0 第13章 (1-4)键和销机械设计基础.ppt

机械设计基础机械设计基础（PPTPPT课件）课件）机器都是由各种零件装配而成的，零件与零件之间存在机器都是由各种零件装配而成的，零件与零件之间存在着各种不同形式的连接。根据连接后是否可拆分为可拆连接着各种不同形式的连接。根据连接后是否可拆分为可拆连接和不可拆连接。在机械连接中属于可拆连接的有键连接、销和不可拆连接。在机械连接中属于可拆连接的有键连接、销连接和螺纹连接等；属于不可拆连接的有焊接、铆接和胶接连接和螺纹连接等；属于不可拆连接的有焊接、铆接和胶接等。等。第13章 键和销13.1 13.1 键连接键连接第13章 键和销13.2 13.2 花键连接花键连接13.3 13.3 销连接销连接13.4 13.4 工程应用案例工程应用案例带式运输机带式运输机u本章知识要点本章知识要点u了解键和花键的用途、特点和分类；了解键和花键的用途、特点和分类；u掌握平键连接的结构和类型；掌握平键连接的结构和类型；u掌握平键的工作原理、主要失效形式和设计计算；掌握平键的工作原理、主要失效形式和设计计算；u了解半圆键、楔键和切向键的工作特点；了解半圆键、楔键和切向键的工作特点；u了解花键的工作特点、失效形式和设计计算。了解花键的工作特点、失效形式和设计计算。u兴趣实践兴趣实践u观察自行车和常见机械设备内部哪些部位存在键、销观察自行车和常见机械设备内部哪些部位存在键、销连接，分别属于何种键？连接，分别属于何种键？u思考探索思考探索u何种应用场合采用何种类型的键？何种应用场合采用何种类型的键？第13章 键和销案例案例13-113-1右图中，减速电机伸出轴和联轴右图中，减速电机伸出轴和联轴器用什么连接在一起传递运动与器用什么连接在一起传递运动与动力？动力？键连接常用的轴毂连接有常用的轴毂连接有键连接键连接、花键连接花键连接、销连接销连接等。等。一、键连接的类型、特点及应用一、键连接的类型、特点及应用 轴轴毂毂连连接接主主要要是是用用来来实实现现轴轴和和轮轮毂毂之之间间的的周周向向固固定定并并用用来传递来传递运动运动和和扭矩扭矩。平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧留有间隙，键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，故定心性较好。面的挤压来传递扭矩，故定心性较好。1 1平键连接平键连接普通平键普通平键导向平键导向平键滑键滑键根据用途，平键又可分为根据用途，平键又可分为说明说明键连接指状铣刀铣削键槽指状铣刀铣削键槽盘状铣刀铣削键槽盘状铣刀铣削键槽普通平键应用极为广泛。普通平键应用极为广泛。轴上键槽可用轴上键槽可用指状铣刀指状铣刀或或盘状铣刀盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。插削或拉削。键连接（1 1）普通平键）普通平键普普通通平平键键按按端端部部形形状状的的不不同同可可分分为为圆圆头头（A A型型）、方方头头（B B型）、半圆头（型）、半圆头（C C型）三种，具体结构如下图：型）三种，具体结构如下图：键连接A A A A型型型型C C C C型型型型B B B B型型型型键连接案例案例13-113-1分析分析减速电机输出轴和联轴器用减速电机输出轴和联轴器用A A型型普通平键连接在一起。普通平键连接在一起。键连接u 普通平键的尺寸普通平键的尺寸键连接在普通平键标准中，键宽与键高有明确的对应关系，因在普通平键标准中，键宽与键高有明确的对应关系，因此，在标记中只要标出键宽，键高即可确定。此，在标记中只要标出键宽，键高即可确定。标准规定，在普通平键标记中标准规定，在普通平键标记中A型（圆头）键的键型可型（圆头）键的键型可省略不标，而省略不标，而B型型（方头）键和（方头）键和C型（单圆头）键的键型（单圆头）键的键型必须标出。型必须标出。u 普通平键的失效普通平键的失效 平键连接工作时的主要失效形式为平键连接工作时的主要失效形式为组成连接的键组成连接的键、轴和轮轴和轮毂中强度较弱材料表面的压溃毂中强度较弱材料表面的压溃，极个别情况下也会出现，极个别情况下也会出现键被剪键被剪断断的现象。通常只须按工作面上的的现象。通常只须按工作面上的挤压强度挤压强度进行计算。进行计算。键连接（2 2）导向平键和滑键）导向平键和滑键导导向向平平键键和和滑滑键键用用于于动动连连接接。当当轮轮毂毂需需要要在在轴轴上上沿沿轴轴向向移动时可采用这种键连接。移动时可采用这种键连接。当被连接零件滑移距离较大时，宜采用滑键。当被连接零件滑移距离较大时，宜采用滑键。导向平键导向平键滑滑 键键键连接滑键连接滑键连接导导向向平平键键连连接接键连接2 2半圆键连接半圆键连接 键呈半圆形，其侧面为工作面，键能键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的键槽中绕其圆心摆动，在轴上的键槽中绕其圆心摆动，以适应轮以适应轮毂上键槽的斜度，安装方便。常用与锥形毂上键槽的斜度，安装方便。常用与锥形轴端与轮毂的连接。轴端与轮毂的连接。说明说明3 3切向键切向键由两个斜度为由两个斜度为1:1001:100的楔键组的楔键组成。一个切向键只能传递一个方向成。一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互的转矩，传递双向转矩时，须用互成成120120130130角的两个键。角的两个键。键连接说明说明楔键安装楔键安装楔键的上、下表面为工作面，两侧面为非工作面。键的楔键的上、下表面为工作面，两侧面为非工作面。键的上表面与键槽底面均有上表面与键槽底面均有1:100 1:100 的斜度。工作时，键的上下两的斜度。工作时，键的上下两工作面分别与轮毂和轴的键槽工作面分别与轮毂和轴的键槽工作面工作面压紧，靠其摩擦力和挤压紧，靠其摩擦力和挤压传递扭矩。压传递扭矩。4 4楔键连接楔键连接说明说明键连接二、键的选择和键连接的强度计算二、键的选择和键连接的强度计算 键是标准件，设计时先根据键连接的键是标准件，设计时先根据键连接的结构特点结构特点、使用要使用要求求、工作条件工作条件选择选择键的类型键的类型；根据；根据轴的直径轴的直径，由标准中选取，由标准中选取尺寸尺寸；然后再进行；然后再进行强度校核强度校核。1尺寸选择尺寸选择bh根据轴径根据轴径d由标准中查得，键的长度参考轮毂的长度由标准中查得，键的长度参考轮毂的长度定，一般应略短于轮毂长，并符合标准中规定的尺寸系列。定，一般应略短于轮毂长，并符合标准中规定的尺寸系列。平键的尺寸主要是键的截面尺寸平键的尺寸主要是键的截面尺寸bh及键长及键长l。平键标准尺寸平键标准尺寸2 2平键连接的失效和强度校核平键连接的失效和强度校核普通平键连接普通平键连接（静连接），主要失效形式是工作面的压溃，（静连接），主要失效形式是工作面的压溃，有时也出现键的剪断，但一般只作连接的有时也出现键的剪断，但一般只作连接的挤压强度挤压强度校核。校核。对于对于导向平键连接导向平键连接和和滑键连接滑键连接，主要失效形式是工作面的过度，主要失效形式是工作面的过度磨损，通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。磨损，通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。键连接设键侧面的作用力沿键的工作长度设键侧面的作用力沿键的工作长度和高度均匀分布，则普通平键的强和高度均匀分布，则普通平键的强度条件为度条件为:（圆头平键）（圆头平键）（平头平键）（平头平键）（单圆头平键）（单圆头平键）导向平键和滑键连接的强度条件为：导向平键和滑键连接的强度条件为：式中：式中：p、p为许用应力与许用压力为许用应力与许用压力键连接当强度不足时，可适当增加键长或采用两个键按当强度不足时，可适当增加键长或采用两个键按180布置。考虑到两个键的载荷分布不均匀性，在强度布置。考虑到两个键的载荷分布不均匀性，在强度校核中可按校核中可按1.5个键计算。个键计算。算例算例键连接案例案例13-213-2下图所示的手动变速箱是如何实下图所示的手动变速箱是如何实现手动变档调速的？现手动变档调速的？花键连接 花键连接花键连接是将具有均布的多个凸齿的轴置于轮毂相应的凹是将具有均布的多个凸齿的轴置于轮毂相应的凹槽中所构成的连接。其工作面是键齿侧面。槽中所构成的连接。其工作面是键齿侧面。花键连接是多齿传递载荷，故比平键连接的承载能力高，花键连接是多齿传递载荷，故比平键连接的承载能力高，定心性和导向性好，对轴的削弱小定心性和导向性好，对轴的削弱小(齿浅、应力集中小齿浅、应力集中小)；花键连接一般用于定心精度要求高和载荷较大的地方。花键连接一般用于定心精度要求高和载荷较大的地方。花键加工需用专门的设备和工具，成本较高。花键加工需用专门的设备和工具，成本较高。花键连接按齿形不同，可分为矩形花键和渐开线花键两花键连接按齿形不同，可分为矩形花键和渐开线花键两类，且均已标准化。类，且均已标准化。详细说明详细说明花键连接花键连接的安装花键连接的安装花键连接案例案例13-213-2分析分析发动机的绿色轴转动红色副轴，红色发动机的绿色轴转动红色副轴，红色副轴及上面的齿轮则驱动右边的蓝色副轴及上面的齿轮则驱动右边的蓝色齿轮。齿轮通过轴环驱动黄色驱动轴。齿轮。齿轮通过轴环驱动黄色驱动轴。同时，所有的蓝色齿轮都在转动，但同时，所有的蓝色齿轮都在转动，但只是在其轴上空转，对黄色输出轴并只是在其轴上空转，对黄色输出轴并不产生影响。不产生影响。当轴环位于两个齿轮之间时，变速器当轴环位于两个齿轮之间时，变速器为空挡状态。当换挡拨叉时，轴环可为空挡状态。当换挡拨叉时，轴环可以和不同的蓝色齿轮进行连接，以获以和不同的蓝色齿轮进行连接，以获得不同的输出转速。轴环上有内花键得不同的输出转速。轴环上有内花键与黄色输出轴连接，将运动和动力传与黄色输出轴连接，将运动和动力传递给差速器。如右图所示。递给差速器。如右图所示。花键连接销的结构类型销的结构类型根据销的用途不同，一般有：定位销、连接销、安全销。根据销的用途不同，一般有：定位销、连接销、安全销。根据销的结构形式有：圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和根据销的结构形式有：圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等。开口销等。销连接接主要用于确定零件之间的相互位置，并可传递销连接接主要用于确定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷。也可用于轴和轮毂或其他零件的连接。不大的载荷。也可用于轴和轮毂或其他零件的连接。销的材料为销的材料为35、45钢（开口销为低碳钢），许用应力钢（开口销为低碳钢），许用应力t=80MPa，许用挤压应力，许用挤压应力p与键连接的挤压应力相同。与键连接的挤压应力相同。槽槽 销销销轴和开口销销轴和开口销开尾圆锥销开尾圆锥销圆柱销圆柱销圆锥销圆锥销内螺纹圆锥销内螺纹圆锥销销连接销连接销连接圆柱销利用较小的过盈量固定在销孔中，多次装拆会降低定位精度和可靠性；圆柱销利用较小的过盈量固定在销孔中，多次装拆会降低定位精度和可靠性；圆锥销的定位精度和可靠性较高，并且多次装拆不会影响定位精度。因此，需圆锥销的定位精度和可靠性较高，并且多次装拆不会影响定位精度。因此，需要经常装拆的场合不宜采用圆柱销，而应选用圆锥销连接。要经常装拆的场合不宜采用圆柱销，而应选用圆锥销连接。销起定位作用时一般不承受载荷，并且使用的数目不得少于两个。一般来说，销起定位作用时一般不承受载荷，并且使用的数目不得少于两个。一般来说，销作为安全销使用时还应有销套及相应结构。销作为安全销使用时还应有销套及相应结构。型面连接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓型面连接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆连接，它是无键连接的一的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆连接，它是无键连接的一种型式。种型式。在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、注塑零件。在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、注塑零件。要注塑出各种各样的非圆形孔是毫无困难的，故型面连接的应用获要注塑出各种各样的非圆形孔是毫无困难的，故型面连接的应用获得了发展。应用较多的是带切口圆形和正六边形型面。得了发展。应用较多的是带切口圆形和正六边形型面。由于型面连接要用到非圆形孔，以前因其加工困难，限由于型面连接要用到非圆形孔，以前因其加工困难，限制了型面连接的应用。制了型面连接的应用。一、型面连接一、型面连接更多介绍更多介绍其它连接 过盈连接是利用材料的弹性变形，把具有一定配合过盈量过盈连接是利用材料的弹性变形，把具有一定配合过盈量的轴和毂孔套装起来的连接。的轴和毂孔套装起来的连接。二、过盈连接二、过盈连接 工作时靠配合面上的摩擦力来传递载荷。工作时靠配合面上的摩擦力来传递载荷。过盈连接的优点：结构简单、对中性好，对轴的强度削过盈连接的优点：结构简单、对中性好，对轴的强度削弱小、在冲击和振动载荷下工作可靠。弱小、在冲击和振动载荷下工作可靠。过盈连接的缺点：装拆困难、对配合尺寸的精度要求高，过盈连接的缺点：装拆困难、对配合尺寸的精度要求高，因而多用于承受重载，特别是动载以及无需经常装拆的场合。因而多用于承受重载，特别是动载以及无需经常装拆的场合。其它连接过盈连接的分类（按配合面的形状不同）：过盈连接的分类（按配合面的形状不同）：u 圆柱面过盈连接圆柱面过盈连接 压入法压入法：装配面不可避免地要产生划伤，从而降低连：装配面不可避免地要产生划伤，从而降低连接的紧固性。故只适用于配合尺寸和过盈量都较小的连接。接的紧固性。故只适用于配合尺寸和过盈量都较小的连接。温差法温差法：不会损伤零件的配合表面。常用于要求配合：不会损伤零件的配合表面。常用于要求配合精度高、配合尺寸和过盈量都较大的连接。精度高、配合尺寸和过盈量都较大的连接。u 圆锥面过盈连接圆锥面过盈连接 液压压入法液压压入法：装配时，用高压油泵将高压油通过油孔：装配时，用高压油泵将高压油通过油孔和油沟压入连接的配合面间，使毂孔直径胀大，轴径缩小，和油沟压入连接的配合面间，使毂孔直径胀大，轴径缩小，同时施加一定的轴向力使之相互压紧，待零件压紧到预定同时施加一定的轴向力使之相互压紧，待零件压紧到预定的轴向位置时，放出高压油，而形成过盈连接。拆卸时，的轴向位置时，放出高压油，而形成过盈连接。拆卸时，再压入高压油，两件即可分离。再压入高压油，两件即可分离。其它连接 带式运输机如上图所示。在电动机轴和滚筒之间用直齿带式运输机如上图所示。在电动机轴和滚筒之间用直齿圆柱齿轮减速器进行减速，齿轮的精度为圆柱齿轮减速器进行减速，齿轮的精度为7级，安装在轴的级，安装在轴的两个支承点之间。装齿轮处的轴径两个支承点之间。装齿轮处的轴径d=70mm，齿轮轮毂宽为，齿轮轮毂宽为100mm，需传递的转矩，需传递的转矩T=2200Nm，载荷有轻微冲击。齿轮，载荷有轻微冲击。齿轮和轴的材料均为锻钢。试设计此键连接。和轴的材料均为锻钢。试设计此键连接。工程应用案例带式运输机找出键连接和销连接的应用实例（越多越好），并说明。找出键连接和销连接的应用实例（越多越好），并说明。减速器中的齿轮和轴之间：平键减速器中的齿轮和轴之间：平键