机械设计 键、花键及销联接

第六章：键、花键和销联接主要内容
键连接类型与结构
平键连接的设计
花键连接、销连接及型面连接的基本概念重点难点
键连接的类型与结构
平键连接的选用和强度校核
§ 6 – 1 键联接
【功能】
主要用于实现轴与轴上零件之间的周向固定，并且传递转矩。

其中有些类型的键还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。

【设计内容】
键是标准件。

我们的任务是：选择键的类型、尺寸；键槽的公差和表面粗糙度；必要时校核键联接的强度。

一. 键联接的类型及特点
1．平键联接
【工作原理】键的两侧面是工作面，工作时，靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。

键的上表面与轮毂的键槽底面间则留有间隙。

优点：结构简单、装拆方便、对中性较好，在冲击、变载下不易松脱，应用广泛。

常用于精度和转速较高或承受冲击、变载的场合。

缺点：不能承受轴向力，对轴上零件不能起到轴向固定的作用。

平键分为：普通平键，薄型平键—静联接；导向平键，滑键—动联接
1）普通平键
A型（圆头）—指状铣刀加工键槽，轴向固定较好；键的圆
头部分不能充分利用，键槽端部应力集中较大。

B型（平头）—圆盘铣刀加工键槽。

克服了上述缺点，但键在
键槽中的轴向固定不好。

C型（单圆头）—用于轴端与轴上零件的联接。

2）薄型平键
键较薄，厚度约为普通平键的60% 70% ，也分为圆头、平头和单圆头。

【特点】传递的转矩较小
【应用】常用于薄壁结构、空心轴及径向尺寸受限制的场合。

3）导向平键
导向平键较长，用螺钉固定在轴上的键槽中，轴上零件可沿导向键作轴向移动。

为了便于装拆，在键上设有起键螺纹孔。

4）滑键
当所需导向键太长时，由于制造困难，宜采用滑键。

滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴槽中移动。

2．半圆键联接
【工作原理】与平键相同，同样是工作面受挤压。

【特点】键可以在键槽中摆动，以适应键槽的斜度；工艺性好，装配方便。

对轴的强度削弱较大。

【应用】适用于轻型机械；尤其是锥形轴端联接。

3．楔键联接
【工作原理】键的上下面是工作面。

键和键槽均具有1：100的斜度。

装配后，键就楔紧在轴和轮毂的键槽中。

靠键的楔紧作用来传递转矩。

【特点】可承受单向的轴向载荷；联接可靠。

当有较大的冲击、振
动转矩时，仍能保证联接的可靠性。

缺点：偏心、偏斜
【应用】要求毂类零件定心度不高、低转速的场合
普通楔键—圆头、平头和单圆头
钩头楔键—钩头用于拆卸，安装在轴端时，应加防护罩
4．切向键联接
【工作原理】是由一对楔键组成的。

工作面是两个楔键沿斜
面拚和后的相互平行的上下两窄面。

装配时，将两个楔键分别从
轮毂的两端打入。

工作时，靠工作面上的挤压力和轴与轮毂间的
摩擦力来传递转矩。

【特点】
能传递很大的转矩。

由于工作面上的压力是沿轴的切线方向作用。

一个切向键只能传递单向转矩，两个切向键才能传递双向转
矩。

两个切向键的夹角为120°~130°。

原因是：为了不致严重削弱轴的强度。

【应用】常用于重型机械中，轴的直径>100mm。

大型带轮，大型飞轮，大型齿轮及大型绞车的卷筒等。

二. 键的选择和平键联接的强度计算
1. 键的选择
类型：根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件。

尺寸：截面尺寸b ⨯h 按轴的直径d 由标准中选定；长度L 按轮毂的长度选定—键长等于或略短于轮毂的长度。

L 亦应符合标准规定的长度系列。

一般轮毂的长度可取为L ′≈ (1.5 ~ 2) d
2. 键联接的强度计算
平键联接的强度计算
主要失效形式是：工作面被压溃；除非严重过载，一般键不会被剪断。

挤压强度条件：
σp =dhl
T l h d T S F 42
2==≤[σp ] （6–1） 导向平键和滑键联接的强度计算
主要失效形式是：工作面过渡磨损
强度条件： p=dhl
T l d T S F 42
2==≤[σp ] （6–2） （限制压强，防止过度磨损）
式中：
T—转矩，N⋅mm
d—轴的直径，mm
h—键的高度，mm
l—键的工作长度，mm。

圆头l = L – b；方头l = L；L键的公称长度，mm；b键的宽度，mm。

[σp]—许用挤压应力，Mpa；键、轴、轮毂三者中的最弱者。

[p]——许用压强，Mpa；键、轴、轮毂三者中的最弱者。

【强调】
1）如果一个键不能满足强度条件，可采用双键。

两平键相隔180°布置。

两楔键相隔90°~ 120°。

强度计算时按1.5
个键计算。

（考虑到载荷分布的不均匀性）
2）键的长度>2.25d时，按2.25d计；一般键长<(1.6~1.8)d 3）虽然两个式子的形式完全一样，但是表示的物理意义不同。

键的材料为强度极限不低于600 Mpa的钢，45钢。

4）半圆键的强度计算和平键相同。

§ 6 – 2 花键联接
一．花键联接的类型、特点和应用
花键联接是由外花键和内花键组成。

花键的工作面是齿侧面。

靠工作面的相互挤压，传递转矩。

【优点】齿数较多而且受力均匀，故承载能力高；槽浅，齿根应力集中较小，轴与毂的强度削弱较小；对中性好；导向性较好；可用磨削的方法提高加工精度和联接质量。

【缺点】加工时，需专用设备；成本较高；齿根仍有应力集中。

【应用】定心精度要求较高，载荷大或经常滑移的联接。

花键按齿形不同分为：矩形花键，渐开线花键。

均以标准化。

1．矩形花键
按齿高不同分：
轻系列：承载能力较小，多用于轻载荷的静联接。

中系列：多用于中载荷的静联接或零件仅在空载荷下移动的动联接。

定心方式：小径定心。

即外花键和内花键的小径为配合面。

【特点】定心精度高，能用磨削的方法消除热处理引起的变形。

应用广泛。

2．渐开线花键：
渐开线花键的齿廓是渐开线。

分度圆压力角有30°和45°两种。

齿顶高分别为0.5m，0.4m，m为模数。

【特点】齿根较厚，齿根圆角较大，应力集中较小，故联结强度较高，寿命长；可以利用加工齿轮的各种加工方法加工渐开线花键，故工艺性较好，加工精度高。

因此，应用日渐广泛。

定心方式：齿形定心。

具有自动定心的作用。

二、花键联接强度计算
主要失效形式：工作面被压溃—静联接
工作面过渡磨损—动联接
花键联接的强度计算与键联接相似，通常只进行挤压强度和耐磨性计算。

（课上不讲）
§ 6 – 4 销联接
销联接也常用于轴毂联接。

定位销——用来确定零件间的相对位置
安全销——用作安全保护作用
联接销——用于联接，通常只传递不大的载荷
销分为：（自学，简单了解）
圆柱销—多次拆装磨损后，定位精度和可靠性降低。

圆锥销—有1：50的锥度。

安装方便，定位精度高，可自锁，多次拆装不影响定位精度。

端部带螺纹的圆锥销可用于盲孔或拆卸困难的场合。

开尾圆锥销适用于有冲击、振动的场合。

槽销上有辗压或模锻出的三条纵向沟槽，将槽销打入销孔后，由于材料的弹性使销挤紧在销孔中，不易松脱，因而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。

销轴用于两零件的铰接处，构成铰链联接。

销轴通常用开口销锁定，工作可靠，拆卸方便。

开口销装配时将尾部分开，以防脱出。

注：定位销通常不受或只受很小的载荷，其尺寸由经验确定。

同一面上的定位销至少要用两个。

销的材料为：35、45钢；开口销为低碳钢。