11.1 键连接
键连接由键、轴和轮毂组成，它主要用以实现轴和轮毂的周向固定和传递转矩。键连接的主要类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。它们均已标准化。 11.1.1 平键连接
如图11.1 a)所示，平键的两侧面是工作面，平键的上表面与轮毂槽底之间留有间隙。这种键的定心性好，装拆方便，应用广泛。常用的平键有普通平键和导向平键。
普通平键按其结构可分为圆头（称为A型）、方头（称为B型）和单圆头（称为C型）三种。图11.1 b)为A型键，A型键在键槽中固定良好，但轴上键槽引起的应力集中较大。图11.1 c)为B型键，B型键克服了A型键的缺点，当键尺寸较大时，宜用紧定螺钉将键固定在键槽中，以防松动。图11.1d)为C型键，C型键主要用于轴端与轮毂的连接。
图11.1 e)为导向平键，该键较长，键用螺钉固定在键槽中，键与轮毂之间采用间隙配合，轴上零件可沿键作轴向滑移。
a) b) c) d) e)
图11.1 平键连接
11.1.2 半圆键连接
图11.2所示为半圆键，半圆键的工作面也是键的两个侧面。轴上键槽用与半圆键尺寸相同的键槽铣刀铣出，半圆键可在槽中绕其几何中心摆动以适应毂槽底面的倾斜。这种键连接的特点是工艺性好，装配方便，尤其适用于锥形轴端与轮毂的连接；但键槽较深，对轴的强度削弱较大，一般用于轻载静连接。
图11.2 半圆键连接
11.1.3 楔键连接和切向键连接
图11.3所示为楔键连接，楔键的上、下两面为工作面。楔键的上表面和与它相配合的轮毂键槽底面均有1:100的斜度。装配时将楔键打入，使楔键楔紧在轴和轮毂的键槽中，楔键的上、下表面受挤压，工作时靠这个挤压作用产生的摩擦力传递转矩。如图11.3所示，楔键分为普通楔键和钩头楔键两种，钩头楔键的钩头是为了方便拆卸而设计的。
图11.3 楔键连接
楔键连接的主要缺点是键楔紧后，轴和轮毂的配合产生偏心和偏斜，因此楔键连接一般用于定心精度要求不高和低转速的场合。
图11.4a)所示为切向键。切向键是由一对楔键组成的，装配时将切向键沿轴的切线方向楔紧在轴与轮毂之间。切向键的上、下面为工作面，工作面上的压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。用一对切向键时，只能单向传递转矩，当要双向传递转矩时，须采用两对互成120°分布的切向键图11.4 b）。由于切向键对轴的强度削弱较大，因此常用于直径大于100mm的轴上。
a） b）
图11.4 切向键连接
如图11.5所示，花键连接是由周向均布多个键齿的花键轴与带有相应键齿槽的轮毂孔相配而成。花键齿的侧面为工作面，工作时有多个键齿同时传递转矩，所以花键连接的承载能力比平键连接高得多。花键连接的导向性好，齿根处的应力集中较小，适用于传递载荷大、定心精度要求高或者经常需要滑移的连接。
花键按齿形可分为矩形花键，如图11.5a）所示；渐开线花键，如图11.5b所示；以及三角形花键，如图11.5c）所示。花键可用于静连接和动连接。花键已经标准化，例如矩形花键的齿数z、小径d、大径D、键宽B等可以根据轴径查标准选定，其强度计算方法与平键相似。花键的加工需要专用设备。
a) b) c)
图11.5 花键连接
11.1.5 平键连接的选择与计算
设计键连接时，先根据工作要求选择键的类型，再根据装键处的轴径d查取键的宽度b和高度h, 如表11.1所示，并参照轮毂长度选取键的长度L，最后进行键连接的强度校核。
表11.1 普通平键和键槽的尺寸（摘自GB/T1095-2003、GB/T1096-2003）mm
轴的直径 d | 键的尺寸 | 键 槽 | 轴的直径 d | 键的尺寸 | 键 槽 |
b | h | L | t | t1 | b | h | L | t | t1 |
>8 ~ 10 >10 ~ 12 >12 ~ 17 >17 ~ 22 >22 ~ 30 >30 ~ 38 | 3 4 5 6 8 10 | 3 4 5 6 7 8 | 6 ~ 36 8 ~ 45 10 ~ 56 尼龙包胶线14 ~ 70 18 ~ 90 22 ~110 | 1.8 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 | 1.4 1.8 2.3 2.8 3.3 3.3 | >38 ~ 44 >44 ~ 50 >50 ~58 >58 ~ 65 >65 ~ 75 >75 ~ 85 | 12 14 16 18 20 22 | 8 9 10 11 12 14 | 28 ~ 140 36 ~ 160 45 ~ 180 50 ~ 200 56 ~ 220 63 ~ 250 | 5.0 5.5 6.0 7.0 7.5 9.0 | 3.3 3.8 4.3 4.4 4.9 5.4 |
L系列 6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63深度水产、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、250…… |
| | | | | | | | | | | |
注：在工作图中，轴槽深用（d - t）或t标注，毂槽深用（d + t1）或t1标注。
键的材料一般采用抗拉强度不低于600N/mm2的碳素钢。平键连接的主要失效形式是工作面的压溃，除非有严重的过载，一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作面上挤压应力进行强度校核计算。导向平键连接的主要失效形式是过度磨损，因此，一般按工作面上的压强进行条件性强度校核计算。
如图11.6所示，假定载荷在键的工作面上均匀分布，并假设。则普通平键连接的挤压强度条件为
N/mm2 （11.1）
式中，T为传递的转矩，Nmm；d为轴径，mm；h为键的高度，mm；Lc为键的计算长度（对A型键，Lc = L-b；对B型键，Lc = L；对C型键，Lc = L-b/2；），mm；[ p]为键连接的许用挤压应力，N/mm2，见表11.2。
对导向平键连接应限制压强p以避免过度磨损，即
N/mm2 （11.2）
式中，[p]为键连接的许用压强，N/mm2，见表11.2。
图11.6 三苯基氢氧化锡平键上的受力
表11.2 键连接的许用挤压应力和许用压强 paas系统 MPa
许用值 | 轮毂材料 | 载 荷 性 质 |
静载荷 | 轻击 | 冲击 |
[ p] | 钢 | 125 ~ 150 | 100 ~ 120 | 60 ~ 90 |
铸铁 | 70 ~ 80 | 50 ~ 60火筒式加热炉 | 30 ~ 45 |
大豆糖蜜[p] | 钢 | 50 | 40 | 30 |
| | | | |
在设计计算中若单个键的强度不够，可采用双键按180°对称布置。考虑载荷分布不均匀性，在键强度校核计算中应按1.5个键进行计算。
例11.1 根据例6.1设计的大齿轮结构、例8.1设计的大带轮结构，分别选择这些轮毂与轴连接的键，并进行强度校核。
解：
（1）齿轮与轴的键连接
选用圆头普通平键（A型）
按齿轮孔径d=55 mm、齿宽B2=66 mm，查表11.1可得键的尺寸：b=16 mm、h=10 mm、L=63 mm。
键的标记为：键16 10 63 GB/T1096-2003
强度校核
键的材料选用45号钢，例6.1齿轮材料为45号钢，查表11.2可得许用挤压应力[ ]p=100~120 MPa。键的工作长度Lc=L-b=63-16=47mm，h=10mm，键所受的挤压应力为
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