第六章键连接花键连接等(2013修改)全解
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机械设计课件第6章键花键无键联接销连接
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
4）滑键
双钩头滑键
结构特点：两端有钩头，键固定在轮毂上，键短，槽长。
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作者： 潘存云教授
单圆钩头滑பைடு நூலகம் 结构特点：单圆钩头，嵌入轮毂中。
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作者： 潘存云教授
表6-1 普通平键和键槽尺寸（GB1095— 79、GB1096— 79）
1)普通平键联接 用于轴毂间无轴向相对滑动的静连接。 普通 圆头(A型) 平键 平头(B型) 结构 单圆头(C型)
A型
B型
C型
普通平键应用最广。
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作者： 潘存云教授
圆头键（A型）：轴上的键槽用端铣刀铣出（右下图a），轴上 键槽端部的应力集中较大，但键的安装比较牢固。能传递较 大力；
类型：普通楔键、钩头楔键。
钩头是用来拆卸用的
拆卸空间
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在重型机械中常采用切向键——一对楔键组成。
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窄面 工作面
d 潘存云教授研制
斜度1:100
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装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生 的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要 两对切向键分布成120~130 ˚ 。
平头键（B型）：轴上的键槽用盆铣刀铣出（右下图b） ，应 力集中小，键在键槽中固定较差，常用在轴的中部或端部， 对于尺寸大的键，宜用紧定螺钉固定在轴上；
单圆头键（C型）：轴上的键槽用端铣刀铣出，常用在端部。
轮毂上的键槽一般用插刀或拉刀加工而成.
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第6章 键联接解读
安全销
类
型
圆柱销
按形状分
特点： 靠过盈配合固定在销孔中，经多次拆装后，定
位精度和可靠性会降低。
§6－4 销连接
定位销
按用途分 连接销
安全销
拆装
类
方便
型
圆柱销
用于
圆锥销
盲孔
按形状分
特点：
有1:50的锥度， 可反复多次拆装。
螺母锁紧 抗冲击
§6－4 销连接
定位销
按用途分 连接销
安全销
类
型
圆柱销
按形状分
§6-1 键连接
薄型平键与普通平键的主要区别：
键的高度约为普通平键的70%~ 60%，因而传递 扭矩的能力较低，常用于薄壁结构、空心轴及一些径 向尺寸受到限制的场合。
普通平键应用最广。
导向平键 滑键
----用于动连接 如变速箱内的滑移齿轮
固固定定螺螺钉钉
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起起键键螺螺孔孔
导向平键
特点： ● 长度较长，需用螺钉固定。 ● 可实现轴上零件的轴向移动，
30 ~ 45
钢
50
40
30
§6-1 键连接
（1） 平键连接强度计算
（2） 半圆键连接强度计算
按工作面的挤压应力进行强度校核计算
---只用于静连接，失效形式为工作面被压溃 注意：
● 接触高度 k 应根据键的尺寸从标准中查取。
● 工作长度近似地取其等于键的公称长度：l = L。
l k
b F
T
y≈d/2
F
F d
h
d
2
b h
k= 2
d
T
§6-1 键连接
普通平键连接的挤压强度条件：
机械设计第6章键花键无键联接销连接全解
安装时用 力打入
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工作面
类型：普通楔键、钩头楔键。
钩头是用来拆卸用的
拆卸空间
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在重型机械中常采用切向键——一对楔键组成。
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窄面 工作面
斜度1:100
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d
装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生 的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要 两对切向键分布成120~130 ˚ 。
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缺点：齿根仍有应力集中，需专 用设备制造，成本高。
应用：定心精度要求高、载荷大，或经常滑移的连接。 矩形花键 类型 ——制造容易，应用最广。 渐开线花键 ——用于高强度连接。 三角形花键 ——用于薄壁零件连接。
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(1)矩形花键 按齿高的不同，矩形花键的齿型尺寸在标准中规定了两个系列， 轻系列：轻系列的承载能力较小，多用于静连接和 轻载连接； 中系列：中系列用于中等载荷的连接。 定心方式：小径定心——精度高，稳定性好。
击
[ σp ]
[p ]
60~90 30~45
钢
50
l k
40
l近似为公称长度
30
b F T d y≈d/2
2)半圆键连接强度计算
用于静连接，失效形式为表面压溃
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2T σp = kl d
≤[σp ]
若强度不足时，可采用双键连接。考虑到载荷分布 的不均匀性，校核强度时按1.5个键计算。 双键布置规则： 平键： 按180˚布置； 半圆键：同一条母线上； 楔键： 夹角成120˚ ~130˚
作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。 按用途分
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工作面
类型：普通楔键、钩头楔键。
钩头是用来拆卸用的
拆卸空间
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在重型机械中常采用切向键——一对楔键组成。
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窄面 工作面
斜度1:100
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d
装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生 的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要 两对切向键分布成120~130 ˚ 。
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缺点：齿根仍有应力集中，需专 用设备制造，成本高。
应用：定心精度要求高、载荷大，或经常滑移的连接。 矩形花键 类型 ——制造容易，应用最广。 渐开线花键 ——用于高强度连接。 三角形花键 ——用于薄壁零件连接。
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(1)矩形花键 按齿高的不同，矩形花键的齿型尺寸在标准中规定了两个系列， 轻系列：轻系列的承载能力较小，多用于静连接和 轻载连接； 中系列：中系列用于中等载荷的连接。 定心方式：小径定心——精度高，稳定性好。
击
[ σp ]
[p ]
60~90 30~45
钢
50
l k
40
l近似为公称长度
30
b F T d y≈d/2
2)半圆键连接强度计算
用于静连接，失效形式为表面压溃
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2T σp = kl d
≤[σp ]
若强度不足时，可采用双键连接。考虑到载荷分布 的不均匀性，校核强度时按1.5个键计算。 双键布置规则： 平键： 按180˚布置； 半圆键：同一条母线上； 楔键： 夹角成120˚ ~130˚
作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。 按用途分
第6章-键、花键和销连接
特点：受力均匀，承载能力高；对中性和导向性好； 对轴旳减弱小；工艺性好，互换性好； 但：齿根仍有应力集中，加工需专门设备，成本较高；
一、花键连接旳特点
一般用于定心精度要求高、载荷较大或经常滑移旳场合。
花键连接
花键类型
矩形花键：键齿形状简朴，加工以便，可经过磨削取得高精度。
静连接旳挤压强条件为:
动连接旳耐磨性计算条件为：
l：为键旳接触长度。
键 连 接
[sp]、[p]：为许用应力和许用压强。
（见表6－2）
注意：当强度不足时，可合适增长键长或采用两个键按180º布置。考虑到两个键旳载荷分布不均匀性，在强度校核中可按1.5个键计算。即：虽然两个式子形式完全一样，但表达旳物理意义不同半圆键旳强度计算与平键相同，失效形式为：压溃 但它旳k据键旳尺寸从原则中查取 工作长度l近似等于公称长度L。楔键和切向键失效形式主要是工作面压溃，需校核挤压强度。
2．键旳尺寸选择
导向平键旳长度根据轮毂宽度及滑动距离拟定。
键 连 接
键长 L：应略短于轮毂旳宽度，并符合原则中要求旳尺寸系列。
3．平键连接旳强度校核
一般平键连接（静连接）
导向平键连接和滑键连接（动连接）
一般只校核挤压强度。
一般只进行耐磨性计算。
其主要失效形式：工作面旳压溃。
其主要失效形式：工作面旳过分磨损。
键 连 接
增大长度L增长键旳数量，如采用双键，双键位置要求： 平键：180°对称分布 半圆键：在同一条母线上 楔键：90°~120° 切向键：120°~130°采用花键。
键 连 接
三、提升键连接强度措施
§6-2 花键连接
构造：花键连接由具有纵向键齿旳外花键（花键轴）和内花键（花键孔）构成。工作原理：键齿侧面是工作面。可用于静连接，也可用于动连接。
一、花键连接旳特点
一般用于定心精度要求高、载荷较大或经常滑移旳场合。
花键连接
花键类型
矩形花键：键齿形状简朴，加工以便，可经过磨削取得高精度。
静连接旳挤压强条件为:
动连接旳耐磨性计算条件为：
l：为键旳接触长度。
键 连 接
[sp]、[p]：为许用应力和许用压强。
（见表6－2）
注意：当强度不足时，可合适增长键长或采用两个键按180º布置。考虑到两个键旳载荷分布不均匀性，在强度校核中可按1.5个键计算。即：虽然两个式子形式完全一样，但表达旳物理意义不同半圆键旳强度计算与平键相同，失效形式为：压溃 但它旳k据键旳尺寸从原则中查取 工作长度l近似等于公称长度L。楔键和切向键失效形式主要是工作面压溃，需校核挤压强度。
2．键旳尺寸选择
导向平键旳长度根据轮毂宽度及滑动距离拟定。
键 连 接
键长 L：应略短于轮毂旳宽度，并符合原则中要求旳尺寸系列。
3．平键连接旳强度校核
一般平键连接（静连接）
导向平键连接和滑键连接（动连接）
一般只校核挤压强度。
一般只进行耐磨性计算。
其主要失效形式：工作面旳压溃。
其主要失效形式：工作面旳过分磨损。
键 连 接
增大长度L增长键旳数量，如采用双键，双键位置要求： 平键：180°对称分布 半圆键：在同一条母线上 楔键：90°~120° 切向键：120°~130°采用花键。
键 连 接
三、提升键连接强度措施
§6-2 花键连接
构造：花键连接由具有纵向键齿旳外花键（花键轴）和内花键（花键孔）构成。工作原理：键齿侧面是工作面。可用于静连接，也可用于动连接。
第6章键花键无键联接销连接
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缺点：齿根仍有应力集中，需专 用设备制造，成本高。
12:55
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16
应用：定心精度要求高、载荷大，或经常滑移的连接。 矩形花键 类型 ——制造容易，应用最广。 渐开线花键 ——用于高强度连接。 三角形花键 ——用于薄壁零件连接。
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固定螺钉
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起键螺孔
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4
双钩头滑键 结构特点：两端有钩头，键固定在轮毂上，键短，槽长。
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5
单圆钩头滑键 结构特点：单圆钩头，嵌入轮毂中。
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三角形
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23
1) Z1型胀套
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一个胀紧套
两个胀紧套
2) Z2型胀套
Z1型胀套中，与轴或毂孔贴合的套筒均 有纵向间隙，以利于变形和胀紧。拧紧连 接螺钉，便可以将轴和毂涨紧。
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2. 半圆键连接 优点：定心好，装配方便。
因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。
缺点：对轴的削弱较大，只适 用于轻载连接。 特别适用于锥形轴端的连接。
工作面
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9
3. 楔键连接和切向键连接 结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。 缺点：定心精度不高。 应用：只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的连接。
缺点：齿根仍有应力集中，需专 用设备制造，成本高。
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应用：定心精度要求高、载荷大，或经常滑移的连接。 矩形花键 类型 ——制造容易，应用最广。 渐开线花键 ——用于高强度连接。 三角形花键 ——用于薄壁零件连接。
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固定螺钉
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双钩头滑键 结构特点：两端有钩头，键固定在轮毂上，键短，槽长。
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单圆钩头滑键 结构特点：单圆钩头，嵌入轮毂中。
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三角形
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1) Z1型胀套
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一个胀紧套
两个胀紧套
2) Z2型胀套
Z1型胀套中，与轴或毂孔贴合的套筒均 有纵向间隙，以利于变形和胀紧。拧紧连 接螺钉，便可以将轴和毂涨紧。
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2. 半圆键连接 优点：定心好，装配方便。
因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。
缺点：对轴的削弱较大，只适 用于轻载连接。 特别适用于锥形轴端的连接。
工作面
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3. 楔键连接和切向键连接 结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。 缺点：定心精度不高。 应用：只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的连接。
六章节键花键无键联接和销联接
• 动联接：工作面旳过分磨损。按工作面上旳压力进
行条件性强度校核。
•
一般平键
p
2T 103 kld
p
工作a面
a
d
滑键或导向平键 p 2T 103 p
T
kld
（2）半圆键联接强度计算
• 失效形式：工作面被压溃。 • 按工作面旳挤压应力进行强度计算
p
2T 103 kld
p
注意：
强度不够，采用两个键，载荷按1.5个键来计算。 如采用两个平键，沿圆周相隔1800 如采用两个半圆键，布置在同一母线上。 如采用两个楔键，沿圆周相隔900~1200 另外，假如轮毂允许加长，可相应增长键旳长度。以提 升键联接旳承载能力,但一般不宜超出(1.6~1.8)d。
§6-2 花键联接
（一）花键联接旳类型、特点和应用
• 特点：
• 1）在轴和轮毂上直接均匀地制出齿和槽，受力均匀。
• 2）槽浅，齿根处应力集中小，对轴、轮毂旳减弱少。
• 3）齿数多，总接触面积大，可承受大旳载荷。
• 4）对中性好。
• 5）用磨削旳措施提升加工精度、联接质量。
• 6）导向性好
• 7）有应力集中，需专门设备加工，成本高。
4.切向键联接
工作面
切向键联接工作时，靠工作面上旳挤压力和轴与轮毂 间旳摩擦力来传递转矩；当要传递双向转矩时，需用 两个相隔1200~1300旳切向键。
二、 键旳选择和键联接强度计算
• 1、键旳选择
• 2、键联接旳强度计算
• （1）平键联接强度计算
• 静联接：工作表面被压溃，过载后被剪断。按工作 面旳挤压应力进行校核计算。
2.半圆键联接
工作表面是两侧面 优点：对中性好，工 艺性好，装配以便， 键在键槽中能绕其集 合中心摆动，适应轮 毂中键槽旳斜度。 缺陷：轴上旳键槽较 深，对轴旳强度减弱 大。用于锥形轴端和 轮毂旳联接。
第6章键-花键-无键连接和销连接
B型平键旳轴槽用盘铣刀加工，轴旳应力集中
较小
机 械
C型常用于轴端与毂类零件连接
设 计
薄型平键：与一般平键旳主要区别是键旳高度约 上
为一般平键旳60%-70%，构造型式相同，但传递
邓 召
转矩旳能力较低。薄型平键主要用于薄壁构造、 义
空心轴以及某些径向尺寸受限制旳场合。
2023/10/10
第六章键-花键-无键连接和销连接
2023/10/10
第六章键-花键-无键连接和销连接
11
2. 键连接强度计算
平键连接传递转矩时，连接中各零件旳受力如 下页右图所示。
一般平键连接：采用常见旳材料组合和按原则 机
选用尺寸旳，其主要失效是工作面被压溃，而一
械 设
般不会出现键旳剪断。所以，一般只按工作面上 计
旳挤压应力进行强度校核计算。
两个平键最佳布置在沿周向相隔180°
机
械
两个半圆键应布置在轴旳同一条母线上；
设
两个楔(xie)键应布置在沿周向相隔 90° ～ 120°
计 上
两个切向键须布置在沿周向相隔120° ～130 ° 邓 召
另一方面,应考虑两个键上载荷分配旳不均匀性, 义
在进一步旳强度校核中只按1.5个键计算
提醒：半圆键、楔键和切向键强度校核计算请大 家自学
只能传递转矩，可用于不受载荷时移动旳动连接；后者 在传递转矩旳同步，还可传递轴向力。当不允许有间隙
设 计
和可靠性要求较高时，常采用非圆截面旳锥体。
上 邓
召
义
2023/10/10
第六章键-花键-无键连接和销连接
24
型面连接旳特点
装拆以便，对中性很好；
连接面上没有应力集中源，降低了应力集中；
第六章--键、花键、无键联接和销联接分解教学文案
常用类型有：矩形花键联接 渐开线花键联接
花键亦标准化，由国标可查 的D、d、B、z。
1.矩形花键 轻系列
中系列
小径d定心：
定心精度高、定心稳定性 好。内、外花键均可用磨 削方法消除热处理引起的 变形。矩形花键最为常用。
2.渐开线花键联接
30、45
ha 0.5m、0.4m
齿形定心
d
渐开线花键承载能力最大，可用制造齿轮的方法来加
1.形面联接：光滑的非圆形截面 装拆方便；对中性好；应力集中小，但加工复杂。
等距曲线
摆线
椭圆形
六角形
正方形
带切口圆形
三ห้องสมุดไป่ตู้形
2.胀紧联接
第六节 销联接
销联接的作用：固定零件间的相对位置，并传递不大的载荷。
有时也作安全装置中的过载保护元件（安全销）。
销联接的基本形式：
圆柱销：多次拆装定位精度会降低。 圆锥销：有150的锥度，安装比圆柱销方便，多次拆装
[p ] mip ] n 轴 ,[{ p ]毂 [ ,[p ]键 }
l
b
2)半圆键联接的强度计算 失效形式：键的工作面被压溃
p2Tkld103[p] MPa l L
k 查标准
当采用单键强度不满足时，应采用双键，考虑 到载荷分配不均的问题，双键只能按1.5个键计算。 此外，采用双键时，布置是有讲究的：平键应间隔 180，半圆键应位于同一母线上，楔键和切向键 应间隔90120左右。（P108）
第六章--键、花键、无键联接和 销联接分解
第一节 键联接
一、键联接的功用、类型及应用
功用: 1)实现轴和轴上零件之间的周向固定；
2)传递扭矩； 3)有些键还可实现轴上零件的轴向固定或移动。
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特点：工艺性好、自动对中、齿根厚强度高 定心方式：齿形定心 类型： 30 传递载荷较大 45 传递载荷较小
应用：传递大扭矩，大直径轴。
TJPU 二、花键连接强度计算 1.失效形式 { 静联接：工作面被压溃 动联接：工作面过度磨损 2.强度条件：
2T 10 p 静联接： p zhldm
普通平键
导向平键
滑键
TJPU 1.普通平键：静联接 类型：圆头（A型），端铣 平头（B型），盘铣 单圆头（C型），端铣
TJPU
TJPU 2.导向平键：动联接 将键用螺钉固定在轴上，零件可沿键作轴向滑 移。
应用：用于滑 移距离不大时。
TJPU 3.滑键：动联接 将键固定在轮毂上，键在轴槽中作 轴向滑移。 应用：用于滑移距离较大时。
许用挤压应力 p ,表6-2 注：其他键联接按强度计算参看教材
TJPU
§ 6-2 花键联接
TJPU
一、类型、特点及应用 1.特点：与键联接比较 优点：（1）承载能力强（受力键齿多，受力均匀， 对轴削弱小）； （2）对中性好； （3）导向性好； （4）加工精度高。 缺点：加工成本高。 加工 轴：滚、铣 孔：拉、插
大 小
中部 端部
TJPU 2.尺寸选择 宽×高×长（b×h × L） ： （1）按轴径d查手册定b和h （2）按轮毂宽定 L L '
（二）键联接的强度验算 1.普通平键 （1）失效形式 主要：工作面被压溃 次要：键被剪断 （2）计算准则：按挤压强度计算。
TJPU （3）强度条件：
2T 103 p p kld
平键
普 通 平 键
导 滑 向 键 平 键
钩 头 楔 键
TJPU
设计内容 ：
（1）根据工况和键的结构、特点，选择键的类
型； （2）根据轴径和轮毂长，确定键的规格尺寸； （3）选择材料，键联接的计算。
TJPU
（一）平键联接
组成： 工作面： 特点：
应用：
键、轴槽、轮毂槽 两侧面 结构简单；装拆方便；对中性较好； 仅能作周向固定，不能作轴向固定。 最广泛
TJPU 一、类型和特点 圆柱销：不经常拆卸处 圆锥销：经常拆卸处 槽销： 经常拆卸处 开口销：防松
TJPU 二、材料 一般：35，45 安全销：35，45，T8A，T10A 销套：45，40Cr
TJPU
TJPU 2、应用：定心精度高、大载荷和经常滑移动处连接 （动联接或静联接） 3、类型：两种，已标准化 4、工作面：侧面 （1）矩形花键
TJPU 齿形尺寸：Z——D×d×b 尺寸系列：轻系列：静联接或轻载联接 中系列：中载联接 定心方式：小径定心 定心精度高，稳定性好， 孔可以采用磨削。
TJPU （2）渐开线花键
TJPU
TJPU （四）切向键联接：静联接
工作面：上下两面。 特点： 1.靠挤压力传递转矩T 2. 对中性差，对轴削弱大,双向传动时要两个。 应用： 直径>100mm的轴毂联接。
TJPU 二、键的选择和强度计算 （一）键联接的选择 1、类型选择 （1）传递转矩T的大小 （2） 静联接 动联接：滑移距离 （3）对中精度要求 （4）轴向固定 （5）键在轴上的位置
接触高度 k 0.5h 工作长度： A型l L b
B型l L
C型l L b 2
许用挤压应力 p ,表6-2 （键、轮毂材料）
TJPU 2.导向平键和滑键（动联接） （1）失效形式：工作面过度磨损 （2）计算准则：按压力进行条件性计算
2T 103 p p kld
3
动联接：
2T 10 p p zhldm
3
表6-3
载荷分配不均系数ψ=0.7~0.8,齿数多时取小值
TJPU
工作高度
Dd h 2C 2 C为倒角尺寸
渐开线花键：=300 h=m =450 h=0.8m
许用应力 p , p ，表6-3
TJPU §6-3无键联接 无键联接：不用键、花键的轴毂联接 一、类型
TJPU 1.型面联接 非圆的柱体 非圆的锥体 曲线：摆线、等距曲线 2.胀紧联接：利用内外套同胀紧后的摩擦力矩传递转矩
TJPU
二、特点 优点：传递转矩T大，对中性好，装拆方便， 无应力集中 缺点：制造难，尤其是高精度时
还有过盈连接
TJPU §6-4 销联接 按作用分：定位销、联接销、安全销
TJPU
TJPU
第六章 键、花键、无键联接和销联接 （可拆联接）
பைடு நூலகம் TJPU
§ 6-1键联接
键连接：用于轴毂联接，传递转矩，起周向固定作 用，有的键连接还可以起单方向轴向固定作用。 键是标准件。
重点：类型、工作原 理和工作面、特点、 尺寸选择、强度校核
TJPU 一、键联接的分类及其结构形式 类型
键 半圆键 楔键 普 通 楔 键 切向键 单 双 向 向
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（二）半圆键联接：静联接
组成： 工作面： 特点：
应用：
键、轴槽、轮毂槽 两侧面 1.工艺性好，装拆方便。 2.键槽深对轴削弱大。 轻载，锥形轴端
TJPU （三）楔键联接：静联接
工作面：上下两面（1：100斜度）； 靠摩擦力矩 Tf=fN传递转矩T 类型： 普通楔键、钩头楔键 特点： 1.用于周向及单向轴向固定； 2.对中精度差。 应用： 低速，轻载，精度低。