3.3 平键连接的设计实例分析

【实例1】 装配图标题栏中的标记：键14×100GB/T 1096—2003的含义是什么？

解： 键14×100表示圆头普通平键（A型），键宽 b ＝14mm，键长 L ＝100mm，GB/T 1096—2003为国标代号。

如果是同一尺寸的平头普通平键（B型）或单圆头普通平键（C型），标记为：

键B14×100GB/T1096—2003

键C14×100GB/T1096—2003

【实例2】 一个8级精度的铸铁直齿圆柱齿轮与一钢轴用键构成静连接。装齿轮处的轴径为60mm，齿轮轮毂长95mm。连接传递的转矩为840N·m，载荷平稳。试选择此键连接。

解： 齿轮为8级精度，因此要求一定的定心性，可选用平键连接。由于是静连接，因此选用普通平键，考虑定位好而选用了圆头，取键的材料为45钢。齿轮轮毂长95mm，因此键所在的阶梯轴的轴段长比轮毂略短，为90mm。参考GB/T1096—2003选标准键长 L ＝80mm为设计键长。由GB/T 1096—2003可查得，当轴径 d ＝58～65mm时，键的截面尺寸为：宽 b ＝18mm，高 h ＝11mm。

验算强度：键的接触长度 l′ ＝ L - b ＝（80-18）mm＝62mm。取铸铁轮毂槽的许用挤压应力［ σ _p ］＝80MPa（载荷平稳，故取大值）。

由式（3-1）核算键连接的抗压强度：

可见连接的抗压强度不够。考虑到相差有限，适当增大键长或改用方头键，这样键的全长都与毂上的键槽相接触，就能满足强度要求。但是，为了不改动齿轮轮毂和轴的径向尺寸，并考虑到圆头键在轴槽中固定较牢，决定改选 L ＝90mm的圆头普通平键，键的接触长度 l′ ＝ L - b ＝（90-18）mm＝72mm。

说明键连接的抗压强度满足要求。

由式（3-2）核算平键连接的抗剪强度：

说明键的抗剪强度远小于许用剪应力，因此一般可以省略抗剪强度的计算。

增大键长虽然能增大连接的承载能力，但键长有一定限度，通常取最大长度为 l _max ≤（1.6～1.8） d ，以免压力沿键长分布不均匀的现象严重。

【实例3】 经设计计算，某减速器输出轴的轴径 d ＝58mm，试分别在图3-7a、b上标注出轴和毂孔所有尺寸及其极限偏差。注：普通平键标准见GB/T 1095—2003、GB/T 1096—2003，轴和孔的极限偏差标准见GB/T 1800.2—2009。

解：

1.确定轴的各几何尺寸

根据轴径 d ＝58mm，查普通平键标准GB/T1095—2003、GB/T1096—2003，得键的宽度为 b ＝16mm，轴槽深 t ＝6mm，因此 x ＝ d - t ＝（58-6）mm＝52mm。

2.确定轴的各几何尺寸公差

直径极限偏差：根据轴径 d ＝58mm，按键连接一般情况考虑，轴孔配合选用过渡配合H7/k6，查轴的直径极限偏差（GB/T 1800.2—2009） ϕ 58k6 ^0.021 _-0.002 。

键的深度极限偏差：查GB/T 1095—2003、GB/T 1096—2003得轴槽深的极限偏差为0及＋0.2mm，轴槽深用（ d - t ）标注时，尺寸偏差按相应的 t 极限偏差选取，但（ d - t ）的偏差取负号，因此为（ d - t ）- ⁰ 0.2。

键的宽度极限偏差：查GB/T1095—2003、GB/T1096—2003知键和键槽尺寸公差带为N9，即0和-0.043mm。

键所有尺寸及其极限偏差的标注如图3-8a所示。

3.确定毂孔的各几何尺寸

根据轴径 d ＝58mm，查GB/T1095—2003及GB/T 1096—2003，得键的宽度为 b ＝16mm，毂槽深 t ₁ ＝4.3mm，因此 x ₁ ＝ d ＋ t ₁ ＝（58＋4.3）mm＝62.3mm。

4.确定毂孔的各几何尺寸公差

直径极限偏差：根据轴径 d ＝58mm，按键连接一般情况考虑，轴孔配合选用过渡配合H7/k6，查孔的直径极限偏差（GB/T 1800.2—1999） ϕ 58H7 ^+0.030 ₀ 。

毂槽的深度极限偏差：查普通平键（GB/T 1095—2003，GB/T 1096—2003），毂槽深的极限偏差为0及＋0.2mm，毂槽深用（ d ＋ t ₁ ）标注，尺寸偏差按相应的 t ₁ 极限偏差选取，因此为（ d ＋ t ₁ ） ^+0.2 ₀ 。

毂槽的宽度极限偏差：查键和键槽尺寸公差带（GB/T1095—2003及GB/T1096—2003）为±0.021mm。

毂孔的所有尺寸及其极限偏差的标注见图3-8b。

【实例4】 图3-9所示刚性凸缘联轴器允许传递的最大转矩为 T ＝1500N·m（无冲击）。联轴器的材料为HT250，试确定平键的连接尺寸，并校核连接强度。如果连接强度不足，可采取什么措施？

解：

1.选择平键类型

题目给出为C型普通平键，根据轴的直径 d ＝65mm，查GB/T1095—2003、GB/T1096—2003：键的宽度为 b ＝18mm，高度为 h ＝11mm；由轴的结构长度100mm，取键长为 L ＝90mm（键长比轮毂长短一些），平键的标记为：GB/T1096—2003 键C18×90。

2.校核键的连接强度

由键的抗压强度条件进行校核：

按载荷平稳、连接材料为HT250，查得键连接的许用挤压应力［ σ _p ］＝70～80MPa，因此， σ _p ＞［ σ _p ］，键的抗压强度不够。

3.改进措施

可以采用两个平键，布置在相距180°的位置上，双键的承载能力考虑载荷分配不均，按1.5个单键计算，即 σ _p ＝103.6MPa / 1.5＝69MPa，此时， σ _p ＜［ σ _p ］，满足键的抗压强度要求。 BUirc542Cqdf72L91RFuJzy/rinaTc5G/uKBS8knl7dskLcoZXiyoZ4kx4mL7CaV