《机械设计》课程授课教案（讲稿）5.1、5.2、5.3键、花键、销

课程名称：《机械设计》第8讲次第五章键、花键及销联接5-1键联接授课题目5-2提高螺栓连接强度的措施5-3销联接【目的要求】了解键、花键、销联接的主要类型、工作原理和特点；掌握平键联接的设计方法；[重 点】平键联接的工作原理、结构特点：平键的剖面的尺寸和长度的确定方法及平键联接强度校核的计算方法：【难点】平键联接强度校核；内容第五章键、花键及销联接键和花键联接是最常见的轴、毂联接方式，属于可拆联接，主要其周向固定作用。轴与回转零件（如：齿轮、带轮等）的轮毂之间用键联接后，使它们一起转动，并且可以传递转矩。而销联接也常用于轴毂联接，此外还常用来确定零件间的相对位置一一及定位销。或作保护安全装置——安全销。5-1键联接一、分类键联接有多种类型，而且都是标准件，有相应的国家标准。机械设计中，我们只要按使用要求选用适当的类型和尺寸即可，必要时验算其强度。【普通平键一一静联接平键导向平键一一动联接松联接滑键一一动联接（零件在轴上可以移动，例如：滑移轮）半圆键楔键工作面紧联接构成静联接【切向键】1.平键工作原理：工作时，键的侧面是工作面（是承受载荷的面），靠键的工作面与键槽的侧面相挤压传递转矩。A型：一一双圆头普通平键分为B型：一一双方头C型：一一单圆头（常用于轴端）

课程名称：《机械设计》 第 8 讲次 授课题目 第五章 键、花键及销联接 5-1 键联接 5-2 提高螺栓连接强度的措施 5-3 销联接 【目的要求】 了解键、花键、销联接的主要类型、工作原理和特点； 掌握平键联接的设计方法； 【重 点】 平键联接的工作原理、结构特点； 平键的剖面的尺寸和长度的确定方法及平键联接强度校核的计算方法； 【难 点】 平键联接强度校核； 内 容 第五章 键、花键及销联接 键和花键联接是最常见的轴、毂联接方式，属于可拆联接，主要其周向固定作用。轴与回 转零件（如：齿轮、带轮等）的轮毂之间用键联接后，使它们一起转动，并且可以传递转矩。 而销联接也常用于轴毂联接，此外还常用来确定零件间的相对位置——及定位销。或作保 护安全装置——安全销。 5-1 键 联 接 一、分类 键联接有多种类型，而且都是标准件，有相应的国家标准。机械设计中，我们只要按使用 要求选用适当的类型和尺寸即可，必要时验算其强度。                              构成静联接 切向键 楔键 紧联接 半圆键 滑 键 — —动联接（零件在轴上可以移动，例如：滑移齿轮） 导向平键— —动联接 普通平键— —静联接 平键 松联接 1．平键 工作原理： 工作时，键的侧面是工 作面（是承受载荷的面），靠键的工作面与键槽的侧面相挤压传递转矩。 普通平键分为      型：— —单圆头（常用于轴端） 型：— —双方头 型：— —双圆头 C B A

①轴和轮毂的同轴性好（即对中性好）。特点：3例如：齿轮的齿圈与轴要求同轴，可选普通平键。②结构简单，装拆方便。＊导向平键和滑键用于成动联接，它们的区别在于：导向键：固定轴上的键槽中。[滑键：固定轮毂的键槽中，与零件一起在轴的键槽中移动。2.半圆键工作原理与平键相同，同样是工作面是受挤压。①易加工（键和槽都易加工）。特点：②键可以使槽中摆动而适应毂上键槽底面的倾。③对轴的削弱较大。适用于轻型机械。21:1003.楔键（斜键）工作面工作原理：安装时，楔紧在轴和轮毂的键槽中，靠摩擦力和键上下面的偏压传递转矩。因此，键的上下面是工作面。键楔紧以后，压力在键宽上是均布的，当传递转矩T时，轴与轮毂有相对转动的趋势，使键工作面上受的压力不均匀。其合力F偏离轴线产生偏压。同时，楔紧后，在轴上键的对侧会产生正压力，产生摩擦力。普通楔键：楔键分为：钩头楔键：一一易于拆卸，应用较多。①对中性不好。（楔紧使轴和轮毂轴线不重合）特点：②可对轮毂起单方向轴向固定作用。（例如：有些带轮的轴向固定即为此。）

特点：      ②结构简单，装拆方便。 例如：齿轮的齿圈与轴要求同轴，可选普通平键。 ①轴和轮毂的同轴性好（即对中性好）。 ＊导向平键和滑键用于成动联接，它们的区别在于：    滑 键：固定轮毂的键槽中，与零件一起在轴的键槽中移动。 导向键：固定轴上的键槽中。 2．半圆键 工作原理与平键相同，同样是工作面是受挤压。 特点：      ③对轴的削弱较大。 ②键可以使槽中摆动而适应毂上键槽底面的倾斜。 ①易加工（键和槽都易加工）。 适用于轻型机械。 3．楔键（斜键） 工作原理：安装时，楔紧在轴和轮毂的键槽 中，靠摩擦力和键上下面的偏压传递转矩。因此， 键的上下面是工作面。 键楔紧以后，压力在键宽上是均布的，当传 递转矩 T 时，轴与轮毂有相对转动的趋势，使键工作面上受的压力不均匀。其合力 FN 偏离轴 线产生偏压。同时，楔紧后，在轴上键的对侧会产生正压力，产生摩擦力。 楔键分为：    钩头楔键：— —易于拆卸，应用较多。 普通楔键： 特点：      （例如：有些带轮的轴向固定即为此。） ②可对轮毂起单方向轴向固定作用。 ①对中性不好。（楔紧使轴和轮毂轴线不重合）

4.切向键由一对楔键组成。装配时，将两个楔键沿轴的切线方向楔紧。2工作面键的窄面是工作面，受挤压。由于工作面上的压力是沿轴的切线方向作用，所以能传递很大的转矩。如果采用两对方向相反的切向键，（如图所示）。则可以传递双向转矩。两个传递单向扭矩键通相隔120°角布置。原因是：为了不致严重削弱轴的强度和使轴受力均衡。常用于重型机械中。二、平键联接的强度计算1.平键的选择键是标准件，设计时要选择确定键的结构尺寸。截面尺寸（b×h）：一一是根据轴的直径从标准中选择。尺寸：键长度（L）：一一是根据轮毂长度选择确定。（比轴颈长度稍短）轴和轮毂上键槽的尺寸也要按标准设计，（查《课程设计指导书》P186或各种《机械设计手册》。）2.强度计算零件强度计算的内容，都是根据工作中可能的失效形式拟定的。平键联接的失效形式：对静联接，主要是键、轴、轮毂三者中较弱的工作面“压溃”，对动联接，主要是工作面过大“磨损”。虽然，键工作中受剪切，但实际上键的剪断极为罕见。因此，只进行挤压强度和耐磨性计算。静联接：（挤压强度条件：）opkld（防止“压溃”失效）

4．切向键 由一对楔键组成。装配时，将两个楔键沿轴的 切线方向楔紧。 键的窄面是工作面，受挤压。 由于工作面上的压力是沿轴的切线方向作用， 所以能传递很大的转矩。如果采用两对方向相反的 切向键，（如图所示）。则可以传递双向转矩。两个 键通相隔 120°角布置。原因是：为了不致严重削弱 轴的强度和使轴受力均衡。 常用于重型机械中。 二、平键联接的强度计算 1．平键的选择 键是标准件，设计时要选择确定键的结构尺寸。 尺寸：     键长度（ ）：— —是根据轮毂长度选择确定。（比轴颈长度稍短） 截面尺寸（ ）：— —是根据轴的直径从标准中选择。 L b h 轴和轮毂上键槽的尺寸也要按标准设计， （查《课程设计指导书》P186 或各种《机械设计手册》。） 2．强度计算 零件强度计算的内容，都是根据工作中可能的失效形式拟定的。 平键联接的失效形式：    对动联接，主要是工作面过大“磨损”。 对静联接，主要是键、轴、轮毂三者中较弱的工作面“压溃”。 虽然，键工作中受剪切，但实际上键的剪断极为罕见。因此，只进行挤压强度和耐磨 性计算。 静联接：（挤压强度条件：）   p p kld 2T σ＝  σ （防止“压溃”失效）

2≤(p]动联接：（耐磨性计算：）p:kld（限制压强，防止过大磨损）式中：d—轴的直径1k一键与轮毂的接触高度k~=h(h-一键的高度）2接触1键的长度圆头（A型）平键：1=L-b（L一公称长度）方头（B型）平键：1=LT—一传递的转矩[p]——许用挤压应力（是键、轴、轮毂三者之中较弱者的许用应力)。见教材上（表7-1)[p]——许用压强。注：①如果使用一个平键不能满足强度条件，可采用两个平键，两键相隔180°布置。考虑到载荷分布的不均匀性，强度计算时按1.5个键考虑。②虽然两个式子的形式完全一样，但是表示的物理意义不同。③半圆键的强度计算和平键相同。④楔键失效形式主要是工作面“压溃”，需要验算挤压强度。（由于时间关系不讲了）＊键的材料为强度极限不低于600MP。的钢料。第二节花键联接键直接做在轴上，形成纵向键齿。相当于同时组成几个键联接。键齿的侧面是工作面。依靠工作面的相互挤压，传递转距。与平键的工作原理相同。静联接：可实现动联接：特点：强度高，对中性好，承载能力高。对轴没有削弱。但是：加工比较困难，需要专用的刀具和机床

动联接：（耐磨性计算：） p kld T p =  2 （限制压强，防止过大磨损） 式中：d——轴的直径 k——键与轮毂的接触高度 k≈ 2 1 h （h——键的高度） l — — 键 的 接 触 长 度 ：    = = B l L A l L - b (L 方头（ 型）平键： 圆头（ 型）平键： — 公称长度） T——传递的转矩 σp——许用挤压应力（是键、轴、轮毂三者之中较弱者的许用应力）。见教材上（表 7-1） p——许用压强。 注：① 如果使用一个平键不能满足强度条件，可采用两个平键，两键相隔 180°布置。考 虑到载荷分布的不均匀性，强度计算时按 1.5 个键考虑。 ② 虽然两个式子的形式完全一样，但是表示的物理意义不同。 ③ 半圆键的强度计算和平键相同。 ④ 楔键失效形式主要是工作面“压溃”，需要验算挤压强度。（由于时间关系不讲了） ＊键的材料为强度极限不低于 600 MPa 的钢料。 第二节 花键联接 键直接做在轴上，形成纵向键齿。相当于同时组成几个键联接。键齿的侧面是工作面。 依靠工作面的相互挤压，传递转距。与平键的工作 原理相同。 可实现    动联接： 静联接： 特点：强度高，对中性好，承载能力高。对轴 没有削弱。 但是：加工比较困难，需要专用的刀具和机床

【矩形键齿：应用很广。分类：按齿形不同分为30°压力角的。渐开线：[45°压力角的。（亦称三角形花键）（齿廓是渐开线）1）渐开线花键：其中三角形花键：特点：齿数多，模数小，多用于轻载和直径小的静联接。30°压力角渐开线花键：特点：齿根较厚，强度高，承载能力大，寿命长。当键齿侧受力时有径向分力。可以起到自动定心的作用。渐开线齿廓可以用齿轮加工设备加工，工艺性好，加工精度高。因此，应用日渐广泛。【齿形定心：一一有自动定心的作用。渐开线花键的定心方式外径定心。2）矩形花键：定心方式：大经定心：一一大经是配合面，保证轴和孔轴心线重合。适用于毂孔表面硬度高的场合。可用拉刀加工内在花键孔。外在键轴的大经外圆可用普通外圆磨床。而保证精度。小径定心：一一小径是配合面。适用于毂孔表面硬度较高的场合。内孔小径可以磨削，而轴的小径也要磨，因此，加工较难。但定心精度较高。侧面定心：一一定心精度不高。但各齿侧压力分布均匀。（齿宽定心）*注：国家标准中推荐：用小径定心。齿面“压溃”主要失效形式为；齿根剪断或弯断磨损一一对动联接强度计算：通常只进行挤压强度和耐磨性计算。（见教材）（课上不讲）

分类：按齿形不同分为           压力角的。（亦称三角形花键） 压力角的。 渐开线： 矩形键齿：应用很广。 45 30 (齿廓是渐开线) 1）渐开线花键： 其中三角形花键：特点：齿数多，模数小，多用于轻载和直径小的静联接。 30°压力角渐开线花键：特点：齿根较厚，强度高，承载能力大，寿命长。当键齿侧受 力时有径向分力。可以起到自动定心的作用。 渐开线齿廓可以用齿轮加工设备加工，工艺性好，加工精度高。因此，应用日渐广泛。 渐开线花键的定心方式    外径定心。 齿形定心：— —有自动定心的作用。 2）矩形花键： 定心方式：              （齿宽定心） 侧面定心：— —定心精度不高。但各齿侧压力分布均匀。 但定心精度较高。 小径可以磨削，而轴的小径也要磨，因此，加工较难。 小径定心：— —小径是配合面。适用于毂孔表面硬度较高的场合。内孔 键轴的大经外圆可用普通外圆磨床。而保证精度。 表面硬度高的场合。可用拉刀加工内在花键孔。外在 大经定心：－— 大经是配合面，保证轴和孔轴心线重合。适用于毂孔 ＊注：国家标准中推荐：用小径定心。 主要失效形式为；      磨损— —对动联接 齿根剪断或弯断 齿面“压溃” 强度计算：通常只进行挤压强度和耐磨性计算。（见教材）（课上不讲）

第三节销联接销联接通常只传递不大的载荷，或者作为：安全装置。传递不大的载荷销的主要用途：安全保护作用一一安全销固定零件的相互位置一一定位销注：定位销是组合加工和装配时的主要辅助零件。定位销通常不受或只受很小的载荷，其尺寸由经验确定。同一面上的定位销至少要用两个。圆柱销：一一多次拆装磨损后，紧固和定位精度降低。销分为：圆锥销：一一有1:50的锥度。可自锁，多次拆装不影响定位精度。【对照教材简单讲】还有替它特殊结构形式，由于时间关系不多讲。（看教材自学，简单了解)[本讲作业]习题5-2、5-3

第三节 销 联 接 销联接通常只传递不大的载荷，或者作为：安全装置。 销的主要用途：      固定零件的相互位置— —定位销 安全保护作用— —安全销 传递不大的载荷 注：定位销是组合加工和装配时的主要辅助零件。 定位销通常不受或只受很小的载荷，其尺寸由经验确定。同一面上的定位销至少要用两 个。 销分为：    圆锥销：— —有 ： 的锥度。可自锁，多次拆装不影响定位精度。 圆柱销：— —多次拆装磨损后，紧固和定位精度降低。 150 【对照教材简单讲】还有替它特殊结构形式，由于时间关系不多讲。（看教材自学，简 单了解） [本讲作业] 习题 5-2、5-3