任务描述

键连接在机器中应用广泛，如安装在轴上的齿轮、带轮、链轮等传动零件，其轮毂与轴的连接主要采用键连接。键连接通过键实现轴和轴上零件间的周向固定以传递运动和转矩。键的功能主要是连接两个被连接件，并传递运动和动力。另外，某些键也可起导向作用，使轴上零件沿轴向移动。键连接具有结构简单、工作可靠、装拆方便、标准化及传递转矩大等优点。

相关知识

一、键连接

1.键的类型

键连接根据键在连接时的松紧状态进行分类，可分为松键连接和紧键连接两大类。其中松键连接以键的两侧面为工作面，键宽与键槽需要紧密配合，而键的顶面与轴上零件之间有一定的间隙。松键连接包括平键连接、半圆键连接和花键连接；紧键连接包括楔键连接和切向键连接。

2.平键连接

平键连接结构简单、装拆方便、对中性好。平键主要有普通平键、导向平键和滑键三种。

（1）普通平键。图5-1所示为普通平键连接的结构形式。普通平键连接属于静连接，主要用于轴上零件的周向固定，可以传递运动和转矩，键的两个侧面是工作面。普通平键按其端部形状进行分类，可分为圆头键（A型）、平头键（B型）和单圆头键（C型）三种，如图5-2所示。普通平键通常采用中碳钢（如45钢）制造。

图5-1　普通平键连接示意图

图5-2　普通平键的端部形状

A型普通平键的两端为圆形，适用于轴的中间位置，键在槽中的定位性较好，应用广泛；B型普通平键的两端为方形，适用于轴的端部位置，如电动机轴端通常采用B型普通平键连接；C型普通平键的一端为方形，另一端为圆形，相比之下应用较少。

（2）导向平键。图5-3所示为导向平键连接的结构形式。导向平键的长度比轴上轮毂的长度大，可用螺钉固定在轴上的键槽中，轮毂可沿着键在轴上自由滑动，但移动量不大。导向平键应用于轴上零件需要做轴向移动，且对中性要求不高的场合。

图5-3　导向平键连接示意图

（3）滑键。图5-4所示为滑键连接的结构形式。当被连接的零件滑移的距离较大时，可采用滑键。滑键固定在轮毂上，并与轮毂同时在轴上的键槽中做轴向滑动。滑键长不受滑动距离的限制，只需在轴上加工出相应的键槽，而滑键可以做得很短。

图5-4　滑键连接示意图

平键是标准零件，其主要尺寸是键宽b、键高h和键长L，如图5-5所示。

图5-5　普通平键类型及相关尺寸

平键的标记格式是：标准号　键型　键宽×键高×键长。例如，“GB/T1096—2003键19×11×190”表示普通A型平键（圆头），A型平键的字母A可以省略不标，b=19mm，h=11mm，L=190mm；“GB/T1096—2003键B19×11×190”表示普通B型平键（方头），b=19mm，h=11mm，L=190mm；“GB/T1096—2003键C19×11×190”表示普通C型平键（单圆头），b=19mm，h=11mm，L=190mm。

3.半圆键连接

图5-6所示为半圆键连接的结构形式。其键呈半圆形，轴上的键槽也是相应的半圆形，半圆键能够在键槽内自由摆动以适应轴线偏转引起的位置变化，这样可使半圆键自动适应轮毂的装配。半圆键安装比较方便，但轴上键槽的深度较大，对轴的强度有所削弱，因此半圆键连接主要应用于轻载荷轴的轴端与轮毂的连接，尤其适用于锥形轴与轮毂的连接。

图5-6　半圆键连接示意图

4.花键连接

花键由沿圆周均匀分布的多个键齿构成，轴上加工出的键齿称为外花键，而孔壁上加工出的键齿则称为内花键，如图5-7所示。由内花键和外花键所构成的连接，称为花键连接，如图5-8所示。

图5-7　花键

图5-8　花键连接

花键的两个侧面是工作面，依靠键的两个侧面的挤压传递转矩。与平键连接相比，花键连接的优点是：键齿多，工作面多，承载能力强；键齿分布均匀，各键齿受力也比较均匀；键齿深度较小，应力集中小，对轴和轮毂的强度削弱较小；轴上零件与轴的对中性好，导向性好。花键的缺点是：加工工艺过程比较复杂，制造成本较高。因此，花键连接用于定心精度要求较高、载荷较大的场合，或者是轮毂经常做轴向滑移的场合。

目前，花键生产已经标准化，按花键齿形不同，花键可分为矩形花键和渐开线花键两种，如图5-9和图5-10所示。(www.daowen.com)

图5-9　矩形花键连接

图5-10　渐开线花键连接

5.楔键连接

楔键连接属于紧键连接，可使轴上零件轴向固定，并能使零件承受不大的单向轴向力，如图5-11所示。楔键的上、下面为工作面，楔键的上表面制成1∶100的倾斜度。装配时，将楔键打入轴与轴上被连接件之间的键槽内，使之连接成一体，从而实现传递转矩。楔键的两侧面与键槽不接触，为非工作面，因此楔键连接的对中性较差，在冲击和变载荷的作用下容易发生松脱。楔键连接多用于承受单向轴向力、对精度要求不高的低速机械上。

图5-11　楔键连接示意图

楔键分普通楔键和钩头楔键，其中普通楔键包括A型楔键（圆头）、B型楔键（单圆头）和C型楔键（方头）三种。钩头楔键用于不能从另一端将键打出的场合，钩头用于拆卸。

6.切向键连接

切向键连接也属于紧键连接，它由两个单边普通楔键（倾斜度1∶100）反装组成一组切向键，其断面合成为长方形。切向键的上下面（窄面）为工作面，且互相平行，其中一个面在通过轴线的平面内，如图5-12所示。装配时，两个切向键分别从轮毂两端楔入；工作时，依靠工作面的挤压传递转矩。切向键连接可传递较大的转矩，多用于载荷较大，对同轴度要求不高的重型机械上，如大型带轮、大型绞车轮等。

图5-12　切向键连接示意图

一对切向键可传递单向转矩，如图5-12（a）所示；如果需要传递双向转矩，应装两对互成120°～130°的切向键，如图5-12（b）所示。

7.平键连接的选用

选用平键连接时，通常可按下列步骤进行。

（1）根据键连接的工作要求和使用特点，选择键连接的类型。

（2）根据轴的公称直径d，从相应的国家标准中选择平键的截面尺寸b×h。

（3）根据轮毂长度L1选择键长L。静连接时，取L=L1-（5～10）mm。键长L应符合相应的国家标准长度系列。

（4）校核平键连接的强度。校核公式为

式中：T——传递的转矩，单位是N·m；

d——轴的直径，单位是mm；

h——键高，单位是mm；

l——键的工作长度，单位是mm；

［Rbc］——键连接的许用挤压应力，单位是MPa。

（5）合理选择键连接时轴与轮毂的公差。

二、销连接

销连接是用销将被连接件连接成一体的可拆卸连接。销连接主要用于固定零件之间的相对位置（定位销），也可用于轴与轮毂的连接或其他零件的连接（连接销），同时销还可传递不大的载荷。另外，在安全装置中，销还可充当过载剪断元件（安全销），如图5-13所示。

图5-13销连接

销按其外形进行分类，可分为圆柱销、圆锥销和异形销等，如图5-14所示。圆柱销依靠过盈与销孔配合，为了保证定位精度和连接的紧固性，圆柱销不宜经常装拆，圆柱销还可用作连接销和安全销，可传递不大的载荷；圆锥销具有1∶50的锥度，小端直径为标准值，具有良好的自锁性，定位精度比圆柱销高，主要用于定位，也可作为连接销；异形销种类很多，其中开口销工作可靠、拆卸方便，常与槽形螺母合用，锁定螺纹连接件。

图5-14　销

销是标准件，与圆柱销、圆锥销相配合的销孔均需铰制。使用销时，可根据工作情况和结构要求，按相应的国家标准选择销的形式和规格。销的制造材料可根据销的用途选用35钢、45钢。