机械设计教材习题解答第4章

第4章习题解答

4-1 普通平键、花键连接有哪些特点?

答：普通平键按端部形状不同，分为A型（双圆头）、B型（平头）、C型（单圆头）等3种类型。有这3种类型是因为轴上键槽加工时用的刀具不同所致。双圆头键的轴上键槽用指状铣刀加工，键槽的形状与键的形状相同，这种键在键槽中固定良好，但轴上键槽端部的应力集中较大。平头键的轴上键槽用盘形铣刀加工，轴上键糟的应力集中小，但对于尺寸大的键容易松动，有时需用紧定螺钉将键固定在轴上键槽中。单圆头键主要用在轴的端部。

花键连接是由轴和毂孔上的多个键齿和键槽组成，工作面为齿侧面，可用于静连接或动连接。花键连接在结构上可以近似看成多个均布的平键连接，只不过键与轴毂是做成一体的。此外，与平键连接相比，花键连接的齿槽较浅，对轴和轮毂的强度削弱较小，应力集中小。花键连接具有对中性好和导向性好的特点。花键连接由内花键和外花键组成，外花键可以用铣床或齿轮加工机床进行加工，需要专用的加工设备、刀具和量具。所以花键连接成本较高。它适用于承受重载荷或变载荷及定心精度高的静、动连接。

4-2 简要回答各种键连接适用于哪些场合。

答：双圆头键的轴上键槽用指状铣刀加工，键槽的形状与键的形状相同，这种键在键槽中固定良好，但轴上键槽端部的应力集中较大。平头键的轴上键槽用盘形铣刀加工，轴上键糟的应力集中小，但对于尺寸大的键容易松动，有时需用紧定螺钉将键固定在轴上键槽中。单圆头键主要用在轴的端部。薄型平键传递的扭矩较小，主要用于薄壁结构的场合。导向平键适用于轴上零件轴向位移量不大的场合，滑键适用于轴上零件轴向移动量较大的场合。半圆键只用于轻载场合。钩头楔键的钩头是为了便于拆卸，楔键一般用于轴端。切向键多用于对中要求不高而载荷较大的重型机械。花键适用于承受重载荷或变载荷及定心精度高的静、动连接。

4-3 简要回答平键和花键连接的失效形式和强度校核方法。

答：平键连接主要有以下2种失效形式。一是对于静连接。一般是键、轴或轮毂中较弱的零件的工作面被压溃，严重过载时可能被剪断。二是对于动连接。键、轴或轮毂中较弱的零件的工作面的过度磨损。因此，静连接通常按工作面上的挤压应力进行强度计算，动连接则按工作面上的压强进行条件性的耐磨性计算。

花键连接的强度计算与键连接相似，其主要失效形式是工作面的压溃（静连接）或工作

面的过度磨损（动连接）。因此，静连接通常按工作面上的挤压应力进行强度计算，动连接则按工作面上的压强进行条件性的耐磨性计算。

4-4 如何选择普通平键的尺寸?其公称长度与工作长度之间有什么关系?

答：普通平键的规格尺寸的选用根据轴的直径d按标准确定键宽b和键高h。键的长度L则根据轮毂长度确定，L等于或略小于轮毂长度。在国家标准中，键的长度L有规定的长度系列（见教材表4-1），L的选择要尽量符合国家标准中的规定。圆头平键工作长度l=L-b，平头平键的工作长度l=L,单圆头平键工作长度l=L-b/2。

4-5 矩形花键根据什么条件进行尺寸的选择?

答：国家标准GB/T1144-2001 矩形花键规格中规定，矩形花键的表示方法为 N×d×D ×B，即代表键齿数×小径×大径×键齿宽。根据花键齿高的不同，矩形花键的齿形尺寸分为轻、中两个系列。轻系列一般用于轻载或静连接；中系列一般用于重载或动连接。

4-6 销连接通常用于什么场合?当销用作定位元件时有哪些要求?

答：常用的销连接一般用来连接零件并传递不大的载荷，定位销的用途是在组合装置中定位，安全销用作安全装置中的过载剪断元件。销的柱面和被联零件的孔应用较高精度和表面粗糙度，圆柱销因多次装拆会使圆柱面和孔面磨损，圆锥销无此缺点，为保证销有足够刚度，直径应取大些。

4-7 查阅有关手册,列出8～10种销的用途。

答：普通圆柱销：多用于定位，靠过盈配合固定在销孔中，配合精度较高，经多次装拆后定位精度的可靠性会降低。

普通圆锥销：具有1:50的锥度，安装方便，可自锁，定位精度比圆柱销高，多次装拆对定位精度的影响也较小，应用广泛。

带螺纹圆柱槽的圆锥销：在销的一端带有螺纹，常用于盲孔或拆卸困难的场合。

开尾圆锥销：在圆锥销的尾部开有一个槽，安装时槽会产生弹性变形，常用于有冲击、振动和高速运行的场合。

圆柱糟销或圆锥槽销:常用于有振动、变载荷和经常装拆的场合，在很多情况下可代替键连接和螺栓连接。

开口销：用于螺纹连接防松，防止螺母与螺栓的相对转动。

弹性圆柱销：用于零件之间的定位、连接、固定等；需具备良好的弹性及抗剪切

力，这类销的外径比装配孔径稍大一点。

4-8 某机械的轴与套筒联轴器采用平键连接，己知轴径d=60mm，联轴器的轮毂长度为110mm ，联轴器材料为铸铁，轴材料为45 钢。试选择键的规格尺寸，并计算该连接所能传递的最大转炬。

答：查表得，b*h=18*11,即平键的宽和高分别为18mm、11mm，长度L=110mm。键的工作

长度l=L-b=110-18=92 mm。再查表得[σ]=150MPa，由公式：σ=4T/dhl<=[σ]得：当

[σ]=150MPa时，T=683N.m。