一、键联接

 

微课

键联接

（一）键联接的功用

键是一种标准件，是最常用的轴毂联接方式，属于可拆联接。

（1）通常用来实现轴与轴上零件之间的周向固定以及传递转矩。

（2）有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动的导向。

（二）键联接的类型

键联接根据装配时是否预紧，可分为松键联接和紧键联接。

松键联接依靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩，它的工作面是两侧面。键的上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，不会影响轴与轮毂的同心度。

松键联接具有结构简单、装拆方便、定心性好等优点，因而应用广泛。这种键不能实现传动件的轴向固定。

松键可分为平键和半圆键两大类。而平键又可分为普通平键、导向平键、滑键和薄型平键。普通平键和半圆键属于静联接，导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松，属于动连接。

1．平键联接

（1）普通平键联接。

平键的工作原理：平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙。工作时，靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩。

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普通平键联接

 

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平键联接安装示意

普通平键连接的优点是结构简单，对中性好，装拆、维护方便。缺点是不能承受轴向力。

普通平键有圆头（A型）、方头（B型）和单圆头（C型）三种结构型式。

A型键：轴上的键槽用圆柱铣刀加工，轮毂上的键槽用插削、拉削或线切割等方法加工。键在键槽中固定良好，但键的工作长度小于它的总长度，所以圆头部分并未被充分利用；而且轴上键槽端部产生应力集中。

 

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A型平键的键槽加工—指状铣刀

B型键：轴上的键槽用圆盘铣刀加工，轴槽应力集中小，避免了A型键的缺点。但键在槽中固定性较差，必要时需用螺钉紧固。

 

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B型平键的键槽加工—盘形铣刀

C型键：常用于轴端与轮毂配合键连接，装配时简单方便。

当轮毂为薄壁零件建议采用键高较小的薄型平键。它与普通平键的区别在于，高度约为普通平键的60%~70%，因此薄型平键所传递的载荷也比普通平键低。

（2）导向平键联接。

当轴上零件除要求周向固定外，在工作中还需要在轴上做轴向移动时，则须采用导向平键或滑键联接。

图示汽车变速箱中滑移齿轮4、6与Ⅱ轴的联接即属于此情况。通过齿轮的滑移，汽车可获得三种不同的前进速度和一种倒退速度。

导向平键与普通平键结构相似，但比较长，其长度等于轮毂宽度与轮毂轴向移动距离之和。

键用螺钉固定在轴槽中，键与毂槽为间隙配合，故轮毂件可在键上做轴向滑动，此时键起导向作用。为了拆卸方便，键上制有起键螺孔，拧入螺钉即可将键顶出。

导向平键用于轴上零件移动量不大的场合，如变速箱中的滑移齿轮与轴的联接。

 

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导向平键

（3）滑键。

当零件滑移的距离较大时，因所需导向平键的长度过大，制造困难，故宜采用滑键。滑键比较短，固定在轮毂上，而轴上的键槽比较长，键与轴槽为间隙配合，轴上零件可带键在轴槽中滑动。滑键主要用于轴上零件移动量较大的场合，如车床光杠与溜板箱之间的联接。

根据形状不同，滑键又分为双勾头滑键和单勾头滑键。

双勾头滑键，顾名思义，两端有勾头，键固定在轮毂上。

单勾头滑键的单圆勾头嵌入轮毂中。

2．半圆键连接

半圆键也用于静连接。

在半圆键联接中，轴上键槽用与半圆键半径相同的盘状铣刀铣出，因此半圆键在槽中可绕其几何中心摆动以适应轮毂中键槽的斜度。半圆键工作时，也是靠键的侧面来传递转矩。

半圆键连接的优点是结构简单，制造和装拆方便，但由于轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，故一般多用于轻载，尤其是锥形轴端与轮毂的连接中。

 

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半圆键

3．楔键连接

楔键联接属于紧键联接。

楔键的上下表面是工作面，键的上表面和轮毂键槽底面均具有1:100的斜度。装配后，键楔紧于轴槽和毂槽之间。工作时，靠键、轴、毂之间的摩擦力及键受到的楔紧力来传递转矩，同时能承受单方向的轴向载荷。楔键连接楔紧以后轴和轮毂产生偏心，因此主要用于定心精度不高的轴毂连接。

常用的有普通楔键和钩头楔键。普通楔键有圆头和方头两种形式。

楔键联接会使轴上零件与轴的配合产生偏心，故适用于精度要求不高和转速较低的场合。

 

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楔键

4．切向键

切向键由一对两个斜度为1∶100的普通楔键组成。装配时两个楔键分别从轮毂一端打入，使其两个斜面相对，共同楔紧在轴与轮毂的键槽内。其上、下两面为工作面，其中一个工作面在通过轴心线的平面内，工作时工作面上的挤压力沿轴的切线作用。因此，切向键的工作原理是靠工作面的挤压来传递转矩。一个切向键只能传递单向转矩，若要传递双向转矩，必须用两个切向键，并错开120º～135º反向安装。切向键主要用于轴径大于100mm、对中性要求不高且载荷较大的重型机械中。

切向键对中性较差，键槽对轴的削弱大，适用于载荷很大，对中性要求不高的场合，如重型及矿山机械。

 

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切向键联接

（三）平键的选择

平键是标准件，设计者的任务是如何根据各种类型键联接的特点、使用要求及工作条件选择键的类型和尺寸。

1．键的类型的选择

选择键类型时，一般需考虑传递转矩大小，轴上零件沿轴向是否有移动及移动距离大小，对中性要求和键在轴上的位置等因素，并结合各种键的特点加以分析选择。

2．尺寸选择

键的尺寸的选择包括截面尺寸和长度的选择。

键的截面尺寸（键宽b和键高h）按键所在的轴径d查标准选定。

键的长度L可根据键的类型和轮毂的长度确定。对普通平键和滑键键长可略短于轮毂宽度。导向平键应按轮毂的长度及滑动距离而定。键的长度还须符合标准规定的长度系列。

（四）平键的强度计算

1．平键的主要失效形式

（1）最主要失效形式是键、轮毂、轴弱者被压溃。

（2）过渡磨损也是动联接的一种主要失效形式。

（3）个别键会被剪断。

2．平键的设计准则

（1）通常只需按挤压强度进行计算。

（2）重要的键联接还要校核其剪切强度。

3．平键的挤压强度校核

假设载荷沿键长的分布是均匀的；设键联接传递的转矩为T（Nm），挤压力F_t，挤压高度h'，挤压长度l，则

挤压强度

压强

式中，挤压长度（接触长度）对于A型平键：；B型平键：；C型平键：，、为材料的许用挤压应力与许用压强。

键的材料常采用45精拔钢，当强度不足时，可适当增加键长或采用两个键按180º布置。考虑到两个键载荷分布的不均匀性，在强度校核中按1.5个键计算。

4．强度不够可以采用的措施

（1）增加键的长度（L≤2.25d）。

（2）增大轴颈d，采用更大截面的键。

（3）使用双键。平键按间隔180˚布置；半圆键布置在同一母线上；双键按1.5个键计算。

5．导向平键的强度计算

[p]为键、轮毂、轴三者间最弱者的许用压力，单位一般为MPa。

二、花键联接

（一）花键联接的组成

轴的周向均布有多个凸齿，轮毂孔的周向均布有同样多的凹槽，两者直接配合构成的联接称为花键联接。

轴称为外花键，孔为内花键。

内花键

外花键

（二）花键联接的特点及应用

（1）受力均匀。

（2）对轴的削弱程度小。

（3）承载能力高。

（4）轴上零件与轴的对中性好。

（5）导向性好。

（6）可用磨削方法提高加工精度及联接质量。

（7）齿根有应力集中、需专用设备制造，成本高。

使用场合：适用于载荷大和定心精度要求高的静联接、动联接及大批量生产，如汽车、飞机、拖拉机、机床等。

（三）花键的类型

花键按齿形可分为矩形花键和渐开线花键。

渐开线花键

矩形花键

1．矩形花键

（1）制造容易，应用最广。

（2）小径定心——精度高，稳定性好。

2．渐开线花键

（1）受力均匀。

（2）齿形定心——具有自动定心作用。

（3）常用于传递大扭矩和大轴径的场合。

（四）花键的失效形式

（1）工作面被压溃（静联接）。

（2）工作面过度磨损（动联接）。

（五）花键的设计准则

对于静联接一般只验算挤压强度，对于动联接，一般验证其耐磨性。

挤压强度条件：