第6章 键、花键、无键连接和销连接

第六章键、花键、无键连接和销连接《机械设计》（第八版）6-1键连接…6-2花键连接…6-3无键连接…6-4销连接…6-2花键连接花键按其齿形可分为:（1）矩齿形花键；（2）渐开线花键。•花键连接的齿数、尺寸、配合等均应按标准选取。•花键连接可用于静连接或动连接。花键连接的强度计算•花键连接的受力分析•花键连接的主要失效形式：（1）工作面被压溃（静连接）（2）工作面过度磨损（动连接）花键连接的强度计算•花键连接强度计算静连接动连接ψ——载荷分配不均匀系数,与齿数多少有关,一般取ψ=0.7～0.8,齿数多时取偏小值；花键连接的强度计算•许用应力矩形花键•按齿高的不同，矩形花键的齿形尺寸在标准中规定了两个系列：轻系列和中系列。•矩形花键的定心方式:小径定心特点：（1）定心精度高；（2）定心的稳定性好；（3）能用磨削的方法消除热处理引起的变形。渐开线花键渐开线花键的齿廓为渐开线，齿顶高分别为0.5m和0.4m(m为模数)与渐开线齿轮相比：（1）渐开线花键的齿较短；（2）齿根较宽；（3）不发生根切的最小齿数较少。渐开线花键渐开线花键的优点:（1）当传递的转矩较大且轴径也大时宜采用30°渐开线花键连接。（2）45°的渐开线花键特别适用于薄壁零件的轴毂连接。渐开线花键的定心方式为齿形定心：有利于各齿均匀承载。花键连接特点与应用与平键相比，花键的优点：（1）因为在轴上和毂孔上直接而匀称地制出较多的齿与槽，故连接受力较为均匀；（2）因槽较浅，齿根处应力集中较小，轴与毂的强度削弱较小；（3）齿数较多，总接触面积较大，可承受较大的载荷；（4）轴上零件与轴的对中性好（用于高速及精密机器）（5）导向性较好；（6）可用磨削的方法提高加工精度及连接质量。缺点：齿根仍有应力集中；需用专门设备加工；成本较高。花键连接特点与应用花键连接应用于：（1）定心精度要求高；（2）载荷大；（3）经常滑移的连接。6-1键连接•键连接的功能、分类、结构型式及应用键是一种标准零件，其功能：（1）实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩；（2）实现轴上零件的轴向固定；（3）实现轴上零件的轴向滑动的导向•键连接的主要类型（1）平键连接（2）半圆键连接（3）楔键连接（4）切向键连接键的选择•键的选择包括类型和尺寸两个方面。•键的尺寸选择应符合：标准规格；强度要求。•键的主要尺寸：截面尺寸（以键宽b×键高h表示）和键长L•键的截面尺寸b×h按轴的直径d由标准中选定。•键的长度L一般按轮毂的长度而定，即键长等于或略短于轮毂的长度；而导向平键则按轮毂的长度及其滑动距离而定。•一般轮毂的长度可取为L≈(1.5～2)d，这里的d为轴的直径。•所选定的键长亦应符合标准规定的长度系列。•重要的键连接在选出键的类型和尺寸后，还应进行强度计算。平键连接•普通平键的结构型式•平键特点•优点：结构简单、装拆方便、对中性较好等。•这种键连接不能承受轴向力，因而对轴上的零件不能起到轴向固定的作用。•平键按用途分类（1）普通平键（2）薄型平键（3）导向平键（4）滑键•键槽的加工（1）轴上键槽：圆柱立铣刀（A和C型）和圆盘铣刀（B型）；（2）轮毂上键槽：插刀。平键按头型式分类（1）圆头（A型）（2）平头（B型）（3）单圆头（C型）薄型平键薄型平键与普通平薄的主要区别是键的高度约为普通平键的60～70%。但薄型平键传递转矩的能力较低，常用于薄壁结构、空心轴及一些径向尺寸受限制的场合。平键图片导向平键与滑键导向平键滑键半圆键连接半圆键连接结构轴上键用尺寸与半圆键相同的半圆键槽铣刀铣出，因而键在槽中能绕其几何中心摆动以适应轮毂中键槽的斜度。半圆键工作时，靠其侧面来传递转矩。半圆键连接特点优点：工艺性较好，装配方便，尤其适用于锥形轴端与轮毂的连接。缺点：轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，故一般只用于轻载静连接中。楔键连接•楔键连接的结构•楔键分类：（1）普通楔键；（2）钩头楔键。•工作面楔键连接（1）对轮毂起到单向的轴向固定作用；•楔键连接的特点（2）楔键连接在传递有冲击和振动的较大转矩时，仍能保证连接的可靠性。•缺点：楔紧后，轴与轮毂的配合产生偏心和偏斜，因此主要用于毂类零件的定心精度要求不高和低转速的场合。楔键图片切向键连接•切向键连接的结构：切向键是由一对斜度为1：100的楔键组成。切向键连接切向键的工作原理：（1）靠工作面上的挤压力和轴与轮毂间和摩擦力来传递转矩。（2）用一个切向健时，只能传递单向转矩；当要传递双向转矩时，必须用两个切向键，两者间的夹角为120°～130°。（3）特点：由于切向键对轴的削弱较大，因此常用于直径大于100mm的轴上。键的强度的计算（1）平键连接强度计算…（2）半圆键连接强度计算…（3）楔键连接简化强度计算…（4）切向键连接简化强度计算…•键的材料：抗拉强度不小于600MPa的钢，通常为45号钢。当强度不够时，可采用双键。两个平键，最好的布置是在沿周向相隔180°；两个半圆键，应布置在轴的同一条母线上；两个楔键，应布置在沿周向相隔90°～120°。•在强度计算中两键只按1.5个键计算当键的长度大于2.25d时，其多出的长度实际上可认为并不承受载荷，故一般采用的键长不宜超过（1.6～1.8）d。平键连接强度计算•平键连接的受力分析平键连接的主要失效形式和强度计算准则普通平键连接（静连接）:工作面被压溃导向平键连接和滑键连接（动连接）:工作面的过度磨损l——键的工作长度，mm，圆头平键ｌ=L-b，平头平键l=L。[σ]P——键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa；[p]——键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用压力，MPa。半圆键连接强度计算•半圆键连接的受力分析•半圆键连接的强度条件因为半圆键连接只用于静连接，故主要失效形式是工作面压溃。通常按工作面的挤压应进行强度校核计算。公式与平键连接的相同。楔键连接简化强度计算•楔键连接的受力分析•主要失效形式:相互楔紧的工作面被压溃•强度计算准则:假定压力沿键长均匀分布，沿键宽为三角形分布。合力:•楔键连接的挤压强度条件为：切向键连接简化强度计算•切向键连接的受力分析主要失效形式:工作面被压溃强度计算准则:抗挤压强度假定压力在键的工作面上均匀分布，工作面上压力的合力计算公式：•切向键连接的挤压强度条件为:6-3无键联接•型面联接6-3无键联接•型面联接胀紧联接6-4销连接销按其作用可分为：（1）定位销（2）连接销（3）安全销销按形状分类：（1）圆柱销直径公差有u8、m6、h8和h11四种。（2）圆锥销具有1:50的锥度,可多次装拆。（3）端部带螺纹的圆锥销6-4销连接（4）开尾圆锥销适用于有冲击、振动的场合。（5）槽销上有辗压或模锻出的三条纵向沟槽能承受振动和变载荷。★安装槽销的孔不需要铰制，加工方便，可多次装拆。6-4销连接销的设计计算（1）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，数目一般不少于2个。销装入每个被连接件内的长度，约为销直径1～2倍。（2）连接销的类型可根据工作要求选定，其尺寸可根据连接的结构特点按经验或规范确定，必要时再按剪切和挤压强度条件进行校核。（3）安全销在机器过载时应被剪断，因此，销的直径应按过载时被剪断的条件确定。