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机械设计

键、花键、无键连接和销联接

一．典型例题分析

【例题一】直径d=80mm的轴端安装一钢制直齿圆柱齿轮，轮毂长L=1.5d，工作时有轻微冲击。

试确定平键联接尺寸，并计算其能传递的最大转矩。

[解题要点]

（1）根据直径以及轮毂长在键长系列中选键；

（2）将键的强度条件公式变形，可得到键所能传递的转矩。

[解题过程]

根据轴径d=80mm，查表得键的尺寸为剖面b=22mm，h=14mm

根据轮毂的长度L=1.5d=1.5×80=120mm

从键长系列中，取键的公称长度100mm

键的标记键22×100GB1096-79

键的工作长度为l=L-b=100-22=78mm

键与轮毂键槽接触高度为k=h/2=7mm

根据齿轮材料为钢,工作时有轻微冲击,取许用挤压应力

根据普通平键联接的强度条件公式

可求得键连接传递的最大转矩为

【例题二】图示变速箱中的双联滑移齿轮采用矩形花键联接。

已知：

传递转矩T＝140N·m，齿轮在空载下移动，工作情况良好，轴径D＝28mm，齿轮轮毂长L=40mm，轴及齿轮均采用钢制并经热处理，硬度值≤40HRC，试选择矩形花键尺寸及定心方式，校核联接强度。

[解题要点]

（1）根据轴径选择花键型号；

（2）根据花键连接强度条件公式对连接强度进行校核，然后判断是否满足强度。

[解题过程]

由手册查得中系列矩形花键的齿数为6，外径28mm，内径23mm，花键型号：

6×23×28×6，采用小径定心。

齿顶倒角

mm，

mm。

平均直径

齿的接触高度

取齿的接触线长度

载荷不均匀系数

由轴和齿轮的材料及热处理方式，查表

根据花键静连接强度条件公式：

<

强度足够。

二．自测题

【一】填空与判断题

１．普通平键联接的工作面是间的（　　　　）；楔键联接的工作面是键的（　　　　）。

２．花键按其齿形不同，可分为（）花键和（）花键。

３．键连接主要用于联接（　）和（）用来确定转动零件的（）和（）。

4．导向平键连接的主要失效形式是   ，设计时通过限制       来进行耐磨性计算；半圆键的缺点是 ，所以主要适用于轴端。

5．键联接的主要形式有（）、（）、（）、（）。

6．普通平键的端部形状可制成（）头、（）头和（）头。

7．请按GB/T1096-2003标准标注出：

宽为18mm、高为11mm、长为100mm圆头普通平键。

（）

8．平键联接不能实现轴上零件的轴向固定。

（）

9．楔键的顶底面是工作面。

（）

10．设计键联接时,键的截面尺寸通常根据传递转矩的大小来选择。

（）

【二】选择题（每题后给出了若干个供选择的答案，其中只有一个是正确的，请选出正确答案）

1．平键连接的主要失效形式。

A．疲劳点蚀B.弯曲疲劳破坏C.胶合D.压溃、磨损、剪切破坏等

2．能够构成紧键联接的两种键是__________。

A. 楔键和半圆键B.平键和切向键C.半圆键和切向键D.楔键和切向键

3．圆键联接的主要优点是__________。

A.对轴的强度削弱较轻B.键槽的应力集中较小C. 工艺性好、安装方便

（4）键的长度主要是根据______来选择。

A.传递转矩的大小B.轮毂的长度C.轴的直径

5．与平键联接比较，下列对花键的描述中哪条不符合事实？

A．较好的工艺性B．严重削弱轴和轮毂强度C．具有较强的承载能力D．零件在轴上的对中性好

（6）普通平键联接传递动力是靠_______。

A.两侧面的摩擦力B.两侧面的挤压力C.上下面的挤压力D.上下面的摩擦

（7）普通平键联接采用两个键时，一般两键间的布置角度为　　　　。

A．90o　　B．120o　C．135o　D．180o

（8）当正常工作时，轴与轮毂之间有较长距离的相对移动，这时应采用联接。

A．普通平键B．导向平键C．滑键

（9）楔键和切向键通常不宜用于的连接

A．传递较大的转矩B.要求准确对中C.要求轴向固定

（10）根据来选择键的标准剖面尺寸b×h?

A．传递扭矩的大小B．载荷特性C．键的材料D．轴的直径

【三】简答题

1．花键联接与平键联接相比，有哪些特点。

2．销的功用有哪些？

3.半圆键连接具有哪些特点？

【四】分析计算题

1.已知轴的直径为60mm，选用了普通A型平键18×11×90，键的许用应力[σP]＝60MPa,毂的许用应力[σP]＝45MPa,请计算该轴所能传递的转矩T为多大？

2.有一钢制矩形花键，型号为8×40×36×7，齿长l为80mm，经调质处理，使用和制造条件中等，能否用来传递T为1600N.m的转矩？

三．思考题、选择题与习题

【一】思考题

1．用于轴毂连接的键有哪些类型？

各类键的工作原理是什么？

2．A型、B型、C型普通平键的结构形式是什么？

他们分别对应在轴上的键槽通常是如何加工的？

3．平键和楔键在使用性能上有何区别？

为何平键应用较广？

4．如何选取普通平键的尺寸b×h×l?

它的公称长度L与工作长度l之间有什么关系？

5．平键连接可能的失效形式有哪些？

实际使用中主要有哪些失效形式？

6．常用的花键齿形有哪几种？

应用较广的是哪种？

7．按结构形式分销有哪几种？

各有和特点？

各举出一种应用实例。

8．成型连接常用的型面有哪些？

9．成形连接有哪些特点？

应用场合如何？

10．花键有哪些主要参数？

这些参数如何选择确定？

11.当使用单键联接不能满足联接的强度要求时，可采用双键联接。

试说明为什么使用两个平键联接时，一般设置在同一轴段上相隔180°布置；采用两个楔键联接时，相隔120°左右；采用两个半圆键联接时则常设置在轴的同一母线上？

12.花键联接的主要失效形式是什么？

如何进行其强度计算？

13.什么叫无键联接？

它有何优缺点？

14.什么叫型面联接？

它有何特点？

用在什么场合下？

15.销有哪几种？

其结构特点是什么？

各用在何种场合？

【二】选择题

1. 普通平键联接的主要用途是使轴与轮毂之间____________。

A.沿轴向固定并传递轴向力     B.沿轴向可作相对滑动并具有导向作用 C.沿周向固定并传递力矩     D.安装与拆卸方便

 2. 设计键联接的几项主要内容是：

 a）按轮毂长度选择键的长度  b）按使用要求选择键的主要类型 c）按轴的直径选择键的剖面尺寸 d）对联接进行必要的强度校核。

在具体设计时，一般顺序是___________。

A.b→a→c→d  B.b→c→a→d C.a→c→b→d  D.c→d→b→a

3. 键的长度主要是根据__________来选择。

A.传递转矩的大小    B.轮毂的长度    C.轴的直径

4.轴的键槽通常是由__________加工而得到的。

A.插削    B.拉削    C.钻及铰    D.铣削

5. 紧键联接和松键联接的主要区别在于：

前者安装后，键与键槽之间就存在有__________。

A.压紧力         B.轴向力         C.摩擦力

6. 楔键和_________，两者的接触面都具有1：

100的斜度。

A.轴上键槽的底面    B.轮毂上键槽的底面    C.键槽的侧面

 7. 楔键联接的主要缺点是_________。

A.键的斜面加工困难  B.键安装时易损坏  C.键装入键槽后，在轮毂中产生初应力  D.轴和轴上的零件对中性差

8.平键联接如不能满足强度条件要求时，可在轴上安装一对平键，使它们沿圆周相隔_________。

A.90°     

（2）120°     （3）135°     （4）180°

9.平键联接与楔键联接相对比，它只能传递转矩，不能传递轴C.楔键的工作表面有斜度而键槽没有    D.在安装时，楔键可沿轴向楔紧

 10. 标准平键联接的承载能力，通常是取决于_________。

A.轮毂的挤压强度   B.键的剪切强度   C.键的弯曲强度   D.键工作表面的挤压强度

 11. 平键联接能传递的最大转矩为T，现要传递的转矩为1.5T，则应_________。

A.把键长L增大到1.5倍   B.把键宽b增到1.5倍   C.把键高增大到1.5倍     D.安装一对平键

12.在载荷性质相同时，导向平键的挤压应力应取得比普通平键小，这是为了_________。

A.减轻磨损                     B.减轻轮毂滑移时的阻力   C.补偿键磨损后工作表面的减小   D.增加导向的精确度

 13.半圆键和切向键的应用场合是_________。

A.前者多用来传递较大转矩，后者多用来传递较小转矩   B.前者多用来传递较小转矩，后者多用来传递较大转矩   C.两者都用来传递较小转矩   D.两者都用来传递较大转矩

14.花键联接与平键联接（采用多键时）相比较，_________的观点是错误的。

A.承载能力比较大   B.旋转零件在轴上有良好的对中性和沿轴移动的导向性   C.对轴的削弱比较严重   D.可采用研磨加工来提高联接质量和加工精度

 15. 花键联接的强度，主要取决于_________强度。

A.齿根弯曲   B.齿根剪力   C.齿侧挤压   D.齿侧接触

16. 应用较广的花键齿形是_________。

A.矩形与三角形                       B.渐开线与三角形   

C.矩形与渐开线                       D.矩形、渐开线与三角形

 17.薄壁套筒与花键轴相联接，宜采用_________。

A.矩形齿 B.渐开线齿 C.三角形齿 D.矩形齿与渐开线齿

18. 滑动齿轮与轴采用矩形花键联接，轴的材料为45钢，调制处理，齿轮材料为40Cr经高频淬火硬度为50～55HRC，这时宜采用_________定心。

A.外径         B.内径         C.侧面

19.有一矩形花键联接，因需在载荷作用下频繁移动，故花键轴与轮毂孔工作表面均经热处理打到硬度50HRC，这时宜采用_________定心。

A.外径         B.内径         C.侧面

20. 某起重设备中用矩形花键联接，轴的转速不高，但要传递很大的转矩，这时宜采用_________定心。

A.外径         B.内径         C.侧面

 【三】习题

1.图示减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间用平键连接。

已知：

轴传递的转矩T=1000N.m，齿轮材料为锻钢，凸缘联轴器材料为HT200，工作时有轻微冲击，连接处轴及轮毂尺寸如图示。

试确定键的类型和尺寸，并校核其连接强度。

2.一根直径d＝60mm的轴，与轮毂之间采用普通标准平键联接。

已知轴的材料为45钢，其屈服极限σs＝315MPa，设τs=0.5σs，许用安全系数[S]＝2。

轮毂的材料为铸钢，轮毂的许用挤压应力[σ]p＝125MPa，载荷有轻微冲击。

假设键的材料强度足够，试问：

为了传递实心轴所能承受的转矩，需要多长的键？

3.图示为一刚性凸缘联轴器（YLD11联轴器55×84GB5843－86）公称转矩Tn＝1000N·m（设为静载荷），联轴器材料为HT250。

试确定平键联接的尺寸，并校核其强度。

若强度不足时应采取什么措施？

4.图示变速箱中的双联滑移齿轮采用矩形花键联接。

已知：

齿轮z1工作时传递转矩T1＝45N·m，齿轮z2工作时传递转矩T2＝20N·m；齿轮在空载下移动，工作情况良好。

花键联接的尺寸代号6×23×28×6GB1144—87，，轴及齿轮的材料均为钢并经热处理，硬度值大于45HRC。

试说明花键代号的全部意义并校核联接的强度。

5.图示变速箱中的双联滑移齿轮采用矩形花键联接。

已知：

传递转矩T＝140N·m，齿轮在空载下移动，工作情况良好，轴径D＝28mm，齿轮轮毂长L=40mm，轴及齿轮均采用钢制并经热处理，硬度值≤40HRC，试选择矩形花键尺寸及定心方式，校核联接强度，并在图上注明联接代号。

6.图示转轴上直齿圆柱齿轮及直齿圆锥齿轮两处分别采用平键和半圆键联接。

已知：

传递功率P＝5.5kW，转速n＝200r/min，联接处轴和轮毂尺寸如图所示，工作时有轻微冲击，齿轮用锻钢制造并经过热处理，试分别确定两处键联接的尺寸，并校核其联接强度。

7.如图所示，钢制直齿圆柱齿轮用销钉固定在d＝30mm的轴端。

轮毂外径D=50mm，轴传递转矩T＝70N·m，轴单向回转，载荷平稳。

试选择销的类型和材料，并确定其尺寸。

8.图示的轴上键槽的画法有何错误，为什么？

9.指出图中平键联接的错误，并画出正确的结构。

四：

部分自测题答案

【二】简答题

1．花键联接与平键联接相比，有哪些特点。

花键连接与平键连接相比较，其优点是：

定心精度高，承载能力达，导向性好。

缺点是：

成本高，需专门设备加工。

2．销的功用有哪些？

销具有零件间定位、连接和安全保护的功用。

3.半圆键连接具有哪些特点？

对轴强度削弱小，工艺性差、装配不方便，调心性好，承载能力大

【四】分析计算题

1.已知轴的直径为60mm，选用了普通A型平键18×11×90，键的许用应力[σP]＝60MPa,毂的许用应力[σP]＝45MPa,请计算该轴所能传递的转矩T为多大？

解：

键的有效长度l=L-b=90-18=72（mm）

键与轮毂键槽的接触高度k=h/2=11/2=5.5（mm）

根据普通平键联接的强度条件公式

将公式变形可求得普通平键联接所能传递的转矩为

2.有一钢制矩形花键，型号为8×40×36×7，齿长l为80mm，经调质处理，使用和制造条件中等，能否用来传递T为1600N.m的转矩？

解:

查表得齿顶倒角尺寸

平均直径

齿的接触高度

取齿的接触线长度

载荷不均匀系数

由轴和齿轮的材料及热处理方式，查表

根据花键静连接强度条件公式：

变形可得所传递的转矩：

>1600N.m

故，此花键可以传递T为1600N.m的转矩。