《机械设计》第五章键连接.ppt

第五章 键与花键联接 51 键联接 键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件与摆动零件，起周向固定零件的作用以传转零件与摆动零件，起周向固定零件的作用以传递旋转运动成扭矩，而导键、滑键、花键还可用递旋转运动成扭矩，而导键、滑键、花键还可用作轴上移动的导向装置。作轴上移动的导向装置。一、键联接的类型与构造一、键联接的类型与构造 主要类型：平键、半圆键、主要类型：平键、半圆键、楔键、切向键楔键、切向键1、平键、平键 1）普通平键）普通平键 用于静联接，即轴与轮毂间无相对轴向移动用于静联接，即轴与轮毂间无相对轴向移动 构造：两侧面为工作面，靠键与槽的挤压和构造：两侧面为工作面，靠键与槽的挤压和键的剪切传递扭矩；键的剪切传递扭矩；轴上的槽用盘铣刀或指状铣刀加工；轴上的槽用盘铣刀或指状铣刀加工；轮毂槽用拉刀或插刀加工。轮毂槽用拉刀或插刀加工。普通平键：普通平键：圆圆 头头 A型（常用）型（常用）键顶上面与毂不接触有间隙键顶上面与毂不接触有间隙 方方 头头 B型型常用螺钉固定常用螺钉固定半圆头半圆头C型（端铣刀加工）型（端铣刀加工）用于轴端与轮毂联接用于轴端与轮毂联接 2）薄薄型型平平键键键键高高约约为为普普通通平平键键的的60%70%：圆头、方头、单圆头圆头、方头、单圆头 用于薄臂结构、空心轴等径向尺寸受限制的联接用于薄臂结构、空心轴等径向尺寸受限制的联接 3）导向平键与滑键）导向平键与滑键用于动联接，即轴与轮毂用于动联接，即轴与轮毂之间有相对轴向移动的联接之间有相对轴向移动的联接 滑键键随轮毂移动导向键键不动，轮毂轴向移动特点：装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作特点：装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作用可靠，多用于高精度联接。用可靠，多用于高精度联接。但只能圆周固定，不能承受轴向力但只能圆周固定，不能承受轴向力 2、半圆键、半圆键 轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽中绕几何中心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠其中绕几何中心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠其侧面的挤压来传递扭矩。侧面的挤压来传递扭矩。特特点点：工工艺艺性性好好，装装配配方方便便，适适用用于于锥锥形形轴轴与与轮轮毂毂的的联接联接缺点：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。缺点：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。3、楔键联接、楔键联接 特特 点点：适用于低速轻载、精度要求不高。对中：适用于低速轻载、精度要求不高。对中性较差，力有偏心。不宜高速和精度要求高性较差，力有偏心。不宜高速和精度要求高的联接，变载下易松动。钩头只用于轴端联的联接，变载下易松动。钩头只用于轴端联接，如在中间用键槽应比键长接，如在中间用键槽应比键长2倍才能装入。倍才能装入。且要罩安全罩且要罩安全罩 普通楔键：上、下面为工作表面，有普通楔键：上、下面为工作表面，有1：100 斜度斜度（侧面有间隙），工作时打紧，靠上下面摩擦传（侧面有间隙），工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并可传递小部分单向轴向力递扭矩，并可传递小部分单向轴向力两两个个斜斜度度为为1：100的的楔楔键键联联接接，上上、下下两两面面为为工工作作面（打入）布置在圆周的切向。面（打入）布置在圆周的切向。工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩 4、切向键、切向键二、键联接的强度校核二、键联接的强度校核 失效形式：失效形式：压溃（静联接压溃（静联接键、轴、毂中较弱者；键、轴、毂中较弱者；)磨损（动联接）；磨损（动联接）；键的剪断（较少）。键的剪断（较少）。1、平键联接的强度校核、平键联接的强度校核 a)挤压强度条件为：挤压强度条件为：允许传递的扭矩：允许传递的扭矩：T扭矩（扭矩（N.mm）k工作高度工作高度 k=h/2 d轴径（轴径（mm）l工作长度工作长度 A型键：型键：l=L-b B型键：型键：l=L C型键：型键：l=L-b/2 L公称长度公称长度 b）剪切强度条件）剪切强度条件 2、半圆键联接强度校核、半圆键联接强度校核 强度不够时，措施：强度不够时，措施：1）双键，）双键，180布置（按布置（按1.5个键计算）个键计算）三键，三键，120布置布置2）增大轴径）增大轴径d3）增长）增长L，但轮毂长，但轮毂长受力不利受力不利4）改用花键）改用花键 552 2 花键联接花键联接 花花键键联联接接是是由由多多个个键键齿齿与与键键槽槽在在轴轴和和轮轮毂毂孔孔的的周周向向均布而成均布而成 花键齿侧面为工作面花键齿侧面为工作面适用于动、静联接适用于动、静联接 一、类型、特点和应用一、类型、特点和应用 1、特点：、特点：1）齿较多、工作面积大、承载能力较高）齿较多、工作面积大、承载能力较高2）键均匀分布，各键齿受力较均匀）键均匀分布，各键齿受力较均匀3）齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱）齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少减少4）轴上零件对中性好）轴上零件对中性好5）导向性较好）导向性较好6）加工需专用设备、制造成本高）加工需专用设备、制造成本高2、花键类型、花键类型 按齿形分：按齿形分：矩形花键矩形花键 矩形花键联接按新矩形花键联接按新标准为内径定心，定标准为内径定心，定心精度高，定心稳定心精度高，定心稳定性好，配合面均要研性好，配合面均要研磨，磨削消除热处理磨，磨削消除热处理后变形，应用广泛后变形，应用广泛 渐开线花键渐开线花键 定定心心方方式式为为齿齿形形定定心心，当当齿齿受受载载时时，齿齿上上的的径径向向力力能能自自动动定定心心，有有利利于于各各齿齿均均载载，应应用用广广泛泛，优优先先采用采用 三角形花键三角形花键齿数较多，齿较小，对轴强度削齿数较多，齿较小，对轴强度削弱小。适于轻载、直径较小时及轴与弱小。适于轻载、直径较小时及轴与薄壁零件的联接应用较少薄壁零件的联接应用较少 二、花键联接的设计计算二、花键联接的设计计算 设计：设计：选花键类型选花键类型按轴径定花键尺寸按轴径定花键尺寸验算联接强度验算联接强度 失效形式：失效形式：键齿的压溃（静联接）键齿的压溃（静联接）磨损（动联接）磨损（动联接）齿根剪断齿根剪断 设：工作载荷沿键的工作长度设：工作载荷沿键的工作长度l均匀分布。且各齿面上压力均匀分布。且各齿面上压力的合力的合力N作用在平均半径作用在平均半径dm处，如图处，如图 挤压强度条件：挤压强度条件：动联接（耐磨性条件）：动联接（耐磨性条件）：T传递扭矩（传递扭矩（N.m）Z花键齿数花键齿数 l 键齿工作长度（键齿工作长度（mm）dm花键的平均直径花键的平均直径载荷分布不均系数载荷分布不均系数 h键齿侧面工作高度（键齿侧面工作高度（mm）553 3 无键联接无键联接 用轴与毂的联接不用键或花键时，统称无键联接用轴与毂的联接不用键或花键时，统称无键联接 一、型面联接一、型面联接 轴和毂孔有柱形和圆锥形等。轴和毂孔有柱形和圆锥形等。特点：特点：没有应力集中源，对中性好，承载能力强，没有应力集中源，对中性好，承载能力强，装拆方便，但加工不方便，需用专用设备，应装拆方便，但加工不方便，需用专用设备，应用较少。另外成形面还有方形、六边形及切边用较少。另外成形面还有方形、六边形及切边圆形等，但对中性较差。圆形等，但对中性较差。二、胀紧联接二、胀紧联接 如如下下图图为为弹弹性性环环联联接接利利用用锥锥面面贴贴合合并并挤挤紧紧在在轴毂之间用摩擦力传递扭矩，有过载保护作用。轴毂之间用摩擦力传递扭矩，有过载保护作用。弹性环的材料为高碳钢或高碳合金钢，弹性环的材料为高碳钢或高碳合金钢，（65，70，55Cr2、60Cr2）并经热处理。）并经热处理。锥角一般为锥角一般为12.517，另外要求内、外环锥面配，另外要求内、外环锥面配 合良好。合良好。特点：特点：可传递较大扭矩和轴向力，无应力集中，可传递较大扭矩和轴向力，无应力集中，对中性好，但加工要求较高，应用受限制。对中性好，但加工要求较高，应用受限制。554 4 销联接销联接 定位销定位销主要用于零件间位置定位，左图，常用主要用于零件间位置定位，左图，常用作组合加工和装配时的主要辅助零件。作组合加工和装配时的主要辅助零件。联接销联接销主要用于零件间的联接或锁定，中图，主要用于零件间的联接或锁定，中图，可传递不大的载荷可传递不大的载荷安全销安全销主要用于安全保护装置中的过载剪断元主要用于安全保护装置中的过载剪断元件件，右图右图a)定位销定位销b)连接销连接销c)安全销安全销圆柱销圆柱销不能多于装拆（否则定位精度下降）不能多于装拆（否则定位精度下降）圆圆锥锥销销1：50锥锥度度，可可自自锁锁，定定位位精精度度较较高高，允允许多于装拆，且便于拆卸许多于装拆，且便于拆卸特特殊殊型型式式销销带带螺螺纹纹锥锥销销，开开尾尾锥锥销销（右右图图）弹弹性性销销，开开口口销销，槽槽销销和和开开口口销销等等多多种种形形式式 d)圆柱销，圆锥销圆柱销，圆锥销 e)特殊形式销特殊形式销555 5 过盈联接过盈联接 一、过盈联接的类型与应用一、过盈联接的类型与应用 利用两个被联接件本身的过盈配合来实现，利用两个被联接件本身的过盈配合来实现，一为包容件，另一为被包容件。一为包容件，另一为被包容件。无无辅辅助助件件（左左图图）用用于于轴轴与与轮轮毂毂联联接接，轮轮圈圈与与轮轮芯芯的的联联接接及滚动轴承与轴及座孔的联接及滚动轴承与轴及座孔的联接有有辅辅助助件件（右右图图）借借助助于于扣扣紧紧板板或或环环将将重重型型剖剖分分零零件件2、4沿接缝面沿接缝面3联接成一体，现大多由螺栓代替联接成一体，现大多由螺栓代替二、过盈联接的工作原理与装配方法二、过盈联接的工作原理与装配方法 工工作作原原理理：利利用用包包容容件件与与被被包包容容件件的的径径向向变变形形使使配配合面间产生很大压力，从而靠摩擦力来传递载荷合面间产生很大压力，从而靠摩擦力来传递载荷装配方法：装配方法：1 1）压入法）压入法利用压力机将被包容件压入包容件中，利用压力机将被包容件压入包容件中，由于压入过程中表面微观不平度的峰尖被擦伤或由于压入过程中表面微观不平度的峰尖被擦伤或压平，因而降低了联接的紧固性压平，因而降低了联接的紧固性2 2）温差法）温差法加热包容件，冷却被包容件。可避加热包容件，冷却被包容件。可避免擦伤联接表面，联接牢固。免擦伤联接表面，联接牢固。