第五章軸轂聯(lián)接

1、第三章軸轂聯(lián)接軸轂聯(lián)接的功能主要是實(shí)現(xiàn)軸與軸上零件的周向固定并傳遞轉(zhuǎn)矩， 有些還 能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動(dòng)。 軸轂聯(lián)接的形式很多，本章主要討論 鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接和銷聯(lián)接。第一節(jié)鍵、花鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接鍵的功用：通常用于聯(lián)接軸和軸上的零件，起到周向固定的作用并傳遞 轉(zhuǎn)矩。有些類型的鍵還可實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動(dòng)。鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)件。1 鍵聯(lián)接的類型及特點(diǎn)主要類型：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接、切向鍵聯(lián)接。(1 )平鍵聯(lián)接如圖5- 1a所示，裝配時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)件上加工一個(gè)通槽，在軸上加工一個(gè)小坑，便構(gòu)成了平鍵聯(lián)接。平鍵的兩個(gè)側(cè)面是工作面并用于傳遞轉(zhuǎn)矩。 鍵的上面 與輪轂槽底之間留有間隙，為

2、非工作面。jV/AV/A-FFJ-b-P2- 圖31普通平鍵聯(lián)接工作原理：是靠鍵同側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力鍵的側(cè)面與鍵槽之間為過盈配合，裝配時(shí)用木錘敲平。這種鍵聯(lián)接具有 結(jié)構(gòu)簡單、對中性好、裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。但這種鍵聯(lián)接對 軸上零件不能起到軸向固定的作用。平鍵聯(lián)接按用途可分為 3 種：普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵。 普通平鍵 普通平鍵用于靜聯(lián)接，即軸與輪轂之間無相對移動(dòng)。按鍵的端部形狀可分為A型（圓頭）、B型（方頭）和C型（單圓頭）3種。（如圖5 - 1）圓頭鍵的鍵槽用指狀銑刀加工，鍵放在與鍵同形狀的鍵槽中，因而鍵的軸 向固定較好。 缺點(diǎn)是鍵的圓頭側(cè)面與輪轂的鍵槽不接觸，

3、因而鍵的頭部不能充 分利用，而且鍵槽端部對軸引起的應(yīng)力集中較大。方頭平鍵的鍵槽用圓盤銑刀加工，因而避免了上述缺點(diǎn)，但鍵在鍵槽中固 定不好。單圓頭平鍵常用于軸端與軸上零件的聯(lián)接。薄形平鍵，其結(jié)構(gòu)與普通平鍵幾乎一樣，就是鍵高約為普通平鍵的60%-70% ，也分為圓頭，平頭和單圓頭三種形式。傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較低，常 用于薄壁結(jié)構(gòu)， 空心軸及一些經(jīng)向尺寸受限制的場合， 另外對軸的削弱， 能力 也小。 導(dǎo)向平鍵 導(dǎo)向平鍵用于動(dòng)聯(lián)接，即軸與輪轂之間有軸向相對移動(dòng)的聯(lián)接。導(dǎo)向平鍵（圖 5-2）是一種較長的平鍵，用螺釘固定在軸槽中，軸上零件可沿鍵作 軸向滑動(dòng)。為拆卸方便鍵上制有起鍵螺孔。 導(dǎo)向平鍵用于軸上零件滑

4、移距離不 大的場合。圖 3-3滑鍵聯(lián)接 滑鍵滑鍵用于動(dòng)聯(lián)接當(dāng)軸上零件滑移距離較長時(shí)可用滑鍵，(如圖5-3)?；I固定在輪轂上，在軸槽中隨輪轂一起做軸向滑移，軸上銑出較長的鍵槽。圖3-4半圓鍵聯(lián)接(2)半圓鍵聯(lián)接半圓鍵用于靜聯(lián)接，如圖54所示，軸上鍵槽用與半圓鍵尺寸相同的銑刀銑出，因而半圓鍵能在鍵槽中擺動(dòng)以適應(yīng)轂槽底面的斜度。 工作時(shí)，鍵的 兩側(cè)面為工作面。這種鍵聯(lián)接的優(yōu)點(diǎn)是定心性較好、裝配方便，尤其適用于錐 形軸與輪轂的聯(lián)接。缺點(diǎn)是鍵槽較深，對軸的強(qiáng)度削弱較大。主要用于輕載荷和錐形軸端的聯(lián)接(3 )楔鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接只用于靜聯(lián)接，楔鍵的上、下面是工作面(圖5- 5)。鍵的上表面和轂槽底面均具有1

5、 : 100的斜度。楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵，普通楔鍵又分圓頭和方頭兩種形式。 裝配 時(shí)，圓頭楔鍵先放入鍵槽中，然后打入輪轂；方頭和鉤頭楔鍵是先把輪轂裝到 適當(dāng)位置后再打入楔鍵，靠楔緊作用傳遞轉(zhuǎn)矩。這種聯(lián)接的優(yōu)點(diǎn)是能軸向固定 軸上零件或承受單向軸向力，缺點(diǎn)是在楔緊時(shí)破壞了軸與輪轂的對中性。因此, 主要用于定心精度要求不高、載荷平穩(wěn)和低速的場合。若采用鉤頭楔鍵安裝在 軸端時(shí)，應(yīng)注意加防護(hù)罩。(a)帽頭方養(yǎng)洵服圖3 5 楔鍵聯(lián)接(4 )切向鍵聯(lián)接切向鍵是由兩個(gè)斜度為1 : 100的楔鍵組成。組成后的上下平行面(窄 面)為工作面，其中一個(gè)面在通過軸心線的平面內(nèi)。裝配時(shí)，把兩個(gè)鍵從輪轂 兩端打入，楔

6、緊在軸與輪轂之間。工作時(shí)，靠工作面上的擠壓力和軸與輪轂間的摩擦力傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，需用兩組切向鍵，如圖5 6 所示。兩個(gè)鍵槽最好錯(cuò)開120。130 。切向鍵主要用于軸徑大于100mm， 對中性要求不高而載荷很大的重型機(jī)械中。 例如，大型飛輪，礦山用大型絞車的卷筒和齒輪與軸的聯(lián)接。圖3 6 切向鍵聯(lián)接2 鍵的選擇和平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算(1 )鍵的選擇幾乎所有的鍵已標(biāo)準(zhǔn)化，我們設(shè)計(jì)時(shí)的任務(wù)只是根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求 和工作條件來選擇它們，使得她即能符合使用的結(jié)構(gòu)工作要求， 又能滿足強(qiáng)度 要求，還是標(biāo)準(zhǔn)件。鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇。選擇鍵的類型時(shí)，應(yīng)考慮所需傳遞轉(zhuǎn) 矩的大??；軸上

7、零件是否需要沿軸向滑移及滑移距離的長短；對中性的要求； 鍵在軸的中部還是端部等。鍵的尺寸有剖面尺寸(鍵寬b X鍵高h(yuǎn))和長度L。鍵的剖面尺寸b x h按 鍵所在軸段的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長度L根據(jù)輪轂的寬度確定。一般 鍵長略短于輪轂寬度并應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。圖3-7平鍵聯(lián)接計(jì)算圖（2）平鍵聯(lián)接強(qiáng)度的計(jì)算平鍵聯(lián)接的主要失效形式有：工作面被壓潰（靜聯(lián)接），工作面過度磨損 （動(dòng)聯(lián)接），個(gè)別情況會(huì)出現(xiàn)鍵被剪斷。對于尺寸按標(biāo)準(zhǔn)選擇的平鍵聯(lián)接，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力（對于動(dòng) 聯(lián)接常用壓強(qiáng)）進(jìn)行條件性強(qiáng)度校核。如圖所示，假設(shè)載荷沿鍵長和鍵高均勻 分布，則擠壓強(qiáng)度條件為p式中 d軸的直徑，2T 4T d

8、kl dhlp MPamm ；k鍵與轂槽的接觸高度，mm ； h 鍵的高度（h2k），mm ；l鍵的工作長度，mm，不同類型的I值;T轉(zhuǎn)矩，N mm ;c p許用擠壓應(yīng)力 MPa，見表10 1。對動(dòng)聯(lián)接，以許用壓強(qiáng)p 代替c p o當(dāng)擠壓強(qiáng)度不足時(shí)的補(bǔ)救措施:(1) 如果采用一個(gè)平鍵不能滿足傳遞轉(zhuǎn)矩的要求時(shí)，可在同一聯(lián)接處相錯(cuò)180。布置2個(gè)平鍵?？紤]到采用雙鍵時(shí)各鍵的載荷分配不均勻，故聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算只按1 . 5個(gè)鍵計(jì)入。(2) 可適當(dāng)增加軸轂寬度B,這樣可增加鍵長。(3 )對半圓鍵，不許這樣處理，因其鍵槽深，對軸的削弱過度，但可在一個(gè)母線上安兩個(gè)。二、花鍵聯(lián)接普通平鍵聯(lián)接雖然有些結(jié)構(gòu)簡單，

9、制造方便等優(yōu)點(diǎn)，但存在著受力不均， 對軸強(qiáng)度削弱過大及承載能力有限等限制。由此，人們開始設(shè)想是否能在軸的四周上均安裝多個(gè)平鍵，由此發(fā)展到采用花鍵軸(外花鍵)和花鍵孔(內(nèi)花鍵) 的花鍵聯(lián)接?；ㄦI已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。圖3 8圖3 9矩形花鍵圖3 10漸開線花鍵花鍵聯(lián)接由多個(gè)鍵齒和鍵槽構(gòu)成、 均布在軸和輪轂孔的圓周上?；ㄦI的齒 側(cè)面為工作面?；ㄦI聯(lián)接適用于靜、動(dòng)聯(lián)接?；ㄦI聯(lián)接的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）齒數(shù)較多而且受力均勻，故承載能力高；（2）槽淺，齒根應(yīng)力集中小，對軸和轂的強(qiáng)度削弱較輕；（3）軸上零件與軸的對中性好；（4）導(dǎo)向性好。其缺點(diǎn)是加工時(shí)需要專用設(shè)備，成本較高。1、花鍵的類型及特點(diǎn)分類 按剖面齒形可分為矩

10、形花鍵和漸開線花鍵。 以定心方式分小徑定心（常用，加工方便）、大徑定心（新標(biāo)準(zhǔn)取消，硬表面不行）、齒側(cè)定心（受力均勻，自動(dòng)定心）。（1 ）矩形花鍵矩形花鍵加工方便，并且可用磨削方法獲得較高的精度，故常用。矩形花 鍵在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了兩種尺寸系列，即輕系列和中系列。輕系列承載能力較小， 多用于輕載荷的靜聯(lián)接；中系列多用于較重載荷的靜聯(lián)接或零件僅在空載下移 動(dòng)的動(dòng)聯(lián)接。矩形花鍵在聯(lián)接中按小徑d定心。軸和轂的定心表面在熱處理后都要磨削, 定心精度較高。（2）漸開線花鍵漸開線花鍵的齒廓為漸開線。與矩形花鍵相比，漸開線花鍵有以下特點(diǎn)：齒根較厚和齒根圓角較大，應(yīng) 力集中較小，故聯(lián)接強(qiáng)度較高、壽命長；可利用加工

11、齒輪的各種加工方法加工 漸開線花鍵，故工藝性較好；尺寸小時(shí)，加工花鍵孔的拉刀制造成本較高，因 而限制了它的使用。漸開線花鍵按齒形定心，具有自動(dòng)定心的作用。適于載荷 較大，定心精度要求較高和尺寸較大的聯(lián)接。一種漸開線花鍵在分度圓上的壓力角為 30 ；另一種花鍵在分度圓上的壓力角為45 ，壓力角為45 的漸開線花鍵，齒形鈍而短，因此，對聯(lián)接件 的削弱較小，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(lián)接，特別適用于薄壁件的軸轂聯(lián)接。2 花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算圖3-11 花鍵聯(lián)接的受力情況首先根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用要求和工作條件選定花鍵類型和尺寸，然后進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核計(jì)算?；?/p>

12、鍵聯(lián)接的受力情況如圖3-11所示。其主要失效形式是工作面被壓潰（靜聯(lián)接）或工作面過度磨損（動(dòng)聯(lián)接） 因此，靜聯(lián)接通常按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算， 動(dòng)聯(lián)接則按工作面上 的壓力進(jìn)行條件性強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算時(shí)，假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，各齒面上壓力的合力N作 用在平均直徑dm處，即傳遞的轉(zhuǎn)矩 T = zN dm/2，并引入系數(shù)書來考慮實(shí) 際載荷在各花鍵齒上分配不均的影響，則花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為靜聯(lián)接2T 103p p MPazhldm動(dòng)聯(lián)接2T 103p p MPazhldmp式中書一一載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關(guān)，一般取書二 0. 70. 8 ,齒數(shù)多時(shí)取偏小值；z花鍵的齒數(shù)；l 齒的

13、工作長度，mm ；h 花鍵齒側(cè)面的工作高度，矩形花鍵，h - d 2c，此外D為外2花鍵的大徑，d為內(nèi)花鍵的小徑，C為倒角尺寸，單位均為 mm ;漸開線花鍵，a = 30 ， h = m ;a = 45 ， h = 0. 8m， m 為模數(shù)；dm 花鍵的平均直徑，矩形花鍵,漸開線花鍵，dm = df，df為分度圓直徑，mm ；c p許用擠壓應(yīng)力，MPa，見表10 2 ；p許用壓力，MPa，見表10 2第二節(jié)銷聯(lián)接、銷聯(lián)接作用1、定位銷：主要用于定位，即固定零件之間的相對位置，是組合加工和 裝配時(shí)的主要輔助零件。按經(jīng)驗(yàn)選取，不作強(qiáng)度校核。2、聯(lián)接銷：用于軸與轂的聯(lián)接或其他零件的聯(lián)接，可傳遞不大的

14、載荷。 般先按結(jié)構(gòu)要求選定，然后按剪切、擠壓校核。3、安全銷：做安全裝置，扭矩到后一定程度要斷（類似于保險(xiǎn)絲）。必須 嚴(yán)格按剪切校核。二、各類銷及特點(diǎn)1、圓柱銷圓柱銷利用微量過盈固定在銷孔中，多次裝拆會(huì)降低定位精度。圓錐銷有1 : 50的錐度，可自鎖，靠錐面擠壓作用固定在銷孔中，定位精度高，安裝也較方便，可多次裝拆仆）圓錐銷圖 5 122、圓錐銷為便于拆卸帶有內(nèi)螺紋或外螺紋的圓錐銷，可用于盲孔或拆卸困難的場 合。開尾圓錐銷和小端帶外螺紋圓錐銷，可保證銷在沖擊、振動(dòng)或變載下不致 松脫。根據(jù)不同情況，圓錐銷又浱生出帶內(nèi)螺紋的圓錐銷、帶外螺紋的圓錐銷、 開尾圓錐銷及小端帶外螺紋的圓錐銷。圖 5- 13 聯(lián)接銷圖5 14安全銷3、槽銷槽銷是彈簧鋼滾壓或模鍛而成。槽常有 3條，其形狀有：沿銷全長的平 行直槽；沿銷全長的楔形槽；一端有短楔槽及中部有短凹槽等。槽銷壓入銷孔 后，它的凹槽即產(chǎn)生收縮變形，借助材料的彈性而固定在銷孔中，銷孔無需鉸 制可多次裝拆，多用于傳遞載荷，對于受振動(dòng)載荷的聯(lián)接也很適用。 在有些場 合，槽銷可代替鍵和螺栓等來使用。圖3 15槽銷圖