花键、无键连接和销连接

第六章键、花键、无键连接和销连接2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC2本章内容•键连接key•花键连接spline•无键连接•销连接pin2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC3•键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间（Shaftsandhubs）的周向固定，并将转矩从轴传递到毂，或从毂传递到轴．有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动。6.1键连接一、键连接的功能、分类、结构形式及应用Keysareusedtotransmittorquefromacomponenttotheshaft.2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC42020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC5键连接的类型平键连接Flatkey半圆键连接Woodruffkey楔键连接Taperedkey切向键连接tangentialkey2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC61.平键连接平键连接按用途分类普通平键用于静连接导向键滑动键用于动连接（1）普通平键连接主要失效形式是键的剪断和工作面压溃。工作面是键的两侧面；2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC7圆头：用指状铣刀加工键槽，应力集中大方头：用盘状铣刀加工键槽，应力集中小，紧定螺钉固定一圆头一方头：用指状铣刀加工键槽，用于轴端普通平键的结构形式2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC8键槽2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC9（2）导向平键连接导向平键是一种较长的平键键用螺钉固定在轴上的键槽中轴上的传动零件可沿键作轴向滑移。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC10主要失效形式是键的工作面过度磨损。工作面是键的两侧面；起键螺钉孔2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC11（3）滑键•当零件滑移的距离较大时，用滑键。•滑键固定在轮毂上，轴上零件与键一起在轴上的键槽中作轴向移动。•轴上键槽很长•键可以较短2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC122.半圆键连接（1）键的摆动适应毂键槽的斜度；（2）侧面为工作面，传递扭矩，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。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC13Woodruffkeys,cutterandkeyseat2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC14Itisutilizedwidelyintheautomotiveandmachinetoolindustries.Woodruffkeysyieldbetterconcentricityafterassemblyofthehubandshafts.Theyareself-aligning（自动对准）andaccordinglypreferredfortaperedshafts（锥形轴段）.2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC153.楔键连接•键的上下两个面为工作面，分别与毂和轴上的键槽的底面贴合。•装配后，键楔紧在轴和轮毂的键槽里。•工作时，靠键的楔紧作用来传递转矩。可以承受单向的轴向载荷。•用于毂类零件的定心精度要求不高和转速较低的场合。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC164.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；传递双向扭矩时需用双键。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC17二、键的选择和键连接强度计算1.键的选择设计时先选择类型、尺寸，再进行校核计算类型选择—静连接→普通平键、半圆键、花键动连接→导向平键、滑键尺寸选择—根据轴径d查标准，确定b、h根据轮毂宽度，确定键长L2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC18普通平键的主要尺寸2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC19键的长度应等于或略短于轮毂的长度。导向键的长度按轮毂的长度及其滑动距离而定。键的长度应符合标准规定的长度系列。应考虑的具体问题1.需要传递转矩的大小；2.连接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离的长短；3.对于连接的对中性的要求；4.键是否需要具有轴向固定的作用；5.键在轴上的位置（在轴的中部还是端部）。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC20键的尺寸代号键B16×100GB1096-79国家标准键长度键宽度b平头普通平键B型由轮毂宽度决定由轴径决定2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC212.键连接的强度计算平键连接的失效形式工作面压溃—静连接—防止压溃—校核挤压强度工作面磨损—动连接—防止磨损—校核压强（1）平键连接的强度计算2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC22][2ppkldTklF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:普通平键的挤压强度条件：2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC23键的工作长度2bLlbLlLl(圆头平键)(方头平键)(单圆头平键)2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC24导向平键的校核2bLlbLlLl（圆头平键）（平头平键）（单圆头平键）pkldTp2导向平键和滑键联接的强度条件为：2hk式中：p、p为许用应力与许用压力2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC25讨论如果强度不满足要求，怎么办？•增加键的长度；•增大轴径；•采用双键；•采用花键。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC262020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC27讨论•如果强度不足，可采用双键。•两个平键按180º布置；•两个半圆键布置在轴的同一条母线上；•两个楔键沿圆周相隔90°~120°。•考虑到两个键的载荷分布不均匀性，在强度校核中可按1.5个键计算。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC28例题已知减速器中某直齿圆柱齿轮安装在轴的两个支承点间，齿轮和轴的材料都是锻钢，用键构成静连接。齿轮的精度等级为7级，装齿轮处的轴径d=70mm，齿轮轮毂宽度为100mm，需传递的转距T＝2200Nm，载荷有轻微冲击。设计此键连接。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC296.2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•花键齿侧面为工作面——可用于动和静联接•花键是标准件。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC30变速箱输入轴的外花键2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC312020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC32花键联接的特点齿较多、工作面积大、承载能力较高键均匀分布，各键齿受力较均匀齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少轴上零件对中性好导向性较好加工需专用设备、制造成本高花键适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的连接。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC332020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC34花键的尺寸Dd轴B毂C轴毂国家标准规定花键的主要尺寸有小径d、大径D、键宽和键槽宽B，键数规定为偶数，有6、8、10三种，以便加工和检测。按承载能力，对基本尺寸规定了轻、中两个系列，同一小径的轻系列和中系列的键数相同，键宽（键槽宽）也相同，仅大径不相同。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC35花键联接的分类•花键联接按其齿形不同，分为矩形花键和渐开线花键。Dd轴B毂C轴毂矩形花键渐开线花键2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC36矩形花键Dd轴B毂C大径D小径d键宽B•矩形花键的定心方式为小径定心，即外花键和内花键的小径为配合面。•定心精度高，定心的稳定性好。•矩形花键用于轻载或中等大小载荷的场合。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC37•国家标准规定矩形花键连结采用小径定心。•采用小径定心，磨削内花键小径表面就很容易，磨削外花键表面也比较方便,通过磨削可以达到高精度要求。所以，矩形花键采用小径定心可以获得更高的定心精度，并能保证和提高花键的表面质量。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC38渐开线花键InvolutedSpline轴毂•渐开线花键的定心方式为齿形定心。受载时齿上有径向力，能起自动定心作用，有利于各齿受力均匀，强度高，寿命长。•渐开线花键可以用制造齿轮的方法来加工，工艺性较好，易获得较高的制造精度和互换性。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC39花键连接的强度计算（1）静联接—工作面压溃，校核挤压强度（2）动联接—工作面磨损，按工作面压强进行条件计算2[]0.7~0.8/2[][]PPPmmmmTzhldzlhddmzdDdP齿间载荷分布不均系数，花键齿数键齿工作长度工作高度平均直径；渐开线花键；矩形花键（）许用挤压应力；动联接用许用压强代替；2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC402020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC41BallscrewBallSplines2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC42轴和毂孔可做成柱体或锥体，前者只能传递转矩，可用于不受载荷时移动的动联接；后者在传递转矩的同时，还可传递轴向力。6.3无键联接一、型面联接：联接面是非圆形截面的柱体或非圆形截面的锥体。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC431.装拆方便，对中性较好；2.联接面上没有应力集中源，减少了应力集中；3.锥体型面联接中作用有很大的推力，且挤压应力比键联接中的挤压应力高，承载能力较低；4.切削加工较复杂，不易保证配合精度，应用尚不广泛。但由于成型工艺的发展，促进了型面联接在轻载联接中的应用。型面连接的特点2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC44二、胀紧联接•在轴与彀之间装配一个或几个胀紧联接套，在轴向力的作用下，同时胀紧轴与毂。静联接。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC45胀套是标准键，Z1~Z5五种型号。Z1型胀套：（由一对分别带有内、外锥面的套筒组成），在轴向力作用下，内、外套筒互相楔紧。内套缩小而箍紧轴，外套筒胀大而撑紧彀，使接触面间产生压紧力。由压紧力产生摩擦力来传递扭矩。2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC46Z2型胀套2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC476.4销联接•销是标准件•按用途分类–定位销–连接销–安全销2020/1/23SchoolofMechatronics,UESTC486.4销联接•销是标准件。•定位销：起定位作用，固定零件之间的相对位置。•定位销通常不受载荷或只受很小的载荷，故不作强度校核计算，其直径可按结构确定，数目一般不少与两个。•销装入每一被联接件内的长度，约为销直径的1~2倍。2020/1/