机械设计基础 第5章 轴毂连接
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
二、过盈连接的工作原理与装配方法
工作原理：利用包容件与被包容件的径向变形使配合面间
产生很大压力，从而靠摩擦力来传递载荷
装配方法：
1）压入法—利用压力机将被包容件压入包容件中，由于压
入过程中表面微观不平度的峰尖被擦伤或压平，因而降
低了连接的紧固性 2）温差法——加热包容件，冷却被包容件。可避免擦伤联 接表面，连接牢固。
键的选择和键连接的强度计算
键连接的选择
1.键的类型选择 选择键的类型主要应考虑以下因素： 传递转矩大小；对中性要求； 轮毂是否需要作轴向移动及滑移距离大小； 键在轴的中部或端部等。 2.键的尺寸选择 平键的主要尺寸为键宽b、键高h 和键长L。 设计时，根据轴的直径d从表所列标准中选择平键的宽度b 和高度h； 键的长度L略小于轮毂的长度（一般比轮毂长度短5～10）， 并符合标准中规定的长度系列。
键连接的强度计算
1、平键连接的强度校核
N 1000T / d 2 2000T [ ] *c）剪切强度条件 bl bl bld
键连接的强度计算
2、半圆键连接强度校核
N 1000T / d 2 2000T [ ] bl bl bld
强度不够时，措施：
1）双键，180°布置（按1.5个键计算）三键，120°布置
§3 销连接
一、销的作用：
定位销 主要用于零件间位置定位，左图，常用作组合
加工和装配时的主要辅助零件。 不大的载荷
连接销 主要用于零件间的连接或锁定，中图，可传递 安全销 主要用于安全保护装置中的过载剪断元件 ，右图
(a)圆柱销
(b)圆锥销
二、销类型
圆柱销——不能多于装拆（否则定位精度下降）
渐开线花键的齿廓为渐开线。其定心方式可分为外径定心和 齿廓定心两种。与矩形花键相比，渐开线花键的齿根较厚， 应力集中较小，连接强度高。齿廓定心时，因齿面受载后齿 面上有径向分力，故它有一定的自动定心能力，一般优先选 用齿廓定心方式。必须注意，加工花键孔的拉刀制造成本较 高，故渐开线花键常用于载荷较大，定心精度要求高以及尺 寸较大的连接。
机械设计基础轴毂联接
机械设计基础轴毂联接1. 简介轴毂联接是机械设计中常用的一种联接方式，主要用于连接轴和轮毂或其他旋转装置。
它既能传递力矩和转动，又能承受径向和轴向载荷，并提供一定的位置固定性。
轴毂联接在各种机械设备和工程项目中广泛应用，如汽车、飞机、机械加工等。
2. 轴毂联接类型2.1 键槽联接键槽联接是一种常见的轴毂联接方式，其原理是通过在轴和轮毂上切割相应的键槽，并在键槽中插入键来实现联接。
键槽联接具有简单、可靠的特点，在承受转矩时能够提供良好的力传递和位置固定性。
锥形联接是一种将轴和轮毂通过锥形形状进行联接的方法。
在锥形联接中，轴和轮毂的端面呈相应的锥度，通过将两者相互嵌套来实现联接。
锥形联接具有良好的力传递性能和固定性能，适用于较大的转矩传递。
2.3 胀紧联接胀紧联接是一种利用胀紧原理实现的轴毂联接方法。
它通过在轴和轮毂上钻孔，并在孔中安装膨胀套或螺栓等元件，使其通过膨胀或拉紧来实现联接。
胀紧联接具有简单、可靠的特点，适用于中小型设备和工程。
摩擦联接是一种利用摩擦力实现的轴毂联接方式。
在摩擦联接中，通过轴和轮毂的摩擦力来实现联接。
摩擦联接常用于带有摩擦制动装置的机械设备，如摩托车、自行车等。
3. 轴毂联接设计要点3.1 轴毂联接的强度计算在轴毂联接的设计中，需要进行强度计算以确保联接的可靠性和安全性。
强度计算应考虑联接所承受的转矩、径向力和轴向力等。
3.2 轴和轮毂的配合轴和轮毂的配合是轴毂联接设计的重要方面，配合不良会导致联接失效和损坏。
配合方式应根据实际需要选择，常见的配合方式有过盈配合、间隙配合和硬度配合等。
3.3 轴毂联接的固定方式轴毂联接需要一定的固定方式来保证联接的可靠性和稳定性。
常见的固定方式包括螺纹固定、焊接固定、胀紧固定等。
3.4 轴毂联接的检测与维护轴毂联接在使用过程中需要定期进行检测和维护，以确保联接的可靠性和安全性。
检测方法包括视觉检查、测量和无损检测等。
4. 总结轴毂联接是机械设计中常见的一种联接方式，通过不同的联接方法可以实现不同的需求。
轴毂连接
可靠性。
圆锥销具有1:50的锥度，安
装方便，定位精度高。
开尾圆锥销在连接时的防松效 果好，适用于有冲击、振动的场合
的连接。
机械设计
轴毂连接
端部带螺纹的圆锥销可
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用于盲孔或拆卸困难的场合；
销轴用于两零件的
铰接处，构成铰链连接。
通常用于开口销锁定， 工作可靠，装拆方便。
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压在销孔中，不 易松脱，因而能承受振动和变载荷。
机械设计
轴毂连接
1
轴毂连接
§1 轴毂连接概述
§2 键连接及花键连接 §3 销连接 §4 成形连接 §5 过盈连接
机械设计
§1 轴毂连接概述
轴毂连接
2
轴毂连接 —— 主要用于轴上零件与轴周向固定以传递转矩。
周向固定： 传递转矩
功用： 轴向固定： 传递轴向力 相对轴向动连接： 轴毂连接的种类很多，按闭合（锁合）方式，可分为： 形闭合： 如：平键、花键、销、成形（无键）连接等 力闭合： 如：楔键、弹性环连接、过盈连接等
机械设计
5、设计计算：
轴毂连接
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强度条件：
主要失效：齿面的压溃或磨损，齿根的剪断或弯断等 ∴ 一般只作连接的挤压强度或耐磨性计算 考虑载荷不均匀系数 k = 0.7 ~ 0.8 其具体设计计算方法，详见机械设计手册。
机械设计
§3 销连接
轴毂连接
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圆柱销靠过盈配合固定在销孔 中，经多次装拆会降低定位精度和
机械设计
一、平键连接 1、普通平键 应用最广泛，本章重点。
轴毂连接
3
§2 键连接及花键连接
（1）工作面：两侧面；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
第五章 轴毂联接
第三章轴毂联接轴毂联接的功能主要是实现轴与轴上零件的周向固定并传递转矩，有些还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。
轴毂联接的形式很多，本章主要讨论键联接、花键联接和销联接。
第一节键、花键联接一、键联接键的功用：通常用于联接轴和轴上的零件，起到周向固定的作用并传递转矩。
有些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。
键是一种标准件。
1．键联接的类型及特点主要类型：平键联接、半圆键联接、楔键联接、切向键联接。
（1）平键联接如图5－1a所示，装配时，转动件上加工一个通槽，在轴上加工一个小坑，便构成了平键联接。
平键的两个侧面是工作面并用于传递转矩。
键的上面与轮毂槽底之间留有间隙，为非工作面。
图3－1 普通平键联接工作原理：是靠键同侧面的挤压来传递转矩、运动、动力。
键的侧面与键槽之间为过盈配合，装配时用木锤敲平。
这种键联接具有结构简单、对中性好、装拆方便等优点，因而得到广泛应用。
但这种键联接对轴上零件不能起到轴向固定的作用。
平键联接按用途可分为3种：普通平键、导向平键和滑键。
①普通平键普通平键用于静联接，即轴与轮毂之间无相对移动。
按键的端部形状可分为A型（圆头）、B型（方头）和C型（单圆头）3种。
(如图5－1) 圆头键的键槽用指状铣刀加工，键放在与键同形状的键槽中，因而键的轴向固定较好。
缺点是键的圆头侧面与轮毂的键槽不接触，因而键的头部不能充分利用，而且键槽端部对轴引起的应力集中较大。
方头平键的键槽用圆盘铣刀加工，因而避免了上述缺点，但键在键槽中固定不好。
单圆头平键常用于轴端与轴上零件的联接。
薄形平键，其结构与普通平键几乎一样，就是键高约为普通平键的60%-70%，也分为圆头，平头和单圆头三种形式。
传递转矩的能力较低，常用于薄壁结构，空心轴及一些经向尺寸受限制的场合，另外对轴的削弱，能力也小。
②导向平键导向平键用于动联接，即轴与轮毂之间有轴向相对移动的联接。
导向平键（图5－2）是一种较长的平键，用螺钉固定在轴槽中，轴上零件可沿键作轴向滑动。
轴毂连接
普通平键的标注
国标编号 标记示例
1.键的种类和标记
表示键宽10mm 键高8mm 键长50mm 的A型普通平键
标记为：
GB／T1096
国标编号
键 10×8×50
名称 规格
• 普通平键分圆头(A型 ) 、平头(B型)和单圆 头(C型) • A型平键可不标出A ，B型或C型则必须在 规格尺寸前标出B或C
轴毂连接
3．楔键连接
楔键的上、下面是工作面，键的上表面和 毂槽底面均具有1∶100的斜度。 普通楔键
轴毂连接
钩头楔键 工作时，靠楔键 上下面与键槽的楔 紧作用传递转矩。
轴毂连接
优点—是能对轮毂起到单向轴 向固定的作用或承受单向的轴向 载荷， 缺点—是在楔紧时破坏了轴与 轮毂的对中性。
轴毂连接
1:100斜面
轴毂连接
1、特点：优点：传递载荷大 缺点：切向键破坏轴上零件对中性
2 、应用：对中精度要求不高、载荷大的重型 机械中，
如：大型飞轮、矿用卷扬机卷筒等
轴毂连接
花键连接 1、工作原理： （花键轴、花键孔组成）键侧工作、挤压传扭
花键孔
花键轴
花键联接
轴毂连接
花键连接 2、特点：
承载能力高-多齿传力
第5章 轴 毂 连 接
开口销是一种 防松零件，用于锁 紧其他紧固件。装 配时，将销插入销 孔，再将尾部分开， 防止脱出
轴毂连接
设计者思维 课后练习
要实现轴上零件的周向定位并传递转 矩可以使用哪些方法？ 常用滚动轴承的类型有那些？ 用文字表示30317、7206轴承？ 用文字表示键10X8X50？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ图5-17 圆锥销
图5-16 圆柱销
圆柱销靠过盈配 合固定在销孔中
第五章轴和轴毂联接
第五章轴和轴毂联接一、判断题1. 转轴用于传递动力，只受扭转作用而不受弯曲作用或受弯曲作用很小。
（× ）2. 轴各部位的直径应符合标准尺寸系列，支承轴颈的直径还应符合轴承内孔的直径系列。
（√ ）3. 用轴肩、轴环、挡圈、圆螺母、轴套等结构及零件可对轴上零件作周向固定。
（× ）4. 根据平面假设，圆轴扭转时，横截面变形后仍保持平面。
（√）5．材料抗挤压的能力要比抗压的能力大得多。
（ √ ）6．在材料相同，载荷相同的条件下，空心轴比实心轴省料。
（ √ ）7. 键连接与销连接均属于可拆卸连接。
（ √ ）8. 半圆键多用于锥形轴的辅助性连接。
（ √ ）9. 平键的选用主要根据轴的直径，由标准中选定键的截面尺寸b×h，而键的长度L 应稍小于轮毂的长度，并符合标准系列。
（ √ ）10. 轴肩（或轴环）的过渡圆角半径应小于轴上零件内孔的倒角高度。
（ √ ）11. 在平键联接中，平键的两侧面是工作面。
（ √ ）12. 只承受弯矩而不受扭矩的轴，称为心轴。
（ √ ）13．可用键来实现轴上零件的轴向定位。
（ × ）二、选择题1．当圆轴的两端受到一对等值、反向且作用面垂直于圆轴轴线的力偶作用时，圆轴将发生（ A ）A 扭转变形B 弯曲变形C 拉压变形D 剪切变形2. 既支承回转零件又传递动力的轴称为（ C ）。
A 、心轴B 、传动轴C 、转轴D 、固定心轴3. 轴端的倒角是为了（ A ）。
A 、装配方便B 、便于加工C 、减小应力集中D 、便于轴上零件的定位4. 自行车车轮的轴属于（ C ）。
A 、传动轴B 、转轴C 、固定心轴D 、转动心轴5. 从轴的结构工艺性方面分析，把轴设计为阶梯形首先是为了（ B ）。
A 、加工制作方便B 、便于装拆轴上零件C 、节省材料D 、满足轴的局部结构要求6. 结构简单、定位可靠、能承受较大轴向力的轴向固定形式是（ A ）。
A 、轴肩或轴环固定B 、弹性挡圈固定C 、轴套或圆螺母固定D 、圆锥销固定7．如图所示，拉杆的材料为钢，在拉杆与木材之间放一金属垫圈，该垫圈的作用是（ D ）。
机械设计第五章轴毂连接
动联接 导向键——键不动，轮毂轴向移动 （4）滑键
滑键——键随轮毂移动
2、半圆键
原理：靠键与键槽 侧面的挤压传递转 矩。
工作面：两侧面。
§5.1 键 连 接
轴向承载情况：不能承受轴向力。
半圆键联接
特点：制造简单，工艺性好，拆装方便，对中性好，可自动适应轮 毂键槽的斜度。适用于锥形轴与轮毂的联接。 缺点：轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大。只适用于轻载连接。
§5.4 其他轴毂连接简介
一、型面连接
型面连接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔配合 以传递运动和转矩的可拆连接，它是无键连接的一种型式。
特点：对中好,没有键槽引起的应力集中，可传递大的转矩，装拆方便，但 加工复杂，应用不普遍。 在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、注塑零件。要注塑 出各种各样的非圆形孔是毫无困难的，故型面连接的应用获得了发展。应 用较多的是带切口圆形和正六边形型面。
1．键的选择
(1)类型 (2)尺寸 根据键连接的结构特点、使用要求、工作条件 键的截面尺寸b×h及键长L。 b×h根据轴径d由标准中查得，键的长度参考轮毂的长度确 定，一般应略短于轮毂长，并符合标准中规定的尺寸系列。
2．平键连接的失效和强度校核
对于普通平键连接（静连接），其主要失效形式是工作面的压溃，很少 会出现键的剪断，故一般只作连接的挤压强度校核。 对于导向平键连接和滑键连接，其主要失效形式是工作面的过度磨损， 通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。
键连接1
键是一种标准件，主要是实现轴与轴上零件的周向固定并传递转矩，有 些还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。
键的类型：平键、半圆键、楔键、切向键 1．平键连接 原理：靠键与键槽侧面的挤压传递转矩。
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钢 [ p ] 静连接
铸铁
[p] [ ] 动连接 静连接 钢 钢
70~80
50 120
50~60
40 90
30~45
30 60
注：1．[p]、[p]应按连接中力学性能较弱的材料选取； 2．如有与键相对滑动的被连接件表面经过淬火，则动连接的许用压 强[p]可提高2~3倍。 9
5.1.3 花键连接
7
静连接时： 动连接时：
2T / d 2T p p lK dlK
2T / d 2T p [ p] lK dlK
8
表5–1 键连接的许用应力[p]、[]和许用压强[p] MPa 许用应力和 许用压强 连接工作 方式 连接中较弱 零件的材料
载荷性质
静载荷 120~15 0 轻微冲 击 100~120 冲击 60~90
5
在重型机械中常采用 切向键连接。切向键由一 对楔键组成装配时将两键 楔紧，键的窄面是工作面， 工作面上的压力沿轴表面 的切线方向作用，能传递 很大的转矩。
6
5.1.2 平键连接的强度校核
键的横截面尺寸(键宽b×键高h)按轴的直径d从键的 标准中选取；键的长度L可参照轮毂的长度从标准长度系 列中选取，一般略短于轮毂长度。首要的键还应进行强度 校核。 普通平键主要的失效形式是工作面被压溃，严重过 载时可能还会出现键的剪断。一般情况下只需按工作面的 挤压应力进行强度校核即可。
第五章
5.1 5.1.1 键和花键连接设计 键连接
轴毂连接
1.平键连接 平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。 平键连接结构简单、装拆方便、对中性较好，应用 广泛。但这种键不能承受轴向力，因而对轴上零件不能 起到轴向固定的作用。
1
分类：普通平键、导向平键和滑键三种。 普通平键按端部形状可分为Байду номын сангаас头(A型)、方头(B型)和 单圆头(C型)三种，用于静连接 。
a）平键连接
b）圆头(A型)
c）方头(B型)
d）单圆头(C型)
2
导向平键和滑键用于动连接。导向平键(图a)是一种 较长的平键，用螺钉固定在轴上的键槽中，而轴上的传动 零件则可沿导键作轴向滑移。当零件滑移的距离较大时， 因所需导向平键的长度过大，制造困难，故宜采用滑键 (图b)。
a）导向平键
b）滑键
采用防松环的防松结构
18
5.3 型面连接
轮毂与轴沿光滑非圆表面接触而构成的连接，称为 型面连接 。它们均能传递转矩，前者还可用作不带载荷 下移动的动连接，后者还能承受单方向的轴向力。
（a）轴和毂孔是柱形
b)轴和毂孔是锥形
型面连接
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5.4 过盈配合连接
利用零件间的过盈配合来实现的连接，称为过盈配合 连接。 优点：结构简单，定心性好，承载能力高，承受变载荷 和冲击的性能好。
MPa 齿面经热处 40~70 100~140 120~200 20~35 30~60 40~70 3~10 5~15 10~20
空载下移动的 动连接
[p]
不良 中等 良好 不良 中等 良好
在载荷作用下 移动的动连 接
注：1．使用和制造情况不良系指受变载、有双向冲击、振动频率高和振幅 大、润 滑不良（对动连接）、材料硬度不高或精度不高等； 2．同一情况下，[p]和[p]的较小值用于工作时间长和比较重要的场合。 14
a)内螺纹圆锥销
b)外螺纹圆锥销
a)开尾圆锥销
b)小端带外螺纹圆锥销
带内、外螺纹的圆锥销
开尾和小端带外螺纹圆锥销
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槽销 用弹簧钢滚压或模锻而成。槽常有三条，其形 状有：沿销全长的平行直槽；沿销全长的楔形槽；一端有 短楔槽及中部有短凹槽等。 弹性圆柱销 由弹簧钢带卷制的纵向开缝的圆管，借 助于弹性，均匀挤紧在销孔中，对销孔精度要求较低，可 多次装拆，用于有冲击、振动的场合。但刚性较差，不适 用于高精度定位。
轴和轮毂孔周向均布的多个键齿构成的连接称 为花键连接，它由外花键和内花键组成。齿的侧面 为工作面。承载能力高、对轴强度削弱小(齿浅、 应力集中小)、对中性和导向性好。
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1. 矩形花键连接 根据GB/T 1144－2001矩形花键规格，用 N×d×D×B分别表示键数、小径、大径和键齿宽。矩形 花键连接的定心方式有按小径、齿宽和大径等三种。
5.2 销连接
5.2.1 销的作用及类型
销主要用于定位、连接、传递运动和不大的载荷，还 可以作为安全装置。
定位销
连接销
安全销
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根据不同的需要，销还有许多特殊形式：为便于拆 卸带有内螺纹或外螺纹的圆锥销，可用于盲孔或拆卸困难 的场合。开尾圆锥销和小端带外螺纹圆锥销，可保证销在 冲击、振动或变载下不致松脱。
槽销
弹性圆柱销
开口销
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5.2.2 销连接的结构设计
1. 选定销类型 根据具体结构要求，结合各种类型销的特点，进行选择。 2. 确定销尺寸 用作连接零件的销，其尺寸通常按结构条件选定。 3. 销连接的防松 由于振动和冲击、温度急剧变化以及装配质量不好等原因， 圆柱销和圆锥销都可能产生松脱，为防止这种现象的发生， 必要时应采用防松结构。
T p [ p ] Zrm hL
T p [ p] Zrm hL
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表5–2 花键连接的许用挤压应力[p]和许用压强[p] 许用挤压应力 和许用压强 连接工作方式 使用和制造情 况 不良 [ p ] 静连接 中等 良好 齿面未经热处 理 35~50 60~100 80~120 15~20 20~30 25~40 –– –– ––
缺点：配合面加工精度要求高，装拆困难。
a) 装配前
b）装配后
过盈配合连接 1—包容件; 2—被包容件
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2. 渐开线花键连接 渐开线花键的齿廓为渐开线，可以利用制造齿轮的 加工方法来加工，工艺性较好。它的齿根较厚，强度高， 寿命长。但加工花键孔的拉刀制造成本较高，尺寸较小时， 受到一定限制。
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5.1.4 花键连接的强度校核
花键连接的主要失效 形式是齿面的压溃（静连 接）或磨损（动连接）， 通常只进行连接的挤压强 度或耐磨性计算。
3
2.半圆键连接 半圆键也是以两侧面为工 作面。 优点：定心较好。 缺点：轴上键槽较深，对轮 的强度削弱较大，故一般 只用于轻载静连接中。 锥形轴端采用半圆键连接 在工艺上较为方便。
4
3. 楔键连接和切向键连接 楔镀的上、下面为工作面， 分别与轮毂和轴上的键槽 底面贴合。键的上表面和 轮毂键槽底面各有1：100 的斜度，工作时主要靠摩 擦力传递转矩，并能承受 单方向的轴向力。