1、第十二章 軸系聯接零件具體內容 鍵聯接的類型與構造；平鍵連接的設計計算；聯軸器的類型；聯軸器的選擇原則；離合器類型簡介。重點 平鍵連接的設計計算。難點 平鍵連接的設計計算。第一節 鍵安裝在軸上的零件，如齒輪、帶輪、卷筒等，需要將其輪轂部分用一定的方法與軸聯接在一起，以便可靠地傳遞運動和動力，即實現軸和輪轂之間的周向固定。這種軸與輪轂之間的聯接稱為軸轂聯接。 常用的軸轂聯接有鍵聯接、花鍵聯接、銷聯接、過盈配合聯接、型面聯接等。本節主要介紹鍵聯接及花鍵聯接。一、鍵聯接的類型與構造鍵和花鍵聯接有多種類型。鍵聯接分為平鍵聯接、半圓鍵聯接和楔鍵聯接。花鍵聯接分為矩形花鍵聯接、漸開線花鍵聯接和細齒漸開線花

2、鍵聯接。1、平鍵聯接如圖12.1所示，平鍵的兩側面是工作面，上表面與輪轂槽底之間留有間隙，工作時，靠鍵與軸槽、輪轂槽的側面擠壓傳遞轉矩。這種鍵定心性較好，軸與輪轂的同心度較高，結構簡單，裝拆方便，因而應用相當廣泛。常用的平鍵有普通平鍵（圖12.1（a）、導向平鍵（圖12.1（b）和滑鍵（教材上圖1020）三種。（a）普通平鍵 （b）導向平鍵圖12.1 平鍵聯接普通平鍵用于靜聯接，按結構分為圓頭（A型）、方頭（B型）和一端圓頭一端方頭（C型）三種類型。A型鍵和C型鍵的軸槽用指狀銑刀銑出，A型鍵在槽中固定牢固，但軸上鍵槽端部的應力集中較大。C型鍵用于軸頭處。B型鍵的鍵槽用盤狀銑刀銑出，軸的應力集中

3、較小，B型鍵常用螺釘緊固在鍵槽中。導向平鍵和滑鍵用于動聯接。導向平鍵一般用螺釘緊固在軸上，輪轂可以沿著鍵做軸向移動；滑鍵固定在輪轂上，隨輪轂一同沿著軸上鍵槽移動。2、半圓鍵聯接 如圖12.2所示，同普通平鍵一樣，半圓鍵也是以鍵的兩側面為工作面傳遞轉矩。半圓鍵的軸槽較深，使其能在軸槽中繞其幾何中心擺動，裝配方便，定心較好。但因鍵槽較深，對軸削弱較大，故僅適用于輕載以及錐形軸端的聯接。3、楔鍵聯接 如圖12.3所示。楔鍵的上下兩面是工作面，分別與輪轂和軸上鍵槽的底部貼合。楔鍵的上表面和輪轂鍵槽的底面各有1：100的斜度。裝配時，將鍵打人鍵槽內，其上下面產生很大的壓力，工作時，靠此壓力產生的摩擦力來

4、傳遞轉矩，還能傳遞單向的軸向力。由于楔鍵打人時迫使軸和輪轂產生偏心，因此楔鍵僅適用于定心精度要求不高、載荷平穩和低速的聯接。楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵兩種。鉤頭楔鍵的鉤頭是為了拆鍵用的。圖12.2 半圓鍵聯接 圖12.3 楔鍵聯接 圖12.4 切向鍵聯接4、切向鍵聯接如圖12.4所示，切向鍵由兩個斜度為1：100的楔鍵組成，裝配時將兩鍵楔緊。鍵的上下兩面(窄面)為工作面，工作面上的壓力沿軸的切線方向作用，能傳遞很大的轉矩。一對切向鍵只能傳遞單向轉矩，如轉矩方向經常變化或需雙向傳遞轉矩時，需用兩對切向鍵，并分布相隔120°130°。切向鍵能傳遞較大的轉矩，常用于重型機械。5、

5、花鍵聯接花鍵聯接如圖12.5所示。它是由軸上多個花鍵齒(外花鍵)置于輪轂相應的花鍵槽(內花鍵)中以傳遞轉矩。與鍵聯接相比，花鍵聯接的優點是：傳遞載荷較大，對軸的削弱程度小，對中性及導向性能好。其缺點是制造比較復雜。花鍵聯接多用于重載和要求對中性好的動聯接。花鍵分為矩形花鍵（圖12.6）、漸開線花鍵（圖12.7）和細齒漸開線花鍵三種。矩形花鍵具有定心精度高、應力集中較小、承載能力較大的優點，廣泛用于載荷較輕或中等的場合。與矩形花鍵比，漸開線花鍵應力集中小，承載能力大，定心精度高，使用壽命長，宜用于徑向載荷較大和尺寸大的聯接。細齒漸開線花鍵，承載能力低，多用于載荷很輕或薄壁零件的聯接或錐形軸上的輔

6、助聯接。圖12.5 花鍵聯接 圖12.6 矩形花鍵 圖12.7 漸開線花鍵二、平鍵聯接的設計計算鍵和花鍵都是標準件。設計時，先根據工作要求選擇鍵的類型，然后根據鍵所在軸段直徑從鍵的標準GB/T10961990中選擇鍵的剖面尺寸，即鍵的寬度和高度；再根據輪轂長與結構情況，按標準選擇鍵的長度，一般鍵長比輪轂長度短510 mm。一般情況鍵不需驗算其強度，重要場合進行強度驗算，下面介紹平鍵聯接的強度計算。圖12.8所示為平鍵聯接工作時的受力情況。在圓周力（切向力）的作用下，鍵、鍵槽和輪轂槽兩側面受擠壓，鍵的截面受剪切。對于使用常用材料和標準尺寸的普通平鍵，其主要失效形式是鍵、軸槽和輪轂槽三者中強度較弱

7、的工作面被壓潰（靜聯接）或磨損（動聯接）以及鍵的剪斷。通常設計時只驗算聯接的擠壓強度或耐磨性。圖12.8 平鍵聯接的受力分析假設壓力在鍵的接觸長度內均勻分布，則其擠壓強度的強度條件為（靜聯接） 12.1耐磨性的強度條件為（動聯接） 12.2式中，傳遞的轉矩，N·mm；軸的直徑，mm；鍵與輪轂槽或軸槽的接觸高度，mm，；鍵的工作長度，mm，A型鍵，B型鍵，C型鍵；，鍵的公稱長度、寬度和高度，mm，其值查標準和相關手冊；，鍵聯接的許用擠壓應力和許用壓強，MPa，其值見教材上表104。若強度驗算不足，在允許的條件下，可適當增加鍵長，但鍵長一般不宜超過，否則載荷沿鍵長的分布嚴重不均；如強度還

8、不夠，可用雙鍵，按180°布置，但驗算時考慮到載荷分布的不均勻性，按1.5個鍵計算。第二節 聯軸器和離合器聯軸器和離合器是用于軸與軸之間的聯接，以傳遞運動和轉矩。聯軸器與離合器的主要區別在于：用聯軸器聯接的兩軸，只有在機器停車后，通過拆卸才能分離；而用離合器聯接的兩軸，除少數（如牙嵌離合器）要求機器減速或停車后才能接合或分離外、大部分在機器工作過程中能隨時使它們分離和接合。聯袖器和離合器是機械傳動軸系中應用量較大的通用部件，大部分已經標準化、系列化。在設計時，先根據工作條件和要求選擇合適的類型，然后按軸的直徑、轉速和計算轉矩，從相關標準或設計手冊中選擇所需要的型號和尺寸。由于它們的種

9、類繁多，本節主要介紹幾種常用聯軸器與離合器的結構、特點和應用場合及其選用原則。一、聯軸器1、常用聯軸器的結構、特點和應用場合聯軸器的類型較多，按照是否具有補償性能，國家標準將聯軸器分為剛性聯軸器與撓性聯軸器兩大類。剛性聯軸器不具備補償性能，撓性聯軸器具有補償性能。根據能否補償被聯接兩軸軸線的相對位移，剛性聯軸器又劃分為固定式和可移動式兩種。按照有無彈性元件及彈性元件的材料及結構，撓性聯軸器分為無彈性元件撓性聯軸器、非金屬彈性元件撓性聯軸器、金屬彈性元件撓性聯軸器及組合撓性聯軸器（1）固定式剛性聯軸器固定式剛性聯軸器不能補償兩軸軸線的相對位移，適用于兩軸軸系能精確對中且載荷平穩的場合。 1）套管

10、聯軸器見圖12.9所示，套管聯軸器由套管和軸銷組成。套管套在兩軸的軸端，軸銷穿過套管和軸實現聯接固定。套管聯軸器結構簡單、徑向尺寸小，拆裝時須軸向移動。僅適用于傳遞轉矩較小、轉速較低、工作平穩且能軸向拆裝的場合。一般在機床和儀器設備中應用較廣。2）凸緣聯軸器見圖12.10所示，凸緣聯軸器由兩個盤式半聯軸器、螺栓和鍵組成。兩個半聯軸器用鍵聯接固定在兩軸的軸端。螺栓把兩個半聯軸器連成一體。按對中方式，凸緣聯軸器可分為用凸肩和凹槽對中的凸緣聯軸器（見圖12.10（a）和用鉸制孔螺栓對中的凸緣聯軸器（見圖12.10（b）。凸緣聯軸器結構簡單，制造和使用都較方便、工作可靠，對中性好，傳遞轉矩大，承載能力

11、大，廣泛用于速度較低、載荷平穩、兩軸對中良好的場合。 圖12.9 套管聯軸器 （a）用凸肩和凹槽對中 （b）用鉸制孔螺栓對中 圖12.10 凸緣聯軸器（2）可移動式剛性聯軸器可移動式剛性聯軸器利用零件間的相對運動或間隙來補償兩軸軸線的相對位移。適用于1）十字滑塊聯軸器見圖12.11所示，十字滑塊聯軸器由兩個端面開有徑向凹槽的半聯軸器1，3和一個兩側都有凸楔頭的十字滑塊2組成。半聯軸器1，3分別用鍵聯接固定在兩軸的軸端。十字滑塊兩側的凸楔頭相互垂直，并分別與兩半聯軸器的凹槽嵌合。當軸回轉時，滑塊上的凸楔頭可在凹槽中滑動，以補償兩軸軸線的徑向位移。十字滑塊聯軸器徑向尺寸小，結構簡單；工作面相互滑動

12、，易磨損；當兩軸同心度較差，轉速較高時，滑塊的偏心將產生很大的離心力。因此，十字滑塊聯軸器常用于兩軸線間具有較大徑向位移、載荷平穩、大轉矩、低速的場合 圖12.11 十字滑塊聯軸器 圖12.12 齒式聯軸器2）齒式聯軸器如圖12.12所示，齒式聯軸器由兩個具有外齒的半聯軸器3，4、兩個具有相同的內齒的外殼1，2、鍵和螺栓組成。半聯軸器3，4分別用鍵聯接固定在兩軸的軸端。外殼1，2用螺栓連成一體。半聯軸器和外殼通過內外齒相互嚙合實現聯接。齒式聯軸器能傳遞較大的轉矩，承載能力高，適用速度范圍廣，高速下工作可靠，對安裝精度要求不高，但結構復雜，重量大，制造較難，主要用于重型機械中。3）萬向聯軸器如圖

13、12.13所示，萬向聯軸器主要由叉形半聯軸器1，3和十字形聯接件2組成。半聯軸器1，3一端為套筒，另一端為叉形。安裝時，套筒套在軸端，并用軸銷聯接固定，叉形與十字形聯接件聯接。安裝完畢后的兩軸可分別繞軸線II，IIII轉動，因此允許被聯接兩軸有較大的角偏移（可達45°）。萬向聯軸器結構緊湊，裝拆方便，適用于相交兩軸間的聯接或工作時兩軸有較大相對位移的場合，廣泛用于汽車、拖拉機和機床等機械傳動系統中。圖12.13 萬向聯軸器（3）彈性聯軸器彈性聯軸器具有彈性元件，靠彈性元件的彈性變形來補償兩軸軸線的相對位移、緩和載荷的沖擊及吸收振動。適用于高速、正反轉頻繁、啟動頻繁、需要緩和沖擊振動的

14、場合。1）彈性套柱銷聯軸器見圖12.14所示，彈性套柱銷聯軸器由兩個半聯軸器、用帶有非金屬(如橡膠等)彈性套的柱銷和鍵組成。彈性套柱銷把兩個半聯軸器連成一體。彈性套柱銷聯軸器是靠彈性套的彈性變形來緩沖減震和補償兩軸的相對偏移的。安裝這種聯軸器時，應在兩個半聯軸器之間留出一定間隙，以便給兩個半聯軸器留出足夠的相對偏移量。彈性套柱銷聯軸器結構簡單，安裝方便，易于制造，能吸振緩沖；但彈性套在工作時的變形量不大，補償相對位移量不大，吸振性能不高，適用于起動頻繁、正反頻繁、載荷變化不很大的場合。 圖12.14 彈性套柱銷聯軸器 圖12.15 彈性柱銷聯軸器2）彈性柱銷聯軸器見圖12.15所示，彈性柱銷聯

15、軸器由兩個半聯軸器、尼龍圓柱銷和鍵組成。尼龍圓柱銷把兩個半聯軸器連成一體。彈性柱銷聯軸器結構簡單，兩半聯軸器可以互換，加工、維修、安裝方便。它耐磨性好，具有一定的緩沖吸振能力，可傳遞較大轉矩，壽命較長。適用于有較大軸向位移、起動頻繁、經常正反轉的高、低速傳動。3）梅花形彈性聯軸器如圖12.16所示，梅花形彈性聯軸器由兩個半聯軸器1，3和呈梅花形的彈性件2組成。彈性件可選用各種硬度的聚氨脂橡膠、鑄型尼龍彈性體等材料。工作時，梅花形彈性件受壓縮并傳遞轉矩。這種聯軸器結構簡單，耐磨性好，具有較大的補償兩軸相對位移的能力，緩沖吸振性能好，適應性強，傳遞轉矩大，使用壽命長，適用于各種機械。圖12.16

16、梅花形彈性聯軸器2、聯軸器的選用原則常用聯軸器多已標準化，設計時只需根據有關標準和產品樣本選用。包括選擇聯軸器的類型、尺寸(型號)及聯軸器與軸的連接方式。（1）聯軸器類型的選擇不同類型的聯軸器工作性能差異很大，選擇聯軸器的類型應綜合考慮工作條件對聯軸各方面工作性能的要求，合理選用。原動機的種類和工作機的載荷性質是選擇聯軸器類型的重要依據。通常對低速、剛性大的短軸，選用剛性固定式聯軸器；低速、剛性小的長軸，選用剛性可移動式聯軸器；傳遞轉矩較大的重型機械，選用齒式聯軸器；對高速且有沖擊或振動的軸，宜選用彈性聯軸器。（2）聯軸器型號的選擇確定聯軸器的類型后應根據軸端直徑、轉矩和轉速從設計手冊中確定聯

17、軸器的型號。1）轉矩選擇對于標準聯軸器，每一型號都給出了公稱轉矩值。選擇時，只要實際傳動的轉矩小于公稱轉矩即可。實際傳動的轉矩常用計算轉矩表示，它等于理論轉矩乘以工作情況系數，即 （12.3）式中，計算轉矩，N·m； 工作情況系數，按教材上表105取值。 聯軸器的理論轉矩，N·m，； 聯軸器的公稱轉矩，N·m； 電動機的功率，kW； 軸的轉速，r/min.2）轉速的選擇聯軸器的工作轉速一定不大于許用轉速，即 （12.4）聯軸器標準和專業生產廠的產品目錄中都規定了許用轉速的數值。二、離合器用離合器連接的兩軸可以在工作中隨時結合或分離，以實現兩軸間轉動和轉矩的傳遞和中

18、段。離合器有各種不同的用途：根據原動機和工作機之間或機械中各部件之間的工作要求，離合器可以實現相對啟動或停止；改變傳動比實現變速及換向；可以作為起動或過載時控制傳遞轉矩大小的安全保護裝置。1、牙嵌式離合器 見12.17為一種牙嵌式自動離合器。通過兩個半離合器端面齒牙的嚙合傳遞轉矩。牙嵌式離合器的牙形可以是三角形、梯形、矩形或鋸齒形等，圖中所示離合器的牙形為梯形。當所傳遞的轉矩過大時，嚙合面所產生的軸向推力使左側彈簧壓縮，離合器自動分離。牙嵌式離合器結構簡單，用于低速輕載的場合。圖12.17 牙嵌式離合器2、圓盤摩擦離合器 圓盤摩擦離合器依靠圓盤表面的摩擦力在兩個半離合器之間傳遞轉矩，有單片式和多片式兩種。 圖12.18 單片圓盤摩擦離合器 圖12.19 多片圓盤摩擦離合器圖12.18所示為單片圓盤摩擦離合器，它只有一對摩擦表面。工作時，通過移動右側半離合器上的操縱環可以使離合器結合或分離。單片圓盤摩擦離合器結構簡單，散熱好，但傳遞的轉矩有限，僅用于包裝、紡織等機械。圖12.19所示為多片圓盤摩擦離合器，分別由外側帶齒的外摩擦盤和內側帶齒的內摩擦盤交錯放