机械设计基础与项目实践 课件 模块9 键联接的设计

任务1选择普通平键的类型

任务2在标准中选取键的尺寸

任务3校核普通平键的强度

任务4确定普通平键联接的配合公差工作任务学习目标掌握普通平键的类型掌握选取键的尺寸的方法掌握普通平键的强度校核的方法掌握普通平键联接的配合公差的确定第九模块

键联接的设计

冲床传动系统9.0预备知识9.0.1传动方案确定时应满足的要求9.0.2平键联接9.0.1键联接的类型

根据工作原理的不同，键联接分为两类：松键联接和紧键联接。

松键联接包括平键联接、半圆键联接、花键联接；紧键联接包括楔键联接和切向键联接。

键联接主要是实现轴和轴上零件之间的周向固定，以传递转矩和运动。有的还能实现轴上零件的轴向固定和轴向滑动。9.0.2平键联接平键联接包括：普通平键、导向平键和滑键。1.普通平键

普通平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂键槽的底部之间留有间隙。工作时，靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩。

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。普通平键联接的工作原理2.导向平键

导向平键是一种较长的键，键与轮毂上的键槽采用间隙配合，导向平键用于轮毂沿轴向移动距离较小的场合。导向平键3.滑键

滑键是将键固定在轮毂上，随轮毂一起沿轴槽移动。滑键用于轮毂沿轴向移动距离较大的场合。滑键9.1任务1——选择普通平键的类型9.1.1键联接的类型9.1.2选择传动类型9.1.3确定传动顺序9.1.4拟定冲床传动系统的传动方案9.1.1普通平键的类型

普通平键是标准件，根据其端部形状，可以分为圆头（A型）、方头（B型）、和单圆头（C型）三种型式。A型键：轴上的键槽用立铣刀加工，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。B型键：轴上的键槽用盘铣刀加工，克服了A型键槽的缺点，但不利于键的固定。

C型键：常用于轴端与轮毂的联接，装配时简单方便。A型

B型

C型9.1.2选择普通平键类型的依据1、需考虑传递转矩大小；2、轴上零件沿轴向是否有移动及移动距离大小；3、对中性要求和键在轴上的位置等因素。9.1.3选择冲床传动系统中普通平键的类型设计步骤如下：设计项目计算及说明结果选择普通平键的类型

齿轮和轴之间的联接属于没有轴向移动的静联接，且联接位于轴的中部，对中性好A型。9.2任务2——在标准中选取键的尺寸9.2.1普通平键的尺寸及标记9.2.2选择普通平键尺寸的依据9.2.3选择冲床传动系统中普通平键的尺寸9.2.1普通平键的尺寸及标记

普通平键的尺寸包括：键的截面尺寸（键宽b和键高h）和键的长度L

。

标记示例：圆头普通平键(A型)，b=16、h=10、L=100的标记为：

键16×100GB/T1096-2003方头普通平键(B型)，b=16、h=10、L=100的标记为：

键B16×100GB/T1096-2003单圆头普通平键(C型)，b=16、h=10、L=100的标记为：

键C16×100GB/T1096-20031、键的截面尺寸（键宽b和键高h）

依据是键所在的轴径

d，在标准中选出键的截面尺寸（键宽b和键高h

）。2、键的长度L

根据轮毂的长度确定，可取键长略短于轮毂的宽度，可取

，并符合标准规定的长度系列。9.2.2选择普通平键尺寸的依据轴键键槽db×h宽度

b1=b深度倒角极限偏差轴t毂

t1松联接正常联接紧密联接轴H9毂D10轴N9毂Js9轴和毂P9基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差最大最小6～82×2+0.0250+0.060+0.020-0.001-0.029±0.0125-0.006-0.0311.20-0.11+0.100.160.258～103×31.81.41.810～124×4+0.0300+0.078+0.0300-0.030±0.015-0.012-0.0422.512～175×53.02.30.250.4017～226×63.52.822～308×7+0.0360+0.098+0.0400-0.036±0.018-0.015-0.0514.00-0.23.3+0.2030～3810×85.03.30.400.6038～4412×8+0.0430+0.120+0.0500-0.043±0.0215-0.018-0.0615.03.344～5014×95.53.850～5816×106.04.358～6518×117.04.465～7520×12+0.0520+0.149+0.0650-0.052±0.026-0.022-0.0747.54.90.600.8075～8522×149.05.485～9525×149.05.495～11028×1610.06.4L系列6，8，10，12，14，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，160，180，200，250，280，320，360，400，450，500普通平键和键槽的尺寸（摘自GB/T1096-2003）9.2.3选择冲床传动系统中普通平键的尺寸在冲床的传动系统中，共需4个普通平键。安装处尺寸如下：轴轴的直径d轮毂宽度BⅠ轴2550Ⅱ轴4558Ⅲ轴65459360设计步骤如下：设计项目结果（键的标记）Ⅰ轴键C8×45GB/T1096-2003Ⅱ轴键14×50GB/T1096-2003Ⅲ轴键18×90GB/T1096-2003

键C14×50GB/T1096-20039.3任务3——校核普通平键的强度9.3.1普通平键的材料9.3.2普通平键联接的失效形式9.3.3普通平键联接的强度计算9.3.4校核冲床传动系统中普通平键的强度9.3.1普通平键的材料

常用45号钢，国家标准规定，键的材料采用抗拉强度≥600MPa的中碳钢制造。如果轮毂材料为非金属材料或有色金属时，也可用20号钢或Q235钢。9.3.2普通平键联接的失效形式

普通平键联接传递转矩时的受力分析，如图所示。键的工作面和键槽的工作面相互挤压。

普通平键联接的主要失效形式是键、轴和轮毂中强度较弱的工作表面被压溃。受力分析9.3.3普通平键联接的强度计算对于普通平键只需进行挤压强度计算，普通平键挤压强度条件为：式中：——许用挤压应力

Mpa——扭矩N·mm；——轴径mm；——键与轮毂键槽的接触高度，近似取——键的工作长度，A型键：

B型键：C型键：

9.3.4校核冲床传动系统中普通平键的强度采用A型的普通平键，键18×90GB/T1096-2003；Ⅲ轴上扭矩为=4.88×105

N.mm，轴径=65mm。则：键与轮毂键槽的接触高度,键的工作长度以Ⅲ轴上齿轮处的平键为例：设计步骤如下：设计项目计算及说明结果1、计算挤压应力

2、查许用挤压应力零件材料为钢，载荷性质为冲击，查表9-2可得3、比较

强度足够9.4任务4——校核普通平键的强度9.4.1配合类型及应用9.4.2公差值的确定及标注9.4.3确定冲床传动系统中普通平键联接的配合公差9.4.1配合类型及应用

配合分三类：松联接、正常联接和紧密联接。由于键是标准件，故配合采用基轴制。配合种类尺寸b的公差配合性质及应用键轴槽轮毂槽松联接h8H9D10轮毂可在轴上移动，主要用于动联接正常联接N9JS9键在轴上及轮毂中均固定，用于载荷不大的场合紧密联接P9P9键在轴上及轮毂中牢固地固定，用于传递重载荷、冲击载荷或双向传递转矩键联接的配合类型及应用表国家标准中对键和键槽的形位公差有以下规定：1）键槽（轴槽与轮毂槽）对轴和轮毂轴线的对称度公差一般按7~9级选取；2）键槽配合表面的粗糙度推荐值一般为，非配合表面

。9.4.2公差值的确定及标注轴和轮毂上的键槽的表达方法及尺寸如图所示。平键联接中，键和键槽的公差值可直接查表。轴键槽尺寸标注轮毂键槽尺寸标注9.4.3确定冲床传动系统中普通平键联接的配合公差配合种类为采用正常联接，查表可得键槽的极限偏差。设计步骤如下：（以Ⅲ轴上安装齿轮处的普通平键为例）设计项目计算及说明结果1、轴槽轴槽深

=65-7=580-0.2轴槽宽

=180-0.043=580-0.2=180-0.0432、轮毂轮毂槽深

=65+4.4=69.4+0.20轮毂槽宽

b=18±0.0215=69.4+0.20b=18±0.02153、标注键槽的截面尺寸极限偏差9.6知识拓展9.6.1配合类型及应用9.6.2公差值的确定及标注9.6.3确定冲床传动系统中普通平键联接的配合公差9.6.1松键联接的类型及应用

松键联接：平键联接、半圆键联接、花键联接

1.半圆键联接半圆键的工作面是两侧面，用于静连接。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联接中。半圆键

2.花键联接花键连接是由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向均布而成，见图，花键齿侧面为工作面，适用于动连接和静连接。1）花键联接的特点花键联接的优点：花键齿较多、工作面积大、承载能力较高；键均匀分布，各键齿受力较均匀；强度高且对轴的强度削弱减少；轴上零件对中性好；导向性较好；制造成本高。花键联接主要用于定心精度高、载荷大或经常滑移的连接。花键连接的齿数、尺寸、配合等均应按标准选取。2）花键类型（1）矩形花键按齿高不同分成两个系列，即轻系列和中系列。轻系列的承载能力较低，多用于静联接，而中系列多用于中等载荷的联接。矩形花键连接广泛应用于飞机、汽车、拖拉机、机床等领域。

矩形花键联接

（2）渐开线花键渐开线花键的齿廓是渐开线，分度圆压力角有30º及45º两种。齿高分别为0.5m和0.4m，这里m为模数。d为渐开线花键的分度圆直径。

渐开线花键的特点是渐开线花键的制造工艺与齿轮完全相同，多用于轻载、小直径和薄壁零件的静连接。9.6.2紧键联接的类型及应用

1.楔键联接分：普通楔键和钩头楔键两种。普通楔键容易制造，钩头楔键装拆方便。楔键的工作面是上下面，键的上表面和轮毂键槽底面制成1:100的斜面，