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1、第四章 键连接及其他连接,键连接及花键连接的类型、结构、特点及应用。,重点内容：,键连接的类型和尺寸的选择方法，键连接强度校核。,其他连接类型、特点及应用。,4.4 无键连接,4.3 销连接,4.2 花键连接,4.1 键连接,连接是指连接件和被连接件的组合结构。通常有连接件和被连接件。机械连接分为两大类：,2）机械静连接，即被连接零（部）件之间不允许有相对运动的连接。,1）机械动连接，即被连接的零（部）件之间可以有相对运动的连接，如滑移齿轮和轴；,1）可拆连接，即允许多次装拆而不失效的连接，包括螺纹连接、键连接（包括花键连接和无键连接）和销连接；,机械静连接又可分为两类：,2）不可拆连接，即必
2、须破坏连接某一部分才能拆开的连接，包括铆钉连接、焊接和粘接等。另外，过盈连接既可做成可拆连接，也可做成不可拆连接。,键主要用于轴和带毂零件，实现周向固定以传递转矩的轴毂连接。有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。,4-1 键 连 接,平键连接：键的侧面是工作面。工作时，靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。平键上表面与轮毂槽底间留有间隙。,1.平键连接,平键连接,普通平键,导向平键,滑动平键,静连接,动连接,平键连接结构简单、加工容易、装拆方便、对中性好。但它不能承受轴向力，对轴上零件不能起到轴向固定的作用。,A型 圆头键,B型 平头键,C型 单圆头键,（1）普通平键(用于静连接）,圆头普
3、通平键键槽由指状铣刀加工，键在槽中轴向固定较好，但键的头部侧面与轮毂上的键槽并不接触，因而键的圆头部分不能充分利用，而且轴上键槽端部的应力集中较大。,（1）普通平键(用于静连接）,图4-1 A型 圆头键,（1）普通平键(用于静连接）,方头普通平键键槽用盘铣刀加工，键槽两端的应力集中较小，但键在槽中的轴向固定不好，常用紧定螺钉紧固，以防松动。,图4-2 B型 平头键,（1）普通平键(用于静连接）,单圆头平键用于轴端与轮毂连接。轮毂上的键槽一般用插刀或拉刀加工，轴上键槽常用指状铣刀铣通。,图4-3 C型 单圆头键,（2）导向平键和滑键连接(用于动连接）,导向平键（用于滑移量不大的场合）利用螺钉固定
4、在轴上，键不动，轮毂可以沿着键移动，为了使键拆卸方便在键的中部制有起键螺孔。,图4-4 导向平键连接,（2）导向平键和滑键连接(用于动连接）,滑键（用于滑移量较大的场合）滑键固定在轮毂上，随轮毂一同沿着轴上键槽移动。当轴向移动距离较大时，宜采用滑键，如用导向键，键将很长，增加制造的困难。,图4-5 滑键连接,2.半圆键连接（工作面为两侧面）,半圆键的上表面为一平面，下表面为半圆形弧面，两侧面互相平行。轴上键槽用与半圆键半径相同的盘状铣刀铣出。因而键在键槽中可绕其几何中心摆动，以适应轮毂键槽底面的倾斜。半圆键结构紧凑，装拆方便但轴上键槽较深，降低了轴的强度。半圆键连接适用于轻载、轮毂宽度较窄和轴
5、端处的连接，尤其适用于圆锥形轴端的连接。,图4-6 半圆键连接,3.楔键连接,如图4-7所示为楔键连接，楔键的上、下两面为工作面。楔键的上表面和与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4-7 楔键连接,图4-7 楔键连接,楔键缺点是楔紧后，轴和轮毂的配合产生偏心和偏斜，因此楔键连接一般用于定心精度要求不高和低转速的场合。,4.切向键连接,图4-8a所示为切向键。由一对楔键组成，装配时将切向键沿轴切线方向楔紧在轴与轮毂之间。其上下面为工作面，压力沿轴切线方向作用，能传递很大转矩
6、。,图4-8 a),图4-8 b)切向键连接,用一对切向键时，只能单向传递转矩，要双向传递转矩须用两对互成120分布的切向键（图4-8 b）。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。,4-2 键的选用和强度校核,设计键连接时，先根据工作要求选择键的类型，再根据装键处轴径d从标准中查取键的宽度b和高度h，并参照轮毂长度从标准中选取键的长度L，最后进行键连接的强度较核。,1键的尺寸选择,平键的截面尺寸 bh：根据轴径 d 由标准中查得；,键长 L：根据轮毂的长度从标准中选定（静联接一般应略小于轮毂的长度510mm;动联接(导向平键)根据移动量确定，并符合标准中规定的尺寸系列。
7、,2平键连接的强度校核,普通平键连接（静连接）,导向平键连接和滑键连接（动连接）,一般只校核挤压强度。,其主要失效形式：工作面的压溃。,其主要失效形式：工作面的过度磨损。,通常只进行耐磨性计算。,动连接的耐磨性计算条件为：,式中T=Fd/2,Nm;k=0.5h，h为键的高度，mm；l：为键的工作长度，圆头l=L-b，平头l=L,单圆头l=L-0.5b。L为键的公称长度，b为键的宽度。D：轴的直径，mm；p:键、轮毂、轴中最弱材料的许用挤压应力,MPa;p:键、轮毂、轴中最弱材料的许用压力,MPa。,静连接的挤压强度条件为:,图4-9,选择如图所示的减速器输出轴与齿轮的普通平键联接。已知传递的转
8、矩T=600N.m,齿轮材料为铸钢，载荷有轻微冲击。,解：1）选择键联接的类型,2）选择键的主要尺寸,为保证齿轮传动啮合良好，要求对中性好，故选用A型普通平键联接。,根据轴的直径d=75mm及轮毂长度80mm，按表选择A型普通平键，其b=20mm,h=12mm,L=70mm，标记为,GB/T1096 键 201270,3）校核键联接强度,按联接结构的材料（钢）和工作的载荷有轻微冲击，查表得=100MPa。键的工作长度l=L-b=70-20=50mm。,故此键联接的强度足够。,（1）适当增加键和轮毂的长度，但通常键长不得超过（1.61.8）d，否则挤压应力沿键长分布的不均匀性将增大。（2）采用双
9、键，在轴上相隔180配置。考虑载荷分布的不均匀性，双键联接按1.5个键进行强度校核。,经校核普通平键联接的强度不够时，可以采取下列措施：,双键布置规则：平键：按180布置；,半圆键：同一条母线上；,楔键：夹角成120 130,图4-10,4.2 花键连接,结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。,组成：外花键、内花键。,一、花键连接的特点,花键连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。,图4-11,1)均匀受力；,优点：,2)对轴的削弱程度小;因齿槽浅，齿根应力集中小,3)载能力高;齿数多，总接触面积大,4)轴上零件与轴的对中性好；对高速及精密机器很重要,5)导向性
10、好;对动连接很重要,6)可用磨削方法提高加工精度及连接质量。,缺点：齿根仍有应力集中、需专用设备制造，成本高。,应用：定心精度要求高、载荷大、或经常滑移的连接。,类型,-制造容易，应用最广。,-用于高强度连接。,-用于薄壁零件连接。,矩形花键,渐开线花键,三角形花键,二、花键类型选择,1）矩形花键,轻系列：轻系列的承载能力较小，多用于静连接和 轻载连接；,按齿高的不同，矩形花键的齿型尺寸在标准中规定了两个系列，,中系列：中系列用于中等载荷的连接。,定心方式：小径定心-精度高，稳定性好。,2）渐开线花键,分为=30，=45 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，不产生根
11、切的最小齿数较少。,定心方式：齿形定心-具有自动定心作用，受力均匀。,h*=0.5m,h*=0.4m,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。=45 的花键工作面高度较小，承载能力较低，多用于载荷较轻，直径较小的静连接。特别适用于薄壁零件的连接。,销连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。,4.3 销连接,按用途不同，一般分为：定位销、连接销、安全销。,定位销：用来固定零件之间的相对位置，它是组合加工和装配时的重要辅助零件。通常不受载荷或只受很小的载荷，故不作强度校核计算，其直径按结构确定，数目一般不少于2个。,连
12、接销：用来实现两零件之间的连接，可用来传递不大的载荷。其类型可根据工作要求选定，其尺寸可根据连接的结构特点按经验或规范确定。必要时再按剪切和挤压强度条件进行校核计算。,安全销：作为安全装置中的过载剪切元件。安全销在过载时被剪断，因此，销的直径应按剪切条件确定。为了确保安全销被剪断而不提前发生挤压破坏，通常可在安全销上加一个销套。,按形状的不同，销可分为圆柱销、圆锥销、槽销和销轴和开口销等。,圆柱销如图4-13(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。,图4-13(a),图4-13(b),圆锥销和销孔均有150的锥度（图4-13 b）。因此安装方便，定位精度高，多次装拆
13、不影响定位精度。,图4-13(c),图4-13 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4-13 d所示为开尾圆锥销，它适用于有冲击、振动的场合。,图4-13(d),图4-13 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，对于振动载荷的连结也适用。销孔无需铰制，加工方便，可多次装拆。,图4-13 e,不易松动，能承受振动和变载荷,不铰孔，可多次装拆。,图4-13 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4-13 f,销轴,开口销,销轴用于两零
14、件的铰接处，构成铰链连接。销轴通常用开口销锁定，工作可靠，拆卸方便。,销的材料：35、45号钢。,4.4 无键连接,无键连接通常有过盈配合连接、膨胀连接和型面连接三种。,一、过盈配合连接,过盈配合连接是利用两个被连接件间的过盈配合来实现的连接，这种连接可做成可拆连接（过盈量较小），也可做成不可拆连接（过盈量较大）。,过盈连接的特点：构造简单，定心性好、承载能力高和在振动条件下能可靠地工作，但其装配困难和对配合尺寸的精度要求较高。,过盈配合连接的装配采用压入法和温差法。,压入法装配是在常温下通过在待装配的轴与轮毂间沿轴线方向施加压力的方法进行装配。,当过盈连接的连接面长度或实际过盈量较大时应采用
15、温差法装配。,温差法装配是将孔零件加热使其膨胀，或将轴零件冷却使其收缩，或二者同时进行，然后进行装配，装配时配合面间无过盈。,膨胀连接是利用以内、外锥面相互贴合并挤紧在毂孔与轴之间装入内外锥形环的连接套(简称胀套)，在轴向力作用下，同时胀紧轴与毂而构成的一种静连接。,二、膨胀连接,两个胀紧套,一个胀紧套,1)Z1型胀套,2)Z2型胀套,胀套的尺寸选择：,各型胀套已标准化，选用时可根据轴、毂尺寸及传递载荷大小，从标准中选择合适的型号和尺寸。,选择时应满足：,传递转矩时,传递轴向力时,传递联合作用的转矩和轴向力时,如图所示，型面连接是由非圆剖面的轴与相应的轮毂孔构成的可拆连接。成型连接应力集中小，
16、能传递大扭矩，装拆方便，但是加工工艺复杂，需要专用设备。,二、型面连接,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困难的，故型面连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。,由于型面连接要用到非圆形孔，以前因其加工困难，限制了型面连接的应用。,配合部分形状,柱体,锥体,-只能传递扭矩,-能同时传递扭矩和轴向力，用于不允许有间隙和要求高可靠性的场合。,1)装拆方便，对中性好；,型面连接的特点：,2)连接面上没有应力键槽和尖角，减少了应力集中；,3)可传递较大的扭矩；,4)切削加工有难度，不易保证配合精度。,常用联接型面有：,图 半圆键槽的铣削1半圆键 2半圆键槽 3半圆键槽铣刀,
