8.2.2 平键联接的选择与强度校核
1)平键的选择
平键是标准件。 根据键的工作情况,确定平键类型。 平键的主要尺寸为宽度b、高度h 和长度L,键的剖面尺寸b×h 按轴的直径d 由标准中选定,见表8.2。 键的L 可按轮毂宽度B 选取,一般L=B-(5 ～10)mm,并须符合标准中规定的长度系列。
2)平键联接的强度校核
平键联接工作时的受力情况如图8.21 所示。 当轴传递扭矩T 时,键的两个侧面上受到一对剪力FQ的作用,使键的上下两部分沿a—a 截面产生剪切变形,同时在键的两侧面上分别受到轮廓键槽和轴上键槽的挤压,使传力接触面产生挤压变形。 可知,键联接既可能以剪切的形式破坏,还可能因挤压而破坏。 因此,需对键进行剪切和挤压强度的校核。
但是,通常情况下,普通平键的主要失效形式是键、轮毂槽、轴槽三者中强度最弱的工作面被压溃,除非严重过载,一般很少出现键被剪断。 因此,对普通平键联接一般只需校核其挤压强度。
对导向平键联接和滑键联接,主要失效形式为磨损。 因此,应对其进行耐磨性计算,限制压强。 对此类动联接则以压强p 和许用比压[p]代替式中的σp 和[σ]p。
表8.2 普通平键和键槽尺寸(摘自GB/T 1095—2003)
续表
注:1.在工作图中,轴槽深用d-t 或t 标注。
2.键长L 系列:6,8,12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,40,45,50,56,63,70,80,90,100,125,140,160,180,200,220,250 mm等。
图8.21 平键联接时的受力
如果校核结果表明强度不够,可适当增大键和轮毂的长度,但键长不宜超过2.5d,否则载荷沿键长的分布将很不均匀;或用两个键相隔180°布置,考虑载荷在两个键上分布的不均匀性,双键联接的强度只按1.5 个键计算。
键的剪切强度条件为
键联接的挤压强度条件为
式中 T——轴传递的扭矩,N·mm;
d——轴的直径,mm;
h——键的高度,mm;(https://www.daowen.com)
l——键的工作长度,mm;
[τ]——键的许用切应力,MPa;
[σ]p——键联接中最弱材料的许用挤压应力,MPa;
[τ],[σ]p 见表8.3。
表8.3 键联接的许用应力
注:1.[σ]p 应按联接中材料力学性能较弱的零件选取。
2.有相对滑动的被联接件,其表面经过淬火,则动联接的[σ]p可提高2 ～3 倍。
例8.1 某减速器直径为φ60 mm 的主动轴和轮毂宽度为80 mm 的齿轮采用平键联接,传递的扭矩为T=5 ×105 N·mm,试选择平键的类型和尺寸。
解 (1)平键类型和尺寸选择
选A 型平键,根据轴直径d =60 mm 和轮毂宽度80 mm,由设计手册查得键的截面尺寸b=18 mm,h=11 mm,L=70 mm。 此键的标记为
(2)校核挤压强度
由式(8.8)得
键的工作长度(扣除圆头部分)为
由T=5 ×105 N·mm,查表8.3 得[σ]p =100 ～200 MPa,则
故挤压强度足够。
图8.22 花键