第12章键和花键联接
机械设计课件：键 联 接 和 花 键 联 接
各键齿承载均匀，承载力大, 键槽浅，对轴损伤较小。
加工要用专用设备，成本高。
4·失效形式:
静联接: 齿面压溃。
动联接: 工作面磨损。
5. 花键联接的强度校核:
1)静联接: T K z h l rm P
2)动联接:
[σ]P,[p]
T K
－表10ห้องสมุดไป่ตู้11
zh
p.156
l
rm
p
K－载荷不均匀系数,K=0.7～0.8 ;
紧产生偏心, 对中性差, 不适于高速及对中要求高的场合
四. 切向键 P.154 结构 : 1.一对楔键组成, 上下窄面为工作面
2.只能单向传递转矩 双向传递 : 两对切向键 (120°～130°分布) 特点 : 承载力大→重型机械
T
(二)键的选择及平键的强度校核 P.154
一.键的选择 →(工作要求) 键的种类→按轴径 d选键
与轮毂键槽底面有间隙, 键在轴上键槽中能 绕其圆心转动。 △工作原理: 同平键
△构造与加工: ┌键：用圆钢切制或冲压后磨削 └键槽: 盘状铣刀加工
△失效形式: 键剪断, 工作面压溃。
△特点: 便于安装, 对中好, 用于 锥形轴端, 但对轴削弱大→轻载联接。
△成对使用: 承载能力不够时用, 沿同一母线布置。
的b 、 h→选键长L(标准 ; 短于轮毂寛度) 表10-9
二.平键的强度校核 P.152
b
h/2
1.静联接 →压溃→挤压强度
p
l
Ft h/2
4T l hd
p
Mpa (10-27)
2.动联接
→磨损→压强
p 4T p
l hd
圆头: l =L－Tb 平头: l =L 单圆头: l =L－b/2
花键联接
花键联接花键联接是由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向均布而成花键齿侧面为工作面——适用于动、静联接。
一、类型、特点和应用1、特点：1）齿较多、工作面积大、承载能力较高；2）键均匀分布，各键齿受力较均匀；3）齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱小；4）轴上零件对中性好；5）导向性较好；6）加工需专用设备、制造成本高。
2、花键类型按齿形分：①矩形花键已标准化——制造容易、应用广泛，分轻、中、重、矩形花键定心方式：内径定心（新标准）—定心精度高，定心稳定性好，配合面均要研磨，磨削消除热处理后变形，加工较复杂，且硬度可高些。
当HRC>40，用外径定心不适合时，或D>120mm （工艺上不经济或达不到要求时），单件生产时采用。
外径定心—轴、孔加工简单（孔拉削）精度高，HRC过高，拉削加工困难（一般HRC<40），但现在可通过高频淬火提高硬度，拉削以后再热处理，加工性能变好，一般均可用外径定心。
侧面定心—定心精度不高，但载荷分布均匀，承载能力高，但零件易移动，侧面易磨损，使对中性变坏。
适于定心要求不高的重载联接（静联接）。
外径定心，内径定心，尺侧定心矩形花键连接②渐开线花键（GB34781-83）渐开线花键齿廓为渐开线，可用齿轮机床加工，工艺性较好，制造精度高，齿根圆角大，应力集中小，易于对心。
但加工花键孔用渐开线拉力制造复杂，成本高，适宜于传递大扭矩，大直径轴。
渐开线花键齿形：①α=30°和α=45°；②ha=0.5m（m为模数）；③不根切最小齿数Ｚmin=4(一般Ｚ≥１０)定心方式：齿形定心——能自动定心，有利于各齿均载，应用广，优先采用。
3、三角形花键内花键齿为三角形外花键齿为渐开线（α=45°）加工方便，定心方式：齿侧定心三角形花键——齿数较多，齿较小，对轴强度削弱小。
适于轻载，直径较小时及轴与薄壁零件的联接。
二、花键联接的设计计算设计：选花键类型→按轴径D定花键尺寸（矩形：Z—D×d×b）→验算联接强度失效形式：①键齿的压溃（静联接）；②磨损（动联接）；③齿根剪断∴一般进行挤压强度或耐磨性验算设：工作载荷沿键的工作长度l 均匀分布。
第十二章轴与轮毂连接资料重点
1．按轴受的载荷和功用的不同进行分类 按轴受的载荷和功用的不同，轴可分为心轴（如图12-1）、传
动轴（如图12-2）、和转轴（如图12-3）。
第十二章 轴与轮毂连接
图12-1 心轴（铁路车辆轮轴）
第十二章 轴与轮毂连接
图12-2 传动轴
图12-3 转轴
第十二章 轴与轮毂连接
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 用铸造方法可制成外形复杂的轴，如内燃机中的曲轴。
第十二章 轴与轮毂连接
12.4 轴的设计与计算
为了满足使用要求，并防止轴的疲劳断裂，设计轴时应根据使用 条件对轴进行设计计算。
12.4.1 按扭转强度计算
12.4.2 按弯扭合成强度计算
第十二章 轴与轮毂连接
图12-19 普通平键连接
第十二章 轴与轮毂连接
（2）半圆键连接
半圆键的两个侧面为半圆形，放置在半圆形的轴槽内，如图12-
22所示。工作时半圆键靠两侧面受挤压传递转矩，键在轴槽内可绕其
几何中心摆动，以适应轮毂槽底部的斜度。半圆键连接装拆方便，但
对轴的强度削弱较大，主要用于轻载场合。
完成轴的结构设计后，对于既承受弯矩M又传递转矩T的转轴， 可根据弯矩和转矩的合成强度来进行轴危险截面的强度校核。进行强 度计算时，我们通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴上零件 的力作为集中力，其作用点取零件轮毂宽度的中点。
12.4.3 轴的刚度计算概念
轴的刚度主要是弯曲刚度和扭转刚度。其中，弯曲刚度是轴在弯 矩作用下产生的弯曲变形，其变形量用挠度 和偏转角 来度量；扭转 刚度是在扭矩作用下产生的扭转变形，其变形量用扭转角 来度量。
第十二章 轴与轮毂连接
机械设计键与花键连接习题含答案(OK版)
一、填空题[1]键“B18×80”的含义是__________B型_键宽18键长80_____________________。
[2]平键联接能传递的最大扭矩为T，现要传递的扭矩为 1.5T，则应_安装一对平键_____________。
[3]设计键联接的几项主要内容是：a按轮毂长度选择键的长度, b按要求选择键类型, c按内径选择键的剖面尺寸, d进行必要强度校核。
具体设计时一般顺序为___bcad__________________。
[4]选择普通平键时，键的截面尺寸(b×h)是根据______轴颈_直径___________查标准来确定的,普通平键的工作面是_____两侧面__________。
[5]平键联接靠键和键槽的_______侧面挤压_____传力，高度方向有_______间隙________，不会影响轴与轴上零件的对中。
[6]键连接可分为_____平键___、________斜键____、___花键_________、_半圆键_________。
[7]键的剖面尺寸（b×h）是根据_________轴颈直径_____________从标准中选取出来的。
[8]普通平键联接中，平键的截面尺寸是由______轴颈直径___________________确定的；而平键的长度是由_________轮毂宽度_____________确定的，并应满足标准长度系列且小于轮毂与轴的配合段的长度。
[9]在平键联接工作时，是靠键和键槽侧面的_____挤压_______传递转矩的。
[10]平键连接可分为_________普通平键____________、_______导键滑键_____________等。
[11]平键联接中的静联接的主要失效形式为_______较弱零件的工作面被压溃____________，动联接的主要失效形式为_______磨损_____________；所以通常只进行键联接的________挤压___________强度或_______耐磨性________计算。
花键联接
过盈联接
4.4 无键联接
按配合面的形状不同，可分为圆柱面过盈联接（图a）和圆锥面过盈联接(图b） 两种。 圆柱面过盈联接的装配可采用压入法或温差法。压入法一般只适用于配合尺 寸和过盈量都较小的联接。温差法常用于要求配合质量高、配合尺寸和过盈量 都较大的联接。
4.4 无键联接
圆锥面过盈联接是利用轴毂之间的 轴向位移来实现的，主要用于轴端联 接。 圆锥面过盈联接可用液压压入法装 配，装配时，用高压油泵将高压油通 过油孔和油沟压入联接的配合面间， 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 件压紧到预定的轴向位置时，放出高 压油，而形成过盈联接。拆卸时再压 入高压油，两件即可分离。
减速器输出轴及键槽尺寸标注41键联接1键的类型及尺寸选择齿轮传动要求齿轮与轴的对中性好故选用a型平键连接键2070gb156479根据轴颈d75mm由表41查得键宽b20mm键高h12mm因轮毂长度为80mm故标准键长l70mm将llb702050mmk04h041248mm代入公式41得挤压应力为2验算挤压强度由表41查的轻微冲击载荷时的许用挤压应力为所以挤压强度足够由普通平键标准查得轴槽深75mm毂槽深49mm
端部形状有圆头（ A型）、平头（ B型）和单圆头（ C型）三种
A型
B型
C型
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。 键槽铣制点击查看 B型键槽铣制点击Байду номын сангаас看
4.1 键联接
（2）导向平键（用于动联接）
（3）滑键
导向平键
滑键
4.1 键联接
2.半圆键联接
半圆键联接
3.楔键联接
机械设计键与花键连接习题含答案OK版
一、填空题[1]键“B18X80”的含义是_________ B型_键宽18键长80。
⑵平键联接能传递的最大扭矩为T，现要传递的扭矩为 1.5T,则应_安装一对平键[3]设计键联接的几项主要内容是：a按轮毂长度选择键的长度,b按要求选择键类型，c按内径选择键的剖面尺寸, d 进行必要强度校核。
具体设计时一般顺序为___bcad。
[4]选择普通平键时，键的截面尺寸（bXh）是根据轴颈.直径______________ 查标准来确定的,普通平键的工作面是两侧面。
[5]平键联接靠键和键槽的_____ 侧面挤压_____ 传力，高度方向有间隙,不会影响轴与轴上零件的对中。
[6]键连接可分为___ 平键___、______ 斜键 ___ 、___花键________ 、_半圆键_______ 。
[7]键的剖面尺寸（b X h）是根据轴颈直径___________________ 从标准中选取出来的。
[8]普通平键联接中，平键的截面尺寸是由_____ 轴颈直径 _________________ 确定的；而平键的长度是由________ 轮毂宽度____________ 确定的，并应满足标准长度系列且小于轮毂与轴的配合段的长度。
[9]在平键联接工作时，是靠键和键槽侧面的挤压传递转矩的。
[10]平键连接可分为_______ 普通平键 ___________ 、_____ 导键滑键____________ 等。
[11]平键联接中的静联接的主要失效形式为____________ 较弱零件的工作面被压溃，动联接的主要失效形式为磨损；所以通常只进行键联接的挤压强度或耐磨性计算。
[12]普通平键用于静联接，其失效形式是______ 工作面压溃 ______ ，而滑键及导向平键为动联接，其失效形式是_____ 过度磨损。
二、判断题[1]楔键的两侧面是工作面。
（）[2]平键、半圆键和花键均以键的两侧面为工作面。
（）[3]平键联接的工作表面为键的两个侧面和上下两个底面。
键连接和花键连接
（4）导向性好, （5）精度高 （6）承载能力高
缺点：（1）根部应力集中大,（2）成本高
加工
{ 轴： 滚、铣
孔： 拉、插
2、应用：动连接或静连接
3、类型：矩形花键、渐开线花键
4、工作面：侧面
（1）矩形花键 容易制造，应用广泛。
（2）渐开线花键： 强度高，寿命长
（二）花键连接强度计算 1.失效形式 静联接： 被压溃
切向键连接
切向键由两个具有1∶100斜度的楔键并合而成。装 配时将两键楔紧，上下两工作面平行，工作面上的压力 沿轴 的切线方向，能传递很大扭矩，多用于对对中性要 求不高的重型机械。
当传递双向扭矩时，需使 用两个切向键并相隔1200~1300 布置。
二、平键的尺寸选择和强度校核
1、平键的尺寸选择
宽×高×长：b×h×L （1）按轴径 d 查手册确定键宽 b 和键高 h
p 4T p MPa
dhl
（10-27）
许用挤压应力 p , 见表10-10
若强度不够时，可采用两个平键，相隔 1800布置。考虑 到载荷分布的不均匀性，强度校核按1.5个键计算。
三、花键连接
由轴和轮毂孔沿周向均布的多个键齿构成的连 接称为花键连接。
（一）、类型、特点及应用 1.特点：与键连接比较 优点：（1）受力均匀 （2）对轴削弱小 （3）对中性好
3. 安全销:
二、材料 一般：35，45
键连接设计与计算分析：
图示为在直径d = 80mm 的轴端安装一钢制直齿圆柱 齿轮，轮毂长 L = 1.5d，传递 扭矩T=1000Nm, 工作时有轻 微冲击，试确定平键的连接 尺寸，并校核其强度。
1）轴头的长度应较齿轮
轮毂的长度L短2~3毫米；
键花键联接
标记示例
2．半圆键联接
半圆键也是以两侧面为工作面。 特点：它与平键一样具有定心较好的优点。 半圆键能在轴槽中摆动以适应毂槽底面，装配方 便。它的缺点是键槽对轴的削弱较大，只适用于 轻载联接。 锥形轴端采用半圆键联接在工艺上较为方便.
半圆键联接
3．楔键联接和切向键联接
滑移的联接。
分 类
花键联接可以做成静联接，也可以做成 动联接，一般只验算挤压强度和耐磨性。
分 类
矩形花键，可查得大径 D 、小径 d 、键宽 B( 以上单位为 mm) 和齿数 z ，设各齿压力的合 力作用在平均半径 rm处，载荷不均匀系数 K＝ 0.7～0.8，则联接所能传递的扭矩： 静联接： T＝Kzhl′rm[σp] 动联接： T＝Kzhl′rm[p]
A型
B型
C型
普通平键
A型
B型
C型
导向平键
导向平键较长，用螺钉固定在轴槽中， 为便于装拆，在键上制出起键螺纹孔。 其实现轴上零件的轴向移动，构成动联接。
如变速箱的滑移齿轮采用导向平键。
键联接设计内容 (1)选择类型：工作要求、转矩大小、对中要求
(2)尺寸选择：按轴径d选键的截面尺寸b×h(查标准)
销
联
接
销的主要用途是固定零件之间的相互 位置，并可传递不大的载荷。 材料：销的常用材料为35、45钢。
销
分类：销的基本形式为圆柱销和圆锥销。 特点：圆柱销经过多次装拆，其定位精度会降 低。圆锥销有1：50的锥度，安装比圆柱销方 便，多次装拆对定位精度的影响也较小。
特殊形式的销
图 c 是大端具有外螺纹的圆锥销，
开口销
销孔的加工
便于拆卸，可用于盲孔；
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第12章键和花键联接自测题与答案一、选择题12-1.普通平键联接与楔键联接相比，最重要的优点是__________。
A．键槽加工方便B．对中性好C．应力集中小D．可承受轴向力12-2.半圆键联接的主要优点是__________。
A．对轴的削弱较轻B．键槽的应力集中小C．键槽加工方便D．传递的载荷大12-3．平键联接的工作面是键的__________。
A．两个侧面B．上下两面C．两个端面D．侧面和上下面12-4.一般普通平键联接的主要失效形式是__________。
A．剪断B．磨损C．胶合D．压溃12-5．一般导向键联接的主要失效形式是__________。
A．剪断B．磨损C．胶合D．压溃12-6．楔键联接的工作面是键的__________。
A．两个侧面B．上下两面C．两个端面D．侧面和上下面12-7．设计普通平键联接时，根据__________来选择键的长度尺寸。
A．传递的转矩B．传递的功率C．轴的直径D．轮毂长度12-8．设计普通平键联接时，根据__________来选择键的截面尺寸_ A．传递的力矩B．传递的功率C．轴的直径D．轮毂长度12-9．用圆盘铣刀加工轴上键槽的优点是__________。
A．装配方便B．对中性好C．应力集中小D．键的轴向固定好12-10．当采用一个平键不能满足强度要求时，可采用两个错开__________布置。
A．90°B．120°C．150°D．180°12-11．当轴双向工作时，必须采用两组切向键联接，并错开__________布置。
A．90°B．120°C．150°D．180°12-12．楔键联接的主要缺点是__________。
A．轴和轴上零件对中性差B．键安装时易损坏C．装入后在轮鼓中产生初应力D．键的斜面加工困难12-13．花键联接与平键联接相比较，__________的观点是错误的。
A．承载能力较大B．对中性和导向性都比较好C．对轴的削弱比较严重D．可采用磨削加工提高联接质量12-14．矩形花键联接通常采用__________定心。
A．小径B．大径C．侧边D．齿廓12-15.通常用来制造键的材料是__________。
A．低碳钢B．中碳钢C．高碳钢D．合金钢1.可拆连接有____﹑____。
A.键连接B.铆接C.焊接D.过盈配合连接2. ____键适用于定心精度要求不高﹑载荷较大的轴毂静连接。
A.平键B.花键C.切向键D.半圆键3. ____键适用于定心精度要求高﹑载荷大的轴毂静连接或动连接。
A.平键B.花键C.切向键D.半圆键4. ____键对轴的削弱最大。
A.平键B.半圆键C.楔键D.花键5.楔键和切向键通常不宜用于____的连接。
A.传递较大转矩B.要求准确对中C.要求轴向固定D.要求轴向滑动6. ____键对轴削弱最小。
A.平键B.半圆键C.楔键D.花键7.推荐用的普通平键连接强度校核的内容主要是____。
A.校核键侧面的挤压强度B.校核键的剪切强度﹑B两者均需校核 D.校核磨损8. ____不能列入过盈配合连接的优点。
A.结构简单B.工作可靠C.能传递很大的转矩和轴向力D.装配很方便9.某变速齿轮需在轴上频繁移动，拟采用矩形花键连接，若两连接表面硬度均大于，50HRC，该连接宜采用____定心方式。
A.外径B.内径C.齿侧D.任意10.在渐开线花键中，连接是靠____。
A.齿侧定心B.内径定心C.外径定心D.齿形定心11.普通平键连接的主要用途是使轴与轮毂之间____。
A.沿轴向固定并传递轴向力B.沿轴向可作相对滑动并具有导向作用C.沿周向固定并传递转矩D.安装与拆卸方便12.当轮毂轴向移动距离较小时，可以采用____联接。
A.普通平键B.半圆键C.导向平键D.滑键13.花键联接的强度取决于____强度。
A.齿根弯曲B.齿根剪切C.齿侧挤压D.齿侧接触14.半圆键连接的主要优点是：____。
A.对轴的强度削弱较轻B.键槽的应力集中减小C.工艺性好﹑安装方便15.楔键和____，两者的接触面都具有1：100的斜度。
A.轴上键槽的底面B.轮毂键槽的底面C.键槽的侧面16.哪种键联接可传递轴向力____。
A.普通平键B.半圆键C.楔形键D.切向键17.下列各键中哪一个沿长度有不变的截面____。
A.楔形键B.普通平键C.半圆键18.与多键联接相比，花键联接的下列特征中，有____是不符合事实的。
A.适用于批量生产B.大大地削弱了轴的强度C.具有较大的承载能力D.轴上零件在轴上对中性好二、填空题12-16．普通平键用于________联接，其工作面是________面，工作时靠________传递转矩，主要失效形式是________。
12-17．楔键的工作面是________，主要失效形式是________。
12-18．平键的剖面尺寸通常是根据________选择；长度尺寸主要是根据________选择。
12-19．导向平键和滑键用于_________联接，主要失效形式是________，这种联接的强度条件是_________。
12-20．同一联接处使用两个平键，应错开_________布置；采用两个楔键或两组切向键时，要错开_________；采用两个半圆键，则应_________。
1.平键连接中，____面是工作面；楔形键连接中，____是工作平面。
平键连接中，____﹑____用于动连接。
2. ____键连接，既可传递扭矩，又可承受单向轴向载荷，但容易破坏轴与轮毂的对中性。
3.半圆键的____为工作面，当需要用两个半圆键时，一般布置在轴的____。
4.普通平键有____头﹑____头和 ____头三种，其中____头键用于轴的端部。
5.销钉连接的主要用途是固定零件之间的____。
6.销按形状可分为____销和____销两种，在多次装拆的地方常选用____销。
7.切向键连接必须____使用，只能传递____方向圆周力。
8.过盈连接是利用轮毂与轴之间存在____量靠____传递载荷的一种连接。
9.过盈连接同轴性____，对轴的削弱____，耐冲击的性能____，对配合面加工精度要求____。
10.半圆键装配____，但对轴的强度____。
11.平键联接的主要失效形式有：工作面____（静联接），工作面____（动联接），个别情况下会出现键的剪断。
三、简答题12-21．普通平键的公称长度L与工作长度l之间有什么关系？12-22．普通平键有那些失效形式？主要失效形式是什么？怎样进行强度校核？如经校核判断强度不足时，可采取哪些措施？12-23．平键和楔键联接在工作原理上有什么不同？12-24．切向键是如何工作的？主要用在什么场合？12-25．平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接各自的失效形式是什么？静联接和动联接校核计算有何不同？12-26．花键有哪几种？那种花键应用最广？如何定心？四、参考答案1．选择题12-1 B；12-2 C；12-3 A；12-4 D；12-5 B；12-6 B；12-7 D；12-8 C；12-9 C；12-10 D；12-11 B；12-12 A；12-13 C；12-112 A；12-15 B；﹑D；；；；；；；；；；；；；；；；；2．填空题12-16静两侧侧面受挤压和剪切工作面被压溃12-17上下面压溃12-18轴的直径轮毂长度12-19动磨损耐磨性条件p [p]12-20 180° 120°布置在一条直线上1.键两侧面，上﹑下两表面，导向平键﹑滑键2.楔3.侧面，同一条母线上4.圆，方，单圆，单圆5.相对位置6.圆柱，圆锥，圆锥7.成对，单8.过盈，摩擦9.好，少，好，高10.容易，削弱较大11.压溃，磨损3．简答题12-21．圆头平键工作长度l = L-b；方头平键的工作长度l = L；单圆头平键l = L -b/2。
12-22．普通平键的失效形式有工作面被压溃，个别情况会出现键被剪断。
主要失效形式是压溃。
进行强度校核时应校核挤压强度和剪切强度。
如经校核判断强度不足时，可在同一联接处错开180°布置两个平键，强度按个计算。
12-23．平键是通过两个侧面受挤压和剪切来传递转矩，而楔键是靠上下面受挤压来传递转矩。
12-24．切向键有两个斜度为1:100的楔键组成，上下面为工作面。
靠工作面的挤压力和轴毂间的摩擦力传递转矩。
用于轴径大于100mm ，对中性要求不高，而载荷很大的重型机械上。
12-25．平键用于静联接时失效形式为压溃和剪断，用于动联接时为磨损。
半圆键的失效形式为压溃和剪断。
楔键和切向键的失效形式为压溃。
静联接校核计算挤压强度][ ≤p p σσ，动联接校核计算压强p ≤[p ]。
12-26．有矩形花键、渐开线花键。
其中渐开线花键适用于载荷大、定心精度要求高、尺寸较大的场合，压力角为45°的渐开线花键用于载荷不大的薄壁零件联接。
矩形花键应用较广。
矩形花键联接采用小径定心，渐开线花键采用齿廓定心。