第12章 键、花键和销连接

第12章键、花键和销连接12.1键连接12.2花键连接12.3销连接12T12.1键连接12.1.1键的功能、分类、结构形式及应用1.平键连接普通平键导向平键滑键薄型平键1）普通平键A型键B型键C型键,常用于轴端功能：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或导向移动。主要类型：平键连接半圆键连接楔键连接切向键连接盘形铣刀端铣刀轴向固定好A型键与B型键的差异②加工方式差异④对轴强度影响的差异③轴向固定性差异①外形差异2）薄型平键A型键B型键C型键,常用于轴端其高度约为普通平键的60%、70%，传递能力较低，常用于薄壁结构、空心轴等普通平键的连接性质―静连接⑤工作长度差异Lb轴向固定差应力集中大应力集中小lLlLb3）导向平键连接性质―动连接外形特点―键较长，用螺钉固定在轴的键槽中，键上制有起键孔，以便于拆卸适用场所―轴上零件滑移距离不大的场所。相对运动方式―轴上零件沿键侧面滑移。连接性质―动连接外形特点―鞍状，包在零件上适用场所―轴上零件滑移距离较大的场所。相对运动方式―键与零件一同沿轴槽滑移。注意：滑键与导向平键的区别4）滑键☆普通平键、薄型平键、导向平键和滑键的工作面均为键的侧面双平键☆当同一轴段需装两个平键时，两键须相隔180°平键1平键2工作面工作面2.半圆键连接优点：键能绕其几何中心摆动以适应毂槽底面的斜度；工艺性好，装配方便。缺点：轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大适用场所―轻载，锥形轴端与轮毂的连接。注意：同一轴段若需装两个半圆键时，只能装在同一母线上，而不能相隔180°安装√连接性质―静连接×L☆半圆键的摆动特点☆半圆键工作面为键的侧面半圆键工作面勾头楔键连接3.楔键（斜键）连接楔键的形状：键的上表面具有1：100的斜度楔键的类型普通楔键勾头楔键∠1：100∠1：100圆头楔键连接平头楔键连接勾头楔键的勾头供拆卸用12楔键的工作面工作面工作面工作面工作面楔键的传力方式―靠键的楔紧传力,同时能承受轴向力，起单向轴向固定的作用。楔键连接的最大缺点：楔紧后，轴和轮毂的配合产生偏心楔键连接不宜的场所：高速、定心精度高o2o14.切向键连接切向键的组成：由一对1:100的楔键组成切向键的工作面：由一对楔键沿斜面拼合后相互平行的两个窄面。工作面工作面☆轴单向转动时，可安一个切向键；切向键的缺点：键槽对轴的强度削弱较大☆双向转动时，相隔120°~130°安装两个切向键。切向键的适用的场所：大型传动（重载）。如大型带轮、矿山设备等。12.1.2键的选择和键连接的强度计算1.键的选择类型选择―根据使用要求、工作条件和结构特点选尺寸选择―b×h依轴径d而定；L依毂宽B而定。bhLLbhdB2.键连接的强度计算（1）平键连接强度计算平键连接的主要失效形式静连接（普通平键连接）―挤压破坏动连接（导向键、滑键）―磨损TokyFFklFP静连接强度条件klFP动连接强度条件K=0.5hT―扭矩T=F×y≈F×d/2P―键、轴、毂三者中最弱材料的许用挤压应力P―键、轴、毂三者中最弱材料的许用压强kldT3102PkldT3102PLlL=l（2）半圆键连接强度计算l―键的工作长度A型键―bLlB型键―Ll只需作挤压强度计算3210PTkld☆K从标准中查；Ll☆LP（3）楔键连接强度计算楔键连接的主要失效形式相互楔紧的工作面被压溃楔键连接的压力分布o未传递扭矩时y力平衡方程传递扭矩后oT0oMTFxx/2TFxfyfd挤压强度条件为2pFblFFFFfFfFfFy/2fFd/2d66Tbfd31210(6)Tblbfdpσp—键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，见表12.2。式中：T—传递的转矩，N.m；D—轴的直径，mm；b—键的宽度，mm；l—键的工作长度，mm；f—摩擦系数，一般取0.12~0.17（4）切向键连接简化强度计算当键连接传递转矩时，其受力情况如图所示取键和轴为受力研究对象，则受力平衡条件为：2.dfyTF切向键连接的挤压强度条件为：lctFp)(式中：T—传递的转矩，N.m；D—轴的直径，mm；)45.05.0(fdT][p)45.05.0()(103fdlctT例题12.18级精度的铸铁直齿圆柱齿轮与一钢轴用键构成静连接，装齿轮处的轴颈为60mm,齿轮轮毂长95mm。连接传递的转矩为840N.m，载荷平稳。试选择此键连接。解：8级精度的齿轮要求一定的定心性，因此选用平键。因为是静连接故选用普通圆头平键。由手册可查得当d=58～65ｍｍ时键的截面尺寸为：宽b=18mm,高h=11mm。参考毂长选键长L=80mm键的接触长度mmbll621880σp—键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，见表12.2。l—键的工作长度，mm；f—摩擦系数，一般取0.12~0.17t—键槽的深度，mm；c—键的倒角，mm；注意：1）为避免键过长压力沿键长分布不均匀的现象，键长的增加应参照下式：2）若采用双键，两个键相隔180°布置，但由于各键载荷分配不均，对轴的消弱很大，其承载能力只能按用一个键时的1.5倍计算。dl)8.1~6.1(max由表查得铸铁轮毂键槽的许用应力（载荷平稳，故取大值）。由式12.1得：MPap80][lhdTp2MPap80][6211601084043dhlT4MPa822）不改变原有毂、轴尺寸，仍采用A型键，适当增加键长L=90mm；改进措施：1）改用方头键;3）改用双键。12.2花键连接12.2.1花键连接的类型、特点及应用花键连接是平键连接在数目上的扩充花键连接的组成内花键外花键花键连接的优点a）受力均匀；b）应力集中小；c）承载能力强；d）轴上零件的对中性好；e）导向性好；f）可用磨削的方法提高加工和连接质量。花键连接的缺点a）无法根除应力集中；b）需用专门设备加工；c）制造成本高。矩形花键连接按新标准为内径定心，定心精度高，制造容易，在工程中应用最广泛矩形花键花键类型：矩形花键、渐开线花键、三角形花键。用于高强度连接渐开线花键3045承载能力强，适用于大扭矩、大直径场所也称三角形花键，适用于轻载小直径连接渐开线花键的定心方式齿形定心4530也称三角形花键用于薄壁零件连接0.5ahm0.4ahm渐开线花键的制造方法：同齿轮加工一样需采用专用机床★加工工艺性好★制造精度较高★制造成本较高12.2.2花键连接的强度计算花键连接的失效形式静连接―挤压破坏动连接―磨损强度计算的合理假设①每齿受力均匀②力F作用在平均直径dm上强度条件为：Ψ—各齿间载荷分配不均匀系数，其值视加工精度而定，一般Ψ取0.7～0.8；z—花键齿数；h—花键齿侧面的工作高度，对矩形花键h＝0.5(D-d)，D和d分别为花键轴的外径和内径；对渐开线花键为h=m，m为模数。dm—花键平均直径(mm)，对矩形花键，dm＝(D+d)/2；对渐开线花键，dm＝d，(d为分度圆直径)；l—齿的工作长度(mm)；PmPzhldT3102静连接pzhldTpm3102动连接12.3销连接销的分类定位销连接销安全销按功能分连接销安全销圆柱销圆锥销开口销定位销销的几种特殊形状端部带螺纹的圆锥销开尾圆锥销槽销销的失效（破坏）形式连接销―挤压或剪切失效安全销―剪断（工作需要）定位销―受力很小，一般不破坏强度计算请参考《机械设计手册》有关内容