擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。面上擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。 導(dǎo)向平鍵聯(lián)接的主要失效形式是過度磨損導(dǎo)向平鍵聯(lián)接的主要失效形式是過度磨損, 因此，可因此，可按工作面上的壓強(qiáng)進(jìn)行條件性強(qiáng)度校核計(jì)算。按

11、工作面上的壓強(qiáng)進(jìn)行條件性強(qiáng)度校核計(jì)算。 如圖示，假定載荷在鍵的工如圖示，假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，并假設(shè)作面上均勻分布，并假設(shè)k h/2。則擠壓強(qiáng)度條件為：則擠壓強(qiáng)度條件為： 對(duì)導(dǎo)向平鍵聯(lián)接應(yīng)限制壓強(qiáng)對(duì)導(dǎo)向平鍵聯(lián)接應(yīng)限制壓強(qiáng)p以避免過渡磨損，即：以避免過渡磨損，即： )(N/mm 4/22pccpdhLTkLdT（1026） )/(4/22mmNpdhLTkLdTpcc（1027） 式中：式中： h鍵的高度，鍵的高度，mm； d 軸徑，軸徑，mm Lc鍵的計(jì)算長(zhǎng)度（對(duì)鍵的計(jì)算長(zhǎng)度（對(duì)A型鍵，型鍵，LcLb），），mm；NbkNdTaay d/2O圖圖1037 平鍵上的受力平鍵上的受力 T

12、傳遞的轉(zhuǎn)矩，傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.mm； p和和p分別為聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力和許用壓強(qiáng)，分別為聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力和許用壓強(qiáng)，N/mm。表表1010 鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力和許用壓強(qiáng)鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力和許用壓強(qiáng) 在設(shè)計(jì)使用中若單個(gè)鍵的強(qiáng)度不夠，可采用雙鍵在設(shè)計(jì)使用中若單個(gè)鍵的強(qiáng)度不夠，可采用雙鍵180對(duì)稱布對(duì)稱布置?？紤]載荷分布不均勻性，在強(qiáng)度較核中應(yīng)按置?？紤]載荷分布不均勻性，在強(qiáng)度較核中應(yīng)按1.5個(gè)鍵進(jìn)行計(jì)算。個(gè)鍵進(jìn)行計(jì)算。圖圖103939花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接10.11.5 花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接 花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接由花鍵軸與輪轂孔相成。由花鍵軸與輪轂孔相成。 花鍵齒的側(cè)面為工作面花鍵齒的側(cè)面為工作面，工作時(shí)，

13、工作時(shí)有多個(gè)鍵齒同時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩，其承載能有多個(gè)鍵齒同時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩，其承載能力比平鍵聯(lián)接高得多。花鍵聯(lián)接的導(dǎo)力比平鍵聯(lián)接高得多。花鍵聯(lián)接的導(dǎo)向性好，齒根處的應(yīng)力集中較小。向性好，齒根處的應(yīng)力集中較小。適用于適用于傳遞載荷大、定心精度要求高傳遞載荷大、定心精度要求高或經(jīng)常需要滑移的聯(lián)接。或經(jīng)常需要滑移的聯(lián)接。 花鍵按齒形分為花鍵按齒形分為矩形花鍵、漸開矩形花鍵、漸開線花鍵和三角形花鍵線花鍵和三角形花鍵。(a) 矩形花鍵矩形花鍵(b)漸開線花鍵漸開線花鍵(c)三角形花鍵三角形花鍵三、花鍵聯(lián)接三、花鍵聯(lián)接 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 受力較均勻，應(yīng)力集受力較均勻，應(yīng)力集中小，承載能力大中小，承載能力大 對(duì)中性好，導(dǎo)向性

14、好對(duì)中性好，導(dǎo)向性好，精度高，精度高 需專門設(shè)備和工具需專門設(shè)備和工具, 成成本高本高 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): 軸及輪轂孔周向均布軸及輪轂孔周向均布的多個(gè)鍵齒互相配合的多個(gè)鍵齒互相配合, 構(gòu)成花鍵聯(lián)接構(gòu)成花鍵聯(lián)接 工作原理工作原理: 鍵側(cè)是工作面，靠鍵側(cè)是工作面，靠鍵側(cè)面與鍵槽擠壓鍵側(cè)面與鍵槽擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩傳遞轉(zhuǎn)矩25常用的花鍵聯(lián)接常用的花鍵聯(lián)接 b 花鍵可用于靜聯(lián)接和動(dòng)聯(lián)接，一般只驗(yàn)算擠壓花鍵可用于靜聯(lián)接和動(dòng)聯(lián)接，一般只驗(yàn)算擠壓強(qiáng)度和耐磨性。強(qiáng)度和耐磨性。 花鍵已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，例如矩形花鍵的齒數(shù)花鍵已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，例如矩形花鍵的齒數(shù)z、小徑、小徑d、大徑大徑D、鍵寬、鍵寬B等可以根據(jù)軸徑查標(biāo)準(zhǔn)選定，設(shè)各齒等可以根

15、據(jù)軸徑查標(biāo)準(zhǔn)選定，設(shè)各齒壓力的全力作用在平均半徑壓力的全力作用在平均半徑rm處，載荷不均勻系數(shù)處，載荷不均勻系數(shù)K=0.70.8，則連接所能傳遞的扭矩。，則連接所能傳遞的扭矩。 靜連接靜連接 T=Kzhlrmp 動(dòng)連接動(dòng)連接 T=Kzhlrmp (10-28)式中：式中：l為齒的接觸長(zhǎng)度、為齒的接觸長(zhǎng)度、h為齒面工作高度，為齒面工作高度，mmP為許用壓強(qiáng)，為許用壓強(qiáng)，MPa。對(duì)于矩形花對(duì)于矩形花 鍵，鍵， ,此處此處C為齒頂?shù)牡箞A為齒頂?shù)牡箞A半徑。半徑。4,22dDrCdDhm 花鍵連接的零件多用強(qiáng)度極限不低于花鍵連接的零件多用強(qiáng)度極限不低于600MPa的的鋼料制造，多數(shù)需熱處理，特別是在載荷

16、下頻繁移鋼料制造，多數(shù)需熱處理，特別是在載荷下頻繁移動(dòng)的花鍵齒，應(yīng)通過熱處理獲得足夠的硬度以抗磨動(dòng)的花鍵齒，應(yīng)通過熱處理獲得足夠的硬度以抗磨損?；ㄦI連接的許用擠壓應(yīng)力和許用壓強(qiáng)可由表損?；ㄦI連接的許用擠壓應(yīng)力和許用壓強(qiáng)可由表10-11查取。查取。 10.12 銷聯(lián)接銷聯(lián)接 銷聯(lián)接銷聯(lián)接主要主要用于固定零件之間的相對(duì)位置，并能傳用于固定零件之間的相對(duì)位置，并能傳遞較小的載荷，它還可以用于過載保護(hù)。遞較小的載荷，它還可以用于過載保護(hù)。 定位銷使用時(shí)應(yīng)該注意：定位銷使用時(shí)應(yīng)該注意： 使兩銷相距盡可能遠(yuǎn)，以提高定位精度；一般不承使兩銷相距盡可能遠(yuǎn)，以提高定位精度；一般不承受載荷（或承受小載荷），故不做

17、強(qiáng)度校核。直徑按結(jié)受載荷（或承受小載荷），故不做強(qiáng)度校核。直徑按結(jié)構(gòu)而定；而埋入每一被聯(lián)接構(gòu)而定；而埋入每一被聯(lián)接件的長(zhǎng)度應(yīng)大于銷直徑的件的長(zhǎng)度應(yīng)大于銷直徑的1 12 2倍。倍。圖圖1040 銷聯(lián)接銷聯(lián)接(a)(b) 10.12 銷聯(lián)接銷聯(lián)接 按形狀的不同，銷可分為按形狀的不同，銷可分為圓柱銷、圓錐銷和槽銷圓柱銷、圓錐銷和槽銷等。等。 圓柱銷圓柱銷靠過盈配合固定在銷孔中，如果多次裝拆，靠過盈配合固定在銷孔中，如果多次裝拆，其定位精度會(huì)降低。其定位精度會(huì)降低。 圓錐銷圓錐銷和銷孔均有和銷孔均有1 50的錐度。的錐度。安裝方便安裝方便, ,定位精定位精度高，可多次裝拆不影響定度高，可多次裝拆不影響定位精度。位精度。圖圖1040 銷聯(lián)接銷聯(lián)接(a)(b) 端部帶螺紋的圓錐銷端部帶螺紋的圓錐銷可用于盲孔或裝拆困難的場(chǎng)合。可用于盲孔或裝拆困難的場(chǎng)合。 開尾圓錐銷開尾圓錐銷適用于有沖擊、振動(dòng)的場(chǎng)合。適用于有沖擊、振動(dòng)的場(chǎng)合。圖圖1040 銷聯(lián)接銷聯(lián)接(c)(d) 圓管型彈簧圓柱銷圓管型彈簧圓柱銷打打入銷孔后，銷由于彈性變?nèi)脘N孔后，銷由于彈性變形而擠緊在銷孔中，可以形而擠緊在銷孔中，可以承受沖擊和變載荷。承受沖擊和變載荷。 槽銷槽銷上有三條縱向溝槽，槽銷壓入銷孔后，它的凹槽上