轴键：类型、尺寸、材料、设计公式和计算

键连接是通过在轴和轮毂上切割键槽并插入称为“键”的部件来实现的。轴键虽然尺寸不大，但在机械传动中却起着举足轻重的作用。键是用于固定旋转轴和齿轮的机械元件。它主要用于通过将部件沿圆周固定在轴上来传递扭矩。有些键还提供轴向固定或允许轴向移动，例如减速器中齿轮和轴之间的连接。虽然钥匙不是一个突出的部件，但它在电力传输中至关重要。那么今天，我们就来详细了解一下轴键，谈谈它的类型、尺寸、材料和设计！

什么是轴键？

轴键，也称为电机键，是连接两个旋转部件（通常是轴和轮毂）的短杆，由高强度材料制成，用于传递扭矩。其功能是将两个零件结合成一个旋转体，同时允许沿轴线旋转而不会打滑或不对中，确保传动精度和可靠性。轴键常用于汽车、摩托车、农业机械、建筑设备等机械系统。

轴键类型（图表、特征和用途）

在各类机械传动中，不同类型的按键在机械设计和应用中发挥着重要作用。键连接的基本概念包括平键、半圆键、锥度键和切线键，每种都有各自的特点和应用范围。下面，我们将通过介绍每种轴键类型的示意图、特征和应用来详细探讨它们：

1。平键（平行沉入键）

标准平键，又称平行键，是一种沉头键，用于固定连接，轴和轮毂之间没有相对轴向运动。 两侧面均为工作面，轮毂键槽顶面与底面之间有间隙。工作时，扭矩通过轴键槽、键和轮毂键槽侧面的压缩来传递。它是一种无锥度的矩形或方形键，用于轮毂需要沿轴滑动的地方。平轴键制造容易，装拆方便，轴与轴装件的对中性好，但不能固定轴装件的轴向窜动

标准平键按凹口可分为三种类型：圆端（A）、方端（B）、矩形端、单圆端（C）：

• 矩形平沉键

• 方形沉头键

• 圆形沉头键（双圆或单圆面）

2。半月形钥匙（半月沉没钥匙）

半月形钥匙具有半月形状，可适应轮毂中的任何锥度。它在轴中的额外深度可以防止键槽中任何翻转的趋势，但键槽的深度会削弱轴的强度。半圆键通常与锥形轴颈配合使用来传递扭矩。钥匙槽是用与半月钥匙形状相同的铣刀加工而成，使其可以绕槽内的几何中心摆动。键的侧面是工作面，通过侧面压缩传递扭矩。键槽是用盘形铣刀铣削而成的，键本身是半圆形的。半圆键工艺性好，装配方便，特别适用于锥形轴端连接。但轴槽明显降低了轴的强度；仅适用于轻负载连接。

3。鞍形钥匙（锥度钥匙）

锥度键的工作面位于其上表面和下表面。其顶面有1：100的锥度，轮毂键槽的底面也采用此锥度设计。当锥度键插入轴和轮毂键槽时，其表面会产生很大的预紧力。工作时锥度键主要依靠摩擦传递扭矩，能承受单向轴向力。但可能会引起轴与轮毂之间的偏心，因此更适合对中精度要求不高、负载稳定、转速较低的连接。

此外，锥度键还可分为标准锥度键、空心鞍形键、扁头锥度键。

• 平鞍键 - 平放在轴上

• 空心鞍形键 - 键的底部适合轴的曲面

• Gib-Head 鞍形钥匙 – 配有挂钩，方便拆卸

4。扁头钥匙（沉没钥匙）

扁头锥形键是一种特殊类型的锥形键，其头部呈钩形，可更有效地将其固定在轴和轮毂键槽中。 扁头便于轻松拔出钥匙。这种设计不仅增强了连接的稳定性，而且在一定程度上减少了轴与轮毂之间的偏心，从而提高了连接的精度。因此，扁头锥键特别适用于需要高定心精度和牢固连接的应用，例如高速旋转和重载条件下的机械装配。

5。羽毛钥匙（沉没钥匙）

滑键安装在轴或轮毂上，也允许轴向移动。键的侧面为工作面；它通过侧面传递力，提供良好的对准，并且易于组装和拆卸。它不提供轴向固定。键用螺栓固定在轴上，中心螺纹孔用于拆卸键。用于轴部件沿轴轻微移动的场合，例如变速箱中的滑动齿轮。

6。定位销键（圆轴键）

带圆柱体的定位键，适合轮毂和轴上钻的孔；最适合低功率驱动器。圆柱键是常见的电机轴键形式。它呈圆柱形，与电机轴和传动部件上的凹槽相匹配。安装方便，能承受相当大的扭矩。定位销还可设计为直销或锥销，以满足不同的要求。

• 直销定位销

• 锥形固定键

7。切线关键点

正切轴键配合到轮毂和轴的键槽中；它成对使用，彼此成直角。每个键仅承受一个方向的扭矩，用于大型重型轴。由两个锥度为1:100的楔键组成，上下表面共同形成工作面，能够传递大扭矩。一对正切键只能传递一个方向的扭矩，而两对成120°~135°排列的键可传递双向扭矩。这些用于对中并不重要的高负载应用。切向键通过切向压力产生扭矩，还可以承受较小的单向轴向力。

主要用于仅需要单向扭矩传递的场合，或双向场合，两对相切键按一定距离排列。由于能够传递大扭矩，切线键常用于重型机械。

8。样条关键点

轴+集成键=花键轴，允许轴向移动（常用于滑动齿轮传动）。花键连接由围绕轴和轮毂孔均匀分布的多个键齿组成，齿侧作为工作表面。这种类型的连接提供高负载能力、良好的定心和引导性能，同时对轴和轮毂强度的削弱最小。特别适用于经常需要滑动的高负载、高精度定心连接，例如变速器中的滑动齿轮。花键按齿形可分为矩形花键、三角花键、渐开线花键。

• 矩形花键：易于使用铣削、滚齿、拉削或成型来制造。磨削后可达到高精度。标准定义了两个系列：轻型（用于低负载）和中型（用于中等负载）。广泛应用于航空、汽车、拖拉机、机床、农业机械、通用机械传动装置。

• 渐开线花键：具有渐开线齿形。在负载下，径向力提供自定心，确保齿部受力均匀，强度高，寿命长。制造与齿轮相同，具有高精度和互换性。标准压力角αD为30°、37.5°、45°，用于高负载、高精度定心、大尺寸连接。

轴键和键槽尺寸表（尺寸、公差）

为了确保轴键与其他部件之间的紧密配合，它们必须符合标准尺寸：

• 直径：应等于或略小于相应的孔径，通常小 0.01–0.05 毫米
• 长度：应略长于连接部件之间的距离。一般键长等于连接部分的厚度加1-2毫米
• 圆角半径：为防止锋利边缘造成损坏或破裂，两端应使用 0.5-1 毫米的半径
• 公差：为了确保紧密配合，制造公差控制在 h6 级以内。 h7。或h8

为了帮助您更好地了解轴键尺寸，快速获取一些常见的尺寸规格，我们列出了常见轴键类型的尺寸表：

平键尺寸表（平行轴键和键槽尺寸）

<头>轴直径
d 标称密钥大小 轴槽深度 t₁ 键槽深度 t2 圆角半径 b（h9） 小时（h11） c 或 r L (h14) 编号。 容差 编号。 容差 分钟 最大 6–8220.16–0.256–201.2+1.0+0.10.080.16>8–10336–361.801.40>10–12446–362.001.80>12–17550.25–0.414 –562.802.300.160.25>17–226614–703.502.80>22–308718–904.0+3.3+0.2>30–381080.4–0.622–1005.00.23。 900.250.4>38–4412828–1405.003.30>44–5014936–1605.503.80>50–58161045–1806.304.30>58–65181150–20 07.004.40>65–7520120.6–0.856–2507.505.400.40.6>75–85221463–2509.005.40>85–95251470–2809.005.40>95–110281680–32010.006.40>110–130321890–36011.007.40>130–15036201.0–1.2100–40012.0+8.4+0.30.7 1.0>150–1704022100–40013.00.39.40>170–2004525110–45015.0010.40>200–2305028125–50017.011.4>230– 26056281.6–2.0140–50020.012.41.21.6>260–2906332160–50020.012.4>290–3307036180–50022.014.4>330– 38080402.5–3.0200–50025.015.42.02.5>380–4409045220–50028.017.4>440–50010050250–50031.019.5L系列：  6、8、10、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、280、320、360、400、450、500

半月形键尺寸表（半月轴键和键槽尺寸）

密钥大小
(b×h×D) 宽度b 高度h 直径D 倒角或半径 s 标称 容差 标称 h12 标称 h12 分钟 最大 1×1.4×41—1.404−0.120——1.5×2.6×71.5—2.6−0.1070——2×2.6×72—2.6070——2×3.7×102—3.7010−0.150——2.5×3.7×1 02.5—3.7−0.12100——3×5×133—50130——3×6.5×163—6.5016−0.180——4×6.5×16406.501600.160.254×7.5×194−0.0257 .5019−0.2100.250.405×6.5×165—6.501600.250.405×7.5×195—7.5−0.151900.250.405×9×225—902200.250.406×9 ×226—902200.250.406×10×256—10025−0.2100.400.608×11×288—1102800.400.6010×13×3210—13−0.183200.600.90

鞍座键尺寸表（标准平锥轴键和键槽尺寸）

宽度b b 公差 (h8) 高度h h 公差 (h11) 倒角或半径 c 或 r 基本尺寸 上限 基本尺寸 上限 20−0.01420−0.0900.16–0.2530−0.01430−0.09040−0.01840−0.09050−0.01850−0.0900.25–0.4060−0.02260−0.09080−0.02770−0。 090100−0.02780−0.0900.40–0.60120−0.03390−0.090140−0.033100−0.090150−0.033100−0.0900.60–0.80160−0.033100−0.11018 0−0.033120−0.110200−0.033140−0.1101.60–2.00220−0.033140−0.110250−0.040160−0.1302.50−3.00280−0.040160−0.130300−0 .046180−0.130320−0.046200−0.130360−0.046220−0.130400−0.054250−0.160450−0.054280−0.160500−0.054320−0.160长度L（公差h14）：
18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、315、 355、400、450、500

扁头键尺寸表（扁头锥轴键和键槽尺寸）

<标题>宽度
b 公差（h8） 高度
小时 公差（h11） 头高
小时₁ 倒角或半径
c 或 r 基本 限制 基本 限制 44−0.01840−0.075100.16–0.2555−0.01850−0.0751266−0.02260−0.0901488−0.02270−0.090160.25−0.401010−0.02780−0.09 0181212−0.02790−0.090201414−0.027100−0.090220.40−0.601616−0.033100−0.110251818−0.033120−0.110282020−0.03314 0−0.110320.60–0.802222−0.033140−0.110362525−0.040160−0.130401.60–2.002828−0.040160−0.130453030−0.046180−0.1 30503232−0.046200−0.130563636−0.046220−0.130634040−0.054250−0.160702.50–3.004545−0.054280−0.16080标准长度L（h14）：
18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、125、140、160、180、200、220、250、280、320、360、 400、450、500

切向键尺寸表（标准切向轴键和键槽尺寸）

<头>轴直径
d 键 键槽深度 键槽宽度 倒角
C 半径
r 厚度
小时 宽度
b (±h11) 轴
t1 集线器
t2 轴
b1 集线器
b2 分钟 最大 分钟 最大 6018−0.0907.07.319.319.60.60.8——6520−0.0908.08.320.120.40.60.8——7022−0.1108.08.321.021。 30.60.8——7525−0.1109.09.323.223.50.60.8——8028−0.09010.010.324.024.40.81.0——8528−0.09010 .010.324.825.20.81.0——9030−0.09010.010.326.727.00.81.0——10032−0.11011.011.428.028.41.01 .2——11036−0.11012.012.431.031.41.01.2——12040014.014.434.635.11.62.01.01.214045016.016.43 7.738.31.62.01.01.216050018.018.442.042.81.62.01.01.220056020.020.449.650.32.02.51.62.0 25063−0.13022.022.459.960.62.53.02.02.531570028.028.472.172.83.04.0——40080−0.16036.036。 493.294.03.04.03.04.0500100−0.22050.050.5125.9126.65.07.0——630140−0.19063.063.5189.0189 .75.07.03.04.0800180080.080.5240.0240.77.09.0——1000200−0.220100.0100.5300.0300.77.09.0——

花键键尺寸表（矩形花键键和键槽尺寸）

<头>轴直径
d 灯光系列 中型系列 规格
N×d×D×B 倒角
c 半径
r d₁分钟 α分钟 规格
N×d×D×B 倒角
c 半径
r d₁分钟 α分钟 116×11×14×30.20.1——136×13×16×3.514.41.0166×16×20×416.61.0186×18×22×50.3 0.219.52.0216×21×25×521.22.0236×23×26×60.20.1223.56×23×28×621.21.2266×2 6×30×624.53.86×26×32×623.61.2286×28×32×726.64.06×28×34×725.81.4326×32×3 6×60.30.230.22.78×32×38×629.41.0368×36×40×734.43.58×36×42×70.40.333.41。 0428×42×46×840.55.08×42×48×839.42.5468×46×50×944.65.78×46×54×942.61.452 8×52×58×1049.64.88×52×60×1048.62.5568×56×62×100.40.353.66.58×56×65×1052 .02.5628×62×68×1259.77.38×62×72×120.50.457.72.47210×72×78×1269.67.310×7 2×82×1267.71.08210×82×98×1279.38.510×82×92×1277.02.99210×92×98×11 0.50.499.69.910×92×102×1487.34.510210×102×108×1699.611.310×102×1 12×160.60.597.76.211210×112×120×16108.810.510×112×125×18106.24.1

轴键材料

作为机械传动中的重要部件，轴关键材料的选择直接关系到机械系统的性能和可靠性。常见的轴键材料如下：

1.碳钢钥匙

碳钢是最常用的轴键材料之一。具有较高的强度和耐磨性，能承受较大的载荷和冲击力。碳钢钥匙是重型机械和需要承受高负载的场景的首选。另外，碳钢的成本相对较低，这也使其具有经济优势。

2.不锈钢钥匙

不锈钢按键在潮湿或腐蚀性环境中表现良好。其优异的耐腐蚀性能使其在恶劣的条件下也能长期保持稳定的性能。虽然不锈钢按键的成本高于碳钢按键，但在需要长期稳定性和耐腐蚀性的应用中，不锈钢按键是更合适的选择。

3.有色金属钥匙

有色金属钥匙，例如铜钥匙或铝钥匙，在某些特定应用中具有优势。例如，在需要导电性的场景中，会使用铜按键，因为铜按键具有良好的导电性。在追求轻量化设计的过程中，铝按键因其较低的密度和重量而受到青睐。

轴键材料等级

1. 45#钢是常用的轴键材料，强度高、耐磨、性价比高。
2. 40Cr钢具有较高的强度和硬度，适合承受高强度的扭矩和摩擦。
3. 42CrMo钢具有高强度和韧性，在承受高强度的同时具有良好的力学性能。
4. 不锈钢具有耐腐蚀、防锈的特性，适用于一些需要在潮湿或腐蚀环境下工作的轴键。
5. 轴键采用橡胶或聚氨酯等材料，需要密封或减震。

轴键材料选择原则

轴键的材料选择应根据传动功率、转速、扭矩、工作环境和使用寿命等因素进行选择。

• 1.强度要求高：轴键通常需要能够承受较大的扭矩，通常采用高强度材料制成，如45#钢、40Cr、42CrMo等。
• 2.耐磨性要求高：轴键需要能够承受高速旋转时的摩擦磨损，因此要求材料的硬度和强度较高，如40Cr。
• 3.耐腐蚀要求高：在潮湿或腐蚀环境下工作的轴键需要能够耐腐蚀，因此通常采用不锈钢制成。
• 4.密封要求高：有些轴键在旋转过程中需要起密封作用，通常由橡胶或聚氨酯等材料制成。

轴键设计（关键因素、公式和计算）

轴键的设计需要综合考虑各种因素，必须使用特定的公式进行计算，以确保键在运行过程中保持良好的工作状态和使用寿命。轴键设计主要涉及尺寸设计和形状设计两个方面。尺寸设计由轴和键槽的尺寸决定，而形状设计则应考虑工作条件、环境和载荷。下面，我们从理论公式、计算步骤、设计要领、重点考虑等角度进行详细讲解，帮助您全面了解轴键的设计。

轴键设计要考虑的关键因素

按键结构设计

1. 载荷分析：首先分析钥匙所承受的载荷类型，包括轴向载荷和扭矩载荷，以确定设计载荷。
2. 材料选择：根据设计载荷、工况条件和成本选择合适的材料。常见材料包括钢、铝和铜。
3. 尺寸设计：根据所选材料和设计载荷，确定钥匙的几何尺寸，包括宽度、高度和长度。
4. 键槽设计：考虑键与配合零件之间的配合，包括键槽的形状、尺寸和间隙。

强度计算

1. 按键载荷分析：根据载荷和结构设计，分析按键上的受力，包括轴向力和剪切力。
2. 应力分析：考虑静态负载和动态负载，计算按键上的应力分布。
3. 变形分析：计算按键在载荷作用下的变形，包括轴向变形和弯曲变形。

强度验证

1. 强度评估：评估计算所得的应力和变形是否满足设计要求和安全系数。
2. 疲劳寿命评估：评估循环载荷下钥匙的疲劳寿命，考虑疲劳裂纹的萌生和扩展。
3. 验证和优化：根据强度和疲劳评估，进行结构验证和优化，确保钥匙在使用过程中安全可靠。

轴键尺寸计算公式

a。当密钥宽度已知时：

深度（h )、高度 (t ）和顶部宽度（b ）可以使用以下公式计算：

• h = d / 2
• t = d / 2
• b = S × d

地点：

• d  =轴直径
• S  =键宽度与轴直径之比，通常在 0.1 到 0.3 之间

b。当关键高度已知时：

宽度、深度和顶部宽度可以计算为：

• b = S × d
• h = 2 × t
• B = S × d + k

地点：

• k  =安全系数，一般在0.1左右

轴键强度公式及计算

键连接是机械系统中扭矩传递的重要方法。他们的设计必须考虑两个核心强度方面：剪切强度和弯曲强度。

弯曲强度公式

当轴运行时，键会承受弯曲载荷。因此，必须考虑按键的抗弯强度。

• 弯矩：
  M = F × b / 2 其中：
  • F  =对按键施力
  • b  =键宽
• 弯曲应力：
  σ_b = 4M / (π × d³) 其中：
  • d  =轴直径
  • π  =3.1416

剪切强度公式

键的剪切强度必须满足工况要求：

• τ = F / (b × h)

地点：

• F  =对按键施力
• b  =键宽
• h  =键高度

强度验证核心公式

剪切强度检查

• τ =F / A ≤ [τ]

地点：

• τ =实际剪应力（MPa）
• F =剪切力 =2 × M / d
• A =剪切面积 =b × l
• [τ] =许用剪应力（MPa）

抗压强度检查

• σ_jy =F / A_jy ≤ [σ_jy]

地点：

• σ_jy =实际压应力（MPa）
• A_jy =压缩面积 =l × (h / 2)
• [σ_jy] =许用压应力（MPa）

计算步骤及案例分析

案例1：现有密钥强度验证

给定：

• 轴直径 d =70 毫米
• 扭矩 M =600 N·m
• 主要尺寸：b =16 毫米，h =10 毫米，l =50 毫米
• 许用应力：[τ] =60 MPa，[σ_jy] =100 MPa

步骤 1：计算剪切力 (F)
F=2×M/d=2×600×1000/70=17142.86N

步骤 2：剪切应力 (τ)
τ =17142.86 / (16 × 50) =21.43 MPa <60 MPa → 通过

步骤 3：压应力 (σ_jy)
σ_jy =17142.86 / (50 × 5) =68.57 MPa <100 MPa → 通过

案例2：最小密钥长度设计

给定：

• 轴直径 d =50 毫米
• 扭矩 M =1600 N·m
• 许用应力：[τ] =80 MPa，[σ_jy] =240 MPa

步骤 1：剪切力 (F)
F =2 × 1600 × 1000 / 50 =64000 N

步骤 2：剪切条件下的键长度
长≥64000/(16×80)=50毫米

步骤 3：压缩条件下的密钥长度
长≥64000/(5×240)≈53.3毫米

最终选型：根据标准系列，选择l=56mm

设计指南和注意事项

密钥类型选择

• 松配合键（例如平键、半圆键）：
  通过侧面传递扭矩；适用于高精度、无轴向力的应用。
• 紧配合键（例如锥度键、切线键）：
  通过顶面和底面的摩擦传递扭矩；适用于精度要求较低的重负载。

密钥长度和集线器长度之间的关系

• 钥匙长度通常比轮毂长度短 5-10 毫米，以避免装配干扰。
• 标准密钥长度应遵循《机械设计手册》中的值（例如 50、56、63、70 毫米等）

公式适用性和争议

对于诸如锥度键之类的紧配合键，不同的手册可能会以不同的方式处理摩擦系数（μ）。
有些公式使用 6μd，而其他公式则使用 bμd。
我们建议遵循权威来源（如程大仙或秦大同版本）的公式，并通过量纲（单位）分析对其进行验证。