1、第六章 鍵、花鍵、無鍵聯接和銷聯接6l 鍵 聯 接 (一)鍵聯接的功能、分類、結構型式及應用 鍵是一種標準零件，通常用來實現軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉矩，有的還能實現軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。鍵聯接的主要類型有：平鍵聯接、半圓鍵聯接、楔鍵聯接和切向鍵聯接。 6l 鍵 聯 接（續）1平鍵聯接普通平鍵：鍵的兩側面是工作面，工作時，靠鍵同鍵槽側面的擠壓來傳遞轉矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間則留有間隙。優點：結構簡單、裝拆方便、對中性較好。缺點：不能承受軸向力，因而對軸上的零件不能起到軸向固定的作用。 6l 鍵 聯 接（續）分類 根據用途的不同，平鍵分為普通平鍵、薄型平鍵、導向平鍵和滑

2、鍵四種。其中普通平鍵和薄型平鍵用于靜聯接，導向平鍵和滑鍵用于動聯接。普通平鍵按構造分：圓頭(A型)、平頭(B型)及單圓頭(C型)三種。6l 鍵 聯 接（續）圓頭平鍵宜放在軸上用鍵槽銑刀銑出的鍵槽中，鍵在鍵槽中軸向固定良好。缺點是鍵的頭部側面與輪轂上的鍵槽并不接觸，因而鍵的圓頭部分不能充分利用，而且軸上鍵槽端部的應力集中較大。6l 鍵 聯 接（續）平頭平鍵是放在用盤銑刀銑出的鍵槽中，因而避免了上述缺點，但對于尺寸大的鍵，宜用緊定螺釘固定在軸上的鍵槽中，以防松動。單圓頭平鍵則常用于軸端與轂類零件的聯接。6l 鍵 聯 接（續） 薄型平鍵與普通平鍵的主要區別： 鍵的高度約為普通平鍵的6070，也分圓頭

3、、平頭和單圓頭三種型式，但傳遞轉矩的能力較低，常用于薄壁結構、空心軸及一些徑向尺寸受限制的場合。6l 鍵 聯 接（續）當被聯接的轂類零件在工作過程中必須在軸上作軸向移動時(如變速箱中的滑移齒輪)，則須采用導向平鍵或滑鍵。導向平鍵是一種較長的平鍵，用螺釘固定在軸上的鍵槽中，為了便于拆卸，鍵上制有起鍵螺孔，以便擰人螺釘使鍵退出鍵槽。軸上的傳動零件則可沿鍵作軸向滑移。當零件需滑移的距離較大時，因所需導向平鍵的長度過大，制造困難，故宜采用滑鍵。滑鍵固定在輪轂上，輪轂帶動滑鍵在軸上的鍵槽中作軸向滑移。這樣，只需在軸上銑出較長的鍵槽，而鍵可做得較短。 6l 鍵 聯 接（續）6l 鍵 聯 接（續） 2半圓鍵

4、聯接軸上鍵槽用尺寸與半圓鍵相同的半圓鍵槽銑刀銑出，因而鍵在槽中能繞其幾何中心擺動以適應輪轂中鍵槽的斜度。半圓鍵上作時，靠其側面來傳遞轉矩。優點：工藝性較好，裝配方便，尤其適用于錐形軸端與輪轂的聯接。缺點：是軸上鍵槽較深，對軸的強度削弱較大，故一般只用于輕載靜聯接中。 6l 鍵 聯 接（續） 3楔鍵聯接鍵的工作面：鍵的上下兩面。鍵的上表面和與它相配合的輪轂鍵槽底面均具有1：100的斜度。工作時，靠鍵的楔緊作用來傳遞轉矩，同時還可以承受單向的軸向載荷，對輪轂起到單向的軸向固定作用。楔鍵的側面與鍵槽側面間有很小的間隙，當轉矩過載而導致軸與輪轂發生相對轉動時，鍵的側面能像平鍵那樣參加工作。因此，楔鍵聯

5、接在傳遞有沖擊和振動的較大轉矩時，仍能保證聯接的可靠性。缺點：楔緊后，軸和輪轂的配合產生偏心和偏斜。因此主要用于轂類零件的定心精度要求不高和低轉速的場合。 6l 鍵 聯 接（續）楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵兩種，普通楔鍵有圓頭、平頭和單圓頭三種型式。裝配時，圓頭楔鍵要先放入軸上鍵槽中，然后打緊輪轂(圖64a)；平頭、單圓頭和鉤頭楔鍵則在輪轂裝好后才將鍵放人鍵槽并打緊。鉤頭楔鍵的鉤頭供拆卸用，安裝在軸端時，應注意加裝防護罩。6l 鍵 聯 接（續） 4切向鍵聯接切向鍵是由一對斜度為1：100的楔鍵組成。切向鍵的工作面是由一對楔鍵沿斜面拼合后相互平行的兩個窄面，被聯接的軸和輪轂上都制有相應的鍵槽。裝配

6、時，把一對楔鍵分別從輪轂兩端打入，拼合而成的切向鍵就沿軸的切線方向楔緊在軸與輪轂之間。工作時，靠工作面上的擠壓力和軸與輪轂間的摩擦力來傳遞轉矩。用一個切向鍵時，只能傳遞單向轉矩；當要傳遞雙向轉矩時，必須用兩個切向鍵，兩者間的夾角為120130。由于切向鍵的鍵槽對軸的削弱較大，因此常用于直徑大于100mm的軸上。例如用于大型帶輪，大型飛輪,礦山用大型絞車的卷筒及齒輪等與軸的聯接。6l 鍵 聯 接（續） (二)鍵的選擇和鍵聯接強度計算1鍵的選擇 鍵的選擇：類型選擇、尺寸選擇。類型：根據鍵聯接的結構特點、使用要求和工作條件來選擇；尺寸：符合標準規格和強度要求。鍵的主要尺寸：截面尺寸(鍵寬b鍵高h)與

7、長度L。bh按軸的直徑d由標準中選定。一般可按輪轂的長度而定，等于或略短于輪轂的長度；而導向平鍵則按輪轂的長度及其滑動距離而定。一般輪轂的長度可取為L(1.52)d，這里d為軸的直徑。所選定的鍵長亦應符合標準規定的長度系列。重要的鍵聯接在選出鍵的類型和尺寸后，還應進行強度校核計算。6l 鍵 聯 接（續）普通平鍵的主要尺寸6l 鍵 聯 接（續） 2鍵聯接強度計算(1)平鍵聯接強度計算普通平鍵聯接(靜聯接)，其主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴重過載，一般不會出現鍵的剪斷，因此，通常只按工作面上的擠壓應力進行強度校核計算。對于導向平鍵聯接和滑鍵聯接(動聯接)，其主要失效形式是工作面的過度磨損。因

8、此，通常按工作面上的壓力進行條件性的強度校核計算。6l 鍵 聯 接（續） 假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵聯接的強度條件為導向平鍵聯接和滑鍵聯接的強度條件為 6l 鍵 聯 接（續）式中：T傳遞的轉矩(TFd2)，單位為Nm； k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，單位為mm； l鍵的工作長度，單位為mm，圓頭平鍵l=L-b，平頭平鍵l=L，這里L為鍵的公稱長度，單位為mm；b為鍵的寬度，單位為mm； d軸的直徑，單位為mm； p鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，單位為MPa，見表62； p鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力，單位為MPa，見表62。(圓頭平

9、鍵)(方頭平鍵)(單圓頭平鍵)6l 鍵 聯 接（續）(2)半圓鍵聯接強度計算半圓鍵聯接只用于靜聯接，失效形式是工作面被壓潰。通常按工作面的擠壓應力進行強度校核計算，強度條件同式(61)。所應注意的是：半圓鍵的接觸高度k應根據鍵的尺寸從標準中查取；半圓鍵的工作長度l近似地取其等于鍵的公稱長度L。問題：哪個面是工作面？6l 鍵 聯 接（續）（3）楔鍵聯接簡化強度計算當傳遞轉矩時(圖68b)，為了簡化，把鍵和軸視為一體，并將下方分布在半圓柱面上的徑向壓力用集中力F代替，由于這時軸與輪轂有相對轉動的趨勢，軸與轂也都產生了微小的扭轉變形，故沿鍵的工作長度l及沿寬度b上的壓力分布情況均較以前發生了變化，壓

10、力的合力F不再通過軸心。 6l 鍵 聯 接（續）計算時假設壓力沿鍵長均勻分布，沿鍵寬為三角形分布，取xb6，yd2，由鍵和軸一體對軸心的受力平衡條件T=Fx+fFy+fFd2得到工作面上壓力的合力為則楔鍵聯接的擠壓強度條件為(6-3)式中：T傳遞的轉矩，單位為Nm； d軸的直徑，單位為mm； b鍵的寬度，單位為mm； l鍵的工作長度，單位為mm； f摩擦系數，一般取f=0.120.17； p鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，單位為MPa，見表62。6l 鍵 聯 接（續） (4)切向鍵聯接簡化強度計算切向鍵聯接的主要失效形式是工作面被壓潰。設把鍵和軸看成一體，則當鍵聯接傳遞轉矩時，其受力

11、情況如圖69所示。假定壓力在鍵的工作面上均勻分布，取y=(d-t)2，t=dlO，按一個切向鍵來計算時，由鍵和軸一體對軸心的受力平衡條件T=fFd2+Fy得到工作面上壓力的合力為則切向鍵聯接的擠壓強度條件為 C鍵的倒角，單位為mm； 鍵的材料采用抗拉強度不小于600 MPa的鋼，通常為45鋼。 6l 鍵 聯 接（續）提高鍵聯接承載能力的措施 1、可采用雙鍵。兩個平鍵布置在沿周向相隔180；兩個半圓鍵應布置在軸的同一條母線上；兩個楔鍵則應布置在沿周向相隔90120。考慮到兩鍵上載荷分配的不均勻性，在強度校核中只按1.5個鍵計算。 2、如果輪轂允許適當加長，也可相應地增加鍵的長度，以提高單鍵聯接的

12、承載能力。當鍵的長度大于2.25d時，其多出的長度實際上可認為并不承受載荷，故一般采用的鍵長不宜超過(1.61.8)d。6l 鍵 聯 接（續） 例題 已知減速器中某直齒圓柱齒輪安裝在軸的兩個支承點間，齒輪和軸的材料都是鍛鋼，用鍵構成靜聯接。齒輪的精度為7級，裝齒輪處的軸徑d=70mm，齒輪輪轂寬度為100mm，需傳遞的轉矩T=2200 Nm，載荷有輕微沖擊。試設計此鍵聯接。 解 1選擇鍵聯接的類型和尺寸 一般8級以上精度的齒輪有定心精度要求，應選用平鍵聯接。由于齒輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵(A型)。 根據d=70mm從表61中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=20mm，高度h=12mm。由輪轂寬

13、度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=90mm(比輪轂寬度小些)。 6l 鍵 聯 接（續）2校核鍵聯接的強度 鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表6-2查得許用擠壓應力p=100120MPa，取其平均值，p=110MPa。鍵的工作長度l=L-b=90mm-20mm=70mm，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5x12 mm=6mm。由式(61)可得 可見聯接的擠壓強度不夠。考慮到相差較大，因此改用雙鍵，相隔180布置。雙鍵的工作長度l=1.5x 70mm=105 mm。由式(61)可得 6l 鍵 聯 接（續） 鍵的標記為：鍵2090 GBT 10961979(一般A型鍵可不標出“A”，對于B型或C型

14、鍵，須將“鍵”標為“鍵B”或“鍵C”)。6l 鍵 聯 接（續） 62 花鍵聯接 (一)花鍵聯接的類型、特點和應用 62 花鍵聯接（續）優點：a)因為在軸上與轂孔上直接而勻稱地制出較多的齒與槽，故：聯接受力較為均勻；b)因槽較淺，齒根處應力集中較小，軸與轂的強度削弱較少；c)齒數較多，總接觸面積較大，因而可承受較大的載荷；d)軸上零件與軸的對中性好(這對高速及精密機器很重要)；e)導向性較好(這對動聯接很重要)；f)可用磨削的方法提高加工精度及聯接質量。 62 花鍵聯接（續）缺點：a）齒根仍有應力集中；b）需用專門設備加工；成本較高。因此，花鍵聯接適用于定心精度要求高、載荷大或經常滑移的聯接。花

15、鍵聯接的齒數、尺寸、配合等均應按標準選取。 花鍵聯接可用于靜聯接或動聯接。按其齒形不同，可分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩類，均已標準化。 62 花鍵聯接（續）1矩形花鍵按齒高的不同，矩形花鍵的齒形尺寸在標準中規定了兩個系列，即輕系列和中系列。輕系列的承載能力較小，多用于靜聯接或輕載聯接；中系列用于中等載荷的聯接。矩形花鍵的定心方式為小徑定心(圖611)，即外花鍵和內花鍵的小徑為配合面。其特點是定心精度高，定心的穩定性好，能用磨削的方法消除熱處理引起的變形。矩形花鍵聯接應用廣泛。其它定心方式 62 花鍵聯接（續）2漸開線花鍵 漸開線花鍵的齒廓為漸開線，分度圓壓力角有30和45兩種，齒頂高分別為0.5

16、m和0.4m，此處m為模數。圖中di為漸開線花鍵的分度圓直徑。與漸開線齒輪相比，漸開線花鍵齒較短，齒根較寬，不發生根切的最小齒數較少。 62 花鍵聯接（續） 漸開線花鍵可以用制造齒輪的方法來加工，工藝性較好，制造精度也較高，花鍵齒的根部強度高，應力集中小，易于定心，當傳遞的轉矩較大且軸徑也大時，宜采用漸開線花鍵聯接。壓力角為45的漸開線花鍵，由于齒形鈍而短，與壓力角為30的漸開線花鍵相比，對聯接件的削弱較少，但齒的工作面高度較小，故承載能力較低，多用于載荷較輕，直徑較小的靜聯接，特別適用于薄壁零件的軸轂聯接。 漸開線花鍵的定心方式為齒形定心，當齒受載時，齒上的徑向力能起到自動定心作用，有利于各

17、齒均勻承載。 62 花鍵聯接（續） (二)花鍵聯接強度計算主要失效形式：工作面被壓潰(靜聯接)或工作面過度磨損(動聯接)。 計算時，假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，每個齒工作面上壓力的合力F作用在平均直徑dm處(圖613)，即傳遞的轉矩T=zFdm2，并引入系數來考慮實際載荷在各花鍵齒上分配不均的影響，則花鍵聯接的強度條件為 靜聯接 動聯接 62 花鍵聯接（續） 63 無鍵聯接 凡是軸與轂的聯接不用鍵或花鍵時，統稱為無鍵聯接。下面介紹型面聯接和脹緊聯接。 (一)型面聯接 63 無鍵聯接（續） (二)脹緊聯接 脹緊聯接(圖616)是在轂孔與軸之間裝入脹緊聯接套(簡稱脹套)，可裝一個(指一組)或幾個，在軸向力作用下，同時脹緊軸與轂而構成的一種靜聯接。根據脹套結構形式的不同，GBT 58671986規定了五種型號(Z1Z5型)，下面簡要介紹采用Z1、Z2型脹套的脹緊聯接。 63 無鍵聯接（續） 63 無鍵聯接（續） 63 無鍵聯接（續）脹套實例 63 無鍵聯接（續） 63 無鍵聯接（續）64 銷 聯 接銷主要用來固定零件之間的相對位置，稱為定位銷(圖618)，它是組合加工和裝配時的重要輔助零件；也可用于聯接，稱為聯接銷(圖619)，可傳遞不大的載荷；還可作為安全裝置中的過載剪斷元件，稱