学习情境11 轴毂连接
轴毂连接(重点)
缺点：齿根仍有应力集中，需专 用设备制造，成本高。
作者：朱理
应用：定心精度要求高、载荷大，或经常滑移的连接。 矩形花键 ——制造容易，应用最广。 类型 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。
潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制
12.2.2 花键连接强度计算 失效形式：工作面被压溃（静连接）； 工作面过度磨损（动连接） 2T 花键连接强 静连接 σp = ψzh ldm 度条件： 2T ≤[p ] p= 动连接 ψzh ld
4. 切向键连接
结构特点：由一对楔键组成 切向键工作面为上下表面 缺点：定心精度不高。 在重型机械中常采用切向键
作者：朱理
12.1.2 键连接的选择 1. 类型选择 1) 需传递扭矩的大小； 2) 轴上零件是否需轴向滑动及滑动距离的长短； 3) 对中性要求； 4) 是否需具有轴向固定作用； 5) 键在轴上的位置等。 2. 尺寸选择 设计时键的剖面尺寸b×h通常是根据轴的直径d由标 准中选定
而键长L一般可根据轮毂宽度B而定, 键长略短于轴 上零件轮毂宽度5~10 mm, 但必须符合键的长度系列 轴上零件轮毂宽度一般取 B=(1.5~2)d
作者：朱理
12.1.3 平键连接的强度校核
键的主要失效形式：压溃、磨损(动连接)、剪断。
(1)平键连接的强度
挤压应力： p = σ
F
d
潘存云教授研制
F
T 4T F ≤[σp ] = (d/2)(h/2)l = dhl S A型 b b l=L-b h/2 l
L
d
潘存云教授研制
B型
b l=L
C型
l L b l=L-b/2
轴和轴毂连接课件
四、 轴毂联接
五、 轴的使用与维护
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任务八轴和轴毂联接
一、轴的功用、分类与选材
1、轴的含义：轴是组成机器的重要零件之一，作回 转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大 多数轴还起着传递转矩的作用。轴要用滑动轴承和 滚动轴承来支承。常见的轴有直轴和曲轴，曲轴主 要用于作往复运动的机械中。 2、轴的功用：1）支承回转零件（齿轮、涡轮、带 轮、凸轮等）；2）传递运动和动力。
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轴上零件的轴向定位方法
轴肩或轴环定位
特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力。 应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位。
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注意：①为了保证轴上零件紧靠定位轴肩。 应使： r轴<R孔 或 r轴<C孔！ 且： h轴>C孔或 h轴 >R孔 正 确
错 误
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轴向定位和固定——
①
轴肩和轴环
轴肩与轴环——由定位面和过度圆角组成。 为保证零件端面能靠紧定位面，轴肩(环)圆角半径r必须 小于零件毂孔的圆角半径R或倒角高度C1; 轴肩(环)高度 h应大于C1和R，为了有足够的强度来承受轴向力，通常 取h=(0.07~0.1)d。轴环宽度b≥1.4h。
机车车轴为转动心轴
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4、轴的分类：
第一种分类方法是按承载情况分： (3) 心轴——这种轴在回转工作时主要只承受弯矩的 轴称为心轴，如机车车轴， 如自行车的前轴。
机车车轴为转动心轴
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(3) 心轴——这 种轴在回转工 作时主要承受 弯矩的轴称为 心轴，如机车 车轴， 如自行 车的前轴。
中职机械认识轴毂连接
任务 认识轴毂连接
一、键连接的类型和应用 3.键的工作面 平键的工作面为键的两
侧面，如图4-2-3所示，靠键 与键槽侧面的挤压来传递扭 矩。键的顶面与轮毂上的键 槽底面留有间隙，装配时不 影响轴与轮毂的同轴度，故 平键连接对中性好。
任务 认识轴毂连接
一、键连接的类型和应用 3.键的工作面 与平键连接类似，半圆键也是键的两侧面为工作面。
连接或其他零件的连接）及定位销。 按形状分，销又可分为圆柱销、圆锥销、槽销、开口销及
特殊形状销等，其中圆柱销、圆锥销及开口销均有国家标准， 如图4-2-8所示。
知识链接
任务 认识轴毂连接
一、其他常用连接 1.销连接 圆柱销靠过盈固定在孔中，销孔需铰制，多次装拆后会降
低定位的精度和连接的紧固性，只能传递不大的载荷。 圆锥销有1∶50的锥度，以使其有可靠的定位性能，定位
轴毂连接
课题二 轴毂连接
任务 认识轴毂连接
1.理解轴毂连接的概念； 2.熟悉键连接的功用、种类； 3.掌握普通平键的主要参数及选择方法； 4.了解销连接的种类、作用。
任务引入
任务 认识轴毂连接
如 图 4-2-1 所 示 的 一 级 齿轮减速器中的轴与轴上 零件 (齿轮、滚动轴承、带 轮、联轴器)能共同回转， 并传递运动和动力。试分 析其各自的连接方式及特 点。
精度比圆柱销高。装拆比圆柱销方便，多次装拆对连接的紧 固性及定位精度影响较小，因此，应用广泛。圆锥销根据实 际使用的需要，还有开尾圆锥销、螺纹圆锥销等类型。
知识链接
任务 认识轴毂连接
一、其他常用连接 1.销连接 销轴用来形成铰链连接。开口销是一种防松零件，常
用Q21任务分析
任务 认识轴毂连接
在连接中，除了螺纹连接外，还有一些无法利用螺纹紧 固件来实现连接的场合，例如图4-2-1中轴与安装在轴上的零 件(齿轮、滚动轴承、联轴器、带轮等)之间的连接。这种轴 上零件以其轮毂与轴连接在一起，从而使轴与轴上零件实现 周向固定的连接方式，统称为轴毂连接。其主要方式有键连 接、销连接、成形连接和过盈连接等，其中以键连接应用最 广。
轴及轴毂联接
轴及轴毂联接§1 概述机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。
本章将讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。
结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。
一、轴的分类按轴受的载荷和功用可分为：1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。
如.车辆轴和滑轮轴。
2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。
如汽车的传动轴。
3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。
如减速器轴。
二、轴的材料主要承受弯矩和扭矩。
轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。
轴的材料从以下中选取：1. 碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。
例如：35、45、50等优质碳素钢。
一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理。
轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。
2. 合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。
多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。
例如：汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。
滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。
3. 球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。
例如：内燃机中的曲轴。
三、设计轴的要求轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题。
具体的说，轴的设计步骤有：（1）选择轴的材料；（2）初步估算轴的直径；（3）进行轴的结构设计；（4）精确校核（强度、刚度、振动等）；（5）绘制零件的工作图§10—2 轴的结构设计如教材图10-6所示为一齿轮减速器中的的高速轴。
轴毂联接
[σ p ]
空载下移动的动 联接 [p ] 在载荷作用下移 动的动联接
§ 5 -3 销 联 接
销主要用于定位，即固定两零件之间的相对位置的销，称为定位销； 当用于联接且传递不大的载荷的销，称为联接销； 用作安全装置中的过载剪断元件的销，称为安全销。
销可分为如圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等，这些销 均已标准化。 圆柱销利用微量过盈配合固定在铰制销孔中，经多次装拆会降 低其定位精度和可靠性。 圆锥销具有1：50的锥度，在受横向力时可以自锁。它安装方 便，定位精度高，可多次装拆而不影响定位精度。 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。
p=
2T ≤ [ p] kdl
l ——键的工作长度，圆头平键l＝L－b，平头平键l＝L，这里L为键 的公称长度；b为键的宽度。 [σp] ——键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力。 ［p］——键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用压力。 表5-2 键联接的许用挤压应力、许用压力
许用值 联接工作方式 静联接 动联接 键或毂、轴的材料 钢 铸铁 钢 载 荷 性 质 静载荷 120~150 70~80 50 轻微冲击 100~120 50~60 40 冲击 60~90 30~45 30
图5-16 槽销及其应用
销轴用于两零件的铰接处，构成铰链联接（图5-17）。销 轴通常用开口销锁定，工作可靠，拆卸方便。
图5-17 销轴联接
图5-18 开口销
开口销如图5-18所示。装配时，将尾部分开，以防脱出。开 口销常用Q235、10、15低碳钢丝制造。
§ 5 -4
过盈联接简介
1．过盈联接的特点和应用 过盈联接是利用互相配合的零件间的装配过盈来达到联接 目的的。如图5-19所示为两光滑圆柱面的过盈配合联接，包容 件的配合尺寸制造得小于被包容件的配合尺寸。 过盈联接主要用于轴与毂的联接、轮圈与轮芯的联接以及 滚动轴承与轴或座孔的联接等。
轴 轴榖连接 轴间连接(仅供借鉴)
保持架（2种）：冲压—低碳钢， 实体—有色金属（如黄铜）或塑料 (高速)。
一类参考
37
滚动轴承
优点：摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、润滑简便、和易于 互换等。
缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。
优缺点：结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心力和磨损，并给轴和 轴承带来附加动载荷。
一类参考
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轴间连接
2.万向联轴器
作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在传动 过程中，两轴之间的夹角还可以改变。 应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。
单万向联轴器
一类参考
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轴间连接
3.齿式联轴器
花键孔
花键轴 一类参考
花键联接
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轴毂连接
矩形花键
300渐开线花键
一类参考
450渐开线花键 16
轴毂连接
花键连接
特点：
承载能力高-多齿传力 对轴、毂削弱小-齿槽浅 对中性好、成本高（专用设备加工）
一类参考
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轴毂连接
销连接
主要用途—是固定两个零件之间的相对位置。
组合加工和装配时 重要的辅助零件
传递扭距；固定和定位。
一类参考
5
键连接
轴毂连接
平键 楔键 半圆键 切向键
花键连接
A型平键 B型平键 C型平键
销连接
过盈连接
一类参考
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键连接
轴毂连接
图所示的是 一个皮带轮与 轴上键的连接。 键连接的目的 是实现轴上零 件的周向固定 并传递转矩。
一类参考
轴毂联接知识
轴毂联接知识今日我们聊聊在机械设计中，我们必需把握的有关轴毂联接的学问！轴毂联接是轴毂与轴相连接的轴上零件，常见齿轮、带轮等。
联接使回转零件在轴上定位和固定，以便传递运动和动力。
一般平键联接轴毂联接的方式有键联接、花键联接、成形联接、胀套联接、销联接、紧定螺钉联接、过盈联接等，有些联接方式仅用于轴毂联接，有些联接方式可兼作其它联接。
键和花键是最常见的轴毂联接方式。
1、键联接键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件与摇摆零件，起周向固定零件的作用以传递旋转运动和扭矩，楔键还可以起单向轴向固定零件。
而导键、滑键、花键还可用作轴上移动的导向装置。
依据键的结构形式，键联接可分为平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接等几类。
1.1平键联接：平键的两个侧面是工作面并用于传递转矩。
键上面与轮毂槽底之间留有间隙，为非工作面。
主要尺寸是键长L、键宽b和键高h。
平键端部外形有圆头（A型）、平头（B型）和单圆头（C型）三种(如下图) ，C型键用于轴端。
A、C型键的轴上键槽用端铣刀切制，对轴应力集中较大，B型键的轴上键槽用盘铣刀铣出，轴上应力集中较小。
1.2半圆键联接：它靠键的两个侧面传递转矩，故其工作面为两侧面。
上键槽用尺寸与半圆键相同的圆盘铣刀加工，因而键在槽中能绕其几何中心摇摆，以适应轮毂槽由于加工误差所造成的斜度。
1.3楔键联接：键的上下两表面是工作面，键的上表面和轮毂键槽底面均有1∶100的斜度，装配后，键即楔紧在轴和轮毂的键槽里，工作表面产生很大预紧力。
钩头楔键联接1.4切向键联接：它由两个一般楔键组成。
其上下两面（窄面）为工作面，其中之一面在通过轴心线的平面内。
工作面上的压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。
一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互成120°～130°角的两个键。
用于载荷很大，对中要求不严的场合。
由于键槽对轴减弱较大，常用于直径大于100mm的轴上。
机械设计轴毂连接
轴
1 : 1 0 0
机械设计
五、花键联接
第六章 轴毂联接
19
1、组成：内花键、外花键 2、类型： 齿形 矩形花键 渐开线花键
B
毂
毂 C
轴
轴
d
D
机械设计
第六章 轴毂联接
20
3、定心方式：矩形——内径定心； 渐开线——齿面定心； 其它 定心 方式
4、特性： （1）齿对称布置，受载均匀； （2）齿浅，应力集中↓； （3）承载↑； （4）定心好； （5）可用于“动”、“静”； （6）渐开线较矩形根部↑， 承载↑， 定心精度高，宜用于 载荷大、尺寸大场合。
矩形花键、渐开线花键
花键联接的特点
受力均匀、齿根应力集中减小、对轴或轴毂的强度消弱小、 可承受较大的载荷、对中性好、导向性好。 缺点？
花键联接的应用
已经标准化。适用于定心精度要求高、载荷大或需要 经常滑移的联接。如：机床、农业机械、飞机、汽车等。
机械设计
第六章 轴毂联接
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键联接的用途： 键联接的用途：
工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩
压溃——主要失效形式 键剪断
机械设计
第六章 轴毂联接
圆头：指状铣刀，应力集中大
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（3）结构形式
方头：盘状铣刀，应力集中小，紧定螺钉固定 一圆头一方头：指状铣刀，用于轴伸处
b)方头
c)一端圆头一端方头
机械设计
（4）特点
第六章 轴毂联接
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静联接，周向固定，传递转矩T；不能承受轴向力及轴向固定。 2、导向平键 动联接，键固定在轴上，毂可沿键移动。 3、滑键 承载能力：耐磨性。
二、键的选择
（宽度b、高度 按照轮毂的长度确定键长 宽度 、 h及键长 ） 及键长L） 及键长
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学习情境11 轴毂连接
工作面
图11-19 导键联接图11-20 滑键联接
导键用螺钉固定在轴的键槽内，轮毂键槽与键是间隙配合，轴上零件能沿轴作轴向移动，如图11-19所示。
为方便拆卸，在键的中部设有起键螺钉。
导键联接适应于轴上零件作轴向移动量不大的场合。
滑键固定在轮毂上，轴上的键槽与键是间隙配合，轴上零件带着键沿轴上的键槽作轴向移动，如图11-20所示。
滑键适应于轴上零件作轴向移动量较大的场合。
）半圆键联接
图11-21 半圆键联接图11-22 楔键联接
3）楔键联接
楔键的工作面是上下底面，楔键的上底面和轮毂键槽的底面都有1:100的斜度，装配后，键即楔紧在轴和轮毂的键槽里，其上下工作面就会产生很
1．选择键联接的类型
一般 8 级以上精度的齿轮有定心精度的要求，齿轮与轴的联接应选用（A
型）平键。
学生可以自己考虑在轴与联轴器联
接应采用什么型普通平键。
2．初选键的尺寸
键的截面尺寸应根据轴的直径确定，键的长度应根据齿轮
轮毂的长度确定，原则是键的长度比轮毂的长度稍短，并且要
符合键的长度系列。
3．校核键的强度
挤压强度校核 ][4P P hld
T A F σσ≤==
导向平键联接和滑键联接的限压条件为
[]p dhl
T p ≤=
4 式中：T —传递的转矩(T =F ×d /2)，N ·m ；
k 一键与轮毂键槽的接触高度，k =0.5h ，h 为键的高度，mm ；
l —键的工作长度，mm 。
对A 型平键l =L -b ，B 型平键l =L ，C 型平
键l =L -b /2，这里L 为键的公称长度，单位为mm ；b 为键的宽度，单位为mm ；
d —轴的直径，mm ； [σp ]—键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa ，
[p ]—键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用压强，MPa ，
键的材料采用抗拉强度不小于600MPa 的碳素钢，通常为45钢。
如果键强度不够，可适当加长轮毂和键的长度，但键长不宜大于2.5d 。
如强度仍不够，可采用双键周向相隔180°布置，考虑到两键上载荷分配的不
均匀性，在强度校核中只按l.5个键计算。
图11-25 销联接图11-26 过盈配合联接销联接
销的主要用途是固定零件之间的相对位置，也用于轴和轮毂的联接或其他零件的联接，既起轴向定位和固定作用，同时又起周向定位和固定作用，通常只传递不大的载荷。
销还可以用于安全装置中作为过载剪断元件，称为
销联接对轴引起较大的应力集中，通常用于轴端零件的定位。
为保证销与轴及轮毂上的销孔配合良好，应对轴及轮毂上的销孔配钻并配铰。
销的型式较多，有圆柱销、圆锥销及其他特殊形式的销等。
圆柱销用于
图11 - 27 销孔的尺寸。