0 第13章 (1-4)鍵和銷機械設計基礎

機械設計基礎

（PPT課件）

機器都是由各種零件裝配而成的，零件與零件之間存在著各種不同形式的連接。根據(jù)連接后是否可拆分為可拆連接和不可拆連接。在機械連接中屬于可拆連接的有鍵連接、銷連接和螺紋連接等；屬于不可拆連接的有焊接、鉚接和膠接等。第13章鍵和銷13.1鍵連接第13章鍵和銷13.2花鍵連接13.3銷連接13.4工程應用案例—帶式運輸機本章知識要點了解鍵和花鍵的用途、特點和分類；掌握平鍵連接的結構和類型；掌握平鍵的工作原理、主要失效形式和設計計算；了解半圓鍵、楔鍵和切向鍵的工作特點；了解花鍵的工作特點、失效形式和設計計算。興趣實踐觀察自行車和常見機械設備內(nèi)部哪些部位存在鍵、銷連接，分別屬于何種鍵？思考探索何種應用場合采用何種類型的鍵？第13章鍵和銷案例13-1右圖中，減速電機伸出軸和聯(lián)軸器用什么連接在一起傳遞運動與動力？

鍵連接常用的軸轂連接有鍵連接、花鍵連接、銷連接等。一、鍵連接的類型、特點及應用

軸轂連接主要是用來實現(xiàn)軸和輪轂之間的周向固定并用來傳遞運動和扭矩。

平鍵的兩側面是工作面，上表面與輪轂上的鍵槽底部之間留有間隙，鍵的上、下表面為非工作面。工作時靠鍵與鍵槽側面的擠壓來傳遞扭矩，故定心性較好。1．平鍵連接普通平鍵導向平鍵滑鍵根據(jù)用途，平鍵又可分為說明鍵連接指狀銑刀銑削鍵槽盤狀銑刀銑削鍵槽普通平鍵應用極為廣泛。軸上鍵槽可用指狀銑刀或盤狀銑刀加工，輪轂上的鍵槽可用插削或拉削。鍵連接（1）普通平鍵普通平鍵按端部形狀的不同可分為圓頭（A型）、方頭（B型）、半圓頭（C型）三種，具體結構如下圖：鍵連接A型C型B型鍵連接案例13-1分析減速電機輸出軸和聯(lián)軸器用A型普通平鍵連接在一起。

鍵連接普通平鍵的尺寸鍵連接在普通平鍵標準中，鍵寬與鍵高有明確的對應關系，因此，在標記中只要標出鍵寬，鍵高即可確定。標準規(guī)定，在普通平鍵標記中A型（圓頭）鍵的鍵型可省略不標，而B型（方頭）鍵和C型（單圓頭）鍵的鍵型必須標出。普通平鍵的失效

平鍵連接工作時的主要失效形式為組成連接的鍵、軸和輪轂中強度較弱材料表面的壓潰，極個別情況下也會出現(xiàn)鍵被剪斷的現(xiàn)象。通常只須按工作面上的擠壓強度進行計算。鍵連接（2）導向平鍵和滑鍵

導向平鍵和滑鍵用于動連接。當輪轂需要在軸上沿軸向移動時可采用這種鍵連接。當被連接零件滑移距離較大時，宜采用滑鍵。導向平鍵滑鍵鍵連接滑鍵連接導向平鍵連接鍵連接2．半圓鍵連接

鍵呈半圓形，其側面為工作面，鍵能在軸上的鍵槽中繞其圓心擺動，以適應輪轂上鍵槽的斜度，安裝方便。常用與錐形軸端與輪轂的連接。說明3．切向鍵由兩個斜度為1:100的楔鍵組成。一個切向鍵只能傳遞一個方向的轉矩，傳遞雙向轉矩時，須用互成120°～130°角的兩個鍵。鍵連接說明楔鍵安裝楔鍵的上、下表面為工作面，兩側面為非工作面。鍵的上表面與鍵槽底面均有1:100的斜度。工作時，鍵的上下兩工作面分別與輪轂和軸的鍵槽工作面壓緊，靠其摩擦力和擠壓傳遞扭矩。4．楔鍵連接說明鍵連接二、鍵的選擇和鍵連接的強度計算

鍵是標準件，設計時先根據(jù)鍵連接的結構特點、使用要求、工作條件選擇鍵的類型；根據(jù)軸的直徑，由標準中選取尺寸；然后再進行強度校核。1．尺寸選擇

b×h根據(jù)軸徑d由標準中查得，鍵的長度參考輪轂的長度定，一般應略短于輪轂長，并符合標準中規(guī)定的尺寸系列。平鍵的尺寸主要是鍵的截面尺寸b×h及鍵長l。平鍵標準尺寸2．平鍵連接的失效和強度校核

普通平鍵連接（靜連接），主要失效形式是工作面的壓潰，有時也出現(xiàn)鍵的剪斷，但一般只作連接的擠壓強度校核。對于導向平鍵連接和滑鍵連接，主要失效形式是工作面的過度磨損，通常按工作面上的壓力進行條件性的強度校核計算。鍵連接設鍵側面的作用力沿鍵的工作長度和高度均勻分布，則普通平鍵的強度條件為:（圓頭平鍵）（平頭平鍵）（單圓頭平鍵）導向平鍵和滑鍵連接的強度條件為：式中：[σp]、[p]為許用應力與許用壓力鍵連接當強度不足時，可適當增加鍵長或采用兩個鍵按180o布置。考慮到兩個鍵的載荷分布不均勻性，在強度校核中可按1.5個鍵計算。算例鍵連接案例13-2下圖所示的手動變速箱是如何實現(xiàn)手動變檔調(diào)速的？

花鍵連接

花鍵連接是將具有均布的多個凸齒的軸置于輪轂相應的凹槽中所構成的連接。其工作面是鍵齒側面。

花鍵連接是多齒傳遞載荷，故比平鍵連接的承載能力高，定心性和導向性好，對軸的削弱小(齒淺、應力集中小)；

花鍵連接一般用于定心精度要求高和載荷較大的地方。

花鍵加工需用專門的設備和工具，成本較高。

花鍵連接按齒形不同，可分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩類，且均已標準化。詳細說明花鍵連接花鍵連接的安裝花鍵連接案例13-2分析發(fā)動機的綠色軸轉動紅色副軸，紅色副軸及上面的齒輪則驅動右邊的藍色齒輪。齒輪通過軸環(huán)驅動黃色驅動軸。同時，所有的藍色齒輪都在轉動，但只是在其軸上空轉，對黃色輸出軸并不產(chǎn)生影響。當軸環(huán)位于兩個齒輪之間時，變速器為空擋狀態(tài)。當換擋撥叉時，軸環(huán)可以和不同的藍色齒輪進行連接，以獲得不同的輸出轉速。軸環(huán)上有內(nèi)花鍵與黃色輸出軸連接，將運動和動力傳遞給差速器。如右圖所示。

花鍵連接銷的結構類型根據(jù)銷的用途不同，一般有：定位銷、連接銷、安全銷。根據(jù)銷的結構形式有：圓柱銷、圓錐銷、槽銷、銷軸和開口銷等。銷連接接主要用于確定零件之間的相互位置，并可傳遞不大的載荷。也可用于軸和輪轂或其他零件的連接。銷的材料為35、45鋼（開口銷為低碳鋼），許用應力[t]=80MPa，許用擠壓應力[σp]與鍵連接的擠壓應力相同。槽銷銷軸和開口銷開尾圓錐銷圓柱銷圓錐銷內(nèi)螺紋圓錐銷銷連接銷連接圓柱銷利用較小的過盈量固定在銷孔中，多次裝拆會降低定位精度和可靠性；圓錐銷的定位精度和可靠性較高，并且多次裝拆不會影響定位精度。因此，需要經(jīng)常裝拆的場合不宜采用圓柱銷，而應選用圓錐銷連接。銷起定位作用時一般不承受載荷，并且使用的數(shù)目不得少于兩個。一般來說，銷作為安全銷使用時還應有銷套及相應結構。

型面連接是用非圓截面的柱面體或錐面體的軸與相同輪廓的轂孔配合以傳遞運動和轉矩的可拆連接，它是無鍵連接的一種型式。在家用機械、辦公機械等中，采用了大量的壓鑄、注塑零件。要注塑出各種各樣的非圓形孔是毫無困難的，故型面連接的應用獲得了發(fā)展。應用較多的是帶切口圓形和正六邊形型面。

由于型面連接要用到非圓形孔，以前因其加工困難，限制了型面連接的應用。一、型面連接更多介紹其它連接

過盈連接是利用材料的彈性變形，把具有一定配合過盈量的軸和轂孔套裝起來的連接。二、過盈連接

工作時靠配合面上的摩擦力來傳遞載荷。

過盈連接的優(yōu)點：結構簡單、對中性好，對軸的強度削弱小、在沖擊和振動載荷下工作可靠。

過盈連接的缺點：裝拆困難、對配合尺寸的精度要求高，因而多用于承受重載，特別是動載以及無需經(jīng)常裝拆的場合。其它連接過盈連接的分類（按配合面的形狀不同）：

圓柱面過盈連接

壓入法：裝配面不可避免地要產(chǎn)生劃傷，從而降低連接的緊固性。故只適用于配合尺寸和過盈量都較小的連接。

溫差法：不會損傷零件的配合表面。常用于要求配合精度高、配合尺寸和過盈量都較大的連接。

圓錐面過盈連接

液壓壓入法：裝配時，用高壓油泵將高壓油通過油孔和油溝壓入連接的配合面間，使轂孔直徑脹大，軸徑縮小，同時施加一定的軸向力使之相互壓緊，待零件壓緊到預定的軸向位置時，放出高壓油，而形成過盈連接。拆卸時，再壓入高壓油，兩件即可分離。其它連接