键、花键和销联接key, spline and pin joints
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第一节键连接安装在轴上的齿轮、带轮、链轮等传动条件,其轮毂与轴的连接,主要有键连接、花键连接、销链接等。
一·键连接键连接主要用作轴上零件的周向固定并传递转矩;有的使轴上零件沿轴向移动时起导向作用。
按照结构特点和工作原理,键连接可分为平键连接、半圆键连接和楔键连接等。
常用的为平键连接。
1·平键连接平键连接的截面结构如图5-1所示,平键的下面与轴上键槽贴紧,上面与轮毂键槽顶面留有间隙。
两侧面为工作面,依靠键与键槽之间的挤压力传递转矩。
平键连接加工容易、装拆方便、对中性良好,用于传动精度要求较高的场合。
根据用途可将其分为如下三种:(1)普通平键连接如图5-2所示,普通平键的主要尺寸是键宽b、键高h和键长L。
端部有圆头(A型)、平头(B型)和单圆头(C型)三种形式。
A型键定位好,应用广泛,C型键用于轴端,A、C型键的轴上键槽用立铣刀切制,端部的应力集中较大。
B型键的轴上键槽用盘铣刀铣出,轴上应力集中较小,但对于尺寸较大的键,要用紧定螺钉压紧,以防松动。
(2)薄型平键连接薄型平键与普通平键比较,在键宽b相同时,键高h较小。
因此,薄型平键连接对轴和轮毂的强度削弱也小,用于薄壁结构和特殊场合。
(3)导向平键连接当轴上零件与轴构成移动副时,可采用导向平键连接(图5-3)。
导向平键较普通平键长,为防止键体在轴中松动,用两个螺钉将其固定在轴上键槽中,键的中部设有键螺孔,以便拆卸。
若轴上零件沿轴向移动距离较长,可采用图5-4所示的滑键连接。
2·平键连接的选用步骤如下:(1)根据键连接的工作要求和使用特点,选择键连接的类型。
(2)按照轴的公称直径d,从国家标准(表5-4)中选择平键的截面尺寸b×h.(3)根据轮毂长度L1选择键长L,静连接取L=L1-(5-10)mm.键长L应符合标准长度系列。
(4)校核平键连接的强度:键连接的主要失效形式较弱工作面的压溃(静连接)或过度磨损(动连接),因此应按照挤压应力Qp进行条件性的强度计算,校核公式为Qp=4T/dtl ≤[QP ](5-1)式中T-传递的转矩,N·mm;d-轴的直径,mm;h-键高,mm;l-键的工作长度,见图5-2中所示,mm;[Qp]-键连接的许用挤压应力,见表5-2,计算时应取连接中较弱材料的值,MPa.如果强度不足,在结构允许时可以适当增加轮毂的长度和键长,或者间隔180°布置两个键。
第六章:键、花键和销联接主要内容键连接类型与结构平键连接的设计花键连接、销连接及型面连接的基本概念重点难点键连接的类型与结构平键连接的选用和强度校核§ 6 – 1 键联接【功能】主要用于实现轴与轴上零件之间的周向固定,并且传递转矩。
其中有些类型的键还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。
【设计内容】键是标准件。
我们的任务是:选择键的类型、尺寸;键槽的公差和表面粗糙度;必要时校核键联接的强度。
一. 键联接的类型及特点1.平键联接【工作原理】键的两侧面是工作面,工作时,靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。
键的上表面与轮毂的键槽底面间则留有间隙。
优点:结构简单、装拆方便、对中性较好,在冲击、变载下不易松脱,应用广泛。
常用于精度和转速较高或承受冲击、变载的场合。
缺点:不能承受轴向力,对轴上零件不能起到轴向固定的作用。
平键分为:普通平键,薄型平键—静联接;导向平键,滑键—动联接1)普通平键A型(圆头)—指状铣刀加工键槽,轴向固定较好;键的圆头部分不能充分利用,键槽端部应力集中较大。
B型(平头)—圆盘铣刀加工键槽。
克服了上述缺点,但键在键槽中的轴向固定不好。
C型(单圆头)—用于轴端与轴上零件的联接。
2)薄型平键键较薄,厚度约为普通平键的60% 70% ,也分为圆头、平头和单圆头。
【特点】传递的转矩较小【应用】常用于薄壁结构、空心轴及径向尺寸受限制的场合。
3)导向平键导向平键较长,用螺钉固定在轴上的键槽中,轴上零件可沿导向键作轴向移动。
为了便于装拆,在键上设有起键螺纹孔。
4)滑键当所需导向键太长时,由于制造困难,宜采用滑键。
滑键固定在轮毂上,轮毂带动滑键在轴槽中移动。
2.半圆键联接【工作原理】与平键相同,同样是工作面受挤压。
【特点】键可以在键槽中摆动,以适应键槽的斜度;工艺性好,装配方便。
对轴的强度削弱较大。
【应用】适用于轻型机械;尤其是锥形轴端联接。
3.楔键联接【工作原理】键的上下面是工作面。
键和键槽均具有1:100的斜度。
第一节键连接安装在轴上的齿轮、带轮、链轮等传动条件,其轮毂与轴的连接,主要有键连接、花键连接、销链接等。
一·键连接键连接主要用作轴上零件的周向固定并传递转矩;有的使轴上零件沿轴向移动时起导向作用。
按照结构特点和工作原理,键连接可分为平键连接、半圆键连接和楔键连接等。
常用的为平键连接。
1 ·平键连接平键连接的截面结构如图5-1 所示,平键的下面与轴上键槽贴紧,上面与轮毂键槽顶面留有间隙。
两侧面为工作面,依靠键与键槽之间的挤压力传递转矩。
平键连接加工容易、装拆方便、对中性良好,用于传动精度要求较高的场合。
根据用途可将其分为如下三种:(1 )普通平键连接如图5-2 所示,普通平键的主要尺寸是键宽b 、键高h 和键长L。
端部有圆头(A 型)、平头(B 型)和单圆头(C 型)三种形式。
A 型键定位好,应用广泛,C 型键用于轴端,A、C 型键的轴上键槽用立铣刀切制,端部的应力集中较大。
B 型键的轴上键槽用盘铣刀铣出,轴上应力集中较小,但对于尺寸较大的键,要用紧定螺钉压紧,以防松动(2 )薄型平键连接薄型平键与普通平键比较,在键宽b 相同时,键高h 较小。
因此,薄型平键连接对轴和轮毂的强度削弱也小,用于薄壁结构和特殊场合。
(3 )导向平键连接当轴上零件与轴构成移动副时,可采用导向平键连接(图5-3 )。
导向平键较普通平键长,为防止键体在轴中松动,用两个螺钉将其固定在轴上键槽中,键的中部设有键螺孔,以便拆卸。
若轴上零件沿轴向移动距离较长,可采用图5-4 所示的滑键连接。
2·平键连接的选用步骤如下:(1)根据键连接的工作要求和使用特点,选择键连接的类型。
(2 )按照轴的公称直径d ,从国家标准(表5-4 )中选择平键的截面尺寸b×h.(3 )根据轮毂长度L1 选择键长L,静连接取L=L1-(5-10)mm. 键长L 应符合标准长度系列。
(4 )校核平键连接的强度:键连接的主要失效形式较弱工作面的压溃(静连接)或过度磨损(动连接),因此应按照挤压应力Qp 进行条件性的强度计算,校核公式为Qp=4T/dtl ≤[QP ](5-1 )式中T-传递的转矩,N·mm ;d- 轴的直径,mm;h- 键高,mm;l-键的工作长度,见图5-2 中所示,mm;[Qp]- 键连接的许用挤压应力,见表5-2 ,计算时应取连接中较弱材料的值,MPa.如果强度不足,在结构允许时可以适当增加轮毂的长度和键长,或者间隔180°布置两个键。
§12 键、花键和销联接Key, spline and pin joints §12-1 键联接Key joints
§12-2 花键联接Spline joints §12-3 销联接Pin joints
§12-4 其它联接Other joints
§12-1 键联接Key joints
¾分类Types of the key joints
¾平键联接的尺寸选择和强度计算Option of sizes and strength calculations for straight key joints
* Selection of sizes and strength & Calculations for straight key joints
一、分类Types of the key joints
Key joints Loose joints Tight joints
Straight key joints
Woodruff key joints
Ordinary straight key
joints
Guiding and sliding straight key joints
Taper key Taper key joints Tangent double-
taper key joints
1.普通平键联接Ordinary straight key joints
平键的两侧面是工作面,靠键和键槽之间的互压传递转矩。
The load is carried by the sides of straight keys. The both side surfaces of key and keyway press each other, through which the torque is transmitted.
Rounded end Square end One rounded and
one square end
2.导向平键和滑键Guiding and sliding straight key
3. 半圆键Woodruff key
4. 楔键联接Taper key joint
楔键联接上下面为工作面,靠键、轴和毂之间的摩擦力以及键受到的偏压传递扭矩。
Torque is transmitted by friction of above and below surfaces on the key, shaft and hub.
5. 切向键联接Tangent double-taper key joint
切向键的工作面是两个楔键组成矩形的窄面,工作面上的挤压力沿轴的切线方向,靠挤压传递扭矩。
Tangent double-taper key joint comprises two taper keys. The tow taper keys compose a rectangle and the small face of the rectangle is its operating surface. Torque is transmitted by the pressure between the operating surfaces of the key , shaft and hub.
二、平键联接的尺寸选择和强度计算Selection of sizes and strength calculations for straight key joints
失效形式Types of failure
⑴主要失效形式The main types of failure:
工作面压溃Crushing(静联接Fixed joints)工作面磨损Wear(动联接Sliding joints)
⑵有时:键剪断shear failure of the key(一般不作计算,重要时验算No such strength calculations are required in designing.)
工作面的压溃或磨损发生在键、轴和毂三者中较弱的零件上,一般为毂。
Crushing or wear of the operating surfaces usually take place on the elements of which the strength is weakest among the key, shaft and hub. And it usually occurs on the hub.
2. 计算公式Calculations
假设压力在键的接触长度范围内分布均匀,则根据挤压强度或耐磨性的条件性计算It is assumed that the pressure is uniformly distributed over the surfaces of contact between the sides of the key and the hub and the shaft. Then the strength conditions to resist crushing and wear respectively are:
Height of key
Allowable pressing stress
Contact height of key and hub
3. 平键联接的计算步骤
Design procedure for straight key joints
§12-2 花键联接Spline joints
依靠轴和毂上齿的互压传递转矩,可用于动联接和静联接。
The teeth of shaft and hub press each other, through which the torque is transmitted. The spline joints can be used for both fixed and sliding joints.
¾花键联接的特点Features of spline joints
¾花键联接的分类Types of spline joints
一、花键联接的特点
Features of spline joints
With respect to straight key joints:
Uniform force distribution
Less stress concentration
More accurately centered Teeth are difficult to be manufactured
二、花键联接的分类Types of spline joints
(矩形花键Rectangle spline、渐开线花键Involute spline、三角形花键Triangle spline)
三、花键的定心方式
Centering methods of spline
Major diameter fit Minor diameter fit Fit on sides of spline
矩形花键定心方式
Major diameter fit Side fit 渐开线花键定心方式
§12-3 销联接Pin joints
¾销联接的功用Functions of pin joints ¾销的分类Types of pin joints
(1)定位Locating (2)安全装置Safety device
(3)传递不大的载荷
Transmit relatively small loads 一、销联接的功用Functions of pin joints
二、销的分类Types of pin
(1)普通圆柱销Plain cylindrical pins
(多次装拆,定位精度下降
Locating precision is lowered after disassembled many time (2)普通圆锥销Plain taper pins
(锥度1:50 、自锁、可以多次装拆
With a taper of 1:50,selflocking,
may be disassembled for many times)
(3)特殊形式销Special types of pin
①孔未开通或拆卸困难时:
螺尾锥销With thread for disassembly ②冲击、振动或变载荷时:
开尾锥销、槽销或弹性圆柱销(防松)With open slot for fastening
§12-4 其它联接Other joints
¾成形联接Shaped joints
¾过盈联接Interference fit joints
¾焊接Welded joints
一、成形联接Shaped joints
二、过盈联接Interference fit joints
三、焊接Welded joints
To join (metals) by applying heat, sometimes with pressure and sometimes with an intermediate or filler metal having a high melting point.
思考题。