第１節(jié)鍵連接鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，在機械中應(yīng)用極為廣泛。軸與軸上的輪轂用鍵裝配起來，稱為鍵連接。鍵連接通常用來實現(xiàn)軸和軸上零件（如帶輪、齒輪、凸輪等）之間的周向固定以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。有的還可以實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動。一、鍵連接的類型及應(yīng)用鍵連接按鍵在連接中的松緊程度可分為松鍵連接和緊鍵連接兩類。１.松鍵連接（１）平鍵連接。平鍵的兩側(cè)面為工作面，上表面與輪轂鍵槽底面間有間隙。工作時靠鍵的兩側(cè)面與軸及輪轂上鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。平鍵連接結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中性好，但不能承受軸向力，對軸上的零件不能起到軸向固定的作用。下一頁返回第１節(jié)鍵連接

平鍵連接按用途不同又可分為普通平鍵、薄平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵四種。普通平鍵如圖５－１所示，這種鍵用于靜連接，其端部形狀可分為圓頭（Ａ型）、平頭（Ｂ型）和單圓頭（Ｃ型）３種。Ａ型和Ｃ型鍵的軸上鍵槽用鍵槽銑刀銑出，鍵在鍵槽中能實現(xiàn)較好的軸向定位，應(yīng)用最廣泛。缺點是鍵的端部圓頭與輪轂鍵槽不接觸，使鍵的圓頭部分不能充分利用，同時軸槽端部的彎曲應(yīng)力集中較大。Ｂ型鍵的軸槽用盤銑刀銑出，軸上的應(yīng)力集中較小，但鍵在軸上的軸向定位不好，對于尺寸較大的鍵，需用緊定螺釘把鍵固定在鍵槽中，以防松動。Ｃ型鍵則適用于軸端與輪轂的連接。上一頁下一頁返回第１節(jié)鍵連接

薄型平鍵與普通平鍵結(jié)構(gòu)相似，也有圓頭、平頭和單圓頭３種。但其厚度只有普通平鍵的６０％～７０％，因而傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較低，常用于薄壁輪轂、空心軸及一些徑向尺寸受限制的場合，或只傳遞運動的軸與輪轂連接。導(dǎo)向平鍵和滑鍵都用于動連接。當(dāng)被連接的輪轂類零件在工作中必須在軸上作軸向移動時則應(yīng)采用導(dǎo)向平鍵連接或滑鍵連接。當(dāng)相對移動距離較小時可采用導(dǎo)向平鍵連接，如圖５－２（ａ）所示。導(dǎo)向平鍵是一種較長的平鍵，用螺釘固定在軸上的鍵槽中，為了方便拆卸，常在鍵中間留有起鍵螺釘孔。導(dǎo)向鍵和輪轂鍵槽采用間隙配合，輪轂可沿導(dǎo)向鍵軸向移動。上一頁下一頁返回第１節(jié)鍵連接

當(dāng)移動距離較大時應(yīng)采用滑鍵連?；I固定在輪轂上，輪轂帶動滑鍵在軸上的鍵槽中作軸向移動。（２）半圓鍵連接。半圓鍵連接如圖５－３所示。半圓鍵的兩側(cè)面為半圓形，能在鍵槽內(nèi)擺動以適應(yīng)鍵槽的斜度。鍵的上表面與輪轂鍵槽底面間有間隙，工作時靠鍵的側(cè)面受擠壓來傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。這種連接的優(yōu)點是工藝性較好，裝配方便；缺點是軸上的鍵槽窄而深，對軸的強度削弱較大，主要用于傳遞轉(zhuǎn)矩不大的連接，尤其適用于錐形軸端與輪轂的連接。上一頁下一頁返回第１節(jié)鍵連接

２.緊鍵連接（１）楔鍵連接。楔鍵連接用于靜連接，如圖５－４所示。楔鍵的上表面與輪轂鍵槽底面都有１∶１００的斜度。鍵的上下表面是工作面，裝配后，上下表面楔入輪轂和軸上的鍵槽之間，產(chǎn)生很大的壓緊力。工作時，靠工作表面之間的摩擦力來傳遞運動和轉(zhuǎn)矩，并可承受單方向的軸向載荷，起單向的軸向固定作用。這類鍵的缺點是裝配楔緊時使軸與輪轂的配合產(chǎn)生偏心和偏斜，定心精度不高。因此主要用于定心精度要求不高、載荷平穩(wěn)、速度較低的場合。楔鍵按形狀分普通楔鍵和鉤頭楔鍵兩種，普通楔鍵按其端部形狀又分圓頭楔鍵和方頭楔鍵兩類，鉤頭楔鍵的鉤頭是為了便于裝拆用的。上一頁下一頁返回第１節(jié)鍵連接

（２）切向鍵連接。切向鍵由一對普通的楔鍵組成，如圖５－５所示。上下兩個平行的窄面為工作面，工作時依靠工作面間的擠壓來傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。裝配時兩鍵分別從輪轂兩端打入，拼合后沿軸的切線方向楔緊。一個切向鍵只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩；若需要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩，必須兩個切向鍵組合使用，并互成１２０°～１３５°布置。切向鍵的鍵槽對軸的強度削弱較大，定心精度低，常用于重型機械。二、花鍵連接花鍵連接是由具有多個沿周向均布的鍵齒的外花鍵和有對應(yīng)齒槽的輪轂構(gòu)成的連接，如圖５－６所示。工作時靠鍵齒側(cè)面與鍵槽側(cè)面的擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩。上一頁下一頁返回第１節(jié)鍵連接

從結(jié)構(gòu)上看，花鍵連接是平鍵連接在數(shù)目上的發(fā)展?；ㄦI與平鍵連接相比，其齒數(shù)較多而且均勻分布，故受力均勻，承載能力高；齒槽較淺，應(yīng)力集中較小，對軸和輪轂的強度削弱較少；軸上零件與軸的對中性、導(dǎo)向性好。缺點是齒根仍有應(yīng)力集中，加工精度要求高，需要有專門的加工設(shè)備，制造成本高。因此花鍵連接適用于載荷較大和對定心精度要求高的靜連接和動連接中，如汽車、飛機、工裝設(shè)備和農(nóng)業(yè)機械中應(yīng)用較為廣泛。花鍵按剖面齒形分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩種，均已標(biāo)準(zhǔn)化。上一頁返回第２節(jié)鍵的選擇和平鍵強度校核一、鍵的選擇鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵連接的結(jié)構(gòu)特點、使用要求和工作條件來選擇。需要綜合考慮定心精度、傳遞轉(zhuǎn)矩、是否軸向固定或軸向移動距離和鍵在軸上位置等因素。鍵的主要尺寸為其剖面尺寸，包括寬度ｂ，高度ｈ和長度Ｌ。鍵尺寸ｂ×ｈ可根據(jù)軸的公稱直徑從標(biāo)準(zhǔn)中選取。鍵的長度Ｌ則需根據(jù)齒輪輪轂的寬度確定，一般要略小于輪轂寬度５～１０ｍｍ，并符合鍵的標(biāo)準(zhǔn)長度系列值；對于導(dǎo)向鍵和滑鍵，其鍵長Ｌ則按輪轂寬度和移動距離而定。下一頁返回第２節(jié)鍵的選擇和平鍵強度校核二、平鍵的強度校核１.剪切的概念和剪切強度平鍵在工作時，鍵的左右兩個側(cè)面受到力的作用［見圖５－９（ａ）、（ｂ）］，將使鍵的上下兩部分沿截面發(fā)生相對錯動，這種現(xiàn)象叫做剪切，發(fā)生相對錯動的截面ｍ－ｍ稱為剪切面。機器中許多連接件，如鍵、螺栓、銷和鉚釘?shù)裙ぷ鲿r主要發(fā)生的都是剪切變形。剪切變形的外力特點是：構(gòu)件受到與其軸線相垂直的、大小相等、方向相反且作用線相距很近的兩個力作用；變形特征是：橫截面將產(chǎn)生相對錯動的變形。上一頁下一頁返回第２節(jié)鍵的選擇和平鍵強度校核應(yīng)用截面法假想將平鍵沿剪切面ｍ－ｍ截為兩段，任取一段作為研究對象。由平衡條件可知，剪切面上必有一個與外力Ｆ大小相等、方向相反的內(nèi)力，這個與截面相切的內(nèi)力稱為剪力，用ＦＱ表示。剪切面上單位截面積的剪力稱為剪應(yīng)力，方向和截面相切，用符號τ表示。剪應(yīng)力在剪切面上的分布規(guī)律比較復(fù)雜，工程上通常采用實用計算法，即假設(shè)剪力在剪切面上是均勻分布的。于是，剪應(yīng)力可按下式計算上一頁下一頁返回第２節(jié)鍵的選擇和平鍵強度校核式中，τ———剪應(yīng)力，單位ＭＰａ；ＦＱ———剪力，單位Ｎ；Ａ———剪切面面積，單位ｍｍ２。為了保證構(gòu)件在工作時不發(fā)生剪切破壞，必須使構(gòu)件剪切面上的工作剪應(yīng)力不超過材料的許用剪應(yīng)力，即剪切適用的強度條件為式中，［τ］———材料的許用剪應(yīng)力，單位ＭＰａ。上一頁下一頁返回第２節(jié)鍵的選擇和平鍵強度校核工程上常用材料的許用剪應(yīng)力，可從相關(guān)設(shè)計手冊中查得。２.擠壓的概念和擠壓強度螺紋、鍵、銷等連接件在工作中受到剪切變形的同時必然伴隨有擠壓變形。在連接件和被連接件的接觸面上互相壓緊，產(chǎn)生局部塑性變形，這種現(xiàn)象稱為擠壓，接觸面上的作用力稱為擠壓力。如圖５－１０所示為螺紋連接時的擠壓變形情況。接觸面上單位面積的擠壓力稱為擠壓應(yīng)力，方向和接觸面垂直，用σＰ表示。擠壓應(yīng)力在接觸面上的分布很不均勻，但工程上仍使用實用計算法。擠壓的強度條件是上一頁下一頁返回第２節(jié)鍵的選擇和平鍵強度校核式中，σＰ———擠壓應(yīng)力，單位ＭＰａ；Ｆ———擠壓力，單位Ｎ；ＡＦ———擠壓面積，單位ｍｍ２；［σＰ］———材料的許用擠壓應(yīng)力，單位ＭＰａ３.平鍵的強度校核對于采用常用材料和按標(biāo)準(zhǔn)選擇尺寸的普通平鍵連接，其主要失效形式是鍵、軸槽和輪轂槽三者中強度最弱的工作面被壓潰。除非嚴(yán)重過載，一般情況下其剪切強度足夠，不會發(fā)生剪切破壞。因此，平鍵連接通常只按工作面的最大擠壓應(yīng)力σｐ進行強度計算。上一頁下一頁返回第２節(jié)鍵的選擇和平鍵強度校核設(shè)鍵上載荷均勻分布，由圖５－１１可得平鍵連接的擠壓強度條件對于導(dǎo)向鍵連接和滑鍵連接等動連接，其主要失效形式是工作面的磨損。應(yīng)按工作面上的最大壓強ｐ進行強度計算，即上一頁下一頁返回第２節(jié)鍵的選擇和平鍵強度校核式中，Ｔ———轉(zhuǎn)矩，Ｎ·ｍｍ；ｄ———軸徑，ｍｍ；ｈ———鍵的高度，ｍｍ；ｌ———鍵的工作長度，ｍｍ；［σｐ］———許用擠壓應(yīng)力，ＭＰａ；［ｐ］———許用壓強，ＭＰａ，見表５－２。計算后如強度不足，在結(jié)構(gòu)允許時可適當(dāng)增加輪轂寬度和鍵的長度。如強度仍不足，可采用相隔１８０°的雙鍵連接，如圖５－１２所示?？紤]到制造誤差和鍵上載荷分布的不均勻，強度計算時，雙鍵按1.5個計算。上一頁返回第３節(jié)銷連接銷連接是一種常見的可拆連接，主要用于軸和輪轂類零件的連接，也可用于其他零件間的連接。裝配時，先在兩被連接件上配制銷孔，然后將銷置于銷孔中形成連接，如圖５－１４所示。銷在連接中的作用有三個：主要用于固定零件之間的相對位置（定位作用），稱為定位銷；也可用于軸和輪轂的連接，以傳遞不大的轉(zhuǎn)矩（連接作用），稱為連接銷；還可以防止剪切力過大，起過載保護作用，稱為安全銷。銷也是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，按其外形可以分為圓柱銷、圓錐銷和異形銷等。圓柱銷和銷孔之間采用過盈配合，經(jīng)多次拆裝會降低其定位精度和連接的可靠性，常用于傳遞轉(zhuǎn)矩不大、不經(jīng)常拆裝的場合。下一頁返回第３節(jié)銷連接圓錐銷及其銷孔制成１∶５０的錐度，其小端直徑為公稱直徑。圓錐銷裝拆較圓柱銷方便，定位精度高，在受橫向力時可以自鎖，主要用于定位，也可作為連接銷使用，適用于需要經(jīng)常拆裝的場合。大端帶有外螺紋的圓錐銷，便于拆裝，可用于盲孔或拆卸困難的場合；上一頁返回第４節(jié)螺紋連接螺紋連接是用帶有螺紋的零件將需要相對固定的零（部）件連接在一起的一種可拆連接。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、工作可靠、成本低廉和互換性強等特點，廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備中。一、螺紋的類型及其主要參數(shù)１.螺紋的類型將一傾斜角為Ψ的直線繞在圓柱體上使其形成一條螺旋線（見圖５－１５）。在圓柱或圓錐表面上，沿螺旋線用刀具切制出特定形狀的溝槽稱為螺紋（見圖５－１６）。根據(jù)螺紋的形狀、結(jié)構(gòu)要素和用途可以分為以下幾種類型：下一頁返回第４節(jié)螺紋連接

（１）根據(jù)螺旋線繞行的方向螺紋可分為左旋螺紋和右旋螺紋，如圖５－１７所示。在機械中，常用右旋螺紋，在有特殊需要時才用左旋螺紋，如煤氣管道閥門。（２）按螺旋線的數(shù)目（又稱線數(shù)或頭數(shù)），可分為單線（頭）螺紋、雙線（頭）螺紋和多線（頭）螺紋。由于制造原因，螺紋線數(shù)一般不超過４。單線螺紋主要用于連接，也可用于傳動；雙線、三線螺紋等主要用于傳動。上一頁下一頁返回第４節(jié)螺紋連接

（３）按母體形狀可分為圓柱螺紋和圓錐螺紋，前者在圓柱體表面切出，后者在圓錐體表面切出。螺紋又有內(nèi)外之分：在圓柱（或圓錐）外表面切出的螺紋稱為外螺紋，如螺栓的螺紋；在圓柱（或圓錐）內(nèi)表面切出的螺紋稱內(nèi)螺紋，如螺母的螺紋。常用的是圓柱的螺紋，圓錐螺紋多在管件連接中使用。（４）根據(jù)牙型，螺紋可分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等，如圖５－１８所示。同一直徑下的普通三角形螺紋，按螺距不同又可分為粗牙螺紋和細(xì)牙螺紋。不同的牙型有不同的用途，三角形螺紋主要用于連接，矩形、梯形螺紋主要用于傳動。目前，大部分螺紋已標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)選用。上一頁下一頁返回第４節(jié)螺紋連接

（５）按用途不同可分為連接螺紋、傳動螺紋和專用螺紋（如燈頭、燈座的圓螺紋）。（６）根據(jù)使用的單位不同可分為米制螺紋和英制螺紋。我國采用的是米制，國際標(biāo)準(zhǔn)也采用米制。２.螺紋的主要參數(shù)螺紋的主要參數(shù)如圖５－１９所示。３.螺紋標(biāo)記及公差一般完整的螺紋標(biāo)記由螺紋代號、螺紋公差代號和螺紋旋合長度代號３部分組成，中間用“—”隔開。具體如圖５－２０所示。上一頁下一頁返回第４節(jié)螺紋連接

二、普通螺紋連接１.螺紋連接的基本類型螺紋連接有四種基本類型。（１）螺栓連接。常見的螺栓連接如圖５－２１（ａ）所示。結(jié)構(gòu)特點是用螺栓穿過被連接件的光孔后，擰緊螺母固定在一起，用于連接兩連接件較薄，并能從連接件兩邊進行裝配的場合。根據(jù)連接要求的不同，螺栓連接可分為普通螺栓連接和鉸制孔螺栓連接兩種。普通螺栓連接的特點是被連接件上的通孔和螺紋桿之間留有間隙，通孔的加工精度要求低，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，使用時不受被連接件材料的限制，因此應(yīng)用最為廣泛。上一頁下一頁返回第４節(jié)螺紋連接

圖５－２１（ｂ）是鉸制孔螺栓連接，孔與螺紋桿間多采用基孔制過渡配合（Ｈ７／ｍ６、Ｈ７／ｎ６），桿與孔的精度要求高（孔要鉸孔）。這種連接能精確固定被連接件的相對位置，并能承受與螺栓軸線垂直方向的橫向載荷。（２）雙頭螺柱連接。雙頭螺柱兩端都有螺紋，連接時將螺紋較短的一端旋入并緊定在較厚被連接件的螺紋孔中，另一端穿過其余被連接件的通孔，然后再擰緊螺母；拆卸時只需擰下螺母而不擰下螺柱，如圖５－２２所示。這種連接適用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓連接，被連接件之一太厚而不宜制成通孔，且需要經(jīng)常拆裝，或結(jié)構(gòu)受限制不能用螺栓連接的場合。上一頁下一頁返回第４節(jié)螺紋連接

（３）螺釘連接。如圖５－２３所示，螺釘穿過較薄被連接件的通孔，直接旋入較厚被連接件的螺紋孔中，不用螺母。這種連接結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能有光整的外露表面。其用途和雙頭螺柱連接相似，但如經(jīng)常拆裝，易使螺紋孔磨損，嚴(yán)重時可導(dǎo)致被連接件報廢，故多用于被連接件較厚、受力不大且不需要經(jīng)常拆裝的場合。（４）緊定螺釘連接。緊定螺釘旋入被連接件之一的螺紋孔中，其末端頂住另一被連接件的表面［見圖５－２４（ａ）］或頂入相應(yīng)的坑槽中［見圖５－２４（ｂ）］。這種連接通常用來固定兩個零件的相對位置，并可傳遞不大的力或力矩。上一頁下一頁返回第４節(jié)螺紋連接

除上述４種基本連接形式外，還有一些特殊結(jié)構(gòu)的連接。如專門用于將機座或機架固定在地基上的地腳螺栓連接，裝在機器或大型零、部件的頂蓋或外殼上便于起吊用的吊環(huán)螺栓連接，用于工裝設(shè)備中的Ｔ形槽螺栓連接等。２.螺紋連接件螺紋連接件的類型很多，常用的螺紋連接件有螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母、墊圈等，其結(jié)構(gòu)形式和尺寸都已標(biāo)準(zhǔn)化，使用時可按標(biāo)準(zhǔn)選擇。螺紋連接件的制造精度分為Ａ、Ｂ、Ｃ三級，Ａ級精度最高，用于要求裝配精度高及受振動、變載荷等重要連接，Ｂ級多用于受載較大且經(jīng)常拆卸、調(diào)整或承受變載的連接。Ｃ級用于一般的螺紋連接（如常用螺栓、螺釘?shù)冗B接件）。上一頁返回第５節(jié)螺紋連接的預(yù)緊和防松一、螺紋連接的預(yù)緊在生產(chǎn)實踐中，大多數(shù)螺紋連接在裝配時都必須擰緊，使其在承受工作載荷前，預(yù)先受到力的作用，這一過程稱為預(yù)緊，預(yù)加的作用力稱為預(yù)緊力，用Ｆ０表示。預(yù)緊的目的在于增強連接的可靠性和密封性，防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對滑移。對于重要的螺紋連接，如果預(yù)緊力不足，將導(dǎo)致被連接件在工作時產(chǎn)生松動；若預(yù)緊力過大，則會使連接件損壞。所以，為了保證螺紋連接的可靠性、強度和密封性，在裝配時應(yīng)控制其預(yù)緊力。下一頁返回第５節(jié)螺紋連接的預(yù)緊和防松

根據(jù)螺紋連接件的材料強度要求，對于一般連接用的鋼制螺栓連接的預(yù)緊力，推薦按下列關(guān)系確定：式中，σＳ———螺栓材料的屈服極限；Ａ１———螺栓危險截面的面積，單位ｍｍ２?？刂祁A(yù)緊力的方法很多，通常是借助測力矩扳手或定力矩扳手，利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。對于Ｍ１０～Ｍ６４粗牙鋼制普通螺紋，預(yù)緊力矩可按以下經(jīng)驗公式計算：上一頁下一頁返回第５節(jié)螺紋連接的預(yù)緊和防松

Ｔ≈０.２Ｆ０ｄ