軸轂花鍵連接

花鍵在軸上加工出多個(gè)鍵齒，稱為花鍵軸。在輪轂孔上加工出多個(gè)鍵槽，稱為花鍵孔，二者組成的連接稱為花鍵連接如圖8所示。花鍵齒的側(cè)面為工作面，靠軸與轂的齒側(cè)面的擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩，可用于動(dòng)連接和靜連接。

花鍵因多齒承載，故承載能力高。它對(duì)軸的強(qiáng)度削弱輕，應(yīng)力集中小，定心精度高，導(dǎo)向性能好，故花鍵連接常用于載荷大、定心精度高的靜連接和動(dòng)連接。但花鍵連接的花鍵軸和孔需用專用設(shè)備和工具加工，成本較高。

花鍵已標(biāo)準(zhǔn)化，按齒廓形狀不同，分為矩形花鍵(圖9)和漸開(kāi)線花鍵(圖 10)。矩形花鍵因加工方便而應(yīng)用最廣泛。它分為輕、中兩個(gè)系列，輕系列用于載荷較輕的靜連接，中系列用于中等載荷的靜連接和動(dòng)連接。矩形花鍵采用小徑定心。漸開(kāi)線花鍵采用齒形定心，其加工方法與齒輪相和同，壓力角有30°和45°兩種，易獲得較高的精度，與矩形花鍵相比較，它齒根厚、齒根圓角大、強(qiáng)度高，且具有自動(dòng)定心作用。

鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，鍵設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：選擇鍵的類型；確定鍵的尺寸；必要時(shí)校核鍵連接的強(qiáng)度。

軸轂普通平鍵

普通平鍵用于靜連接，即軸與輪轂問(wèn)無(wú)相對(duì)軸向位移的連接。如圖1所示。

(1)類型和特點(diǎn)

普通平鍵按端部形狀不同可分A型(圓頭)、B型(方頭)、C(單圓頭)三種。圓頭鍵的軸槽用指狀銑刀加工，軸槽兩端具有與鍵相同的形狀，故鍵在槽中固定良好，但槽對(duì)軸引起的應(yīng)力集中較大。方頭鍵的軸槽用盤(pán)形銑刀加工，軸的應(yīng)力集中較小，但需用緊定螺釘將其固定在鍵槽中。單圓頭鍵常用于軸端。

普通平鍵是靠側(cè)面?zhèn)鬟f轉(zhuǎn)矩，側(cè)面是工作面，而鍵的上表面和輪轂槽底之間留有間隙。普通平鍵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)中良好、裝拆方便、加工容易，故應(yīng)用廣泛，但它不能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸上固定。

(2)尺寸選擇

鍵的剖面尺寸(b×h)根據(jù)鍵槽所在軸段直徑d由標(biāo)準(zhǔn)選??；鍵長(zhǎng)L一般略小于零件輪轂的長(zhǎng)度，且須符合鍵長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)系列。

(3)強(qiáng)度驗(yàn)算

如圖2所示為平鍵連接時(shí)的受力情況。在切向力F_t的作用下，鍵和鍵槽的兩側(cè)面受擠壓，鍵的a-a截面受剪切。因此，鍵連接的主要失效形式是較弱零件(通常是輪轂)的工作面被壓潰，其強(qiáng)度條件如下：

T——軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·mm；

d——軸的直徑，mm；

h——鍵的高度，mm；

h'——鍵與輪轂的接觸高度，取h'≈h/2，mm；

[σ]_p——許用擠壓應(yīng)力MPa，見(jiàn)表1。

如果一個(gè)鍵不能滿足強(qiáng)度要求時(shí)，可采用兩個(gè)平鍵，兩鍵應(yīng)相隔180°布置?？紤]到載荷分配不均，其強(qiáng)度按1.5個(gè)鍵計(jì)算。也可適當(dāng)增加鍵長(zhǎng)，但鍵長(zhǎng)一般不宜超過(guò)(1.6～1.8)d，否則載荷沿鍵長(zhǎng)的分布嚴(yán)重不均。

軸轂導(dǎo)向鍵和滑鍵

導(dǎo)向鍵和滑鍵用于動(dòng)連接，即軸與輪轂之間用有相對(duì)軸向移動(dòng)的連接。導(dǎo)向鍵如圖3所示用螺釘固定在軸槽中，軸上零件能沿鍵作少量軸向滑移；為拆裝方便，設(shè)有起鍵螺孔?；I如圖4所示固定在輪轂上，軸上零件帶著鍵作軸向移動(dòng)；滑鍵用于軸上零件軸上移動(dòng)量較大的場(chǎng)合。由于導(dǎo)向鍵和滑鍵連接是動(dòng)連接，所以其主要失效形式是工作面的磨損，強(qiáng)度條件如下：

[p]——許用壓強(qiáng)，MPa，見(jiàn)表1。

軸轂半圓鍵

半圓鍵只用于靜聯(lián)接，與平鍵一樣也是以兩側(cè)面為工作面(圖5(a))。軸上鍵槽用與半圓鍵尺寸相同的銑刀銑出，半圓鍵可在槽中繞鍵的幾何中心擺動(dòng)，以適應(yīng)于轂槽底面的斜度。

這種鍵聯(lián)接定心較好，裝配方便，但軸上鍵槽較深，對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大，主要用于載荷較小的連接及錐形軸端與輪轂的連接(圖5(b))。若強(qiáng)度不足需裝兩個(gè)半圓鍵時(shí)，兩鍵應(yīng)布置在軸的同一母線上，以免軸的強(qiáng)度削弱過(guò)大。

軸轂楔鍵和切向鍵

楔鍵和切向鍵用于靜連接。

楔鍵如圖6所示，上、下面是工作面，鍵的上表面和輪轂鍵槽底面的斜度均具有1：100的錐度。裝配后，鍵楔緊在軸轂之間。工作時(shí)，靠鍵、軸轂之間的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，并能承受單方向的軸向力，但定心精度不高，主要用于載荷平穩(wěn)和低速的場(chǎng)合。

切向鍵如圖7所示由兩個(gè)斜度為1：100的楔鍵組成，其上、下兩面(窄面)為工作面，其中之一的工作面通過(guò)軸心線的平面，使工作面上壓力沿軸的切向作用，能傳遞很大轉(zhuǎn)矩。當(dāng)傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，需用兩個(gè)切向鍵并分布成120°～130°。切向鍵主要用于軸徑大于100 mm、對(duì)中要求不嚴(yán)而載荷很大的重型機(jī)械中。

軸轂一般指為軸轂連接，軸轂連接的功能主要是實(shí)現(xiàn)軸與軸上零件(如齒輪、帶輪等)的周向固定并傳遞轉(zhuǎn)矩。軸轂連接的形式很多，如鍵連接、花鍵連接、銷連接等。

銷主要用來(lái)固定零件之間的相對(duì)位置的稱為定位銷(圖11)，它是組合加工和裝配時(shí)的重要輔助零件；也可用于連接，稱為連接銷(圖12)，可傳遞不大的載荷；還可作為安全裝置中的過(guò)載剪斷元件，稱為安全銷(圖13)。

銷的材料一般用強(qiáng)度極限不低于500～600 MPa的碳素鋼，例如35、45鋼，許用剪應(yīng)力為800 MPa。

銷的主要類型有圓柱銷(圖11(a))、圓錐銷(圖11(b))、槽銷如圖15(a)所示和彈性圓柱銷如圖15(b)所示，除槽銷外均已標(biāo)準(zhǔn)化。

圓柱銷利用微量過(guò)盈固定在鉸光的銷孔中，這種銷經(jīng)過(guò)多次拆裝會(huì)損壞連接的緊固性和定位的精確性。

圓錐銷具有1：50的錐度，在受橫向力時(shí)能白鎖；靠錐擠作用固定在鉸光的錐孔中，定位精度比圓柱銷高，多次拆裝而定位精度影響較小。圓錐銷比圓柱銷應(yīng)用較廣。

內(nèi)螺紋圓錐銷如圖14(a)所示、螺尾圓錐銷如圖14(b)所示可用于銷孔沒(méi)有 開(kāi)通或裝拆困難的場(chǎng)合，開(kāi)尾圓錐銷如圖14(c)所示可保證銷在沖擊、振動(dòng)或變載荷情況下不松脫。

槽銷為沿圓柱或圓錐的母線方向開(kāi)有溝槽的銷，通常開(kāi)三條溝，用彈簧鋼滾壓或模鍛而成，槽銷壓人銷孔后，其凹槽壓縮變形，故可借材料的彈性而固定在銷孔中，安裝槽銷的孔不需精確加工，槽銷制造簡(jiǎn)單，可多次裝拆，并適于受振動(dòng)載荷的連接。

彈性圓柱銷是由彈簧鋼帶制成的縱向開(kāi)縫的圓管，借彈性均勻地?cái)D緊在銷孔中。銷孔無(wú)須鉸光。這種銷比實(shí)心銷輕，可多次裝拆，但因其剛度較差，不適于高精度定位。

用作連接的銷在工作時(shí)通常受到擠壓和剪切，有時(shí)還受彎曲。設(shè)計(jì)時(shí)， 可先根據(jù)連接的構(gòu)造和工作要求選擇銷的類型、材料和尺寸，必要時(shí)可作適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度驗(yàn)算。用作安全裝置的銷。其尺寸須按過(guò)載時(shí)被剪斷的條件決定。

定位銷通常不受載荷或只受很小的載荷，其尺寸可按結(jié)構(gòu)由經(jīng)驗(yàn)確定。同一接合面上的定位銷數(shù)目至少要用兩個(gè)。