第2篇 联接设计 第5章 轴毂联接

第2篇 联接设计 •联接的意义：为了便于机器的使用、结构设计、制造、装配、运输、维修，同时也是为了提高生产效率，机器中有相当多的零件需要彼此联接。 •静联接：被联接件间相互固定、不能作相对运动的联接； •动联接：联接后仍能按一定运动形式作相对运动，如导向平键和导向花键联接、铰链等都是动联接。通常所谓的联接主要是指静联接，本篇所讨论的联接正是这样一类的静联接。 •可拆联接：是指联接拆开时，不破坏联接中的零件，重新安装，即可继续使用的联接； •不可拆联接：是指联接拆开时，要破坏联接中的零件，不能继续使用的联接。 •摩擦联接：靠联接中配合面间的摩擦来传递载荷，如过盈联接； •非摩擦联接：通过联接中零件的相互嵌合来传递载荷，如平键联接。 •此外，还有成形联接、夹紧联接

设计联接时，应考虑：强度、经济性、紧密性、刚度和定心等。 等强度设计：联接的强度要力求与被联接件的强度相等，力求联接对各种可能的失效具有相等的抗力； 联接的强度：由联接中最薄弱环节的强度决定。 第5章 轴毂联接

• 轴毂联接的方式：键和花键，此外还有销联接、成形联接等。

• 键和花键：主要用于轴与安装在轴上的回转零件（齿轮、带轮等）的轮毂之间的周向固定和

传递转矩，也可实现轴向固定和传递轴向力。 • 销联接：既可用作轴毂联接，也常用来固定零件间的相互位置，还可用作安全装置。

• 成形联接：是轴毂联接的其它形式，实际中应用较少。

5.1键联接 • 键是标准零件，分平键、半圆键、楔键和切向键四种 • 平键联接：普通平键、导向平键和滑键 、 • 键的横截面为矩形，它的两个侧面与轮毂上的键槽有配合关系，为其工作表面，工作时靠键与键槽之间的挤压来传递扭矩。 • 普通平键联接为静联接，即轴上零件不沿轴向移动的联接。 • 普通平键按其端部形状不同分为圆头（A型）、方头（B型）、和半圆头（C型）三种 ； • 圆头键应用最多，与其相配的键槽是用指状铣刀加工的，键在键槽中轴向固定较好，但键的头部侧面与轮毂上的键槽并不接触，键的圆头部分不能充分利用，键槽端部应力集中较大。 • 方头键与其相配的键槽是用盘状铣刀加工的，避免了圆头键的缺点，但键在键槽中固定不好，尺寸稍大的键一般需用紧定螺栓固定； • 半圆头键只适用于轴端处。 • 普通平键联接具有结构简单、装拆方便的优点，同时由于在装配时键的顶面与轮毂键槽之间留有间隙，因此不影响轮毂与轴的对中，对中性较好，因而应用广泛。但其只能实现周向固定以传递扭矩，不能传递轴向力和进行轴向固定。 • 当轮毂在工作过程中需在轴上移动时可采用导向平键或滑键。导向平键长度较长，需用螺钉固定在轴上的键槽中，键上制有起键螺孔，可拧入螺钉将键拆出键槽。轮毂可沿键作轴向移动。 • 当轮毂需沿轴向移动的距离较大时，可选用滑键，如采用导向平键，则所需键的长度过大，键的制造困难。而滑键是固定在轮毂上的，键与轴上零件一起沿键槽轴向移动。由键槽控制轮毂的移动距离，键的尺寸较小。

半圆键联接 • 半圆键用于静联接，工作时靠其侧面来传递扭矩；

• 键和键槽均做成半圆形，轴上键槽用半径与键相同的盘状铣刀铣出，键能在槽中摆动，以适

应毂上键槽底面的斜度； • 优点：易于加工，装配方便，尤其适用于锥形轴与轮毂的联接。

• 缺点：是轴上键槽较深，对轴的削弱较大，所以半圆键一般用于轻载联接。

楔键联接 • 楔键只能用于静联接，分为普通楔键和钩头楔键，普通楔键又分为圆头（A型）、平头（B型）和单圆头（C型）三种型式； • 楔键的上表面和轮毂键槽的底面都有1:100的斜度，装配后，分别与轮毂和轴上键槽的底面贴合，键楔紧在轴和轮毂的键槽里。工作时靠键的楔紧作用来传递扭矩； • 楔键还能承受单方向的轴向力，因而在对轴上零件起周向固定的同时，还可对轮毂起单向的轴向固定作用。 • 楔键联接的缺点：键在楔紧后，轴和轮毂的配合产生偏心，影响了轮毂与轴的对中性； • 楔键：一般用于转速不高、载荷轻、定心精度要求不高的场合。 切向键联接 • 切向键：由一对1:100的楔键沿斜面拼合而成，拼合后两键的斜面互相贴合，上下表面是工作面，为互相平行的两个平面。 • 两键分别从轮毂两端打入，使之楔紧，装配后，必须使其中一个工作表面处于包含轴心线的平面内； • 虽然在楔紧后，轴、毂之间的摩擦力能传递一部分转矩，但不是起主要作用。 • 切向键也能传递单向轴向力，对轴上零件起单向轴向固定作用。用一个切向键只能传递单向转矩，如要转向，传递双向转矩，须用两个切向键。 • 切向键能传递很大的转矩，但键槽对轴的削弱较大，同时切向键也会使轴上零件与轴的配合偏心，因而切向键常用于直径大于100mm，定心精度要求不高的场合。

平键的选择与强度计算 • 类型选择：根据使用要求、工作状况、键的特点来进行选择。 • 主要考虑的因素：（1）需传递的转矩大小，切向键和平键联接所能传递的转矩较大，楔键和半圆键联接承载能力较小；（2）定心精度的高低，平键对中性较好，楔键、切向键对中性较差；（3）用于静联接还是动联接，普通平键、半圆键、楔键、切向键均用于静联接，导向平键和滑键用于动联接；（4）是否需要轴向固定，只有楔键和切向键对轴上零件可起单向轴向固定作用；（5）是否安装在轴端，半圆平键适用于轴端联接。 • 尺寸选择：键的主要尺寸为横截面的尺寸（键宽b×键高h）与长度L； • 横截面尺寸是根据轴径d由标准中选择，键的长度则是由轮毂长度选定，一般取键长略短于轮毂的长度，轮毂长度约为1.5－2d，键的长度L应符合标准规定的长度系列，

平键联接的强度计算 • 平键联接可能的失效形式：对于静联接（普通平键联接）是键、轴、轮毂三者中较弱的零件（通常为轮毂）的工作表面被压溃，对于动联接（导向平键、滑键联接）是磨损过度。 • 一般情况下键不会被剪断，因此压溃和磨损是键的主要失效形式，所以只需要作联接的挤压强度和磨损校核。 • 只有在重要的场合才做键的剪切强度校核。 静联接（普通平键联接）： 动联接（导向平键、滑键联接） ： • 半圆键联接只可用于静联接，其主要失效形式为工作面被压溃，只需进行挤压强度的校核 。

• 进行强度校核后，如果一个键联接的强度不够，可采用双键，值得注意的是，两平键的布置

应相隔180º布置；两个半圆键应布置在轴的同一条母线上；双键联接的强度计算不是按两个键来计算，而是按1.5个键计算，主要是考虑到载荷分布不均。 • 键的材料：由于键联接的主要失效形式是压溃与磨损，所以键材料要有足够的硬度，按国家

标准规定，键用钢材的抗拉强度不低于600ΜΡa，常用的材料是45号钢。

5.2花键联接 • 花键联接已标准化，其齿数、尺寸、配合等均可按标准选取； • 花键是由外花键和内花键组成的，外花键上带有多个纵向键齿，键齿与轴为一体。花键联接由于键齿多，所传递的转矩也大。花键既可用作静联接，又可用作动联接。

• • 与平键联接比较，花键联接有如下优点：（1）键的齿数多，总接触面积大，承载能力高；

（2）键槽较浅，齿根处的应力集中小，对轴和毂的强度削弱相对较小；（3）键齿均匀对称分布，因而联接受力均匀；（4）轴上零件与轴的对中性好，适用于高速运转和精密机器，（5）导向性好，特别适用于动联接。 • 花键联接的缺点是：需用专门设备加工，成本较高，因此花键联接常用于载荷大、定心精度

要求高或经常滑移的场合。 • 花键根据齿形不同可分为矩形花键联接和渐开线花键联接两类。 • 矩形花键形状简单，加工方便，应用广泛； • 按齿高的不同，标准中规定矩形花键有轻、中两个系列，轻系列承载能力小，用于轻载联接，中系列用于中等载荷的联接。 • 标准中规定矩形花键的定心方式是以小径（d）定心，即外花键和内花键的小径（d）为配合面，由于内花键孔和花键轴均可磨削加工，因而适用于毂孔表面硬度较高（>40HRC）的联接，定心精度高，定心稳定性好。此外，也有采用大径（D）定心和宽度（B）定心的（图5.9）。 • 大径定心适用于毂孔表面硬度不高（<40HRC）的联接，内花键孔用拉刀加工就可保证大径的精度，成本较低。 • 宽度（B）定心由于载荷沿齿侧均匀分布，适用于传递较大载荷，但定心精度不高。 • 渐开线花键：渐开线花键的齿廓为渐开线，压力角有30º和45º两种。

• 渐开线花键的定心方式为齿形定心，是靠齿面上所受到的压力自动平衡来定心的。

• 制造方法与齿轮制造完全相同，制造精度较高。

• 渐开线花键齿根较厚，因而有强度高、承载能力强，使用寿命长、易于定心等优点。

• 在传递的载荷较大，轴径也较大时宜采用渐开线花键。

（a）α=30° (b)α=45° • 花键联接的计算：花键联接的计算与平键联接的计算相似；

• 首先选择联接的类型，查出标准尺寸，再作强度校核；

• 花键的受力情况也和平键类似；

• 可能的失效形式：齿面被压溃（静联接）或过度磨损（动联接）；

• 只对联接进行挤压强度或耐磨性计算。

5.3销联接 • 销联接通常只传递不大的载荷； • 也可用作安全装置中过载剪断的元件或在组合加工和装配时固定零件之间的相互位置。 • 销已标准化； • 圆柱销：靠过盈配合固定在销孔中，多次装拆有损于联接的可靠性和定位的精确性； • 圆锥销：有1﹕50的锥度，可以自锁，定位精度高，多次装拆对定位精确性和可靠性影响不大（还有几种特殊结构的圆锥销，内螺纹圆锥销和螺尾圆锥销）。

5.4成形联接 • 成形联接是把轴与毂配合的那段轴做成非圆形截面的柱体或锥体，轮毂上制成相应的孔，利