機械設計 2-鍵和花鍵設計

1、7-1 7-1 鍵聯接鍵聯接 7-2 7-2 花鍵聯接花鍵聯接鍵、花鍵聯接的用途鍵、花鍵聯接的用途用于軸與輪轂之間的周向固定，并用于軸與輪轂之間的周向固定，并 傳遞運動和轉矩。傳遞運動和轉矩。本章主要內容本章主要內容鍵聯接工作能力計算。鍵聯接工作能力計算。鍵和花鍵的類型、結構形式選擇；鍵和花鍵的類型、結構形式選擇；鍵的尺寸選擇鍵的尺寸選擇重點；重點；7 71 1 鍵聯接鍵聯接一、鍵聯接的主要類型及特點一、鍵聯接的主要類型及特點類類 型型及及特特 點點松鍵聯接：松鍵聯接：靠側面受擠壓傳遞運靠側面受擠壓傳遞運 動和轉矩，鍵兩側面動和轉矩，鍵兩側面 是工作面是工作面。平鍵聯接平鍵聯接半圓鍵聯接半圓鍵

2、聯接緊鍵聯接：緊鍵聯接：靠鍵的楔緊作用傳遞運靠鍵的楔緊作用傳遞運 動和轉矩，鍵上下兩面動和轉矩，鍵上下兩面 是工作面。是工作面。楔鍵聯接楔鍵聯接切向鍵聯接切向鍵聯接平鍵聯接平鍵聯接工作面工作原理工作原理 鍵的上表面和輪轂槽底之間留有間隙，兩側鍵的上表面和輪轂槽底之間留有間隙，兩側 面為工作，依靠側面受擠壓傳遞運動和轉矩。面為工作，依靠側面受擠壓傳遞運動和轉矩。優(yōu)點優(yōu)點: : 結構簡單，裝拆方便，易加工，對中性好結構簡單，裝拆方便，易加工，對中性好缺點：缺點：不能實現軸上零件的軸向固定。不能實現軸上零件的軸向固定。特點特點應用：應用：廣泛廣泛工作面工作面半圓鍵聯接半圓鍵聯接工作原理工作原理 鍵的

3、上表面和輪轂槽底之間留有間隙，兩側鍵的上表面和輪轂槽底之間留有間隙，兩側 面為工作，依靠側面受擠壓傳遞運動和轉矩。面為工作，依靠側面受擠壓傳遞運動和轉矩。優(yōu)點優(yōu)點: :軸上鍵槽用半徑與鍵相同的盤銑刀銑出，鍵能在軸槽中繞幾軸上鍵槽用半徑與鍵相同的盤銑刀銑出，鍵能在軸槽中繞幾何中心擺動，以適應輪轂槽底面。其優(yōu)點是工藝性較好，裝拆方便，何中心擺動，以適應輪轂槽底面。其優(yōu)點是工藝性較好，裝拆方便，缺點：缺點：鍵槽較深，對軸的強度削弱較大。鍵槽較深，對軸的強度削弱較大。特點特點主要用于載荷較輕的靜聯接，尤其適用于錐形軸與輪轂的聯接。主要用于載荷較輕的靜聯接，尤其適用于錐形軸與輪轂的聯接。R楔鍵聯接楔鍵聯

4、接工作原理工作原理鍵的上下兩面為工作面，其上表面和輪轂槽底均有鍵的上下兩面為工作面，其上表面和輪轂槽底均有1 1：100100的斜的斜度。裝配時，將鍵沿軸向打入軸向打入軸和輪槽內，工作表面上產生很大的度。裝配時，將鍵沿軸向打入軸向打入軸和輪槽內，工作表面上產生很大的正壓力，工作時，依靠工作面上正壓力產生摩擦力傳遞轉矩正壓力，工作時，依靠工作面上正壓力產生摩擦力傳遞轉矩T.T.優(yōu)點優(yōu)點: :能承受單方向的軸向力，對輪轂起到單向軸向固定作用。能承受單方向的軸向力，對輪轂起到單向軸向固定作用。工作面特點特點缺點：缺點：楔緊后會使軸與輪轂產生偏心，且在受到沖擊、變載荷楔緊后會使軸與輪轂產生偏心，且在受

5、到沖擊、變載荷 時易松脫，時易松脫，應用應用由于故楔鍵聯接僅適用于定心要求不高、載荷平穩(wěn)的低速場合。由于故楔鍵聯接僅適用于定心要求不高、載荷平穩(wěn)的低速場合。f NNNf NT普通普通楔鍵楔鍵鉤頭鉤頭楔鍵楔鍵 1 100切向鍵聯接切向鍵聯接工作原理工作原理切向鍵由兩個具有切向鍵由兩個具有1 1：100100斜度的楔組成，裝配時，兩鍵以斜度的楔組成，裝配時，兩鍵以 其斜面相互貼合，鍵分別從輪轂兩端打入，使之楔緊。兩鍵合其斜面相互貼合，鍵分別從輪轂兩端打入，使之楔緊。兩鍵合 并后，上下兩面平行為工作面，故軸和輪轂鍵槽并無斜度。依并后，上下兩面平行為工作面，故軸和輪轂鍵槽并無斜度。依 靠工作面上正壓力

6、產生摩擦力傳遞轉矩靠工作面上正壓力產生摩擦力傳遞轉矩T T。工作面工作面a）單向傳動）單向傳動b）雙向傳動）雙向傳動注意：注意：一個切向鍵只能單向傳動，若需雙向傳動時，必須用兩個互成一個切向鍵只能單向傳動，若需雙向傳動時，必須用兩個互成 120分布的切向鍵。分布的切向鍵。應用應用切向鍵聯接能傳遞很大的轉矩，但對軸的強度削弱較大，故切向鍵聯接能傳遞很大的轉矩，但對軸的強度削弱較大，故 常用于直常用于直徑大于徑大于100 mm，對中要求不高而載荷較大的重型機械。，對中要求不高而載荷較大的重型機械。120切向鍵安裝切向鍵安裝 1 100二二. 平鍵聯接平鍵聯接普通平鍵普通平鍵用于靜聯接用于靜聯接導向

7、平鍵和滑鍵導向平鍵和滑鍵用于動聯接用于動聯接一）平鍵分類一）平鍵分類按用途可分為兩類按用途可分為兩類普通平鍵聯接普通平鍵聯接導向平鍵聯接導向平鍵聯接1. 1. 普通平鍵普通平鍵用于靜聯接，即軸與輪轂之間無軸向相對運動用于靜聯接，即軸與輪轂之間無軸向相對運動按其端部形狀，有三種結構形式按其端部形狀，有三種結構形式 1 1）圓頭平鍵圓頭平鍵（A A型）型）L Llhb指狀銑刀加工指狀銑刀加工鍵槽鍵槽但軸上鍵槽端部應力集但軸上鍵槽端部應力集中較大，有效接觸長度中較大，有效接觸長度l比比 鍵的公稱長度鍵的公稱長度L短短l L-bL-b軸上鍵槽用指狀銑刀加工，軸槽與鍵軸上鍵槽用指狀銑刀加工，軸槽與鍵的尺

8、寸相符鍵在軸槽中固定可靠。的尺寸相符鍵在軸槽中固定可靠。工作面工作面h2)2) 方頭平鍵方頭平鍵（B B型）型）lLbl =L=L其優(yōu)點是軸上鍵槽用盤銑刀加工，軸的其優(yōu)點是軸上鍵槽用盤銑刀加工，軸的應力集中較小，應力集中較小，鍵的有效接觸長度等于鍵的有效接觸長度等于鍵的公稱長度鍵的公稱長度但對于尺寸較大的鍵需用緊但對于尺寸較大的鍵需用緊定螺釘將鍵固定在軸上鍵槽定螺釘將鍵固定在軸上鍵槽中。中。盤銑刀加工盤銑刀加工鍵槽鍵槽 3)3) 單圓頭平鍵單圓頭平鍵（C C型）型）l =L-b/2=L-b/2lLhb單圓頭平鍵單圓頭平鍵具有具有A A、B B鍵的特點鍵的特點常用于軸端與輪轂類零件的聯接，。常用

9、于軸端與輪轂類零件的聯接，。軸上鍵槽用指狀銑刀加工，軸槽與軸上鍵槽用指狀銑刀加工，軸槽與鍵的尺寸相符鍵在軸槽中固定可靠鍵的尺寸相符鍵在軸槽中固定可靠 導向平鍵是一種較長的平鍵，鍵用螺釘固定在軸的鍵槽中，軸上零件可沿導向平鍵是一種較長的平鍵，鍵用螺釘固定在軸的鍵槽中，軸上零件可沿鍵作軸向滑移。常用于軸上零件軸向位移量不大的場合。鍵作軸向滑移。常用于軸上零件軸向位移量不大的場合。2.2.導向平鍵導向平鍵用于動聯接用于動聯接（即軸與輪轂之間有軸向相對運動）。（即軸與輪轂之間有軸向相對運動）。 滑鍵滑鍵用于動聯接，軸上銑出較長的鍵槽，滑鍵固定在輪轂上，用于動聯接，軸上銑出較長的鍵槽，滑鍵固定在輪轂上，

10、軸上零件帶動鍵在軸上鍵槽中作軸向滑移。用于軸上零件軸向位移量較軸上零件帶動鍵在軸上鍵槽中作軸向滑移。用于軸上零件軸向位移量較大的場合。大的場合。 1. 鍵的類型選擇鍵的類型選擇鍵的類型應根據聯接的結構特點，使用要求和工鍵的類型應根據聯接的結構特點，使用要求和工 作條件來選擇。作條件來選擇。鍵寬鍵寬b鍵高鍵高h根據根據被聯接處的軸徑被聯接處的軸徑d按標準選擇按標準選擇。 普通平鍵普通平鍵根據根據被聯接處輪轂被聯接處輪轂長度確定，鍵長長度確定，鍵長L輪轂長度輪轂長度B B，一一般可取般可取L=B-L=B-（5 51010）mmmm，并按標，并按標準長度系列確定。準長度系列確定。 LB二）鍵的選擇二

11、）鍵的選擇2. 鍵的尺寸選擇鍵的尺寸選擇Lhb導向平鍵導向平鍵根據被聯接處輪轂長根據被聯接處輪轂長度及其滑動距離來確定。度及其滑動距離來確定。鍵公稱鍵公稱長度長度Ld平鍵聯接受力情況平鍵聯接受力情況dFTFkhd/2三三) 鍵聯接的強度計算鍵聯接的強度計算 1平鍵聯接受力分析平鍵聯接受力分析 聯接聯接工作面（側面）工作面（側面） 受擠壓力受擠壓力F F式中：式中：T轉矩，轉矩，Nmm d軸的直徑，軸的直徑，mmNdTF2鍵的截面鍵的截面受剪力：受剪力：NdTF22 2失效形式及計算準則失效形式及計算準則靜聯接靜聯接較弱零件（通常是輪轂）被壓潰。動聯接動聯接較弱零件（通常是輪轂）過度磨損。鍵被剪

12、斷失效失效形式形式主要主要失效形式失效形式聯接工作面（側面） 對于對于靜聯接靜聯接(普通平鍵聯接）普通平鍵聯接）：進行較弱零件工作面擠壓強度計算；：進行較弱零件工作面擠壓強度計算；對于對于動聯接動聯接(導向平鍵聯接）導向平鍵聯接） ：進行較弱零件工作面耐磨性計算。：進行較弱零件工作面耐磨性計算。計算計算準則準則即：即：pp即：即：pp3 3平鍵聯接的強度校核計算平鍵聯接的強度校核計算普通平鍵聯接普通平鍵聯接工作面擠壓強度工作面擠壓強度條件：條件：ppdhlTdlkTlkF42導向平鍵聯接導向平鍵聯接工作面耐磨性工作面耐磨性條件：條件： pdhlTdlkTlkFp42k 鍵與輪轂接觸高度，鍵與輪

13、轂接觸高度，mm，k h/2 。 式中：式中：p、p聯接工作表面擠壓應力，許用擠壓應力，聯接工作表面擠壓應力，許用擠壓應力，MPa，表表7-1p、p 聯接工作表面的壓強，許用壓強，聯接工作表面的壓強，許用壓強，MPa，表表7-1l 鍵的接觸鍵的接觸 長度，長度，mmA型鍵：型鍵：l = LblB型鍵：型鍵：l = LlC型鍵：型鍵：l = Lb/2l表表7-1 鍵聯接的許用擠壓應力和許用壓強鍵聯接的許用擠壓應力和許用壓強 MPa許用值許用值聯接方式聯接方式輪轂材料輪轂材料載荷性質載荷性質靜載荷靜載荷輕度沖擊輕度沖擊沖沖 擊擊p p靜聯接靜聯接（普通平鍵普通平鍵半圓鍵）半圓鍵） 鋼鋼120 15

14、0100 12060 90鑄鐵鑄鐵70 8050 6030 45動聯接動聯接（導向平鍵導向平鍵） 鋼鋼504030單鍵聯接能傳遞的轉矩很有限，當傳遞的轉矩較大、而又不能增加鍵的長度單鍵聯接能傳遞的轉矩很有限，當傳遞的轉矩較大、而又不能增加鍵的長度時，可用多鍵來提高聯接的承載能力。如圖示雙鍵、三鍵，但這樣會嚴重削時，可用多鍵來提高聯接的承載能力。如圖示雙鍵、三鍵，但這樣會嚴重削弱軸的強度弱軸的強度兩個平鍵組成的聯接兩個平鍵組成的聯接三個平鍵組合三個平鍵組合的聯接的聯接 花鍵聯接是由周向均布多個鍵齒的軸與帶有相應鍵齒槽輪轂花鍵聯接是由周向均布多個鍵齒的軸與帶有相應鍵齒槽輪轂孔配合而成的可拆聯接?？?/p>

15、配合而成的可拆聯接?；ɑㄦI軸鍵軸(外外花花鍵鍵)輪轂輪轂(內內花花鍵鍵)7 72 2 花鍵聯接花鍵聯接一花鍵聯接的特點及應用一花鍵聯接的特點及應用優(yōu)點優(yōu)點1 1）齒槽淺，齒根應力集中小，對軸和輪轂的強度削弱小；）齒槽淺，齒根應力集中小，對軸和輪轂的強度削弱??；特特點點 2 2）鍵齒對稱布置，齒多接觸面積大，承載能力高；）鍵齒對稱布置，齒多接觸面積大，承載能力高；3 3）定心精度高，對中性和導向性好。）定心精度高，對中性和導向性好。缺點缺點需要專門加工設備和工具，制造成本高。需要專門加工設備和工具，制造成本高。應用應用用于定心精度要求高，載荷大的動、靜聯接。用于定心精度要求高，載荷大的動、靜聯接

16、。 二花鍵聯接的類型及其選擇二花鍵聯接的類型及其選擇矩形花鍵矩形花鍵鍵齒兩側面為平面，形狀簡單，加工方便，可用磨削方法獲鍵齒兩側面為平面，形狀簡單，加工方便，可用磨削方法獲得較高精度，常用于機床、汽車、拖拉機等機械中。得較高精度，常用于機床、汽車、拖拉機等機械中。 漸開線花鍵漸開線花鍵漸開線花鍵的齒廓為漸開線，可用切制齒輪的加工方法來加工，漸開線花鍵的齒廓為漸開線，可用切制齒輪的加工方法來加工，工藝性較好?；ㄦI齒根較厚，強度高，壽命長。但加工內花鍵孔的制造成本較高，工藝性較好。花鍵齒根較厚，強度高，壽命長。但加工內花鍵孔的制造成本較高，常用于載荷較大，定心精度要求高，尺寸較大的聯接。常用于載荷

17、較大，定心精度要求高，尺寸較大的聯接。矩形花鍵矩形花鍵漸開線花鍵漸開線花鍵按鍵齒形狀可分為：按鍵齒形狀可分為：矩形花鍵矩形花鍵和和漸開線花鍵漸開線花鍵一）矩形花鍵的參數及尺寸系列一）矩形花鍵的參數及尺寸系列 主要參數及尺寸主要參數及尺寸鍵齒數鍵齒數N N、小徑、小徑d d、大徑、大徑D D、 鍵齒寬鍵齒寬B B花鍵的規(guī)格花鍵的規(guī)格用用Z Z（齒數）（齒數）d d（小徑）（小徑）D D（大徑）（大徑）B B（齒寬）表示。（齒寬）表示。尺寸尺寸 輕系列輕系列用于輕載或靜聯接用于輕載或靜聯接系列系列 中系列中系列用于重載或動聯接用于重載或動聯接二）矩形花鍵的規(guī)格及標記二）矩形花鍵的規(guī)格及標記標記標記包括花鍵的包括花鍵的參數、尺寸及其公差帶符號、國標號。參數、尺寸及其公差帶符號、國標號。例如：例如： N = 6N = 6、d = 28 mmd = 28 mm、D = 32 mmD = 32 mm、B = 7 mm B = 7 mm 花鍵的表示方法為：花鍵的表示方法為：花鍵副標記：花鍵副標記：內花鍵內花鍵: : 628H732H107H11 GB1144-87 GB1144-87外花鍵外花鍵: : 628f732a117d10 GB1144-87 GB1144-878711441011711103277286GBdHaHfHDBd三）矩形花鍵的定心方式三）矩形花鍵的定心方式矩形花鍵的定心