13.4 销联接13.3 成型联接

13.2 花键联接

13.1 键联接

第 13 章 键联接、花键联接、成型联接和销联接

13.1 键联接 键联接由键、轴和轮毂组成，它主要用以实现轴和轮毂的周向固定和传递转矩。 键联接的主要类型有：平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接。它们均已标准化。

13.1.1 平键联接 如图 13 － 1a 所示，平键的两侧面是工作面，平键的上表面与轮毂槽底之间留有间隙。这种键的定心性好，装拆方便，应用广泛。常用的平键有普通平键和导向平键。

h

d+

t1

图 13 － 1 （ a ）平键联接

普通平键和导向平键

普通平键按其结构可分为：

圆头（称为 A 型，如图 13 － 1b ）

b

L

(b)

图 13 － 1 平键联接

A 型键在键槽中固定良好，但轴上键槽引起的应力集中较大；

圆头

普通平键按其结构可分为：

圆头（称为 A 型，如图 13 － 1b ）方头（称为 B 型，如图 13 － 1c ）

图 13 － 1 平键联接

b

L

(c)

B 型键克服了 A 型键的缺点，当键尺寸较大时，宜用紧定螺钉将键固定在键槽中，以防松动；

普通平键按其结构可分为：

圆头（称为 A 型，如图 13 － 1b ）方头（称为 B 型，如图 13 － 1c ）

单圆头（称为 C 型，如图 13 － 1d ）

图 13 － 1 平键联接

b

L(d)

C 型键主要用于轴端与轮毂的联接 。

单圆头

图 13 － 1e 为导向平键，该键较长，键用螺钉固定在键槽中，键与轮毂之间采用间隙配合，轴上零件可沿键作轴向滑移。

图 13 － 1 平键联接b

L

(e)

13.1.2 半圆键联接 图 13 － 2 所示为半圆键，半圆键的工作面也是键的两个侧面。 轴上键槽用半圆键尺寸相同的键槽铣刀铣出，半圆键可在槽中绕其几何中心摆动以适应毂槽底面的倾斜。

优点：工艺性好，装配方便， 尤其适用于锥形轴端与 轮毂的联接缺点：键槽较深，对轴的强度 削弱较大，一般用于轻 载静联接

图 13 － 2 半圆键联接

13.1.3 楔键联接和切向键联接

图 13 － 3 所示为楔键联接，楔键的上、下两面为 工作面。

图 13 － 3 楔键联接

fN

N

工作面

N

fN

ed

T

斜度 1 ： 100

如图 13 － 3 所示，楔键分为普通楔键和钩头楔键两种，钩头楔键的钩头是为了便于拆卸。

楔键的上表面和它相配合的轮毂键槽底面均有 1 ： 100 的斜度。装配时将楔键打入，使楔键楔紧在轴和轮毂的键槽中，楔键的上、下表面受挤压，工作时靠这个挤压产生的摩擦力传递转矩。

图 13 － 3 楔键联接

斜度 1 ： 100 斜度 1 ： 100

拆卸空间安装时

用力打入

普通楔键和钩头楔键

楔键的主要缺点：楔键楔紧后，轴和轮毂的配合产生偏心和偏斜，因此楔键联接一般用于定心精度要求不高和低转速的场合。

图 13 － 4a 所示为切向键。切向键是由一对楔键组成的，装配时将切向键沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。

图 13 － 4(a) 切向键联接

斜度 1 ： 100

用一对切向键时，只能单向传递转矩，当要双向传递转矩时，须采用两对互成 120° 分布的切向键（图 13 － 4b ）。由于切向键对轴的强度削弱较大，因此常用于直径大于 100mm 的轴上。

120°

dT

斜度 1 ： 100

工作面

图 13 － 4(b) 切向键联接

d

T T

切向键联接

13.1.4 平键联接的选择和计算

根据工作要求选择键的类型

根据轴径 d 查取键的宽度 b 和高度 h

参照轮毂长度选取键的长度 L

键联接的强度校核

键联接的设计步骤：

表 13 － 1 普通平键和键槽的尺寸（参看图 13 － 1 ）

轴的直径D

键的尺寸 键槽轴的直径 d

键的尺寸 键槽

b h L t t1 b h L t t1

>8 ～ 10 3 3 6~36 1.8 1.4 >38~44 12 8 28~140 5.0 3.3

>10~12 4 4 8~45 2.5 1.8 >44~50 14 9 36~160 5.5 3.8

>12~17 5 5 10~56 3.0 2.3 >50~58 16 10 45~180 6.0 4.3

>17~22 6 6 14~70 3.5 2.8 >58~65 18 11 50~200 7.0 4.4

>22~30 8 7 18~90 4.0 3.3 >65~75 20 12 56~220 7.5 4.9

>30~38 10 8 22~110 5.0 3.3 >75~85 22 14 63~250 9.0 5.4

L 系列 6 、 8 、 10 、 12 、 14 、 16 、 18 、 20 、 22 、 25 、 28 、 32 、 36 、 40 、 45 、 50 、 56 、 63 、 70 、80 、 90 、 100 、 110 、 125 、 140 、 160 、 180 、 200 、 250……

注：在工作图中，轴槽深用（ d-t ）或 t 标注，毂槽深用（ d+t ）或 t1 标注。

键的材料一般采用抗拉强度不低于 600N/mm2 的碳素钢。

平键联接的主要失效形式是工作面的压溃，除非有严重的过载，一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作面上挤压应力进行强度校核计算。

导向平键联接的主要失效形式是过度磨损 , 因此，一般按工作面上的压强进行条件性强度校核计算。

如图 13 － 5 所示，假定载荷在键的工作面上均匀分布，并假设 k h/2 。则普通平键联接的挤压强度条件为：

对导向平键联接应限制压强 p 以避免过渡磨损，即：

)(N/mm ][4/2 2

pcc

p dhL

T

kL

dT （ 13 － 1 ）

)/]([4/2 2mmNpdhL

T

kL

dTp

cc

（ 13 － 2 ）

上两式中： T －传递的转矩， N·mm ； d －轴径， mm ； h －键的高度， mm ； Lc －键的计算长度（对 A 型键， Lc＝ L － b ）， mm ；

N

b k

N

d

T

y

d/2

O

图 13 － 5 平键上的受力

[p] 和 [p] 分别为联接的许用挤压应力和许用压强，N/mm² ，见表 13 － 2 。

表 13 － 2 键联接的许用挤压应力和许用压强许用值

轮毂材料载荷性质

[p]

静载荷 轻微冲击 冲击

钢 125 ～ 150 100 ～ 120 60 ～ 90

铸铁 70 ～ 80 50 ～ 60 30 ～ 45

[p] 钢 50 40 30

在设计使用中若单个键的强度不够，可采用双键 180° 对成布置。考虑载荷分布不均匀性，在强度较核中应按 1.5 个键进行计算。

图 13 － 6 花键联接

13.2 花键联接 如图 13-6 所示，花键联接是由周向均布多个键齿的花键轴与带有相应键齿槽的轮毂孔相配而成。 花键齿的侧面为工作面，工作时有多个键齿同时传递转矩，所以花键联接的承载能力比平键联接高得多。花键联接的导向性好，齿根处的应力集中较小，适用于传递载荷大、定心精度要求高或者经常需要滑移的联接。

花键按齿形可分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键。

(a) 矩形花键

(b)渐开线花键

(c)三角形花键

花键联接

花键可用于静联接和动联接。花键已经标准化，例如矩形花键的齿数 z 、小径 d 、大径 D 、键宽 B等可以根据轴径查标准选定，其强度计算方法与平键相似。花键的加工需要专用设备。

13.3 成型联接 如图 13 － 7 所示，成型联接是由非圆剖面的轴与相应的轮毂孔构成的可拆联接。成型联接应力集中小，能传递大扭矩，装拆方便，但是加工工艺复杂，需要专用设备。

图 13 － 17 成型联接

(a) (b) (c)

13.4 销联接 销联接主要用于固定零件之间的相对位置，并能传递较小的载荷，它还可以用于过载保护。 按形状的不同，销可分为圆柱销、圆锥销和槽销等。 圆柱销如图 13-8 a 所示，靠过盈配合固定在销孔中，如果多次装拆，其定位精度会降低。

圆锥销和销孔均有 150 的锥度（图 13-8 b ）。因此安装方便，定位精度高，多次装拆不影响定位精度。

图 13 － 8 销联接

(a) (b)

销联接

图 13-8 c 所示为端部带螺纹的圆锥销，它可用于盲孔或装拆困难的场合。 图 13-8 d 所示为开尾圆锥销，它适用于有冲击、振动的场合。

图 13 － 8 销联接

(c) (d)

端部带螺纹的圆锥销 开尾圆锥销

图 13-8 f 是圆管型弹簧圆柱销，在销打入销孔后，销由于弹性变形而挤紧在销孔中，可以承受冲击和变载荷。

图 13-8 e 所示为槽销，槽销上有三条纵向沟槽，槽销压入销孔后，它的凹槽即产生收缩变形，借助材料的弹性而固定在销孔中。多用于传递载荷，对于振动载荷的联结也适用。销孔无需铰制，加工方便，可多次装拆。

图 13 － 8 销联接

(f)

(e)

槽销