第五章轴毂联接

第三章轴毂联接

轴毂联接的功能主要是实现轴与轴上零件的周向固定并传递转矩，有些还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。轴毂联接的形式很多，本章主要讨论键联接、花键联接和销联接。

第一节键、花键联接

一、键联接

键的功用：通常用于联接轴和轴上的零件，起到周向固定的作用并传递转矩。有些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。键是一种标准件。

1．键联接的类型及特点

主要类型：平键联接、半圆键联接、楔键联接、切向键联接。

（1）平键联接

如图5－1a所示，装配时，转动件上加工一个通槽，在轴上加工一个小

坑，便构成了平键联接。平键的两个侧面是工作面并用于传递转矩。键的上面与轮毂槽底之间留有间隙，为非工作面。

图3－1 普通平键联接

工作原理：是靠键同侧面的挤压来传递转矩、运动、动力。

键的侧面与键槽之间为过盈配合，装配时用木锤敲平。这种键联接具有

结构简单、对中性好、装拆方便等优点，因而得到广泛应用。但这种键联接对轴上零件不能起到轴向固定的作用。

平键联接按用途可分为3种：普通平键、导向平键和滑键。

①普通平键

普通平键用于静联接，即轴与轮毂之间无相对移动。按键的端部形状可分

为A型（圆头）、B型（方头）和C型（单圆头）3种。(如图5－1)

圆头键的键槽用指状铣刀加工，键放在与键同形状的键槽中，因而键的轴向固定较好。缺点是键的圆头侧面与轮毂的键槽不接触，因而键的头部不能充分利用，而且键槽端部对轴引起的应力集中较大。

方头平键的键槽用圆盘铣刀加工，因而避免了上述缺点，但键在键槽中固定不好。

单圆头平键常用于轴端与轴上零件的联接。

薄形平键，其结构与普通平键几乎一样，就是键高约为普通平键的

60%-70%，也分为圆头，平头和单圆头三种形式。传递转矩的能力较低，常

用于薄壁结构，空心轴及一些经向尺寸受限制的场合，另外对轴的削弱，能力也小。

②导向平键

导向平键用于动联接，即轴与轮毂之间有轴向相对移动的联接。导向平

键（图5－2）是一种较长的平键，用螺钉固定在轴槽中，轴上零件可沿键作

轴向滑动。为拆卸方便键上制有起键螺孔。导向平键用于轴上零件滑移距离不大的场合。

图3－2 导向平键图3－3 滑键联接

③滑键

滑键用于动联接当轴上零件滑移距离较长时可用滑键，（如图5－3）。滑键

固定在轮毂上，在轴槽中随轮毂一起做轴向滑移，轴上铣出较长的键槽。

图3－4 半圆键联接

（2）半圆键联接

半圆键用于静联接，如图5－4所示，轴上键槽用与半圆键尺寸相同的

铣刀铣出，因而半圆键能在键槽中摆动以适应毂槽底面的斜度。工作时，键的两侧面为工作面。这种键联接的优点是定心性较好、装配方便，尤其适用于锥形轴与轮毂的联接。缺点是键槽较深，对轴的强度削弱较大。主要用于轻载荷和锥形轴端的联接。

（3）楔键联接

楔键联接只用于静联接，楔键的上、下面是工作面(图5－5)。键的上表面

和毂槽底面均具有1∶100的斜度。

楔键分为普通楔键和钩头楔键，普通楔键又分圆头和方头两种形式。装配时，圆头楔键先放入键槽中，然后打入轮毂；方头和钩头楔键是先把轮毂装到适当位置后再打入楔键，靠楔紧作用传递转矩。这种联接的优点是能轴向固定轴上零件或承受单向轴向力，缺点是在楔紧时破坏了轴与轮毂的对中性。因此，

主要用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的场合。若采用钩头楔键安装在轴端时，应注意加防护罩。

图3－5 楔键联接

（4）切向键联接

切向键是由两个斜度为1∶100的楔键组成。组成后的上下平行面（窄面）

为工作面，其中一个面在通过轴心线的平面内。装配时，把两个键从轮毂两端打入，楔紧在轴与轮毂之间。工作时，靠工作面上的挤压力和轴与轮毂间的摩

擦力传递较大的转矩。当传递双向转矩时，需用两组切向键，如图5－6所示。两个键槽最好错开120°～130°。切向键主要用于轴径大于100mm，对中

性要求不高而载荷很大的重型机械中。例如，大型飞轮，矿山用大型绞车的卷筒和齿轮与轴的联接。

图3－6 切向键联接

2．键的选择和平键联接的强度计算

（1）键的选择

几乎所有的键已标准化，我们设计时的任务只是根据结构特点、使用要求和工作条件来选择它们，使得她即能符合使用的结构工作要求，又能满足强度要求，还是标准件。

键的选择包括类型选择和尺寸选择。选择键的类型时，应考虑所需传递转矩的大小；轴上零件是否需要沿轴向滑移及滑移距离的长短；对中性的要求；键在轴的中部还是端部等。

键的尺寸有剖面尺寸（键宽b ×键高h ）和长度L 。键的剖面尺寸b ×h 按键所在轴段的直径d 由标准中选定。键的长度L 根据轮毂的宽度确定。一般键长略短于轮毂宽度并应符合标准的规定。

图 3－7 平键联接计算图

（2）平键联接强度的计算

平键联接的主要失效形式有：工作面被压溃（静联接），工作面过度磨损（动联接），个别情况会出现键被剪断。

对于尺寸按标准选择的平键联接，通常只按工作面上的挤压应力（对于动联接常用压强）进行条件性强度校核。如图所示，假设载荷沿键长和键高均匀分布，则挤压强度条件为

][42p p dhl

T dkl T σσ≤== MPa

式中d——轴的直径，mm；

k——键与毂槽的接触高度，mm；

h——键的高度（h≈2k），mm；

l——键的工作长度，mm，不同类型的l值；

T——转矩，N·mm；

［σp］——许用挤压应力MPa，见表10－1。对动联接，以许用压强［p］代替［σp］。

当挤压强度不足时的补救措施：

（1）如果采用一个平键不能满足传递转矩的要求时，可在同一联接处相错180°布置2个平键。考虑到采用双键时各键的载荷分配不均匀，故联接的强度计算只按1．5个键计入。

（2）可适当增加轴毂宽度B，这样可增加键长。

（3）对半圆键，不许这样处理，因其键槽深，对轴的削弱过度，但可在一个

母线上安两个。

二、花键联接

普通平键联接虽然有些结构简单，制造方便等优点，但存在着受力不均，对轴强度削弱过大及承载能力有限等限制。由此，人们开始设想是否能在轴的四周上均安装多个平键，由此发展到采用花键轴（外花键）和花键孔（内花键）的花键联接。花键已经标准化。

图3－8

图3－9 矩形花键图3－10 渐开线花键

花键联接由多个键齿和键槽构成、均布在轴和轮毂孔的圆周上。花键的齿侧面为工作面。花键联接适用于静、动联接。

花键联接的主要优点是：

（1）齿数较多而且受力均匀，故承载能力高；

（2）槽浅，齿根应力集中小，对轴和毂的强度削弱较轻；

（3）轴上零件与轴的对中性好；

（4）导向性好。

其缺点是加工时需要专用设备，成本较高。

1、花键的类型及特点

分类

①按剖面齿形可分为矩形花键和渐开线花键。

②以定心方式分小径定心（常用，加工方便）、大径定心（新标准取消，

硬表面不行）、齿侧定心（受力均匀，自动定心）。

（1）矩形花键

矩形花键加工方便，并且可用磨削方法获得较高的精度，故常用。矩形花键在标准中规定了两种尺寸系列，即轻系列和中系列。轻系列承载能力较小，多用于轻载荷的静联接；中系列多用于较重载荷的静联接或零件仅在空载下移动的动联接。

矩形花键在联接中按小径d定心。轴和毂的定心表面在热处理后都要磨削，定心精度较高。

（2）渐开线花键

渐开线花键的齿廓为渐开线。

与矩形花键相比，渐开线花键有以下特点：齿根较厚和齿根圆角较大，应力集中较小，故联接强度较高、寿命长；可利用加工齿轮的各种加工方法加工渐开线花键，故工艺性较好；尺寸小时，加工花键孔的拉刀制造成本较高，因而限制了它的使用。渐开线花键按齿形定心，具有自动定心的作用。适于载荷较大，定心精度要求较高和尺寸较大的联接。

一种渐开线花键在分度圆上的压力角为30°；另一种花键在分度圆上的压力角为45°，压力角为45°的渐开线花键，齿形钝而短，因此，对联接件

的削弱较小，但齿的工作面高度较小，故承载能力较低，多用于载荷较轻，直径较小的静联接，特别适用于薄壁件的轴毂联接。

2．花键联接的强度计算

图3-11 花键联接的受力情况

首先根据联接的结构特点，使用要求和工作条件选定花键类型和尺寸，然后进行必要的强度校核计算。花键联接的受力情况如图3-11所示。

其主要失效形式是工作面被压溃（静联接）或工作面过度磨损（动联接）。因此，静联接通常按工作面上的挤压应力进行强度计算，动联接则按工作面上的压力进行条件性强度计算。

计算时，假定载荷在键的工作面上均匀分布，各齿面上压力的合力N 作用在平均直径d m 处，即传递的转矩T ＝zN ·d m /2，并引入系数ψ来考虑实际载荷在各花键齿上分配不均的影响，则花键联接的强度条件为

静联接 p m p z h l d

T ][1023

σψσ≤*= MPa 动联接 p m z h l d

T p ][1023

σψ≤*= MPa 式中 ψ——载荷分配不均系数，与齿数多少有关，一般取ψ＝0．7～0．8，

齿数多时取偏小值；

z ——花键的齿数；

l ——齿的工作长度，mm ；

h ——花键齿侧面的工作高度，矩形花键，c d D h 22

--=，此外D 为外花键的大径，d 为内花键的小径，C 为倒角尺寸，单位均为mm ；渐开线花键，α＝30°，h ＝m ；α＝45°，h ＝0．8m ，m 为模数；

d m ——花键的平均直径，矩形花键，2

d D d m -=；

渐开线花键，d m＝d f，d f为分度圆直径，mm；

{σ}p——许用挤压应力，MPa，见表10－2；

[p]——许用压力，MPa，见表10－2。

第二节销联接

一、销联接作用

1、定位销：主要用于定位，即固定零件之间的相对位置，是组合加工和

装配时的主要辅助零件。

按经验选取，不作强度校核。

2、联接销：用于轴与毂的联接或其他零件的联接，可传递不大的载荷。一般先按结构要求选定，然后按剪切、挤压校核。

3、安全销：做安全装置，扭矩到后一定程度要断（类似于保险丝）。必须

严格按剪切校核。

二、各类销及特点

1、圆柱销

圆柱销利用微量过盈固定在销孔中，多次装拆会降低定位精度。圆锥销有1∶50的锥度，可自锁，靠锥面挤压作用固定在销孔中，定位精度高，安装也较方便，可多次装拆。

图5－12

2、圆锥销

为便于拆卸带有内螺纹或外螺纹的圆锥销，可用于盲孔或拆卸困难的场合。开尾圆锥销和小端带外螺纹圆锥销，可保证销在冲击、振动或变载下不致松脱。

根据不同情况，圆锥销又浱生出带内螺纹的圆锥销、带外螺纹的圆锥销、开尾圆锥销及小端带外螺纹的圆锥销。

图5－13 联接销图5－14 安全销

3、槽销

槽销是弹簧钢滚压或模锻而成。槽常有3条，其形状有：沿销全长的平行直槽；沿销全长的楔形槽；一端有短楔槽及中部有短凹槽等。槽销压入销孔后，它的凹槽即产生收缩变形，借助材料的弹性而固定在销孔中，销孔无需铰制可多次装拆，多用于传递载荷，对于受振动载荷的联接也很适用。在有些场合，槽销可代替键和螺栓等来使用。

图3－15 槽销图3－16 弹性圆柱销

根据不同的需要，销还有许多特殊形式：

弹性圆柱销是由弹簧钢带卷制成的纵向开缝的圆管，借助于弹性，均匀挤紧在销孔中，对销孔精度要求较低，可多次装拆，用于有冲击振动的场合。但刚性较差，不适用于高精度定位。

开口销是一种防松零件，用于锁紧其他紧固件。销的类型可根据工作要求选定。用于联接的销，其直径可根据联接的结构特点按经验或规范确定，必要时再进行强度校核，一般按剪切和挤压强度条件计算。定位销通常不受载荷或只受很小的载荷，其直径可按结构确定。

图 3－17 开口销

销在每一被联接件内的长度，约为销直径的1～2倍。安全销的直径按过载时被剪断的条件确定，为避免安全销在剪断时损坏孔壁，可在销孔内加销套。