第5章 鍵花鍵和銷連接

§5-1鍵連接§5-2花鍵連接§5-3無鍵連接§5-4銷連接第5章鍵、花鍵、無鍵連接和銷連接重點(diǎn)：平鍵的公稱尺寸平鍵、半圓鍵、花鍵的比較銷的主要用途浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院功用：1)實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定；

2)傳遞扭矩；

3)有些鍵還可實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或移動。鍵是標(biāo)準(zhǔn)件一、鍵連接的功用、類型和結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)類型平鍵半圓鍵楔鍵切向鍵普通平鍵導(dǎo)向鍵：滑鍵：實(shí)現(xiàn)靜連接用于軸向移動位移不大的情況用于軸向移動位移大的情況薄型平鍵§5-1鍵連接鍵連接的類型、工作原理及特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)動連接構(gòu)成緊連接浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院A鍵（圓頭）B鍵（平頭）C鍵（單圓頭）1）普通平鍵1、平鍵連接2）薄型平鍵A型鍵B型鍵C型鍵,常用于軸端其高度約為普通平鍵的60%、70%，傳遞能力較低，常用于薄壁結(jié)構(gòu)、空心軸等。平鍵有普通平鍵、薄型平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵。鍵與軸浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院3）導(dǎo)向平鍵連接導(dǎo)向平鍵用于動連接當(dāng)輪轂在軸上移動距離較大時，則采用滑鍵連接。導(dǎo)向平鍵和滑鍵連接主要失效形式是：工作面的磨損。平鍵的標(biāo)記方法:“鍵的頭部內(nèi)型”“鍵寬b”ד鍵長L”“國標(biāo)號”例：鍵8×100GB/T1096—20034）滑鍵連接浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院盤形銑刀端銑刀軸向固定好A型鍵與B型鍵的差異②加工方式差異④對軸強(qiáng)度影響的差異③軸向固定性差異①外形差異普通平鍵和薄型平鍵的連接性質(zhì)―靜連接；導(dǎo)向鍵和滑鍵的連接性質(zhì)―動連接。⑤工作長度差異Lb軸向固定差應(yīng)力集中大應(yīng)力集中小浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院平鍵連接的工作原理

平鍵的兩側(cè)是工作面，上表面與輪轂鍵槽底面間有間隙（如圖），工作時靠軸槽、鍵及轂槽的側(cè)面受擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。12T輪轂輪輻輪緣軸孔浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院☆普通平鍵、薄型平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵的工作面均為鍵的側(cè)面雙平鍵☆當(dāng)同一軸段需裝兩個平鍵時，兩鍵須相隔180°平鍵1平鍵2工作面工作面☆普通平鍵、薄型平鍵的失效形式為：剪斷和擠壓；☆導(dǎo)向平鍵和滑鍵的失效形式為：磨損。浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院2.半圓鍵連接優(yōu)點(diǎn)：鍵能繞其幾何中心擺動以適應(yīng)榖槽的斜度；工藝性好，裝配方便。缺點(diǎn)：軸上鍵槽較深，對軸的強(qiáng)度削弱較大。適用場所―輕載，錐形軸端

與輪轂的連接。注意：同一軸段若需裝兩個半圓鍵時，只能裝在同一母線上，而不能相隔1800安裝?！踢B接性質(zhì)―靜連接；側(cè)面為工作面，傳遞扭矩，不能傳遞軸向力；×L浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院3.楔鍵連接楔鍵的上下面分別與轂和軸上的鍵槽的底面貼合，為工作面。鉤頭楔鍵普通楔鍵浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院12楔鍵的工作面工作面工作面工作面工作面楔鍵的傳力方式―靠鍵的楔緊傳力,同時能承受軸向力和單向軸向固定。楔鍵連接的最大缺點(diǎn)：

楔緊后，軸和輪榖的配合產(chǎn)生偏心。楔鍵連接不宜的場所：

高速、定心精度高。o2o1浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院4.切向鍵連接切向鍵的組成：由一對1:100的楔鍵組成切向鍵的工作面：由一對楔鍵沿斜面拼合后相互平行的兩個窄面。工作面工作面浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院☆

軸單向轉(zhuǎn)動時，可安一個切向鍵；切向鍵的缺點(diǎn)：

鍵槽對軸的強(qiáng)度削弱較大☆雙向轉(zhuǎn)動時，相隔1200~1300安裝兩個切向鍵。切向鍵的適用的場所：

大型傳動（重載）。如

大型帶輪、礦山設(shè)備等。120°~130°浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院※

類型的選擇：據(jù)連接的結(jié)構(gòu)、使用特性、工作條件來選擇。選擇時應(yīng)考慮的因素有：1）需傳遞扭矩的大小；2）是否有相對運(yùn)動；3）滑動距離的長短；4）連接中對心性的要求；5）是否有軸向定位；6）鍵在軸上的位置（中、端）等。二、鍵的選擇、鍵連接的強(qiáng)度計算1.鍵的選擇浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院※

尺寸的選擇：主要尺寸bh與長度Lbh由軸的直徑按標(biāo)準(zhǔn)選,見P107表5-2L由輪轂的長度定：略小于輪轂的長度所選長度應(yīng)符合國標(biāo)中規(guī)定的長度系列?！?/p>

標(biāo)注：鍵bhGB/T1096—2003

bhLLbhdB浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院2.鍵連接的強(qiáng)度計算（1）平鍵連接強(qiáng)度計算平鍵連接的主要失效形式靜連接（普通平鍵連接）―擠壓破壞動連接（導(dǎo)向鍵、滑鍵）―磨損靜連接強(qiáng)度條件：動連接強(qiáng)度條件：〔σp〕、〔p〕見教材P.107.表5—1―鍵、軸、轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力―鍵、軸、轂三者中最弱材料的許用擠壓力TodFFykT―

扭矩T=F×y≈F×d/2浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院LL=―鍵的工作長度A型鍵―B型鍵―浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院（2）半圓鍵聯(lián)接強(qiáng)度計算只需作擠壓強(qiáng)度計算☆

K從標(biāo)準(zhǔn)中查；☆主要失效：工作面被壓潰浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院（3）楔鍵連接強(qiáng)度計算楔鍵連接的主要失效形式相互楔緊的工作面被壓潰楔鍵連接的壓力分布o(jì)未傳遞扭矩時y力平衡方程傳遞扭矩后oTx擠壓強(qiáng)度條件為：FFFF浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院【例題】

已知減速器中某直齒圓柱齒輪安裝在軸的兩個支承點(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，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=2200N?mm，載荷有輕微沖擊。試設(shè)計此鍵聯(lián)接。解：1)選擇鍵的類型一般8級以上精度的齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵連接。由于齒輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵(A型)。2)確定鍵的尺寸

根據(jù)軸徑d=70mm，從教材P.107.表5-2中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=20mm，高度h=12mm。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=90mm(比輪轂寬度小些)。浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院3)校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度

鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表5-1查得許用擠壓應(yīng)力[σ]p=100

～120MPa，取其平均值，[σ]p

=110MPa。鍵的工作長度l=L–b=(90–20)mm=70mm，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5×12mm≈6mm。由式(5-1)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。考慮到兩鍵上載荷分配的不均勻性，雙鍵在強(qiáng)度校核中只按1.5個鍵計算，或者認(rèn)為雙鍵工作長度l=(1.5×70)mm=105mm。由式(6-1)可得：（適合）鍵的標(biāo)記為鍵20×90GB／T1096—2003(一般A型鍵可不標(biāo)出“A”，對于B型或C型鍵，須將鍵標(biāo)為“鍵B”或“鍵C)。浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院§5.2花鍵連接

花鍵連接由具有多個沿周向均布的凸齒的外花鍵和有對應(yīng)凹槽的內(nèi)花鍵組成。齒的側(cè)面是工作面?；ㄦI按其齒型分為矩形花鍵、漸開線花鍵和三角形花鍵三種。外花鍵內(nèi)花鍵浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院花鍵連接是平鍵連接在數(shù)目上的擴(kuò)充花鍵連接的優(yōu)點(diǎn)a）受力均勻；b）應(yīng)力集中?。籧）承載能力強(qiáng)；d）軸上零件的對中性好；e）導(dǎo)向性好；f）可用磨削的方法提高加工和連接質(zhì)量?；ㄦI連接的缺點(diǎn)a）無法根除應(yīng)力集中；b）需用專門設(shè)備加工；c）制造成本高。浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院

矩形花鍵連接按新標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)徑定心，定心精度高，制造容易，在工程中應(yīng)用最廣泛。矩形花鍵：花鍵類型：矩形花鍵、漸開線花鍵、三角形花鍵。矩形花鍵在圖樣上的標(biāo)注內(nèi)容為：鍵數(shù)N、小徑d、大徑D、鍵(槽)寬B的公差帶或配合代號。例，鍵數(shù)N=6、小徑d=23mm、大徑D=26mm、鍵(槽)寬B=6mm浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院用于高強(qiáng)度聯(lián)接漸開線花鍵承載能力強(qiáng)，適用于大扭矩、大直徑場所也稱三角形花鍵，適用于輕載小直徑連接漸開線花鍵的定心方式齒形定心也稱三角形花鍵用于薄壁零件聯(lián)接漸開線花鍵的制造方法：同齒輪加工一樣需采用專用機(jī)床★加工工藝性好★制造精度較高★制造成本較高浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院

（1）齒對稱布置，受載均勻；（2）齒淺，應(yīng)力集中↓；（3）承載↑；（4）定心好；

（5）可用于“動”、“靜”連接；（6）漸開線較矩形根部↑，承載↑，定心精度高，宜用于載荷大、尺寸大場合。漸開線花鍵特點(diǎn)：浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院三、花鍵聯(lián)接強(qiáng)度計算主要失效形式：工作面被壓饋（靜聯(lián)接）

工作面過渡磨損（動聯(lián)接）強(qiáng)度條件：靜聯(lián)接：動聯(lián)接：式中：—載荷分布不均勻系數(shù)系數(shù)，=0.70.8；l—齒的工作長度，mm；假設(shè)各齒的壓力的合力作用在平均半徑dm處：h—齒的工作高度,，浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院§5.3成形連接型面聯(lián)接

非圓的柱體非圓的錐體

曲線：擺線、等距曲線特點(diǎn)：裝拆方便，能保證良好的對中性能；聯(lián)接面上沒有鍵槽及尖角，可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩；加工復(fù)雜，要用專用機(jī)床加工，應(yīng)用還不廣泛。凡是軸與轂的聯(lián)接不用鍵或花鍵時，統(tǒng)稱為無鍵聯(lián)接浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院脹緊連接是在榖孔和軸之間裝入脹緊聯(lián)接套而構(gòu)成的靜聯(lián)接。根據(jù)脹緊套結(jié)構(gòu)形式的不同，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了五種型號（Z1~Z5）加一個脹緊套的結(jié)構(gòu)加兩個脹緊套的結(jié)構(gòu)Z1型脹緊連接§5.4彈性環(huán)連接(脹套連接)浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院Z2型脹緊聯(lián)接設(shè)計時需滿足的條件：傳遞扭矩時：傳遞軸向力時：既傳遞扭矩又軸向力時，合成載荷為：已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的脹套其額定轉(zhuǎn)矩〔T〕和額定軸向力〔Fa〕可查表浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院脹套實(shí)例浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院銷聯(lián)接的類型和特點(diǎn)

開尾圓錐銷在連接時的防松效果好，適用于有沖擊、振動的場合的連接。

圓柱銷靠過盈配合固定在銷孔中，經(jīng)多次裝拆會降低定位精度和可靠性。

圓錐銷具有1:50的錐度，安裝方便，定位精度高?！?/p>

5.4銷聯(lián)接浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院

端部帶螺紋的圓錐銷可用于盲孔或拆卸困難的場合；

槽銷上有輾壓或模鍛出的三條縱向溝槽，將槽銷打入銷孔后，由于材料的彈性使銷擠壓在銷孔中，不易松脫，因而能承受振動和變載荷。

銷軸用于兩零件的鉸接處，構(gòu)成鉸鏈聯(lián)接。銷軸通常用于開口銷鎖定，工作可靠，裝拆方便。浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院安全銷：安全裝置中的過載剪斷元件定位銷：確定相對位置根據(jù)用途不同可分為：連接銷：用于連接，可傳遞不大的載荷浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院銷的失效（破壞）形式連接銷―擠壓或剪切失效安全銷―剪斷（工作需要）定位銷―受力很小，一般不破壞強(qiáng)度計算請參考《機(jī)械設(shè)計手冊》有關(guān)內(nèi)容浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院填空題普通平鍵聯(lián)接的主要失效形式是_______________，導(dǎo)向平鍵聯(lián)接的主要失效形式是__________。3.

矩形花鍵聯(lián)接采用____________定心；漸開線花鍵聯(lián)接采用_______________定心。壓潰磨損小徑齒形(側(cè)面)浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院選擇題1、普通平鍵聯(lián)接的主要用途是使軸與輪轂之間______。(1)沿軸向固定并傳遞軸向力(2)沿軸向可作相對滑動并具有導(dǎo)向作用(3)沿周向固定并傳遞轉(zhuǎn)矩(4)安裝與拆卸方便2、鍵的剖面尺寸通常是根據(jù)_____按標(biāo)準(zhǔn)選擇。(1)傳遞轉(zhuǎn)矩的大小(2)傳遞功率的大小(3)輪轂的長度

(4)軸的直徑3、鍵的長度主要是根據(jù)______來選擇。(1)傳遞轉(zhuǎn)矩的大小(2)輪轂的長度(3)軸的直徑4、常用來制造鍵的材料是_____。(1)低碳鋼(2)中碳鋼(3)高碳鋼(4)合金鋼5、能夠構(gòu)成緊鍵連接的兩種鍵是______。楔鍵和半圓鍵

(2)平鍵和切向鍵(3)半圓鍵和切向鍵

(4)楔鍵和切向鍵6、楔鍵和_____，兩者的接觸面都具有1：100的斜度。(1)軸上鍵槽的底面(2)輪轂上鍵槽的底面(3)鍵槽的側(cè)面7、楔鍵連接的主要缺點(diǎn)是_____。(1)鍵的斜面加工困難(2)鍵安裝時易損壞(3)鍵裝入鍵槽后，在輪轂中產(chǎn)生初應(yīng)力(4)軸和軸上的連接零件對中性差(3)(4)(2)(2)(4)(2)(4)浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院8、切向鍵連接的斜度是做在______上。(1)輪轂鍵槽的底面

(2)軸的鍵槽底面

(3)一對鍵的接觸面

(4)鍵的側(cè)面9、平鍵連接如不能滿足強(qiáng)度條件要求時，可在軸上安裝一對平鍵，使它們沿圓周相隔_______。(1)90o(2)120o(3)135o（4）180o10、平鍵連接與楔鍵連接相對比，它只能傳遞轉(zhuǎn)矩，不能傳遞軸向力，這是因?yàn)開___。楔鍵端部具有鉤頭(2)平鍵摩擦力小于楔鍵的摩擦力(3)楔鍵的工作表面有斜度而鍵槽沒有斜度，接觸時可以卡緊(4)在安裝時，楔鍵可沿軸向楔緊11、半圓鍵連接的主要優(yōu)點(diǎn)是_____。(1)對軸的強(qiáng)度削弱較輕

(2)鍵槽的應(yīng)力集中較小

(3)工藝性好，安裝方便12、應(yīng)用較廣的花鍵齒形是______。矩形與三角形

(2)漸開線與三角形(3)矩形與漸開線

(4)矩形，漸開線與三角形(3)(4)(4)(3)(3)浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院1、分析比較平鍵和楔鍵的工作特點(diǎn)和應(yīng)用場合。【答】平鍵連接的工作面是兩側(cè)面，上表面與輪轂槽底之間留有間隙，工作時，靠鍵與鍵槽的互壓傳遞轉(zhuǎn)矩，但不能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向定位，所以也不能承受軸向力。具有制造簡單、裝拆方便、定心性較好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。楔鍵連接的工作面是上下面，其上表面和輪轂鍵槽底面均有1:100的斜度，裝配時需打緊，靠楔緊后上下面產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，并能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定和承受單向軸向力。由于楔緊后使軸和輪轂產(chǎn)生偏心，故多用于定心精度要求不高、載荷平穩(wěn)和低速的場合。2、平鍵連接有哪些失效形式？普通平鍵的截面尺寸和長度如何確定？【答】平鍵連接的主要失效形式是較弱零件（通常為輪轂）的工作面被壓潰（靜連接）或磨損（動連接，特別是在載荷作用下移動時），除非有嚴(yán)重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。鍵的截面尺寸應(yīng)根據(jù)軸徑d從鍵的標(biāo)準(zhǔn)中選取。鍵的長度L可參照輪轂長度從標(biāo)準(zhǔn)中選取，L值應(yīng)略短于輪轂長度。二、分析與思考題浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院3、為什么采用兩個平鍵時，一般布置在沿周向相隔180°的位置，采用兩個楔鍵時，則應(yīng)沿周向相隔90°～120°，而采用兩個半圓鍵時，卻布置在軸的同一母線上？【答】兩個平鍵連接，一般沿周向相隔180°布置，對軸的削弱均勻，并且兩鍵的擠壓力對軸平衡，對軸不產(chǎn)生附加彎矩，受力狀態(tài)好。采用兩個楔鍵時，相隔90°～120°布置。若夾角過小，則對軸的局部削弱過大。若夾角過大，則兩個楔鍵的總承載能力下降。當(dāng)夾角為180°時，兩個楔鍵的承載能力大體上只相當(dāng)于一個楔鍵盤的承載能力。采用兩個半圓鍵時，在軸的同一母線上布置。半圓鍵對軸的削弱較大，兩個半圓鍵不能放在同一橫截面上。只能放在同一母線上。4、如圖所示的凸緣半聯(lián)軸器及圓柱齒輪，分別用鍵與減速器