键连接失效分析与改进.doc

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1、第一章绪论1.1键联接的概述目前,国内外机械工程设计中键联接与花键联接已被广泛应用,并已形成标准化和系列化。但是,它们均存在一定的缺点和局限性,因而,不断补充、完善、发展和改造它们非常必要。在各种轴毅联接中,键联接具有简单紧凑、装拆方便和成本低廉等特点,因此是最常用的联接型式。因键是标准零件,故传统设计主要是根据键联接时结构特点、使用要求和工作条件选定键的类型,然后由轴毅尺寸从标准中选定键的剖面尺寸及长度,最后进行强度校核。传统方法的不足是速度慢且趋于保守(尺寸大),故其经济性差。键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定

2、以传递转矩，如齿轮、带轮、联轴器与轴的连接，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动导向。键在机械行业中的各种轴毅联接中,根据类型不同有不同的用途，键联接具有结构简单、装卸方便和成本低廉的特点，因而得到广泛应用。1.2键联接的分类键连接可以分为松键连接、紧键连接和花键连接三大类。键是标准件，分为平建、半圆键、楔键和切向键等。花键联接分为：矩形花键、渐开线花键、三角形花键。平键普通平键与薄型平键构造两侧面为工作面，靠键与槽的挤压和键的剪切传递扭矩。分圆头A、方头B、半圆头C三种型式导向平键与滑键导向平键分为圆头和方头两种，一般用螺钉固

3、定在轴槽中，导向平键与轮毂的键槽采用间隙配合，轮毂可沿导向平键轴向移动。半圆键靠键与键槽侧面的挤压传递转矩。键在槽中能绕键的几何中心摆动，可以自动适应轮毂上键槽的斜度。楔键楔键的上下面是工作面，键的上表面有1：100的斜度，轮毂键槽的底面也有1：100的斜度，主要靠摩擦力传递转矩切向键由一对楔键组成的，装配时，将两键楔紧。键的两个窄面是工作面。花键联接矩形花键分为外径、内径、侧面等定心方式。渐开线花键齿廓为渐开线，分为齿形定心、圆柱面定心、外径定心。三角形花键内花键齿为三角形外花键齿为渐开线（α=45°）加工方便，定心方式：齿侧定心

4、1.3键联接的应用特点键联接具有简单、紧凑、可靠、装拆方便和成本低廉等优点，因此是属于最通用的联接形式。普通平键和薄型平键键端形状分为圆头、平头和单圆头三种。薄型平键的键高小，键槽浅，靠侧面传递转矩。对中性好,装拆方便，不能实现轮毂的轴向固定。应用最广,适于高精度,高速或承受变载,冲击场合。薄型平键用于薄壁轮毂或传递转矩较小的联结。导向平键与滑键装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作用可靠，多用于高精度联接。但只能圆周固定，易串动（轴向），不能承受轴向力。导向平键用于轴上零件轴向移动量不大的场合,如变速箱中的滑移齿轮，滑键用于轴

5、上零件轴向移动量较大的场合。半圆键工艺性好，装配方便，尤其适用于锥形轴与轮毂的联接，但轴槽深对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。一般用于轻载,适用于锥形轴。楔键分为普通楔键、钩头楔键、薄型楔键。对中性较差，力有偏心。不宜高速和精度要求高的联接，变载下易松动。钩头只用于轴端联接，如在中间用键槽应比键长2倍才能装入。能轴向固定零件和传递单向轴向力。但使轴上零件与轴的配合产生偏心和偏斜,破坏了轮毂与轴的对中性。用于精度要求不高,转速较低时传递较大的,双向的或有振动的转矩，有钩头的用于不能从另一端将键打出的场合。钩头供拆卸用,应注意加保护罩

6、。切向键由两个斜度为1:100的楔键组成。其上下两面(窄面)为工作面,其中一面在通过轴心线的平面内。工作面上的压力沿轴的切线方向作用,能传递很大的转矩。一组切向键只传递一个方向的转矩,传递双向转矩时,需用两组互成120º～135º的切向键。用于载荷很大,对中要求不严的场合。花键齿侧面为工作面——适用于动、静联接。特点：1）齿较多、工作面积大、承载能力较高；2）键均匀分布，各键齿受力较均匀；3）齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少；4）轴上零件对中性好；5）导向性较好；6）加工需专用设备、制造成本高。适用于定心精度较高，导向性较

7、好，移动轻便的场合。1.4键联接的不足键和键槽径向跳动，轴向窜动，时间久了就会磨损。键连接还对连接件产生切口效应，影响工件的承载能力和使用寿命。键是标准零件，故传统设计主要是根据键联接时结构特点、使用要求和工作条件选定键的类型，然后由轴毅尺寸从标准中选定键的剖面尺寸及长度，最后进行强度校核。传统方法的不足是速度慢且趋于保守(尺寸大)，故其经济性差。键槽削减了被联接件的承载面积，特别会引起高度的应力集中；此外用键联接被联接件还难以获得精确的定心。由于这些缺点，在载荷很大与变化复杂的场合，或定心要求较高的场合，键联接则宜为花键所代替。对

8、于键联接的可靠性问题有许多学者曾作过讨论,但多从设计角度出发，对某一种失效形式进行分析计算,其结果仅反映了该失效形式下的强度条件,而不能回答键联接在运行中的可靠程度、制造成本高低及最优化设计问题。1.5键联接改良方法根据键联接的类型，