《機(jī)械設(shè)計(jì)》 第六章鍵、花鍵、無

1、第六章 鍵、花鍵、無鍵聯(lián)接和銷聯(lián)接6l 鍵 聯(lián) 接 (一)鍵聯(lián)接的功能、分類、結(jié)構(gòu)型式及應(yīng)用 鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動(dòng)的導(dǎo)向。鍵聯(lián)接的主要類型有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。 6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）1平鍵聯(lián)接普通平鍵：鍵的兩側(cè)面是工作面，工作時(shí)，靠鍵同鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間則留有間隙。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對(duì)中性較好。缺點(diǎn)：不能承受軸向力，因而對(duì)軸上的零件不能起到軸向固定的作用。 6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）分類 根據(jù)用途的不同，平鍵分為普通平鍵、薄型平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑

2、鍵四種。其中普通平鍵和薄型平鍵用于靜聯(lián)接，導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動(dòng)聯(lián)接。普通平鍵按構(gòu)造分：圓頭(A型)、平頭(B型)及單圓頭(C型)三種。6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）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。缺點(diǎn)是鍵的頭部側(cè)面與輪轂上的鍵槽并不接觸，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。6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）平頭平鍵是放在用盤銑刀銑出的鍵槽中，因而避免了上述缺點(diǎn)，但對(duì)于尺寸大的鍵，宜用緊定螺釘固定在軸上的鍵槽中，以防松動(dòng)。單圓頭平鍵則常用于軸端與轂類零件的聯(lián)接。6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)） 薄型平鍵與普通平鍵的主要區(qū)別： 鍵的高度約為普通平鍵的6070，也分圓頭

3、、平頭和單圓頭三種型式，但傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較低，常用于薄壁結(jié)構(gòu)、空心軸及一些徑向尺寸受限制的場合。6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）當(dāng)被聯(lián)接的轂類零件在工作過程中必須在軸上作軸向移動(dòng)時(shí)(如變速箱中的滑移齒輪)，則須采用導(dǎo)向平鍵或滑鍵。導(dǎo)向平鍵是一種較長的平鍵，用螺釘固定在軸上的鍵槽中，為了便于拆卸，鍵上制有起鍵螺孔，以便擰人螺釘使鍵退出鍵槽。軸上的傳動(dòng)零件則可沿鍵作軸向滑移。當(dāng)零件需滑移的距離較大時(shí)，因所需導(dǎo)向平鍵的長度過大，制造困難，故宜采用滑鍵。滑鍵固定在輪轂上，輪轂帶動(dòng)滑鍵在軸上的鍵槽中作軸向滑移。這樣，只需在軸上銑出較長的鍵槽，而鍵可做得較短。 6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)） 2半圓鍵

4、聯(lián)接軸上鍵槽用尺寸與半圓鍵相同的半圓鍵槽銑刀銑出，因而鍵在槽中能繞其幾何中心擺動(dòng)以適應(yīng)輪轂中鍵槽的斜度。半圓鍵上作時(shí)，靠其側(cè)面來傳遞轉(zhuǎn)矩。優(yōu)點(diǎn)：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。缺點(diǎn)：是軸上鍵槽較深，對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大，故一般只用于輕載靜聯(lián)接中。 6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)） 3楔鍵聯(lián)接鍵的工作面：鍵的上下兩面。鍵的上表面和與它相配合的輪轂鍵槽底面均具有1：100的斜度。工作時(shí)，靠鍵的楔緊作用來傳遞轉(zhuǎn)矩，同時(shí)還可以承受單向的軸向載荷，對(duì)輪轂起到單向的軸向固定作用。楔鍵的側(cè)面與鍵槽側(cè)面間有很小的間隙，當(dāng)轉(zhuǎn)矩過載而導(dǎo)致軸與輪轂發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鍵的側(cè)面能像平鍵那樣參加工作。因此，楔鍵聯(lián)

5、接在傳遞有沖擊和振動(dòng)的較大轉(zhuǎn)矩時(shí)，仍能保證聯(lián)接的可靠性。缺點(diǎn)：楔緊后，軸和輪轂的配合產(chǎn)生偏心和偏斜。因此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。 6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵兩種，普通楔鍵有圓頭、平頭和單圓頭三種型式。裝配時(shí)，圓頭楔鍵要先放入軸上鍵槽中，然后打緊輪轂(圖64a)；平頭、單圓頭和鉤頭楔鍵則在輪轂裝好后才將鍵放人鍵槽并打緊。鉤頭楔鍵的鉤頭供拆卸用，安裝在軸端時(shí)，應(yīng)注意加裝防護(hù)罩。6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)） 4切向鍵聯(lián)接切向鍵是由一對(duì)斜度為1：100的楔鍵組成。切向鍵的工作面是由一對(duì)楔鍵沿斜面拼合后相互平行的兩個(gè)窄面，被聯(lián)接的軸和輪轂上都制有相應(yīng)的鍵槽。裝配

6、時(shí)，把一對(duì)楔鍵分別從輪轂兩端打入，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。工作時(shí)，靠工作面上的擠壓力和軸與輪轂間的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩。用一個(gè)切向鍵時(shí)，只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩；當(dāng)要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，必須用兩個(gè)切向鍵，兩者間的夾角為120130。由于切向鍵的鍵槽對(duì)軸的削弱較大，因此常用于直徑大于100mm的軸上。例如用于大型帶輪，大型飛輪,礦山用大型絞車的卷筒及齒輪等與軸的聯(lián)接。6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)） (二)鍵的選擇和鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算1鍵的選擇 鍵的選擇：類型選擇、尺寸選擇。類型：根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來選擇；尺寸：符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求。鍵的主要尺寸：截面尺寸(鍵寬b鍵高h(yuǎn))與

7、長度L。bh按軸的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)中選定。一般可按輪轂的長度而定，等于或略短于輪轂的長度；而導(dǎo)向平鍵則按輪轂的長度及其滑動(dòng)距離而定。一般輪轂的長度可取為L(1.52)d，這里d為軸的直徑。所選定的鍵長亦應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）普通平鍵的主要尺寸6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)） 2鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算(1)平鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算普通平鍵聯(lián)接(靜聯(lián)接)，其主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴(yán)重過載，一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷，因此，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。對(duì)于導(dǎo)向平鍵聯(lián)接和滑鍵聯(lián)接(動(dòng)聯(lián)接)，其主要失效形式是工作面的過度磨損。因

8、此，通常按工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度校核計(jì)算。6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)） 假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為導(dǎo)向平鍵聯(lián)接和滑鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為 6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）式中：T傳遞的轉(zhuǎn)矩(TFd2)，單位為Nm； k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，單位為mm； l鍵的工作長度，單位為mm，圓頭平鍵l=L-b，平頭平鍵l=L，這里L(fēng)為鍵的公稱長度，單位為mm；b為鍵的寬度，單位為mm； d軸的直徑，單位為mm； p鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa，見表62； p鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力，單位為MPa，見表62。(圓頭平

9、鍵)(方頭平鍵)(單圓頭平鍵)6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）(2)半圓鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算半圓鍵聯(lián)接只用于靜聯(lián)接，失效形式是工作面被壓潰。通常按工作面的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，強(qiáng)度條件同式(61)。所應(yīng)注意的是：半圓鍵的接觸高度k應(yīng)根據(jù)鍵的尺寸從標(biāo)準(zhǔn)中查??；半圓鍵的工作長度l近似地取其等于鍵的公稱長度L。問題：哪個(gè)面是工作面？6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）（3）楔鍵聯(lián)接簡化強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)(圖68b)，為了簡化，把鍵和軸視為一體，并將下方分布在半圓柱面上的徑向壓力用集中力F代替，由于這時(shí)軸與輪轂有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，軸與轂也都產(chǎn)生了微小的扭轉(zhuǎn)變形，故沿鍵的工作長度l及沿寬度b上的壓力分布情況均較以前發(fā)生了變化，壓

10、力的合力F不再通過軸心。 6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）計(jì)算時(shí)假設(shè)壓力沿鍵長均勻分布，沿鍵寬為三角形分布，取xb6，yd2，由鍵和軸一體對(duì)軸心的受力平衡條件T=Fx+fFy+fFd2得到工作面上壓力的合力為則楔鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度條件為(6-3)式中：T傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為Nm； d軸的直徑，單位為mm； b鍵的寬度，單位為mm； l鍵的工作長度，單位為mm； f摩擦系數(shù)，一般取f=0.120.17； p鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa，見表62。6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)） (4)切向鍵聯(lián)接簡化強(qiáng)度計(jì)算切向鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面被壓潰。設(shè)把鍵和軸看成一體，則當(dāng)鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，其受力

11、情況如圖69所示。假定壓力在鍵的工作面上均勻分布，取y=(d-t)2，t=dlO，按一個(gè)切向鍵來計(jì)算時(shí)，由鍵和軸一體對(duì)軸心的受力平衡條件T=fFd2+Fy得到工作面上壓力的合力為則切向鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度條件為 C鍵的倒角，單位為mm； 鍵的材料采用抗拉強(qiáng)度不小于600 MPa的鋼，通常為45鋼。 6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）提高鍵聯(lián)接承載能力的措施 1、可采用雙鍵。兩個(gè)平鍵布置在沿周向相隔180；兩個(gè)半圓鍵應(yīng)布置在軸的同一條母線上；兩個(gè)楔鍵則應(yīng)布置在沿周向相隔90120?？紤]到兩鍵上載荷分配的不均勻性，在強(qiáng)度校核中只按1.5個(gè)鍵計(jì)算。 2、如果輪轂允許適當(dāng)加長，也可相應(yīng)地增加鍵的長度，以提高單鍵聯(lián)接的

12、承載能力。當(dāng)鍵的長度大于2.25d時(shí)，其多出的長度實(shí)際上可認(rèn)為并不承受載荷，故一般采用的鍵長不宜超過(1.61.8)d。6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)） 例題 已知減速器中某直齒圓柱齒輪安裝在軸的兩個(gè)支承點(diǎn)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(jí)，裝齒輪處的軸徑d=70mm，齒輪輪轂寬度為100mm，需傳遞的轉(zhuǎn)矩T=2200 Nm，載荷有輕微沖擊。試設(shè)計(jì)此鍵聯(lián)接。 解 1選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 一般8級(jí)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)d=70mm從表61中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=20mm，高度h=12mm。由輪轂寬

13、度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=90mm(比輪轂寬度小些)。 6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)）2校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表6-2查得許用擠壓應(yīng)力p=100120MPa，取其平均值，p=110MPa。鍵的工作長度l=L-b=90mm-20mm=70mm，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5x12 mm=6mm。由式(61)可得 可見聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度不夠?？紤]到相差較大，因此改用雙鍵，相隔180布置。雙鍵的工作長度l=1.5x 70mm=105 mm。由式(61)可得 6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)） 鍵的標(biāo)記為：鍵2090 GBT 10961979(一般A型鍵可不標(biāo)出“A”，對(duì)于B型或C型

14、鍵，須將“鍵”標(biāo)為“鍵B”或“鍵C”)。6l 鍵 聯(lián) 接（續(xù)） 62 花鍵聯(lián)接 (一)花鍵聯(lián)接的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用 62 花鍵聯(lián)接（續(xù)）優(yōu)點(diǎn)：a)因?yàn)樵谳S上與轂孔上直接而勻稱地制出較多的齒與槽，故：聯(lián)接受力較為均勻；b)因槽較淺，齒根處應(yīng)力集中較小，軸與轂的強(qiáng)度削弱較少；c)齒數(shù)較多，總接觸面積較大，因而可承受較大的載荷；d)軸上零件與軸的對(duì)中性好(這對(duì)高速及精密機(jī)器很重要)；e)導(dǎo)向性較好(這對(duì)動(dòng)聯(lián)接很重要)；f)可用磨削的方法提高加工精度及聯(lián)接質(zhì)量。 62 花鍵聯(lián)接（續(xù)）缺點(diǎn)：a）齒根仍有應(yīng)力集中；b）需用專門設(shè)備加工；成本較高。因此，花鍵聯(lián)接適用于定心精度要求高、載荷大或經(jīng)常滑移的聯(lián)接?；?/p>

15、鍵聯(lián)接的齒數(shù)、尺寸、配合等均應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選取。 花鍵聯(lián)接可用于靜聯(lián)接或動(dòng)聯(lián)接。按其齒形不同，可分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩類，均已標(biāo)準(zhǔn)化。 62 花鍵聯(lián)接（續(xù)）1矩形花鍵按齒高的不同，矩形花鍵的齒形尺寸在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了兩個(gè)系列，即輕系列和中系列。輕系列的承載能力較小，多用于靜聯(lián)接或輕載聯(lián)接；中系列用于中等載荷的聯(lián)接。矩形花鍵的定心方式為小徑定心(圖611)，即外花鍵和內(nèi)花鍵的小徑為配合面。其特點(diǎn)是定心精度高，定心的穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理引起的變形。矩形花鍵聯(lián)接應(yīng)用廣泛。其它定心方式 62 花鍵聯(lián)接（續(xù)）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，齒頂高分別為0.5

16、m和0.4m，此處m為模數(shù)。圖中di為漸開線花鍵的分度圓直徑。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。 62 花鍵聯(lián)接（續(xù)） 漸開線花鍵可以用制造齒輪的方法來加工，工藝性較好，制造精度也較高，花鍵齒的根部強(qiáng)度高，應(yīng)力集中小，易于定心，當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩較大且軸徑也大時(shí)，宜采用漸開線花鍵聯(lián)接。壓力角為45的漸開線花鍵，由于齒形鈍而短，與壓力角為30的漸開線花鍵相比，對(duì)聯(lián)接件的削弱較少，但齒的工作面高度較小，故承載能力較低，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。 漸開線花鍵的定心方式為齒形定心，當(dāng)齒受載時(shí)，齒上的徑向力能起到自動(dòng)定心作用，有利于各

17、齒均勻承載。 62 花鍵聯(lián)接（續(xù)） (二)花鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算主要失效形式：工作面被壓潰(靜聯(lián)接)或工作面過度磨損(動(dòng)聯(lián)接)。 計(jì)算時(shí)，假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，每個(gè)齒工作面上壓力的合力F作用在平均直徑dm處(圖613)，即傳遞的轉(zhuǎn)矩T=zFdm2，并引入系數(shù)來考慮實(shí)際載荷在各花鍵齒上分配不均的影響，則花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為 靜聯(lián)接 動(dòng)聯(lián)接 62 花鍵聯(lián)接（續(xù)） 63 無鍵聯(lián)接 凡是軸與轂的聯(lián)接不用鍵或花鍵時(shí)，統(tǒng)稱為無鍵聯(lián)接。下面介紹型面聯(lián)接和脹緊聯(lián)接。 (一)型面聯(lián)接 63 無鍵聯(lián)接（續(xù)） (二)脹緊聯(lián)接 脹緊聯(lián)接(圖616)是在轂孔與軸之間裝入脹緊聯(lián)接套(簡稱脹套)，可裝一個(gè)(指一組)或幾個(gè)，在軸向力作用下，同時(shí)脹緊軸與轂而構(gòu)成的一種靜聯(lián)接。根據(jù)脹套結(jié)構(gòu)形式的不同，GBT 58671986規(guī)定了五種型號(hào)(Z1Z5型)，下面簡要介紹采用Z1、Z2型脹套的脹緊聯(lián)接。 63 無鍵聯(lián)接（續(xù)） 63 無鍵聯(lián)接（續(xù)） 63 無鍵聯(lián)接（續(xù)）脹套實(shí)例 63 無鍵聯(lián)接（續(xù)） 63 無鍵聯(lián)接（續(xù)）64 銷 聯(lián) 接銷主要用來固定零件之間的相對(duì)位置，稱為定位銷(圖618)，它是組合加工和裝配時(shí)的重要輔助零件；也可用于聯(lián)接，稱為聯(lián)接銷(圖619)，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