机械设计基础与实训电子教案第15章 键联结和销联接.ppt

第第1515章章 键联结和销联接键联结和销联接 15.1 松键联接15.2 紧键联接15.3 花键联接的类型、特点与应用15.4 销联接15.5 联接的设计及强度核算实训实训1515 设计轴与铸铁轮毂之间的平键联接知识梳理与总结知识梳理与总结键是一种标准零件，通常用来实现轴与轴上零件之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动的导向。松键联接依靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键不会影响轴与轮毂的同心精度。键联接根据装配时是否预紧，可分为松键联接和紧键联接。松键联接具有结构简单、装拆方便、定心性好等优点，因而应用广泛。这种键不能实现传动件的轴向固定。松键联接包括普通平键、导向键、滑键和半圆键联接。15.1 15.1 松键联接松键联接 方头键的轴槽用盘铣刀在卧式铣床上加工，轴槽的应力集中较小；单圆头键多用于轴端。圆头键的轴槽用端铣刀在立式铣床上加工，键在槽中固定良好，但轴槽两端的应力集中较大；普通平键有圆头（A型）、方头（B型）和单圆头（C型）三种结构型式，如图所示。圆头方头单圆头1普通平键联接松键联接松键联接铣键槽普通平键的毂槽一般在插床上插削或在拉床上拉削，其为通槽。方头键的侧面能与毂槽全部接触，而圆头键和半圆头键的圆弧侧面与毂槽并不接触，未能充分利用。当轴上零件除要求周向固定外，在工作中还需要在轴上作轴向移动时，则须采用导向平键或滑键联接。松键联接松键联接汽车变速器传动简图汽车变速器传动简图图示汽车变速箱中滑移齿轮4、6与轴的联接即属于此情况。通过齿轮的滑移，汽车可获得三种不同的前进速度和一种倒退速度。2导向平键联接键用螺钉固定在轴槽中，键与毂槽为间隙配合，故轮毂件可在键上作轴向滑动，此时键起导向作用。为了拆卸方便，键上制有起键螺孔，拧入螺钉即可将键顶出。导向平键用于轴上零件移动量不大的场合，如变速箱中的滑移齿轮与轴的联接。导向平键与普通平键结构相似，但比较长，其长度等于轮毂宽度与轮毂轴向移动距离之和。松键联接松键联接3滑键联接当零件滑移的距离较大时，因所需导向平键的长度过大，制造困难，故宜采用滑键。滑键比较短，固定在轮毂上，而轴上的键槽比较长，键与轴槽为间隙配合，轴上零件可带键在轴槽中滑动。滑键主要用于轴上零件移动量较大的场合，如车床光杠与溜板箱之间的联接。松键联接松键联接4半圆键联接在半圆键联接中，轴上的键槽是用尺寸相同的半圆键槽铣刀铣出的，因而键在槽中能绕其几何中心摆动以适应轮毂键槽的斜度。半圆键工作时，也是靠键的侧面来传递转矩。半圆键联接工艺性好，装配方便；但轴上槽较深对轴的强度削弱大。一般用于轻载静联接中，适用于锥形轴端的联接。松键联接松键联接楔键联接键的上表面与轮毂上键槽的底面各有1:100的斜度，键楔入键槽后具有自锁性，可在轴、轮毂孔和键的接触表面上产生很大的楔紧力，工作时靠摩擦力实现轴上零件的周向固定并传递转矩，同时可实现轴上零件的单向轴向固定，传递单方向的轴向力。楔键联接会使轴上零件与轴的配合产生偏心，故适用于精度要求不高和转速较低的场合。常用的有普通楔键和钩头楔键。15.215.2 紧键联接紧键联接切向键联接切向键由一对普通楔键组成，装配时将两键楔紧，窄面为工作面，其中与轴槽接触的窄面过轴线，工作压力沿轴的切向作用，能传递很大的转矩。一对切向键只能传递单向转矩，传递双向转矩时，需用两对切向键，互成120 135分布。（图中未画出轮毂零件）切向键对中性较差，键槽对轴的削弱大，适用于载荷很大，对中性要求不高的场合，如重型及矿山机械。紧键联接紧键联接轴的周向均布有多个凸齿，轮毂孔的周向均布有同样多的凹槽，两者直接配合构成的联接称为花键联接，轴称为外花键，孔为内花键。花键联接的承载能力高，定心性和导向性好，对轴的削弱小，但加工花键需专门的设备和刀具，成本高。适用于载荷大和定心精度要求高的静联接、动联接及大批量生产，如汽车、飞机、拖拉机、机床等。花键按齿形可分为矩形花键和渐开线花键，其特性见表。15153 3 花键联接的类型、特点与应用花键联接的类型、特点与应用 销是标准的联接件，按结构可分为圆柱销和圆锥销等，按用途可分为定位销、联接销和安全销。被联接件上的销孔一般要进行配作，并进行铰削，销与孔多为过渡配合。圆柱销配合精度高，但不宜经常装拆，否则会降低定位精度或紧固性。圆锥销有1:50的锥度，定位精确，装拆方便，具有自锁性，可多次装拆。销的材料常用35钢和45钢，并进行淬火处理。定位销定位销联接销联接销安全销安全销15.415.4 销联接销联接15.5 15.5 联接的设计及强度核算联接的设计及强度核算 平键、花键均为标准件，一般先根据轴的直径从标准中选择尺寸。键的长度略小于轮毂长度，并与长度系列一致；花键先选择系列，再确定公称尺寸及有效工作长度。然后再进行强度核算。平键与花键的强度公式见表15-2。键和花键联接的许用挤压应力和许用压强见表15-3，表15-4。键的材料常采用45号精拔钢。如强度不够，可适当增加轮毂与键的长度，但不宜超过.5d，也可配置两个相隔180的平键。配置两个平键时，考虑载荷分布不均匀，强度核算时，只能按1.5个键来计算。平键的选择及强度计算平键的选择及强度计算联接的设计及强度核算联接的设计及强度核算 根据轴径d由标准中查得键的截面尺寸bh，键的长度L可根据键的类型和轮毂宽度确定，对普通平键和滑键键长可略短于或等于轮毂宽度，对于导向平键应按轮毂的宽度和滑动距离确定，并符合键长标准系列。键的标准表键的标准表1平键的类型选择和尺寸选择根据键联接的结构特点、使用要求及工作条件选择键的类型。2平键联接的失效形式和强度计算普通平键联接的主要失效形式是工作面的压溃，有时也会出现键的剪断，但一般只校核挤压强度。导向平键联接和滑键联接的主要失效形式是工作面的过度磨损，通常按工作面上的压强进行条件性计算。（A型平键）（B型平键）（C型平键）键的材料常采用45精拔钢，当强度不足时，可适当增加键长或采用两个键按180布置。考虑到两个键载荷分布的不均匀性，在强度校核中按1.5个键计算。sp、p为材料的许用挤压应力与许用压强联接的设计及强度核算联接的设计及强度核算 挤压强度压强设键联接传递的转矩为T（N.m)，挤压力Ft，挤压高度h，挤压长度l，则其中联接的设计及强度核算联接的设计及强度核算例题 选择并校核带轮与轴之间的平键联接。已知轴的材料为钢，直径d=40mm；带轮的材料为HT150，轮毂宽度B=70mm；传递的转矩T=150N.m，有轻微冲击。解 1选择键联接的类型和尺寸此联接属于静联接，故选择普通平键联接，圆头。根据轴径d=40mm从平键尺寸表中查得键的截面尺寸为：b=14mm，h=9mm；由轮毂的宽度70mm并参考键的长度系列，取键长L=63mm。标记：键1463 GB1096-79。2校核键联接的强度键和轴的材料都是钢，带轮的材料为铸铁，由表可查得钢的许用挤压应力sp=100MPa；铸铁的许用挤压应力 sp=53MPa。键的工作长度l=Lb6314=49mm。由挤压应力计算公式得：安全实训15 设计轴与铸铁轮毂之间的平键联结实训目的实训目的:掌握键联接的设计及校核掌握键联接的设计及校核实训要求实训要求:在直径为在直径为45mm45mm的钢制轴上，装一铸铁轮毂，齿轮在两支承的钢制轴上，装一铸铁轮毂，齿轮在两支承中间，轮毂的宽度为中间，轮毂的宽度为80mm80mm，传递转矩为，传递转矩为180N.mm180N.mm，载荷有轻，载荷有轻微冲击。设计此键联结，完成实训报告表中相应内容的填写微冲击。设计此键联结，完成实训报告表中相应内容的填写。设计步骤设计步骤:(见教材见教材)知识梳理与总结 1、通过本章学习键联接的类型、结构形式和应用；花键联接的类型、特点、应用及销联结；平键的选用和强度计算。2、键为标准件，主要用来实现轴与轮毂之间的周向固定，以传递转矩。选择键的类型时应根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件综合确定，并且键的尺寸应符合标准规定。3、通过设计轴与铸铁轮毂之间的平键联结实训，进一步熟悉平键的有关标准并选择和强度计算过程。花键联接花键联接类型特点应用 按齿高不同分为轻系列和中系列，轻系列用于静联接和轻载联接；中系列用于中等载荷。为小径定心，定心精度高，定心稳定性好，能用磨削的方法消除热处理后的变形。广泛应用于飞机、汽车、拖拉机、机床、农业机械及一般传动装置中。齿廓为渐开线，应力集中小，齿根强度高。可用制造齿轮的方法来加工，同一把滚刀或插刀可加工模数相同、齿数不同的内、外花键，精度高、互换性好。为齿形定心，受载时齿上有径向分力，能起自动定心作用，使各齿受载均匀，寿命长。用于载荷较大、定心精度要求高以及尺寸较大的联接。花键联接的类型、特点及应用花键联接的类型、特点及应用轴的直径d68810101212171722键宽b键高h2233445566轴的直径d17222230303838444450键宽b键高h871081281491610轴的直径d50585865657575858595键宽b键高h18112012221425142816键的长度系列6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，160，180，200，220，250，280，320平键的截面尺寸和长度平键的截面尺寸和长度轴的直径d68810101212171722键宽b键高h2233445566轴的直径d17222230303838444450键宽b键高h871081281491610轴的直径d50585865657575858595键宽b键高h18112012221425142816键的长度系列6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，160，180，200，220，250，280，320平键的截面尺寸和长度平键的截面尺寸和长度表表15-2 15-2 平键与花键的强度公式平键与花键的强度公式 平键花键强度计算各参数意义表表15-3 15-3 键联接的许用挤压应力键联接的许用挤压应力许用值联结工作方式零件材料载荷性质静轻微冲击冲击 静联结钢12515010050铸铁70805327p动联结钢50403015.5返15表表15-4 15-4 花键联接的许用挤压应力花键联接的许用挤压应力 联结方式使用和制造情况P 或p齿面未经热处理齿面经热处理静联结不在载荷作用下移动的动联结在载荷作用下移动的动联结注：使用和制造不良系指受变载，有双向冲击，振动频率高和振动大，润滑不好（对动联结），材料硬度不高和精度不高等。