机械设计 课件 第六章 轴毂连接

第六章 轴毂连接

轴毂连接的功能，主要是实现轴与轴上零件（如齿轮、带轮等）的轴向固定并传递转矩，有些还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。

轴毂连接形式很多，如键连接、花键连接、过盈连接、销钉连接等。本章主要讨论键连结和花键连接的类型，选择和计算，对其他形式的轴毂连接只作简单介绍。

§6-1 键连接

一、 类型及特点： 1、 键的作用

键是种标准零件，通常用来实现轴与轴毂之间的轴向固定以传递转矩，有时也作导向零件用。

2、 分类及结构、特征：

?平键联结；??半圆键联结；键连接的主要类型有：?

?楔键联结；?切向键联结。?（1）、平键连接：

平键是应用最广的键。其横截面是正方形或矩形，键的两侧面是工作面，其顶面与轮毂上键槽的底面留有间隙。工作时，靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。见P100图6-1 a)所示。

?普通平键；??导向平键； 按用途。平键分为：?

?薄型平键；?滑键。?①、普通平键：

用于静连接，特点是：对中性好，安装方便。

?圆头（A型）? 按端部形状，普通平键有?平头（B型）三种。见图6-1 b) ,c) ,d) 所示。

?单圆头（C型）? 采用圆头或单圆头平键，轴上的键槽用端铣刀铣出，轴上键槽端部的应立集中较大；圆头平键在键槽中轴向固定良好，但键的头部侧面与轮毂上的键槽不接触，故键的圆头部分不能充分利用。

采用平头键时，轴上键槽用盘铣刀铣出，轴的应力集中较小。对于尺寸大的键，用紧钉螺钉把键固定在轴上键槽中。

轮毂上的键槽一般用插刀或拉刀加工。单圆头平键常用于轴端与轮毂的连接。 ②、薄型平键

薄型平键也有圆头、平头和半圆头之分。

标准薄型平键的高度约为普通平键的60%～70%，所以传递转矩能力较低，适用空心轴、薄壁轮毂或只传递运动的轴毂连接。 ③、导向平键（简称导键）

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导键是一种较长的平键，一般用螺钉固定在轴上，导键与轮毂的键槽采用间隙配合，轮毂可沿导键轴向移动，用于轮毂移动距离不大的场合，为便于拆卸，键上制有起键螺孔，以便使入螺钉使键退出键槽。

④、滑键

当轮毂轴向移动距离较大时，用滑键固定在轮毂上，随轮毂一道可沿轴上的键槽移动，所以轴上应铣出较长的键槽。 （2）、半圆键连接

其结构见P10图6-3所示。 轴上键槽用盘铣刀铣出，键在槽中能绕键的几何中心摆动，以适应轮毂键槽底面的斜度。 半圆键的两侧面为工作面，工作时，靠键与键槽侧面的挤压传递转矩。半圆键制造简单，拆装方便，但轴上键槽较深，对轴削弱较大。它适用于轻载连接或锥形轴端与轮毂的连接。 （3）、楔键连接

?圆头（A型）?普通楔键；? 楔键分为：?。而普通楔键有：?方头（B型）三种型式。

?勾头楔键。?单圆头（C型）? 楔键连接如P102图6-4所示。其特征为： ①、楔键的上表面及轮毂键槽底面各有1：100的斜度，装配时将键打入槽中，键楔紧在轴与轮毂之间；

②、键的上、下两面为工作面，键与键槽的两侧面并不接触；

③、工作时，主要靠键与键槽之间及轴与轮毂之间的摩擦力来传递转矩，楔键还能承受单向的轴向力，对轮毂能起单向的轴向固定作用；

④、由于楔键连接在装配后会使轴上零件和轴产生偏心，在冲击振动或变载荷下容易松动，因此仅适用于对中要求不严格，不受冲击振动或变载荷的低速轴的连接中； ⑤、楔键最好用于轴端，尤其是勾头楔键，用于不能从轮毂的另一端将键打出的场合。键安装在轴端，勾头供拆卸用，拆卸时将楔形工具打入勾头与轮毂间的空隙出，将键挤出； ⑥、与平键比较，连接简单，轴向固定不加附零件； ⑦、当键需从轮毂的一段打入时，轴上键槽要长一些。如普通楔键中的平头、单圆头及勾头楔键，是在轮毂装好后，将键放入键槽并打紧，所以轴上的键槽要长些；而普通楔键中的圆头楔槽是把键先放入轴上键槽中，然后打紧轮毂。 （4）、切向键连接 如P102图6-5所示。 切向键有一对斜度为1：100的楔键组成。装配时，一对楔键分别从轮毂的两端打入，拼合成切向键就沿着轴的切线方向楔紧在轴与轮毂之间。 特征：①、切向键的工作面是两个楔键沿斜面拼合后相互平行的两个窄面； ②、工作时，靠工作面上的挤压力和轴与轮毂之间的摩擦力来传递转矩； 2

③、因键槽对轴的削弱较大，所以切向键常用于直径?100mm的重型能够机械

传动的轴上；

④、用一个切向键时，只传递单向转矩；当要传递双向转矩时，必须用两个切向

键，两个切向键的夹角为120°～130°。 二、 键的选择及强度计算 1、键的选择 （1）、类型选择：根据键连接的结构特点，使用要求和工作条件来选择。

①、按传递载荷的大小：如承重载，采用切向键；承轻载或锥形轴端与轮毂的连接，则采用半圆键。

②、按轴上零件是否沿轴向移动和滑动距离长短：若轮毂可沿轴向移动，但移动距离不大，可采用平键中的导向平键；但轴向移动距离较大时，采用滑键。 ③、若对中性要求好，则采用平键连接。

④、按键是否具有轴向固定作用：有，则选楔键或切向键。

⑤、按键装在轴上的位置，是中部还是端部。若是锥形轴端，则采用半圆键连接；在轴端，还可采用勾头楔键连接。 （2）、尺寸选择：

键的主要尺寸为键的截面尺寸与长度。截面尺寸一般以键宽b?键高h表示。选取时，按轴的直径d由标准选定。键长L一般按轮毂长度来选：键长略短语或等于轮毂长度。而导向平键的长则轮箍长及滑动距离而定。一般轮毂的长度L'??1.5～2?d，应符合标准规定的长度系列。

选出键的类型及尺寸后，还应进行强度校核计算。

2、键连接强度计算： （1）、平键连接的强度计算

①、见P103图6-6所示，由平键组成的静连接受转矩作用。此时，键的侧面及工作面受挤压，截面a-a受剪接，设作用力为,作用在a-a面的两工作面的上、下部分。 ②、失效形式：

对静连接，可能的失效形式是工作面被压溃或键被剪断。 对常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键连接来说，主要失效形式是工作面被压溃；对导向平键、滑键组成的动连接，主要失效形式工作面的磨损。 ③、材质：

键是标准件，一般采用抗压强度?B?600MPa的碳钢制造，常用材料为键用精拔中的碳钢，如45钢。当轮毂用非铁金属或非金属时，如铝合金等，键的材料经常采用A3或20号钢。

④、强度计算：

因压溃是键的主要是失效形式，所以通常按工作面上的挤压力进行计算。在作用力作用下，键的两侧面受力沿高度受力不均，并且由于轴扭转变形，也会引起键上载荷向两头集中，使载荷沿轴向分布不均。

由于许多不定因素，很难准确计算实际的最大应力。计算时，假定挤压应力在键长上和高度上均匀分布，这是普通平建连接的强度条件为：?P?#F???P? A 3

导向平建连接和滑键连接的强度条件为：p?式中：A——受力面积，A?k?l?F??p? Ahl,h为键的高度，mm； 2l——键的工作长度，mm；对圆头平键，l?L?b；对平头平键，l?L； L为键的公称长度，mm；b为键宽，mm。

d而T——传递的转矩，T?F?y?F?,N?mm；d——轴的直径，mm；

2??P?——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应力，MPa。

值看P102表6-2。

2T?103F4T?103d则：?P??????P?

hAhdl?l2hdl??P??kld??P?,N?m 则平键连接所能传递的转矩为：T?40004000h k——键与轮毂的接触高度，k?,mm。

2 若一个平键不能满足轴所传递转矩的要求时，可在轴与轮毂连接处的180方向上，再布置一个平键，即两个平键对称分布。考虑到在和分布的不均匀性，进行强度计算时，紧按1.5个键计算。 （2）、半圆键的强度计算

半圆键连接的受力情况与平键连接相似，键P104图6-7所示，但半圆键的宽度b较小，故其主要失效形式是键被剪断或工作面被压溃。

?2T?103???? ①、键的剪切强度条件为：??dbl式中：l——键的工作长度，mm。计算时，取l?L，L为键的公称长度；

???——键的许用剪切应力，NPa，其值的选取，可按表6-2中静连接，键材料

为钢来选，一般取小值。

则，半圆键连接所传递的转矩为：T?bld??? 32?10②、若按工作面的挤压应力进行强度校核计算。

2T?103???P? 强度条件仍沿用平键连接公式：?P?kld 所传递的转矩公式为：T?kld??P?,N?mm 2?103 4