第4章轴毂联接课件

机械设计基础机电工程学院机电工程学院 牟世刚牟世刚4.1 键联接 4.2 花键联接 4.3 销联接 4.4 无键连接 第4章 轴毂联接 键和花键联接是最常用的键和花键联接是最常用的轴毂联接轴毂联接方式，属于可拆联接。方式，属于可拆联接。主要用于轴和轮毂之间的周向固定，并传递转矩。主要用于轴和轮毂之间的周向固定，并传递转矩。销联接也常用于轴毂联接，此外，还常用来确定零件之间销联接也常用于轴毂联接，此外，还常用来确定零件之间的相对位置（定位销），或用作安全保护装置（安全销）。的相对位置（定位销），或用作安全保护装置（安全销）。6-16-1键联接键联接1 1平键的平键的两侧面是工作面两侧面是工作面,上表面与轮毂上表面与轮毂上的键槽底面之间留有间隙。上的键槽底面之间留有间隙。靠键与键靠键与键槽侧面的相互挤压来传递转矩槽侧面的相互挤压来传递转矩。1 1平键联接平键联接4-14-1 键键 联联 接接一、键联接的类型、结构及特点一、键联接的类型、结构及特点松联接松联接紧联接紧联接键联接键联接平键平键半圆键半圆键楔键楔键切向键切向键特点：特点：结构简单结构简单，装拆方便装拆方便，对中性好对中性好。键都是标准件，其尺寸和键槽尺寸键都是标准件，其尺寸和键槽尺寸都有国家标准。都有国家标准。详细说明详细说明平平键键普通平普通平键：键：导向平导向平键键滑键滑键1 1、2 2分为分为A型型、B型型、C型型。用于静联接，用于静联接，应用极为广泛应用极为广泛。键键 联联 接接 导向平键固定在轴上的键槽中，用于移动量不大导向平键固定在轴上的键槽中，用于移动量不大的场合。的场合。滑键固定在轮毂上，与轮毂一起在轴上的键槽中滑键固定在轮毂上，与轮毂一起在轴上的键槽中移动，用于移动量较大的场合。移动，用于移动量较大的场合。用于用于动联接动联接。薄型平键薄型平键特点：特点：安装方便安装方便。但。但对轴的削弱较对轴的削弱较大大。常用于常用于锥形轴端与轮毂的轻载静锥形轴端与轮毂的轻载静联接联接。详细说明详细说明2半圆键联接半圆键联接 键呈半圆形，其键呈半圆形，其侧面为工作侧面为工作面面，键能在轴上的键槽中摆动，以，键能在轴上的键槽中摆动，以适应轮毂上键槽的斜度。适应轮毂上键槽的斜度。键联接键联接3 3楔键的楔键的上、下面为工作面上、下面为工作面，键的，键的上表面及轮毂键槽底面均有上表面及轮毂键槽底面均有1:100 1:100 的斜度。工作时，靠键的的斜度。工作时，靠键的楔紧作用来传递转矩，同时可以楔紧作用来传递转矩，同时可以承受单向的轴向载荷。承受单向的轴向载荷。3楔键联接楔键联接详细说明详细说明普通楔键：普通楔键：钩头楔键：钩头楔键：特点：特点：结构简单结构简单，装拆方便装拆方便，能，能承受单向的轴向力承受单向的轴向力。但。但对对中性很差中性很差。用于低速、轻载和对中性要求不高的场合用于低速、轻载和对中性要求不高的场合。键键 联联 接接分为分为A、B、C 三型。三型。便于拆卸。便于拆卸。4 4、切向键、切向键工作原理：工作原理：挤压力沿轴挤压力沿轴切向方向产生的力矩承切向方向产生的力矩承受载荷（也可承受不大受载荷（也可承受不大的单向轴向力）；的单向轴向力）；结构：结构：两键配合面各有两键配合面各有1：100斜度，成对组斜度，成对组装，组合后上下表面为装，组合后上下表面为工作面；工作面；特点：特点：承载能力很大，承载能力很大，但对中性差。但对中性差。应用：应用：只承受单向转矩；只承受单向转矩；正反转矩都承受，相隔正反转矩都承受，相隔120130布置两对切布置两对切向键。向键。常用于对中精度要求不高的重型机械中。常用于对中精度要求不高的重型机械中。键联接键联接4 4二、键的选择和强度校核二、键的选择和强度校核1键的尺寸选择键的尺寸选择详细说明详细说明平键的截面尺寸平键的截面尺寸 bh：根据轴径根据轴径 d 由标准由标准中查得中查得；键长键长 L：应略短于轮毂的宽度，并符合标准中规定：应略短于轮毂的宽度，并符合标准中规定的尺寸系列。的尺寸系列。导向平键的长度根据轮毂宽度及滑动距离确定。导向平键的长度根据轮毂宽度及滑动距离确定。键键 联联 接接键联键联接接5 52平键联接的强度校核平键联接的强度校核 普通平键联接（静联接）普通平键联接（静联接）导向平键联接和滑键联接（动联接）导向平键联接和滑键联接（动联接）一般只校核挤压强度。一般只校核挤压强度。通常只进行耐磨性计算。通常只进行耐磨性计算。键键 联联 接接其主要失效形式：其主要失效形式：工作面的压溃工作面的压溃。其主要失效形式：其主要失效形式：工作面的过度磨损。工作面的过度磨损。键联键联接接5 52平键联接的强度校核平键联接的强度校核静联接的挤压强度静联接的挤压强度条件为条件为:动联接的耐磨性动联接的耐磨性计算条件为：计算条件为：l：为键的接触长：为键的接触长度。度。键键 联联 接接K约为0.4h键联接键联接6 6例题例题s sp、p：为许用应力和许用压强。：为许用应力和许用压强。（见表（见表62）注：当强度不足时，可适当增加键长或采用双键键。注：当强度不足时，可适当增加键长或采用双键键。考虑到两个键的载荷分布不均匀性，在强度校核中可考虑到两个键的载荷分布不均匀性，在强度校核中可按按1.5个键计算。个键计算。圆头平键：圆头平键：平头平键：平头平键：单圆头平键：单圆头平键：键键 联联 接接双键布置规则：双键布置规则：平键：平键：按按180布置；布置；半半 圆键：同一条母线上；圆键：同一条母线上；楔键：沿周向相隔成楔键：沿周向相隔成120 90选择平键选择平键联接类型联接类型按静或动联按静或动联接校核强度接校核强度取决于强度较弱的那种材料取决于强度较弱的那种材料 增大键长增大键长设计步骤设计步骤根据轴径、毂宽查根据轴径、毂宽查标准确定键的尺寸标准确定键的尺寸设计时注意：设计时注意：许用应力许用应力强度不够时强度不够时不同轴段的键槽应开在同一母线上不同轴段的键槽应开在同一母线上 同一截面采用双键联接同一截面采用双键联接例例4-14-1 下下图图所所示示为为减减速速器器的的输输出出轴轴，轴轴与与齿齿轮轮采采用用键键联联接接，已已知知传传递递的的转转矩矩T T600600，齿齿轮轮材材料料为为铸铸钢钢，轴轴和和键键的的材材料料为为4545号号钢钢，有有轻轻微冲击，试选择键联接的类型和尺寸。并验算其强度。微冲击，试选择键联接的类型和尺寸。并验算其强度。减速器输出轴及键槽尺寸标注减速器输出轴及键槽尺寸标注4.1 键联接键联接 解：解：1)1)键的类型及尺寸选择键的类型及尺寸选择齿轮传动要求齿轮与轴的对中性好，故选用齿轮传动要求齿轮与轴的对中性好，故选用A A型平键连接型平键连接键键2070 GB1564-79根据轴颈根据轴颈d=75mm，由表由表4-1查得键宽查得键宽b=20mm，键高键高h=12mm，因轮毂长度因轮毂长度为为80mm，故标准键长故标准键长L=70mm将将l=L-b=70-20=50mml=L-b=70-20=50mm，k=0.4h=0.4k=0.4h=0.412=4.8mm12=4.8mm代入公式（代入公式（4-14-1）得挤压应力为得挤压应力为2）验算挤压强度）验算挤压强度由表由表4-2查的轻微冲击载荷时的许用挤压应力为，所以挤压强度足够查的轻微冲击载荷时的许用挤压应力为，所以挤压强度足够由普通平键标准查得轴槽深由普通平键标准查得轴槽深=7.5=7.5mmmm，毂槽深毂槽深=4.9=4.9mmmm。根据所得尺寸，可绘制键槽工作图根据所得尺寸，可绘制键槽工作图4.1 键联接键联接 一、花键联接的类型、特点和应用一、花键联接的类型、特点和应用1)均匀受力；均匀受力；4 42 花键联接花键联接结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。组成：组成：外花键、内花键。外花键、内花键。优点：优点：2)对轴的削弱程度小对轴的削弱程度小;3)承载能力高承载能力高;4)轴上零件与轴的对中性好；轴上零件与轴的对中性好；5)导向性好导向性好;6)可用磨削方法提高加工精度及可用磨削方法提高加工精度及联接质量。联接质量。缺点：齿根仍有应力集中、需专缺点：齿根仍有应力集中、需专 用设备制造，成本高。用设备制造，成本高。应用：定心精度要求高、载荷大、或经常滑移的联接。应用：定心精度要求高、载荷大、或经常滑移的联接。类型类型-制造容易，应用最广。制造容易，应用最广。-用于高强度联接。用于高强度联接。-用于薄壁零件联接。用于薄壁零件联接。矩形花键矩形花键 渐开线花键渐开线花键 三角形花键三角形花键 1 矩形花键矩形花键轻系列：轻系列的承载能力较小，多用于静联接和轻系列：轻系列的承载能力较小，多用于静联接和 轻载联接；轻载联接；中系列：中系列用于中等载荷的联接。中系列：中系列用于中等载荷的联接。定心方式：定心方式：小径定心小径定心-精度高，稳定性好。精度高，稳定性好。2 渐开线花键渐开线花键 分为分为=30 ，=45 两种，对应的齿顶高分别为：两种，对应的齿顶高分别为：与渐开线齿轮相比，花键齿短，齿根宽，不产生与渐开线齿轮相比，花键齿短，齿根宽，不产生根切的最小齿数较少。根切的最小齿数较少。定心方式：定心方式：齿形定心齿形定心-具有自动定心作用，受力均匀具有自动定心作用，受力均匀。=45=30 h=0.5m,h=0.4mdd特点：制造工艺性好，精度高齿根强度高，易于定心。特点：制造工艺性好，精度高齿根强度高，易于定心。常用于传递大扭矩和大轴径的场合。常用于传递大扭矩和大轴径的场合。=45 的花键工作面的花键工作面高度较小，承载能力较低，多用于载荷较轻，直径较小的静联高度较小，承载能力较低，多用于载荷较轻，直径较小的静联接。特别适用于薄壁零件的联接。接。特别适用于薄壁零件的联接。销联接的作用销联接的作用4.3 销销联接联接 销钉销钉销钉位销钉位用来传递不大的载用来传递不大的载荷或作安全装置。荷或作安全装置。另一作用是起定位作用。另一作用是起定位作用。销钉安全联轴器销钉安全联轴器4.3.1 圆柱销圆柱销 1.普通圆柱销普通圆柱销 它是利用微量的过盈，固定在光孔中，多次装拆将有损于联接它是利用微量的过盈，固定在光孔中，多次装拆将有损于联接的紧固和定位精度。的紧固和定位精度。2.弹性圆柱销弹性圆柱销 它是用弹簧钢带制成的纵向开缝的钢管，利用材料的弹性将它是用弹簧钢带制成的纵向开缝的钢管，利用材料的弹性将销挤紧在销孔中，销孔无需铰光。这种销比实心销轻，可多次装拆。销挤紧在销孔中，销孔无需铰光。这种销比实心销轻，可多次装拆。销按形状分为圆柱销、圆锥销和异形销三类。销按形状分为圆柱销、圆锥销和异形销三类。4.3 销销联接联接 4.3.2 圆锥销圆锥销 1.普通圆锥销普通圆锥销 图（图（a）它有）它有1 50锥度，受横向力时可自锁，靠锥面挤压作用锥度，受横向力时可自锁，靠锥面挤压作用固定在光孔中，可以多次装拆。普通圆锥销以小端直径作为公称直径。固定在光孔中，可以多次装拆。普通圆锥销以小端直径作为公称直径。2.螺纹圆锥销螺纹圆锥销 图（图（b）为内螺纹圆锥销，图）为内螺纹圆锥销，图(c)为外螺纹圆锥销，可用于销为外螺纹圆锥销，可用于销孔没有开通或拆卸困难的场合。孔没有开通或拆卸困难的场合。3.开尾圆锥销开尾圆锥销图（图（d）为开尾圆锥销，它可保证销在冲击、振动或变载）为开尾圆锥销，它可保证销在冲击、振动或变载下不致松脱。下不致松脱。4.3 销销联接联接 4.3.3 异形销异形销 1.槽销（图槽销（图a）用弹簧钢滚压或模锻而成，有纵向凹槽，由于材料的弹性，用弹簧钢滚压或模锻而成，有纵向凹槽，由于材料的弹性，销挤紧在销孔中，销孔无需铰光。槽销的制造比较简单，可多次装拆，多用于销挤紧在销孔中，销孔无需铰光。槽销的制造比较简单，可多次装拆，多用于传递载荷。传递载荷。2.开口销（图开口销（图b）它是一种防松零件，与其它联接件配合使用。它是一种防松零件，与其它联接件配合使用。3.开尾圆锥销（图开尾圆锥销（图c）用于铰接处，用开口销锁定，拆卸方便。用于铰接处，用开口销锁定，拆卸方便。销的类型和尺寸可根据工作要求和用途来选定。销的类型和尺寸可根据工作要求和用途来选定。4.3 销销联接联接 4-44-4 无键联接无键联接 型面联接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与型面联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联接，相同轮廓的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆联接，它是无键联接的一种型式。它是无键联接的一种型式。一、型面联接一、型面联接 在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压在家用机械、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，故型面联接的应用获得了发展。应用较多的困难的，故型面联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。是带切口圆形和正六边形型面。由于型面联接要用到由于型面联接要用到非圆形孔，以前因其加工非圆形孔，以前因其加工困难，限制了型面联接的困难，限制了型面联接的应用。应用。配合部配合部分形状分形状柱体柱体锥体锥体-只能传递扭矩只能传递扭矩-能同时传递扭矩和轴向力，能同时传递扭矩和轴向力，用于不用于不允许有间隙和要求高可靠性的场合。允许有间隙和要求高可靠性的场合。1)装拆方便，对中性好；装拆方便，对中性好；型面联接的特点：型面联接的特点：2)联接面上没有键槽和尖角，减少了应力集中；联接面上没有键槽和尖角，减少了应力集中；3)可传递较大的扭矩；可传递较大的扭矩；4)切削加工有难度，不易保证配合精度。切削加工有难度，不易保证配合精度。DD常用联接型面有：常用联接型面有：带切口的圆形带切口的圆形电风扇方形方形六边形六边形等距曲线等距曲线4.4.2 过盈联接过盈联接 过盈联接是利用材料的弹性变形，把具有一定配合过盈量的轴和毂孔套装起过盈联接是利用材料的弹性变形，把具有一定配合过盈量的轴和毂孔套装起来的联接。工作时靠配合面上的摩擦力来传递载荷。来的联接。工作时靠配合面上的摩擦力来传递载荷。过盈联接具有结构简单，对中性好，对轴的强度削弱小，在冲击和振动载过盈联接具有结构简单，对中性好，对轴的强度削弱小，在冲击和振动载荷下工作可靠的优点。荷下工作可靠的优点。缺点是装拆困难、对配合尺寸的精度要求高。多用于承受重载，特别是动缺点是装拆困难、对配合尺寸的精度要求高。多用于承受重载，特别是动载以及无需经常装拆的场合。载以及无需经常装拆的场合。过盈联接过盈联接4.4 无键无键联接联接 按配合面的形状不同，可分为圆柱面过盈联接（图按配合面的形状不同，可分为圆柱面过盈联接（图a）和圆锥面过盈联接）和圆锥面过盈联接(图图b）两种。）两种。圆柱面过盈联接的装配可采用压入法或温差法。压入法一般只适用于配合尺圆柱面过盈联接的装配可采用压入法或温差法。压入法一般只适用于配合尺寸和过盈量都较小的联接。温差法常用于要求配合质量高、配合尺寸和过盈量寸和过盈量都较小的联接。温差法常用于要求配合质量高、配合尺寸和过盈量都较大的联接。都较大的联接。4.4 无键无键联接联接 圆锥面过盈联接是利用轴毂之间的圆锥面过盈联接是利用轴毂之间的轴向位移来实现的，主要用于轴端联轴向位移来实现的，主要用于轴端联接。接。圆锥面过盈联接可用液压压入法装圆锥面过盈联接可用液压压入法装配，装配时，用高压油泵将高压油通配，装配时，用高压油泵将高压油通过油孔和油沟压入联接的配合面间，过油孔和油沟压入联接的配合面间，使毂孔直径胀大，轴径缩小，同时施使毂孔直径胀大，轴径缩小，同时施加一定的轴向力使之相互压紧，待零加一定的轴向力使之相互压紧，待零件压紧到预定的轴向位置时，放出高件压紧到预定的轴向位置时，放出高压油，而形成过盈联接。拆卸时再压压油，而形成过盈联接。拆卸时再压入高压油，两件即可分离。入高压油，两件即可分离。液压装拆的圆锥面过盈联接液压装拆的圆锥面过盈联接 4.4 无键无键联接联接 4.4.2 过盈联接过盈联接 过盈联接是利用材料的弹性变形，把具有一定配合过盈量的轴和毂孔套装起来的联接。工作时靠配合面上的摩擦力来传递载荷。过盈联接具有结构简单，对中性好，对轴的强度削弱小，在冲击和振动载荷下工作可靠的优点。缺点是装拆困难、对配合尺寸的精度要求高。多用于承受重载，特别是动载以及无需经常装拆的场合。过盈联接4.4 无键联接 按配合面的形状不同，可分为圆柱面过盈联接（图a）和圆锥面过盈联接(图b）两种。圆柱面过盈联接的装配可采用压入法或温差法。压入法一般只适用于配合尺寸和过盈量都较小的联接。温差法常用于要求配合质量高、配合尺寸和过盈量都较大的联接。4.4 无键联接 圆锥面过盈联接是利用轴毂之间的圆锥面过盈联接是利用轴毂之间的轴向位移来实现的，主要用于轴端联轴向位移来实现的，主要用于轴端联接。接。圆锥面过盈联接可用液压压入法装圆锥面过盈联接可用液压压入法装配，装配时，用高压油泵将高压油通配，装配时，用高压油泵将高压油通过油孔和油沟压入联接的配合面间，过油孔和油沟压入联接的配合面间，使毂孔直径胀大，轴径缩小，同时施使毂孔直径胀大，轴径缩小，同时施加一定的轴向力使之相互压紧，待零加一定的轴向力使之相互压紧，待零件压紧到预定的轴向位置时，放出高件压紧到预定的轴向位置时，放出高压油，而形成过盈联接。拆卸时再压压油，而形成过盈联接。拆卸时再压入高压油，两件即可分离。入高压油，两件即可分离。液压装拆的圆锥面过盈联接液压装拆的圆锥面过盈联接 4.4 无键无键联接联接 复习题复习题 判断题判断题1.采用两个楔键时，常相隔采用两个楔键时，常相隔90度度120度。度。A.正确正确B.错误错误 2.而采用两个半圆键时，则布置在轴的同一母线上。而采用两个半圆键时，则布置在轴的同一母线上。A.正确正确B.错误错误 单项选择题单项选择题 1.渐开线花键联接采用渐开线花键联接采用()定心。定心。A.大径大径B.小径小径C.齿形齿形 1、普通平键联接工作时，键的主要失效形式是、普通平键联接工作时，键的主要失效形式是 。A、键受剪切破坏、键受剪切破坏B、键的侧面受挤压破坏、键的侧面受挤压破坏C、剪切与挤压同时产生、剪切与挤压同时产生D、磨损和键被剪断、磨损和键被剪断2、普通平键联接强度校核的内容主要是、普通平键联接强度校核的内容主要是 。A、校核键侧面的挤压强度、校核键侧面的挤压强度B、校核键的剪切强度、校核键的剪切强度C、A、B二者均需校核二者均需校核D、校核磨损、校核磨损3、键的剖面尺寸、键的剖面尺寸bh通常是根据通常是根据 从标准中选取。从标准中选取。A、传递的转矩、传递的转矩B、传递的功率、传递的功率C、轮毂的长度、轮毂的长度D、轴的直径、轴的直径4、采用两个普通平键时，为使轴与轮毂对中良好，两键通常布置、采用两个普通平键时，为使轴与轮毂对中良好，两键通常布置成成 。A、相隔、相隔180B、相隔、相隔120 130 C、相隔、相隔90 D、在轴的同一母线上、在轴的同一母线上5、平键、平键B2080GB1096-79中，中，2080是表示是表示 。A、键宽、键宽轴颈轴颈B、键高、键高轴颈轴颈C、键宽、键宽键长键长D、键宽、键宽键高键高3.凸缘联轴器用一圆头普通平键与轴相联接，已知键凸缘联轴器用一圆头普通平键与轴相联接，已知键的尺寸为的尺寸为bhL=10850(单位均为单位均为mm)，轴的，轴的直径直径d=35mm，键联接的许用挤压应力，键联接的许用挤压应力p=100MPa，试求该联接所允许传递的转矩。，试求该联接所允许传递的转矩。本章内容：本章内容：1.基本要求基本要求 键、花键和销大多已标准化了解了解键联接的主要类型、结构、特点和应用，掌键联接的主要类型、结构、特点和应用，掌握键的类型及尺寸的选择方法，并能对平键联接进握键的类型及尺寸的选择方法，并能对平键联接进行强度校核计算；行强度校核计算；了解了解花键联接的主要类型、结构、特点和应用，花键联接的主要类型、结构、特点和应用，掌握花键联接强度校核计算方法；掌握花键联接强度校核计算方法；2.重点难点重点难点重点重点:键和花键的类型、尺寸选择和强度校核方法。键和花键的类型、尺寸选择和强度校核方法。主目录对无键联接对无键联接、销联接的类型、特点及应用有一、销联接的类型、特点及应用有一定的了解定的了解；