第四章 4-1 键连接《机械基础》四川省（对口招生）智能制造类 分层作业

四川省（对口招生）智能制造类《机械基础》 分层作业 模块4 连接｜4-1 键连接｜基础巩固 · 能力提升 · 拓展挑战｜教师版 班级：__________　姓名：__________　任课教师：__________ 【作业说明】 1．本作业按「基础巩固→能力提升→拓展挑战」三个认知层次编写，每个层次均设判断、填空、单选、多选、解答五种题型，每种题型 5 道小题，全卷共 75 题；每层满分 100 分。教师可按学情单独布置某一层，或分层选做，实现差异化作业。 2．命题依据：四川省普通高校对口招生《机械基础》考纲「1.常见机械连接」中关于键连接的条目（键连接的功用与类型、平键与花键的结构特点与选用、键的尺寸选择与强度校核），以及《机械制图》中键连接的规定画法与键的标记要求。参考教材：李世维主编《机械基础》（机械类）第二版、王幼龙主编《机械制图》（机械类）第三版。 3．三层功能定位：基础巩固（A 层）——识记与理解，直接对应考纲原文，掌握各类键的外形、工作面与标记，用于课前预习与课后基础过关；能力提升（B 层）——应用与分析，把键放到齿轮、带轮、减速器等具体连接上考查，含接触长度与挤压应力的计算；拓展挑战（C 层）——综合与迁移，含平键强度的综合校核、双键与花键的选型比较、键槽对轴强度的影响以及滑移连接的分析。 4．全卷有配图的题目共 22 道，图号按全卷顺序编排，与题干中的「图 N」一一对应。 5．题号后带「※」的题目，选自四川省普通高校对口招生全省联合模拟考试（加工制造类）卷及四川省对口招生《机械基础》公开题库中的真题（部分题目按本卷题型要求作了小幅改写）。三个层次、五种题型中每一格都至少含 1 道这样的真题，共 15 道。 6．判断题在题末统一给出一对括号「（　）」，作答时在括号内填「√」或「×」即可。 【分值分布】 层次（题号） 判断题 5×2 分 填空题 5×4 分 单选题 5×3 分 多选题 5×4 分 解答题 5×7 分 合计 一、基础巩固（第 1~25 题） 10 20 15 20 35 100 二、能力提升（第 26~50 题） 10 20 15 20 35 100 三、拓展挑战（第 51~75 题） 10 20 15 20 35 100 一、基础巩固（A 层 · 第 1~25 题） （一）判断题（每题 2 分，共 10 分） 1．※键连接是一种可拆连接，它把轴与轮毂周向固定在一起，并传递转矩。（　） 【答案】√ 解析：键连接装配后轴与轮毂不能相对转动，但可以拆卸而不损坏零件，属于可拆连接。它的功用就是实现轴与轮毂（轴上零件）的周向固定并传递转矩和运动；注意它只能周向固定，不能限制轴向移动。 2．图 1 为轴、键与轮毂装配后的剖面。图中平键的上、下两个表面分别与轴槽、毂槽的底面贴紧，它们就是传递转矩的工作面。（　） 图 1　轴、键与轮毂的装配剖面（剖切） 【答案】× 解析：平键的上、下表面虽然与键槽底面贴紧，但它们并不是工作面。普通平键的工作面是它的两个侧面——靠两侧面与键槽侧面的相互挤压来传递转矩。把工作面说成上、下表面是常见的错误认识（那是楔键的工作面）。 3．某齿轮与轴采用普通平键实现静连接，该处载荷平稳、对中要求较高，这样的连接形式选用得当。（　） 【答案】√ 解析：普通平键结构简单、制造容易、装拆方便、对中性好，适用于载荷平稳、对中要求较高的静连接，是应用最广的一种键连接。若此处对中要求差、又要求传递轴向力，则可考虑楔键，但楔键对中性差，不能用于本例。 4．楔键的上表面和下表面是它的工作面，楔紧以后靠这两个面传递转矩。（　） 【答案】√ 解析：楔键的横截面为矩形，但其上表面制有 1∶100 的斜度。装配时把楔键打入键槽，键的上、下两表面分别与毂槽、轴槽的底面压紧——这两个面就是楔键的工作面；楔紧后靠它们之间的摩擦力传递转矩（注意与平键靠两侧面挤压不同）。 5．普通平键只能把轴与轮毂在周向固定，不能限制轮毂沿轴线的移动。（　） 【答案】√ 解析：普通平键的键槽沿轴向开通，键与轮毂之间没有轴向约束，故只能实现周向固定、传递转矩，不能实现轴向固定。轴上零件的轴向固定要靠轴肩、套筒、圆螺母、弹性挡圈等结构。 （二）填空题（每题 4 分，共 20 分） 6．图 2 画出四种键的外形。其中 B、C、D 三种键依次是____、____和____。 图 2　四种键的外形 【答案】①半圆键　②楔键　③切向键 解析：键连接按结构和承载方式主要分为平键、半圆键、楔键和切向键。平键靠两侧面挤压传力；半圆键安放在轴上半圆形的键槽中，工作面也是两侧面；楔键的上表面有斜度，工作面是上、下两面；切向键由一对楔键组成，工作面是被压紧的窄面，能传递很大的转矩。 7．图 3 中（a）的端部为圆头，（b）的端部为方头。端部为圆头的普通平键称为____型，端部为方头的称为____型。 图 3　普通平键的两种端部形状 【答案】①A　②B 解析：普通平键按端部形状分为三种型式：A 型两端均为圆头，结构紧凑、应用最广；B 型两端为方头，通常用紧定螺钉固定，用于轴的中部；C 型一端为圆头、另一端为方头，用于轴端。圆头即 A 型，方头即 B 型。 8．普通平键是标准件，其标记按「键 b×h×L GB/T 1096」的形式书写。其中 b 表示____，h 表示____，L 表示____。 【答案】①键宽　②键高　③键长 解析：普通平键的标记由名称、尺寸和标准号组成，尺寸的三个数字依次为键宽 b、键高 h和键长 L。例如「键 12×8×50 GB/T 1096」表示键宽 12 mm、键高 8 mm、键长 50 mm的普通平键，GB/T 1096 是普通平键的标准号。 9．※图 4 是平键连接的受力情况。（a）中键的两个侧面与键槽互相压紧，（b）中键沿纵向截面发生相对错动。则（a）中键承受的是____，（b）中键承受的是____。 图 4　平键的受挤压与受剪情况 【答案】①挤压　②剪切 解析：平键靠两侧面与键槽侧面互相压紧来传递转矩，两侧面受到的是挤压作用；如果键的强度不够，还可能沿轴与轮毂的接合面（键的纵向截面）被剪断，该截面上受到的是剪切作用。实际失效统计表明，较弱零件的工作面被压溃是主要失效形式，故平键按挤压强度计算。 10．设计平键连接时，键的截面尺寸 b×h 应根据____从标准中查取，键长 L 一般按____确定。 【答案】①轴的直径　②轮毂长度 解析：b×h 由轴的直径 d 决定：轴径越大，键的截面尺寸也越大。为保证足够的承载面积而又便于装配，键长 L 按轮毂的长度确定，通常取 L 比轮毂长度稍短一些（B 型可取等于轮毂长度）。 （三）单选题（每题 3 分，共 15 分） 11．图 5 中，键安放在轴上的半圆形键槽里，能在槽中摆动以自动适应轮毂键槽底面的斜度，这种键是（ ）。 图 5　轴上带半圆形键槽的键连接 A．普通平键　　B．半圆键　　C．楔键　　D．切向键 【答案】B 解析：半圆键的下部为半圆形，安放在轴上的半圆键槽中，可以绕自身轴线在槽内摆动，从而自动适应轮毂键槽底面的斜度，装配方便。但它的键槽较深，对轴的强度削弱较大，一般只用于载荷较小或轴的锥形端部。图示结构正是半圆键连接。 12．轮毂需要沿轴作不大的轴向滑移时，应选用（ ）。 A．普通平键　　B．楔键　　C．半圆键　　D．导向平键 【答案】D 解析：导向平键用螺钉固定在轴上的键槽内，键较长，轮毂可沿键作轴向滑移，适用于轮毂滑移距离不大的动连接。普通平键不能滑移；楔键楔紧后轴毂偏心、更不能滑移；半圆键也用于静连接。 13．确定平键的键长 L 时，主要依据是（ ）。 A．轴的直径　　B．键的宽度　　C．轮毂的长度　　D．传递转矩的大小 【答案】C 解析：键的截面尺寸 b×h 按轴的直径选取，而键长 L 则按轮毂的长度确定：为便于装配并保证键的两端不被挤压，通常取 L 略小于轮毂长度，B 型键可取得与轮毂等长。 14．楔键的工作面是（ ）。 A．键的两个侧面　　B．键的上、下表面　　C．键的前端面　　D．键的底面 【答案】B 解析：楔键的上表面带有 1∶100 的斜度，装配后与毂槽底面贴紧，下表面与轴槽底面贴紧，这两面就是它的工作面；楔紧后靠工作面上的摩擦力传递转矩。这与平键以两侧面为工作面完全不同。 15．※下列键连接中，轴上零件的对中性最差的是（ ）。 A．平键连接　　B．半圆键连接　　C．花键连接　　D．楔键连接 【答案】D 解析：平键靠两侧面传力、半圆键安放在轴槽中、花键多齿沿周向均布，三者的对中性都好；楔键的上表面有斜度，打入后使轴与轮毂产生偏心，故对中性最差，只宜用于对中要求不高、载荷平稳的低速连接。 （四）多选题（每题 4 分，共 20 分） 16．图 6 为轴与轮毂用键连接的装配示意。关于键连接的功用，下列说法正确的有（ ）。 图 6　轴与轮毂用键连接的装配示意 A．实现轴上零件的周向固定 B．传递转矩 C．实现轴上零件的轴向固定 D．承受轴向载荷 【答案】AB 解析：键连接的功用是把轴与轮毂周向固定、使两者一起转动，从而传递转矩和运动，故 A、B正确。键只能限制周向的相对转动，不能限制轴向移动，也不能承受轴向载荷，故 C、D错误——轴向固定要靠轴肩、套筒、圆螺母等。 17．※下列连接中，属于键连接的有（ ）。 A．平键连接　　B．半圆键连接　　C．楔键连接　　D．螺纹连接 【答案】ABC 解析：键连接按结构分为平键、半圆键、楔键、切向键等，它们都靠键把轴与轮毂周向固定，属于键连接。螺纹连接靠螺纹副传力、属于另一门类，不是键连接。 18．关于普通平键连接，下列说法正确的有（ ）。 A．能实现轴上零件的轴向固定 B．靠两侧面与键槽互相挤压传递转矩 C．适用于轮毂需要沿轴长距离滑移的场合 D．结构简单、装拆方便、对中性好 【答案】BD 解析：普通平键的工作面是两侧面，靠两侧面的挤压传递转矩（B 对）；它结构简单、装拆方便、对中性好（D 对）。平键只能周向固定，不能实现轴向固定（A 错）；轮毂需要滑移时应采用导向平键或滑键，普通平键是静连接（C 错）。 19．关于键的材料和标记，下列说法正确的有（ ）。 A．键常用 45 钢等中碳钢制造 B．标记中只需要写出键长一项 C．「键 12×8×50 GB/T 1096」中的 12 表示键宽 D．该标记中的 50 表示键长 【答案】ACD 解析：键是标准件，常用 45 钢、40Cr 等中碳钢制造并经调质处理（A 对）。标记必须把键宽、键高、键长三项都写出来，只写键长无法加工（B 错）；「键 12×8×50」中 12是键宽、8 是键高、50 是键长（C、D 对）。 20．关于花键连接的特点，下列说法正确的有（ ）。 A．在轴上直接加工出多个键齿，与轮毂上相应的键槽相配 B．承载能力比平键连接高 C．对中性和导向性都较好 D．只能用于轮毂固定不动的静连接 【答案】ABCD 解析：花键连接由轴上多个均布的键齿（外花键）与轮毂上相应的键槽（内花键）相配而成，键齿多、承载面大，故承载能力高于平键（A、B 对）；各齿周向均布，对中性和导向性都好（C 对）；它既可作静连接，也可作轮毂可滑移的动连接，如汽车传动轴上的花键，故 D 的说法成立——本题四项均正确。 （五）解答题（每题 7 分，共 35 分） 21．※键连接有什么功用？普通平键为什么是应用最广的一种键？ 【参考答案】 （1）键连接的功用：把轴与轮毂（轴上零件）周向固定在一起，使两者一起转动，从而传递转矩和运动；它属于可拆连接，装拆方便。但它只能实现周向固定，不能实现轴向固定，也不能承受轴向载荷。 （2）普通平键应用最广的原因：①结构简单、制造容易，键已标准化、价格低；②装拆方便，便于维修更换；③对中性好，不影响轴上零件的定心精度；④工作面是两侧面，靠两侧面的挤压传递转矩，承载能力满足一般静连接的需要。 （3）使用时应注意：平键用于静连接，只能周向固定；轮毂需要沿轴滑移时应改用导向平键或滑键。 解析：记忆要点：键的功用是「周向固定＋传递转矩」，不含轴向固定；普通平键的优点是「简单、方便、对中性好」，这也是它用量最大的原因。 22．半圆键的工作面是哪个面？它有什么特点？一般用在什么场合？ 【参考答案】 （1）工作面：半圆键的下部为半圆形，其工作面是两个侧面，靠两侧面与键槽侧面的挤压传递转矩。 （2）特点：半圆键安放在轴上的半圆键槽中，可以绕自身的轴线在键槽内摆动，因而能自动适应轮毂键槽底面的斜度，装配十分方便；但轴上要铣出较深的半圆键槽，对轴的强度削弱较大。 （3）适用场合：一般只用于载荷较小的连接，特别是轴的锥形端部与轮毂的连接，以及需要经常装拆、对中要求一般的场合。 解析：半圆键的两个关节点：能摆动（自动适应毂槽底面的斜度）和键槽深（削弱轴），前者是优点、后者是缺点，由此决定它只能用于轻载。 23．图 7 为楔键连接的装配剖面。请回答下列各题： （1）楔键的工作面是哪两个面？ （2）楔键靠什么传递转矩？ （3）为什么楔键还能传递单向轴向力？使用中应注意什么？ 图 7　楔键连接的装配剖面 【参考答案】 （1）楔键的工作面是它的上表面和下表面：上表面制有 1∶100 的斜度，装配后与轮毂键槽的底面压紧，下表面与轴上键槽的底面压紧。 （2）装配时把楔键打入键槽，键被楔紧，上、下工作面与键槽底面之间产生很大的正压力，楔键就靠这两个工作面上产生的摩擦力（以及键本身的挤压）传递转矩。 （3）因为楔键的上表面带有斜度，打入后除了产生径向的楔紧力外，还会产生轴向的分力，所以它能传递单向的轴向力（单向载荷）。 使用中应注意：楔紧后轴与轮毂会产生偏心，对中性差；反向的轴向力会使键松开，故只宜用于对中要求不高、载荷平稳、单向工作的低速连接。 解析：楔键与平键的三个区别要记牢：工作面不同（上下面 / 两侧面）、传力方式不同（摩擦力 / 侧面挤压）、对中性不同（差 / 好）；楔键的唯一优势是能传递单向轴向力。 24．图 8 标出了平键连接的主要尺寸。请回答下列各题： （1）键的截面尺寸 b×h 是怎样确定的？ （2）键长 L 是怎样确定的？ （3）写出普通平键标记的格式，并说明「键 12×8×50 GB/T 1096」中各部分的意义。 图 8　平键的尺寸标注（b、h、L） 【参考答案】 （1）键的截面尺寸 b×h 按轴的直径 d 确定：轴径越大，键的截面尺寸也越大。设计时根据轴径 d 从国家标准（GB/T 1096）中查取相应的 b 和 h，使键的强度与轴径相匹配。 （2）键长 L 按轮毂的长度确定。为便于装配并避免键的端部被挤压，通常取 L 略小于轮毂的长度；轮毂很长时可取 L 等于轮毂长度。 （3）普通平键的标记格式为「键 b×h×L GB/T 1096」。其中 12 表示键宽 b=12 mm，8 表示键高 h=8 mm，50 表示键长 L=50 mm，GB/T 1096 是普通平键的标准号。 解析：「截面看轴径、长度看轮毂」是平键尺寸选择的口诀。标记的三个数字顺序永远是「宽×高×长」，切勿与螺纹标记的「直径×螺距」混淆。 25．什么是花键连接？与平键连接相比，它有哪些特点？ 【参考答案】 （1）花键连接是在轴上直接加工出多个均布的键齿（外花键），与轮毂上相应的键槽（内花键）相配而构成的连接，它同样用于轴与轮毂的周向固定并传递转矩。 （2）与平键连接相比的特点：①键齿多、接触面积大，且各齿同时受力，承载能力比单键高得多；②各键齿沿周向均布，轴上零件的对中性和沿轴向的导向性都好，特别适用于轮毂需要滑移的场合；③键齿较浅、齿根过渡平缓，应力集中小，对轴的强度削弱比平键键槽小；④需要专用设备和刀具加工，成本较高。 （3）因此花键常用于载荷较大、同轴度要求较高或需要滑移的动、静连接，如汽车、机床的传动轴与齿轮、带轮的连接。 解析：花键的三个卖点：承载大（齿多）、对中好（周向均布）、削弱小（齿浅）；代价是加工成本高。它与平键的取舍就是「性能与成本」的权衡。 二、能力提升（B 层 · 第 26~50 题） （一）判断题（每题 2 分，共 10 分） 26．※图 9 所示减速器中，齿轮与轴的中心部位采用普通平键实现周向固定，该处载荷平稳、对中要求较高，这样的选用是合理的。（　） 图 9　齿轮与轴中部的键连接 【答案】√ 解析：齿轮位于轴的中部，键槽开在轴的中段，两端为方头的 B 型平键更便于用紧定螺钉防松，也可用 A 型平键；普通平键对中性好、装拆方便，适合本例载荷平稳、对中要求较高的静连接。 27．图 10 中，键用螺钉固定在轴上的长键槽里，轮毂可以沿键作轴向滑移，这种键称为导向平键。（　） 图 10　导向平键（键用螺钉固定在轴上） 【答案】√ 解析：导向平键是较长的平键，用螺钉固定在轴上的键槽内，轮毂可沿键作轴向滑移，用于轮毂滑移距离不大的动连接。它的主要失效形式是工作面的过度磨损，故按压强校核。若滑移距离较大，则应改用滑键。 28．切向键由一对楔键组成，装配后以压紧在轴与轮毂之间的一个窄面为工作面，能够传递很大的转矩。（　） 【答案】√ 解析：切向键由两个斜度相同的楔键组成，装配时两个键分别从轮毂的两端打入、相互楔紧，工作面是压紧在轴与轮毂之间的那个窄面。它承载能力大，常用于重型机械中传递很大转矩的连接。 29．当轮毂需要沿轴作较大距离的轴向滑移时，宜采用导向平键。（　） 【答案】× 解析：导向平键适用于轮毂滑移距离不大的场合。轮毂滑移距离较大时，若用导向平键，键就要做得很长，既浪费材料又难以加工，此时应改用滑键——滑键固定在轮毂上、随轮毂一起沿轴上较长的键槽滑动。 30．一般的平键连接只需校核挤压强度，不必再校核剪切强度。（　） 【答案】√ 解析：平键连接的失效形式有两种：较弱零件的工作面被压溃和键被剪断。统计表明，压溃是主要形式，因此平键连接（静连接）按挤压强度计算；只有当键受到冲击、键的材料强度明显低于被连接件时才补充校核剪切强度，一般情况不必校核。 （二）填空题（每题 4 分，共 20 分） 31．导向平键适用于轮毂滑移距离不大的场合；当滑移距离较大时，应改用____，它固定在____上并随其一起沿轴上较长的键槽滑动。 【答案】①滑键　②轮毂 解析：导向平键固定在轴上、轮毂沿键滑动；滑键则固定在轮毂上、随轮毂一起沿轴上的长键槽滑动。两者的根本区别在于键固定在哪个零件上，这也决定了滑键适用于轮毂滑移距离较大的场合——键的长度不必随滑移距离增大而加长。 32．图 11 为平键受挤压时的工作情况。计算挤压应力时，键的工作高度应取____；A 型（圆头）平键与轮毂键槽的接触长度 l 应取____（用键长 L 和键宽 b 表示）。 图 11　平键的工作高度与接触长度 【答案】①h/2　②L-b 解析：平键装入后，键高 h 在轴与轮毂之间大致各占一半，故挤压计算的工作高度取 h/2；A 型平键两端为圆头，圆头部分不能承载，接触长度应取 l=L−b。B 型（方头）键两端为方头，可取 l=L。故挤压强度的计算公式为 σp=4T/(d·h·l)。 33．许用挤压应力 [σp] 的数值与____的性质以及键、轴、轮毂的材料有关；载荷平稳时，可取较____的值。 【答案】①载荷　②大 解析：许用挤压应力与键和被连接件的材料、热处理以及载荷性质有关。载荷平稳（静载）时取较大值，有冲击、变载时取较小值；材料强度高、表面硬度高时也可取较大值。取值时可查有关手册。 34．※轮毂可沿键滑动的导向平键，主要失效形式是工作面的过度磨损，因此应按____强度进行校核，校核式为 p=4T/(d·h·l)≤____。 【答案】①压强　②[p] 解析：导向平键与普通平键的工况不同：轮毂要沿键滑动，工作面会产生磨损。磨损与单位面积上的压力（压强）有关，故按压强校核 p=4T/(d·h·l)≤[p]，其中 [p] 为许用压强（许用比压）；而普通平键按挤压强度校核 σp≤[σp]。 35．同一轴段上用一个平键的强度不够时，可在相隔 180° 的位置再装一个键，即采用____；更好的办法是改用____连接。 【答案】①两个键（双键）　②花键 解析：当单键强度不足而轴径又不能加大时，可在同一轴段上相隔 180° 布置两个平键，但两个键的载荷分配不均匀，计算时通常只按 1.5 个键考虑；更合理的办法是改用花键连接，用多个键齿共同承载，既提高了承载能力，又改善了对中性。 （三）单选题（每题 3 分，共 15 分） 36．某轴端安装带轮，要求对中性好、能承受一定冲击并需经常拆装，最适宜的键是（ ）。 A．A 型普通平键　　B．C 型普通平键　　C．切向键　　D．楔键 【答案】B 解析：该处位于轴端，应选用一端圆头、一端方头的 C 型普通平键，装配时从轴端套入，装拆方便且对中性好。A 型两端圆头通常用于轴的中部；切向键用于传递很大转矩的重载；楔键对中性差，不适合对中要求高的带轮。 37．图 12 为轴上键槽的加工示意。图中轴上键槽所用的加工方法是（ ）。 图 12　轴上键槽的加工 A．用插刀插削　　B．用键槽铣刀铣削　　C．用钻头钻制　　D．用砂轮磨削 【答案】B 解析：轴上的键槽用键槽铣刀（或盘形铣刀）在铣床上铣削而成，键槽两侧面为工作面、要求与键宽配合；轮毂上的键槽则用插刀在插床上插削。两者加工方法不同，故键宽相同而配合性质相反。 38．※某平键连接中，轴径 d=40 mm，键高 h=8 mm，键与轮毂键槽的接触长度 l=40 mm，传递转矩 T=200 N·m。按 σp=4T/(d·h·l) 计算，该键的挤压应力约为（ ）。 A．62.5 MPa　　B．31.3 MPa　　C．125 MPa　　D．250 MPa 【答案】A 解析：σp=4T/(d·h·l)=4×200×10³/(40×8×40)=800000/12800=62.5 MPa。31.3 MPa 是漏乘 4（即误按 2T/(d·h·l)）的结果；125 MPa 是按 8T/(d·h·l) 计算的结果；250 MPa 则既漏了 4 又把 h 少算一半，量级明显偏大。 39．平键连接最主要的失效形式是（ ）。 A．键被剪断 B．键被拉断 C．较弱的零件工作面被压溃 D．键发生过大的弯曲变形 【答案】C 解析：平键连接中，键的强度通常高于被连接件（要求键的材料强度低于轴和轮毂），因此常见的最主要失效形式是较弱零件的工作面被压溃（产生塑性变形），所以按挤压强度校核。只有在冲击载荷或键的材料强度过低时，键才会被剪断。 40．图 13 为两种花键的端面形状，其中（a）为矩形花键。矩形花键的定心方式是（ ）。 图 13　两种花键的端面形状 A．大径定心　　B．键侧定心　　C．端面定心　　D．小径定心 【答案】D 解析：矩形花键的齿廓为直线，国标规定采用小径定心。小径定心时轴上零件由花键的小径与轮毂孔的配合保证对中，定心精度高、热处理后仍能保持配合性质，故应用最广。 （四）多选题（每题 4 分，共 20 分） 41．下列场合中，宜选用普通平键的有（ ）。 A．载荷平稳、对中要求较高的齿轮与轴的静连接 B．需要经常拆装、对中要求较高的带轮与轴的连接 C．轮毂需要沿轴作长距离滑移的场合 D．需要传递单向轴向力的连接 【答案】AB 解析：普通平键用于静连接，对中性好、装拆方便，适合载荷平稳、对中要求较高的齿轮、带轮与轴的连接（A、B 对）。轮毂需长距离滑移时应选滑键（C 错）；需要传递单向轴向力是楔键的特点（D 错）。 42．图 14 中，（a）的键用螺钉固定在轴上，（b）的键固定在轮毂上。关于这两种键连接，下列说法正确的有（ ）。 图 14　两种可滑移的键连接 A．（a）中的键称为导向平键 B．（b）中的键称为滑键 C．两种键都适用于轮毂滑移距离很大的场合 D．（b）所示的连接更适用于滑移距离较大的场合 【答案】ABD 解析：（a）的键固定在轴上、轮毂沿键滑移，称为导向平键；（b）的键固定在轮毂上、随轮毂沿轴上的长键槽滑动，称为滑键（A、B 对）。导向平键只适用于滑移距离不大的场合，滑移距离大时键会做得过长而难以加工（C 错、D 对）。 43．图 15 为楔键打入轮毂键槽的示意。关于楔键连接的特点，下列说法正确的有（ ）。 图 15　楔键打入轮毂键槽 A．工作面是上、下两个表面 B．对中性好，适用于高速传动 C．楔紧后靠摩擦力传递转矩，并能传递单向轴向力 D．常用于对中要求不高、载荷平稳的低速连接 【答案】ACD 解析：楔键以带斜度的上表面和与之对应的下表面为工作面，靠楔紧后的摩擦力传递转矩，并能传递单向轴向力（A、C 对）。楔紧后轴与轮毂产生偏心，对中性差，故不能用于高速传动（B 错），只宜用于对中要求不高、载荷平稳的低速连接（D 对）。 44．※切向键由一对楔键组成，装配后相互楔紧。关于它的结构与用途，下列说法正确的有（ ）。 A．由两个楔键组成，装配后相互楔紧成为一个整体 B．工作面是键的两个侧面 C．能传递很大的转矩 D．常用于传递转矩较大的重型机械中 【答案】ACD 解析：切向键由两个斜度相同的楔键组成，从轮毂两端分别打入后相互楔紧（A 对）；它的工作面是被压紧在轴与轮毂之间的那个窄面，而不是两个侧面（B 错）；由于工作面的挤压面积大、又能产生附加压紧力，故能传递很大的转矩（C 对），常用于重型机械（D 对）。 45．关于平键连接许用挤压应力 [σp] 的选取，下列说法正确的有（ ）。 A．[σp] 与键的长度有关 B．载荷平稳时 [σp] 可取较大值 C．有冲击载荷时应取较小值 D．[σp] 与键、轴和轮毂的材料有关 【答案】BCD 解析：[σp] 是材料的许用值，与载荷性质（平稳取大、有冲击取小）以及键、轴、轮毂的材料和热处理有关（B、C、D 对）。它与键的具体长度无关——键长是几何尺寸，由轮毂长度决定，不影响许用应力的取值（A 错）。 （五）解答题（每题 7 分，共 35 分） 46．导向平键与滑键在结构和适用场合上有什么不同？ 【参考答案】 （1）结构上的不同： 导向平键较长，用螺钉固定在轴上的键槽内，键本身不动，轮毂可沿键作轴向滑移； 滑键则固定在轮毂上，键较短，装配后轮毂带着键一起沿轴上较长的键槽滑动。 （2）适用场合上的不同： 两者都用于轮毂能沿轴滑移的动连接，但导向平键只适用于轮毂滑移距离不大的场合；当滑移距离较大时，若仍用导向平键，键就要做得很长，既费材料又难加工，此时应改用滑键——键随轮毂移动，轴上的键槽虽长但加工方便。 （3）两者的强度校核准则相同：因为轮毂都要沿键滑动、工作面会磨损，故都按压强校核 p=4T/(d·h·l)≤[p]。 解析：两者最本质的差别是「键固定在谁身上」：固定在轴上→导向平键；固定在轮毂上→滑键。由此推出导向平键适合小滑移量、滑键适合大滑移量。 47．图 16 为齿轮与轴用平键连接的轴向剖视。已知轴径 d=45 mm，A 型平键的尺寸b×h×L=14 mm×9 mm×70 mm，传递转矩 T=400 N·m，键与轮毂键槽的许用挤压应力 [σp]=100 MPa。请回答下列各题： （1）计算键所传递的圆周力 F； （2）计算键的接触长度 l 和挤压应力 σp； （3）校核该键的挤压强度。 图 16　齿轮与轴用平键连接的轴向剖视 【参考答案】 （1）键所传递的圆周力由转矩与轴径的关系求得： F=2T/d=2×400×10³/45≈17777.8（N），即约 17.8 kN。 （2）A 型（圆头）平键的接触长度 l=L−b=70−14=56（mm）； 挤压应力 σp=4T/(d·h·l)=4×400×10³/(45×9×56)≈70.5（MPa）。 （3）因为 σp=70.5 MPa＜[σp]=100 MPa，满足挤压强度条件 σp≤[σp]，所以该键的挤压强度足够。 解析：平键连接的强度计算要点：①键传递的圆周力 F=2T/d；②A 型键的接触长度按 L−b计算（B 型按 L）；③挤压应力 σp=4T/(d·h·l)，也可写为 σp=F/(h/2·l)，两条路径结果一致。本题结果表明该键的强度尚有余量。 48．※某设备上的平键标记为「键 18×11×100 GB/T 1096」。请说明该标记各部分的意义，并指出键应选用什么材料、为什么要求键的材料强度低于轴和轮毂。 【参考答案】 （1）标记的意义：18 表示键宽 b=18 mm，11 表示键高 h=11 mm，100 表示键长 L=100 mm，GB/T 1096 是普通平键的国家标准号。即这是一条 b=18 mm、h=11 mm、L=100 mm 的普通平键。 （2）材料：键是标准件，常用 45 钢、40Cr 等优质中碳钢制造，并经调质处理，以获得较好的综合力学性能。 （3）要求键的材料强度（硬度）适当低于轴和轮毂的原因：键连接的失效应尽量发生在键上——键被压溃后只需更换一条价格低廉的键；若键比轴和轮毂还硬，压溃就会发生在轴或轮毂的键槽上，修复轴或轮毂十分困难，甚至导致整个零件报废。 解析：「标记识读 + 选材 + 为什么」是常见的组合考法。第三条的落点是「失效部位的可修复性」：让易损件（键）先失效，保护贵重件（轴、轮毂）。 49．花键连接分为哪两类？各有什么特点？分别适用于什么场合？ 【参考答案】 花键连接按齿形不同分为矩形花键和渐开线花键两类。 （1）矩形花键：齿廓为直线，加工方便，可以采用专用滚刀或铣刀加工；国标规定采用小径定心，定心精度高、热处理后仍能保持配合性质，是应用最广的一类花键。适用于一般载荷、对中要求较高的连接。 （2）渐开线花键：齿廓为渐开线，齿根较厚、强度高，承载能力比矩形花键大，定心精度和自动定心性能好；但需要专用的渐开线刀具加工。适用于载荷较大、对中精度要求高以及尺寸受限制的场合，如汽车、航空等机械的传动连接。 两类花键都靠各键齿的侧面传力，都具有承载能力高、对中性好、导向性好、对轴削弱小的共同优点，广泛用于齿轮、带轮、联轴器与轴的连接。 解析：分类记「矩形 / 渐开线」，矩形花键的关键词是「小径定心、应用最广」，渐开线花键的关键词是「齿根强度高、定心精度高、载荷大」。 50．导向平键的强度校核与普通平键有什么不同？当键的强度不足时可以采取哪些措施？ 【参考答案】 （1）校核准则不同：普通平键用于静连接，主要失效形式是较弱零件的工作面被压溃，因此按挤压强度校核 σp=4T/(d·h·l)≤[σp]；导向平键的轮毂要沿键滑动，工作面的主要失效形式是过度磨损，因此按压强（比压）校核 p=4T/(d·h·l)≤[p]，许用值为许用压强 [p] 而不是许用挤压应力。 （2）强度不足时可采取的措施：①在轮毂长度允许的条件下适当加长键的长度，增大接触面积；②在同一轴段上相隔 180° 再装一个键（双键），考虑到载荷分配不均，按 1.5 个键计算；③改用承载能力更大的花键连接；④在结构允许时适当增大轴径，从而选用更大的键；⑤提高键与键槽的表面质量、合理选材和热处理。 解析：核心区分点是「静连接按挤压、动连接按压强」。提高强度措施按「加长键→双键→改用花键→加大轴径」的顺序记忆，前两条最常用。 三、拓展挑战（C 层 · 第 51~75 题） （一）判断题（每题 2 分，共 10 分） 51．轮毂需要沿轴作长距离的轴向滑移时，采用导向平键比采用滑键更为合适。（　） 【答案】× 解析：恰好相反。导向平键固定在轴上，只适用于轮毂滑移距离不大的场合；滑移距离较大时，若用导向平键，键就必须做得很长，既费材料又难加工，此时应改用滑键——滑键固定在轮毂上，随轮毂沿轴上的长键槽滑动，键的长度不必随滑移距离增大而加长。 52．※楔键连接的对中性较差，楔紧后轴与轮毂还会产生偏心，因此不宜用于转速较高、对中要求严格的场合。（　） 【答案】√ 解析：楔键靠上表面的斜度楔紧传力，打入后轴与轮毂产生偏心，对中性明显不如平键和花键；转速较高时偏心会引起振动和附加动载荷，故不宜采用。它只宜用于对中要求不高、载荷平稳、单向工作的低速连接。 53．图 17 为轴上开有键槽的横截面。轴上开键槽会削弱轴的截面并产生应力集中，因此键槽应尽量布置在轴的最大弯矩截面上。（　） 图 17　轴上开有键槽的横截面 【答案】× 解析：开键槽确实会削弱轴的截面并在键槽的尖角处产生应力集中，使轴的疲劳强度下降。正因如此，键槽应当尽量避开轴的最大弯矩截面（危险截面），而不是布置在那里；必要时可把键槽开在弯矩较小处，或改用花键、加大轴径以补偿削弱。 54．渐开线花键的齿廓为渐开线，齿根较厚、强度高，定心精度也好，常用于载荷较大、同轴度要求较高的连接。（　） 【答案】√ 解析：渐开线花键的齿根较矩形花键厚，强度高、承载能力大；渐开线齿廓具有自动定心作用，定心精度高。因此它适用于载荷较大、对中精度要求高或尺寸受限的场合，如汽车、航空机械中的传动连接。 55．当单键的挤压强度不足时，把键的宽度 b 加大一些是最简便有效的办法。（　） 【答案】× 解析：键的宽度 b 是按轴的直径从标准中查取的，不能随意加大——b 受轴径限制，加宽键宽必然要加深、加宽轴上的键槽，反而会削弱轴。强度不足时应采取：适当加长键的长度、在同一轴段相隔 180° 布置两个键，或改用花键连接。 （二）填空题（每题 4 分，共 20 分） 56．平键连接的挤压强度条件式 σp=4T/(d·h·l)≤[σp] 中，T 表示键所传递的____；[σp] 表示键、轴、轮毂三者中较弱材料的____。 【答案】①转矩　②许用挤压应力 解析：式中 T 是键所传递的转矩；d 为轴径，h 为键高，l 为键与轮毂键槽的接触长度。[σp] 是许用挤压应力，其取值与键、轴、轮毂中较弱材料的力学性能有关，并随载荷性质而变化：载荷平稳时取较大值，有冲击、变载时取较小值。 57．※导向平键的校核式为 p=4T/(d·h·l)≤[p]，式中 p 表示工作面的____，其单位是____。 【答案】①压强　②MPa 解析：导向平键的轮毂要沿键滑动，主要失效形式是工作面磨损，故按压强校核。p 表示的是工作面上的压强（比压），单位与应力相同，为 MPa（N/mm²）；[p] 为许用压强。 58．除键连接外，实现轴与轮毂周向固定的方法还有____连接和____配合等。 【答案】①销　②过盈 解析：实现轴与轮毂周向固定的方法很多：键连接、花键连接、销连接、过盈配合、成形连接（如多边形轴）等。销连接与键连接一样属于可拆连接，过盈配合则靠配合面间的弹性变形产生的压力传力，一般用于不可拆或很少装拆的场合。 59．图 18 分别画出轴上键槽和轮毂上键槽的剖面。轴槽深度 t 的标注基准是____，轮毂槽深度 t1 的标注基准是____。 图 18　轴上键槽与轮毂键槽的剖面 【答案】①轴的圆柱表面　②轮毂孔的表面 解析：键槽深度的标注基准不同：轴槽深度 t 以轴的圆柱表面（下母线）为基准，常标注成 d−t 的形式；轮毂槽深度 t1 以轮毂孔的表面为基准，常标注成 d+t1 的形式。这样标注便于测量和加工，也避免因基准不同而产生误差。 60．同一轴段上单键的强度不足时，可改用____连接；平键连接的主要失效形式是工作面被____。 【答案】①花键　②压溃 解析：单键强度不足时，可加长键、采用双键布置，或改用花键连接——花键多齿同时承载，承载能力大得多。平键连接的主要失效形式是较弱零件的工作面被压溃（产生塑性变形），严重时键被剪断，故按挤压强度校核。 （三）单选题（每题 3 分，共 15 分） 61．图 19 为平键连接的端面剖视。已知轴径 d=50 mm，A 型平键的尺寸 b×h=14 mm×9 mm，键长 L=63 mm，传递转矩 T=300 N·m。该键的挤压应力 σp 约为（ ）。 图 19　平键连接的端面剖视 A．42.3 MPa　　B．54.4 MPa　　C．84.7 MPa　　D．108.9 MPa 【答案】B 解析：A 型键的接触长度 l=L−b=63−14=49 mm。σp=4T/(d·h·l)=4×300×10³/(50×9×49)=1200000/22050≈54.4 MPa。42.3 MPa 是把接触长度误取为 L=63 mm 计算的（未减去键宽 b）；84.7 MPa 是按 2T/(d·h·l) 计算出再乘 2 的错算；108.9 MPa 是漏掉了接触长度中的 4/2 关系，量级偏大。 62．下列实现轴与轮毂周向固定的方式中，承载能力最高、对中性与导向性最好的是（ ）。 A．普通平键连接　　B．楔键连接　　C．花键连接　　D．紧定螺钉连接 【答案】C 解析：花键靠沿周向均布的多个键齿同时传力，承载能力比单键高得多，且各齿均布使对中性和轴向导向性都最好（C 对）。普通平键承载能力有限；楔键对中性差；紧定螺钉只用于固定相对位置、传递很小的载荷。 63．图 20 为矩形花键与渐开线花键的齿形剖面。与矩形花键相比，渐开线花键的突出优点是（ ）。 图 20　两种花键的齿形 A．齿根强度高、定心精度好 B．结构简单、加工方便 C．对轴的削弱最小 D．能传递单向轴向力 【答案】A 解析：渐开线花键的齿廓为渐开线，齿根比矩形花键厚，齿根强度高、承载能力大，且具有自动定心作用，定心精度好（A 对）。结构简单、加工方便是矩形花键的优点（B 错）；传递单向轴向力是楔键的特点，与花键无关（D 错）。 64．※某重载轴上平键的挤压强度不足，在轴径不能改变的条件下，最合理的改进措施是（ ）。 A．增大键的宽度 b B．增大键的高度 h C．适当加长键的长度或在同一轴段相隔 180° 再装一个键 D．缩短键长以减小接触面积 【答案】C 解析：键的截面尺寸 b×h 由轴径决定，不能随意加大——加大键宽必然要加宽轴上的键槽，反而削弱轴（A、B 错）。在轴径不变时，应通过增大接触面积来提高承载能力：在轮毂长度允许的范围内适当加长键，或在同一轴段相隔 180° 布置两个键，也可改用花键（C 对）。缩短键长只会增大挤压应力（D 错）。 65．楔键连接最主要的缺点是（ ）。 A．不能传递转矩 B．对中性差，楔紧后轴上零件产生偏心 C．不能承受任何冲击载荷 D．结构复杂、装拆困难 【答案】B 解析：楔键打入后使轴与轮毂产生偏心，对中性差，这是它最主要的缺点，也是它不用于高速和对中要求高的场合的原因（B 对）。楔键能传递转矩（A 错）；它结构简单、装拆也不困难（D 错）；「不能承受任何冲击载荷」的说法不成立（C 错）。 （四）多选题（每题 4 分，共 20 分） 66．关于键连接的选用和提高键连接强度的措施，下列说法正确的有（ ）。 A．轮毂滑移距离大时宜用导向平键 B．轮毂滑移距离大时宜用滑键 C．单键强度不足时可在相隔 180° 的位置再装一个键 D．把键的宽度 b 加大一些是提高键连接强度最有效的办法 【答案】BC 解析：滑移距离大时应选用滑键（B 对、A 错）。单键强度不足时可在同一轴段相隔 180°布置两个键（C 对）。键宽 b 由轴径决定，不能随意加大，否则要加宽轴上的键槽、削弱轴，故 D 错。 67．综合比较花键连接、楔键连接与过盈配合，下列说法正确的有（ ）。 A．花键连接的承载能力比平键连接高 B．花键连接的对中性比楔键连接好 C．过盈配合也能实现轴与轮毂的周向固定 D．花键连接只能用于轮毂固定不动的静连接 【答案】ABC 解析：花键多齿承载，承载能力高于平键（A 对）；各齿周向均布，对中性优于靠楔紧传力的楔键（B 对）；过盈配合、销连接同样能实现周向固定（C 对）。花键既可用于静连接，也可用于轮毂可滑移的动连接（如汽车传动轴），故 D 错。 68．※关于键连接的强度校核和花键的定心，下列说法正确的有（ ）。 A．普通平键按挤压强度校核 B．导向平键按压强校核 C．平键连接必须同时校核剪切强度 D．矩形花键以小径定心 【答案】ABD 解析：普通平键为静连接、按挤压强度校核（A 对）；导向平键的轮毂沿键滑动、按压强校核（B 对）；矩形花键国标规定小径定心（D 对）。平键连接的主要失效形式是工作面压溃，通常只需校核挤压强度，剪切校核只在冲击载荷或键的材料强度明显偏低时才补充进行，并非「必须」（C 错）。 69．关于键槽和键连接的失效，下列说法正确的有（ ）。 A．轴上开键槽会削弱轴的截面并产生应力集中 B．平键连接的主要失效形式是工作面被压溃 C．键槽应尽量布置在轴的最大弯矩截面上 D．标注轴槽深度 t 时以轴的圆柱表面为基准 【答案】ABD 解析：开键槽减小轴的截面并在尖角处产生应力集中（A 对）；平键连接的主要失效形式是较弱零件的工作面被压溃（B 对）；轴槽深度 t 以轴的圆柱表面为基准、标注成d−t 的形式（D 对）。键槽应尽量避开轴的最大弯矩截面而不是布置在那里（C 错）。 70．综合比较下列连接，说法正确的有（ ）。 A．楔键连接的对中性比平键连接差 B．渐开线花键的齿根强度高于矩形花键 C．花键连接适用于载荷大、同轴度要求高的场合 D．键连接属于可拆连接 【答案】ABCD 解析：楔键靠楔紧传力、装配后产生偏心，对中性不如靠两侧面传力的平键（A 对）；渐开线花键齿根较厚，强度高于矩形花键（B 对）；花键多齿承载、对中性好，适用于载荷大、同轴度要求高的场合（C 对）；键连接可多次装拆而不损坏零件，属于可拆连接（D 对）。 （五）解答题（每题 7 分，共 35 分） 71．※图 21 为齿轮与轴用平键连接的轴向剖视。已知轴径 d=50 mm，传递转矩 T=600 N·m，选用 A 型平键 b=14 mm、h=9 mm、L=80 mm，键与轮毂键槽的许用挤压应力 [σp]=100 MPa。请回答下列各题： （1）b 和 h 是根据什么选定的？ （2）计算键与轮毂键槽的接触长度 l 和挤压应力 σp； （3）校核该键的挤压强度；若强度不足，可采取哪些措施？ 图 21　齿轮与轴用平键连接的轴向剖视 【参考答案】 （1）键的截面尺寸 b×h 按轴的直径 d 选定：d=50 mm 时从国家标准（GB/T 1096）中查得 b=14 mm、h=9 mm，使键的强度与轴径相匹配；键长 L=80 mm 则按轮毂的长度确定。 （2）A 型（圆头）平键的接触长度 l=L−b=80−14=66（mm）； 挤压应力 σp=4T/(d·h·l)=4×600×10³/(50×9×66)=2.4×10⁶/29700≈80.8（MPa）。 （3）因为 σp=80.8 MPa＜[σp]=100 MPa，满足挤压强度条件，该键的挤压强度足够。若强度不足，可采取的措施有：在轮毂长度允许的范围内适当加长键；在同一轴段相隔 180° 布置两个键（按 1.5 个键计算）；改用花键连接；在结构允许时适当增大轴径以选用更大的键。 解析：本题把「尺寸选择—强度校核—改进措施」串成一条完整的计算链：b×h 看轴径、L 看轮毂、l 取 L−b、σp=4T/(d·h·l) 与许用值比较。计算中注意单位统一：T 用 N·mm，d、h、l 用 mm，所得 σp 即为 MPa。 72．某传动装置中，轮毂需要经常沿轴作轴向滑移。请回答下列各题： （1）应选用哪一类键？若滑移距离很大又应如何？ （2）这类键应按什么强度准则校核？其失效形式是什么？ （3）写出其校核式并说明式中各符号的意义。 【参考答案】 （1）轮毂需要经常沿轴滑移，属于动连接，应选用导向平键；若滑移的距离很大，则应改用滑键——滑键固定在轮毂上、随轮毂沿轴上的长键槽滑动，键不必做得很长。 （2）导向平键工作时轮毂沿键滑动，工作面产生磨损，其主要失效形式是工作面的过度磨损，因此应按压强（比压）校核，而不是按挤压强度校核。 （3）校核式为 p=4T/(d·h·l)≤[p]。式中：p 为工作面的压强（MPa）；T 为传递的转矩（N·mm）；d 为轴的直径（mm）；h 为键的高度（mm）；l 为键与轮毂键槽的接触长度（mm，A 型取 L−b）；[p] 为许用压强（MPa）。此外还应保证滑动面有良好的润滑，以减小磨损。 解析：动连接（轮毂可滑移）按压强校核、静连接按挤压强度校核，这是本节最重要的一条区分。滑移距离大→滑键，也是「键固定在谁身上」这一结构差别的直接结论。 73．试从工作面、对中性、承载能力和适用场合四个方面比较平键、楔键和花键连接，并说明实现轴与轮毂周向固定的其他方法。 【参考答案】 （1）普通平键：工作面是两个侧面，靠两侧面的相互挤压传递转矩；对中性好；承载能力一般（受单个键的接触面积限制）；结构简单、装拆方便，用于载荷平稳、对中要求较高的静连接，应用最广。 （2）楔键：工作面是带 1∶100 斜度的上表面和下表面，靠楔紧后的摩擦力传递转矩，并能传递单向轴向力；对中性差（装配后轴与轮毂偏心）；承载能力比平键大一些，但只宜用于对中要求不高、载荷平稳、单向工作的低速连接。 （3）花键：工作面是各个键齿的侧面，靠多齿同时挤压传力；各齿沿周向均布，对中性和轴向导向性都最好；承载能力最高，对轴的削弱也最小；但加工需要专用设备，成本较高。适用于载荷较大、同轴度要求高或需要滑移的动、静连接。 （4）实现周向固定的其他方法：销连接（可拆）、过盈配合（靠配合面间的压力传力，一般不可拆）、成形连接（如多边形轴与孔）等。 解析：比较类解答题按「工作面→对中性→承载能力→适用场合」四要素逐项对照最清楚；三种键的排序可以概括为：花键承载与对中最好但最贵，平键最经济通用，楔键唯一的优势是能传单向轴向力。 74．什么是花键连接？矩形花键与渐开线花键各有什么特点？什么情况下宜用花键代替平键？ 【参考答案】 （1）花键连接：在轴上直接加工出多个均布的键齿（外花键），与轮毂上相应的键槽（内花键）相配而构成的连接，用于轴与轮毂的周向固定并传递转矩。 （2）矩形花键：齿廓为直线，加工方便、可采用通用刀具，国标规定小径定心，定心精度高、热处理后仍能保持配合性质，是应用最广的一类花键，适用于一般载荷、对中要求较高的连接。渐开线花键：齿廓为渐开线，齿根较厚、强度高，承载能力比矩形花键大，具有自动定心作用、定心精度好，但需要专用刀具加工，适用于载荷较大、对中精度要求高和尺寸受限制的场合。 （3）宜用花键代替平键的情况：①传递的转矩较大，用单键（或双键）强度不足；②要求轴上零件对中精度高，或零件需要沿轴经常滑移；③轴径受限制而不能加大、键的尺寸又无法再增大；④轴上键槽削弱过大、影响轴的强度和疲劳寿命时。 解析：「承载大、对中好、削弱小」是花键的三大优势，「加工成本高」是它唯一的短板，因此只有在平键确实满足不了要求时才改用花键。 75．图 22 为某重型设备的轴毂连接部位。该处需要传递很大的转矩，但对中要求不高、也不要求轴上零件滑移。请回答下列各题： （1）宜选用切向键还是花键？说明理由； （2）说明所选键的工作面及传力方式； （3）若该处改为要求对中精度高、并需要滑移，又应如何选择？ 图 22　某重型设备的轴毂连接部位 【参考答案】 （1）宜选用切向键。理由：切向键由一对楔键组成，装配时相互楔紧，工作面是被压紧在轴与轮毂之间的一个窄面，工作面挤压面积大、承载能力强，能传递很大的转矩；其结构紧凑、对中要求不高，正适合本题「重载、对中要求不高、不滑移」的工况。花键虽然承载能力也较高，但加工精度和成本高，用于对中要求不高的重载场合不经济。 （2）切向键的工作面是压紧在轴与轮毂之间的那个窄面：两个楔键从轮毂的两端分别打入，靠工作面与键槽之间的挤压（以及楔紧产生的摩擦力）传递转矩。 （3）若改为要求对中精度高并需要沿轴滑移，则应改用花键连接：花键各齿沿周向均布，对中性和导向性都好，轮毂可沿花键作轴向滑移，适用于载荷较大、同轴度要求高的动连接。 解析：这是一道「按工况选型」的综合题：重载不滑移→切向键；重载且要求对中与滑移→花键。答题的关键是先提炼工况的三个条件（载荷、对中、滑移），再逐条与各类键的特点对应。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 四川省（对口招生）智能制造类《机械基础》 分层作业 模块4 连接｜4-1 键连接｜基础巩固 · 能力提升 · 拓展挑战｜学生版 班级：__________　姓名：__________　任课教师：__________ 【作业说明】 1．本作业按「基础巩固→能力提升→拓展挑战」三个认知层次编写，每个层次均设判断、填空、单选、多选、解答五种题型，每种题型 5 道小题，全卷共 75 题；每层满分 100 分。教师可按学情单独布置某一层，或分层选做，实现差异化作业。 2．命题依据：四川省普通高校对口招生《机械基础》考纲「1.常见机械连接」中关于键连接的条目（键连接的功用与类型、平键与花键的结构特点与选用、键的尺寸选择与强度校核），以及《机械制图》中键连接的规定画法与键的标记要求。参考教材：李世维主编《机械基础》（机械类）第二版、王幼龙主编《机械制图》（机械类）第三版。 3．三层功能定位：基础巩固（A 层）——识记与理解，直接对应考纲原文，掌握各类键的外形、工作面与标记，用于课前预习与课后基础过关；能力提升（B 层）——应用与分析，把键放到齿轮、带轮、减速器等具体连接上考查，含接触长度与挤压应力的计算；拓展挑战（C 层）——综合与迁移，含平键强度的综合校核、双键与花键的选型比较、键槽对轴强度的影响以及滑移连接的分析。 4．全卷有配图的题目共 22 道，图号按全卷顺序编排，与题干中的「图 N」一一对应。 5．题号后带「※」的题目，选自四川省普通高校对口招生全省联合模拟考试（加工制造类）卷及四川省对口招生《机械基础》公开题库中的真题（部分题目按本卷题型要求作了小幅改写）。三个层次、五种题型中每一格都至少含 1 道这样的真题，共 15 道。 6．判断题在题末统一给出一对括号「（　）」，作答时在括号内填「√」或「×」即可。 【分值分布】 层次（题号） 判断题 5×2 分 填空题 5×4 分 单选题 5×3 分 多选题 5×4 分 解答题 5×7 分 合计 一、基础巩固（第 1~25 题） 10 20 15 20 35 100 二、能力提升（第 26~50 题） 10 20 15 20 35 100 三、拓展挑战（第 51~75 题） 10 20 15 20 35 100 一、基础巩固（A 层 · 第 1~25 题） （一）判断题（每题 2 分，共 10 分） 1．※键连接是一种可拆连接，它把轴与轮毂周向固定在一起，并传递转矩。（　） 2．图 1 为轴、键与轮毂装配后的剖面。图中平键的上、下两个表面分别与轴槽、毂槽的底面贴紧，它们就是传递转矩的工作面。（　） 图 1　轴、键与轮毂的装配剖面（剖切） 3．某齿轮与轴采用普通平键实现静连接，该处载荷平稳、对中要求较高，这样的连接形式选用得当。（　） 4．楔键的上表面和下表面是它的工作面，楔紧以后靠这两个面传递转矩。（　） 5．普通平键只能把轴与轮毂在周向固定，不能限制轮毂沿轴线的移动。（　） （二）填空题（每题 4 分，共 20 分） 6．图 2 画出四种键的外形。其中 B、C、D 三种键依次是____、____和____。 图 2　四种键的外形 7．图 3 中（a）的端部为圆头，（b）的端部为方头。端部为圆头的普通平键称为____型，端部为方头的称为____型。 图 3　普通平键的两种端部形状 8．普通平键是标准件，其标记按「键 b×h×L GB/T 1096」的形式书写。其中 b 表示____，h 表示____，L 表示____。 9．※图 4 是平键连接的受力情况。（a）中键的两个侧面与键槽互相压紧，（b）中键沿纵向截面发生相对错动。则（a）中键承受的是____，（b）中键承受的是____。 图 4　平键的受挤压与受剪情况 10．设计平键连接时，键的截面尺寸 b×h 应根据____从标准中查取，键长 L 一般按____确定。 （三）单选题（每题 3 分，共 15 分） 11．图 5 中，键安放在轴上的半圆形键槽里，能在槽中摆动以自动适应轮毂键槽底面的斜度，这种键是（ ）。 图 5　轴上带半圆形键槽的键连接 A．普通平键　　B．半圆键　　C．楔键　　D．切向键 12．轮毂需要沿轴作不大的轴向滑移时，应选用（ ）。 A．普通平键　　B．楔键　　C．半圆键　　D．导向平键 13．确定平键的键长 L 时，主要依据是（ ）。 A．轴的直径　　B．键的宽度　　C．轮毂的长度　　D．传递转矩的大小 14．楔键的工作面是（ ）。 A．键的两个侧面　　B．键的上、下表面　　C．键的前端面　　D．键的底面 15．※下列键连接中，轴上零件的对中性最差的是（ ）。 A．平键连接　　B．半圆键连接　　C．花键连接　　D．楔键连接 （四）多选题（每题 4 分，共 20 分） 16．图 6 为轴与轮毂用键连接的装配示意。关于键连接的功用，下列说法正确的有（ ）。 图 6　轴与轮毂用键连接的装配示意 A．实现轴上零件的周向固定 B．传递转矩 C．实现轴上零件的轴向固定 D．承受轴向载荷 17．※下列连接中，属于键连接的有（ ）。 A．平键连接　　B．半圆键连接　　C．楔键连接　　D．螺纹连接 18．关于普通平键连接，下列说法正确的有（ ）。 A．能实现轴上零件的轴向固定 B．靠两侧面与键槽互相挤压传递转矩 C．适用于轮毂需要沿轴长距离滑移的场合 D．结构简单、装拆方便、对中性好 19．关于键的材料和标记，下列说法正确的有（ ）。 A．键常用 45 钢等中碳钢制造 B．标记中只需要写出键长一项 C．「键 12×8×50 GB/T 1096」中的 12 表示键宽 D．该标记中的 50 表示键长 20．关于花键连接的特点，下列说法正确的有（ ）。 A．在轴上直接加工出多个键齿，与轮毂上相应的键槽相配 B．承载能力比平键连接高 C．对中性和导向性都较好 D．只能用于轮毂固定不动的静连接 （五）解答题（每题 7 分，共 35 分） 21．※键连接有什么功用？普通平键为什么是应用最广的一种键？ 22．半圆键的工作面是哪个面？它有什么特点？一般用在什么场合？ 23．图 7 为楔键连接的装配剖面。请回答下列各题： （1）楔键的工作面是哪两个面？ （2）楔键靠什么传递转矩？ （3）为什么楔键还能传递单向轴向力？使用中应注意什么？ 图 7　楔键连接的装配剖面 24．图 8 标出了平键连接的主要尺寸。请回答下列各题： （1）键的截面尺寸 b×h 是怎样确定的？ （2）键长 L 是怎样确定的？ （3）写出普通平键标记的格式，并说明「键 12×8×50 GB/T 1096」中各部分的意义。 图 8　平键的尺寸标注（b、h、L） 25．什么是花键连接？与平键连接相比，它有哪些特点？ 二、能力提升（B 层 · 第 26~50 题） （一）判断题（每题 2 分，共 10 分） 26．※图 9 所示减速器中，齿轮与轴的中心部位采用普通平键实现周向固定，该处载荷平稳、对中要求较高，这样的选用是合理的。（　） 图 9　齿轮与轴中部的键连接 27．图 10 中，键用螺钉固定在轴上的长键槽里，轮毂可以沿键作轴向滑移，这种键称为导向平键。（　） 图 10　导向平键（键用螺钉固定在轴上） 28．切向键由一对楔键组成，装配后以压紧在轴与轮毂之间的一个窄面为工作面，能够传递很大的转矩。（　） 29．当轮毂需要沿轴作较大距离的轴向滑移时，宜采用导向平键。（　） 30．一般的平键连接只需校核挤压强度，不必再校核剪切强度。（　） （二）填空题（每题 4 分，共 20 分） 31．导向平键适用于轮毂滑移距离不大的场合；当滑移距离较大时，应改用____，它固定在____上并随其一起沿轴上较长的键槽滑动。 32．图 11 为平键受挤压时的工作情况。计算挤压应力时，键的工作高度应取____；A 型（圆头）平键与轮毂键槽的接触长度 l 应取____（用键长 L 和键宽 b 表示）。 图 11　平键的工作高度与接触长度 33．许用挤压应力 [σp] 的数值与____的性质以及键、轴、轮毂的材料有关；载荷平稳时，可取较____的值。 34．※轮毂可沿键滑动的导向平键，主要失效形式是工作面的过度磨损，因此应按____强度进行校核，校核式为 p=4T/(d·h·l)≤____。 35．同一轴段上用一个平键的强度不够时，可在相隔 180° 的位置再装一个键，即采用____；更好的办法是改用____连接。 （三）单选题（每题 3 分，共 15 分） 36．某轴端安装带轮，要求对中性好、能承受一定冲击并需经常拆装，最适宜的键是（ ）。 A．A 型普通平键　　B．C 型普通平键　　C．切向键　　D．楔键 37．图 12 为轴上键槽的加工示意。图中轴上键槽所用的加工方法是（ ）。 图 12　轴上键槽的加工 A．用插刀插削　　B．用键槽铣刀铣削　　C．用钻头钻制　　D．用砂轮磨削 38．※某平键连接中，轴径 d=40 mm，键高 h=8 mm，键与轮毂键槽的接触长度 l=40 mm，传递转矩 T=200 N·m。按 σp=4T/(d·h·l) 计算，该键的挤压应力约为（ ）。 A．62.5 MPa　　B．31.3 MPa　　C．125 MPa　　D．250 MPa 39．平键连接最主要的失效形式是（ ）。 A．键被剪断 B．键被拉断 C．较弱的零件工作面被压溃 D．键发生过大的弯曲变形 40．图 13 为两种花键的端面形状，其中（a）为矩形花键。矩形花键的定心方式是（ ）。 图 13　两种花键的端面形状 A．大径定心　　B．键侧定心　　C．端面定心　　D．小径定心 （四）多选题（每题 4 分，共 20 分） 41．下列场合中，宜选用普通平键的有（ ）。 A．载荷平稳、对中要求较高的齿轮与轴的静连接 B．需要经常拆装、对中要求较高的带轮与轴的连接 C．轮毂需要沿轴作长距离滑移的场合 D．需要传递单向轴向力的连接 42．图 14 中，（a）的键用螺钉固定在轴上，（b）的键固定在轮毂上。关于这两种键连接，下列说法正确的有（ ）。 图 14　两种可滑移的键连接 A．（a）中的键称为导向平键 B．（b）中的键称为滑键 C．两种键都适用于轮毂滑移距离很大的场合 D．（b）所示的连接更适用于滑移距离较大的场合 43．图 15 为楔键打入轮毂键槽的示意。关于楔键连接的特点，下列说法正确的有（ ）。 图 15　楔键打入轮毂键槽 A．工作面是上、下两个表面 B．对中性好，适用于高速传动 C．楔紧后靠摩擦力传递转矩，并能传递单向轴向力 D．常用于对中要求不高、载荷平稳的低速连接 44．※切向键由一对楔键组成，装配后相互楔紧。关于它的结构与用途，下列说法正确的有（ ）。 A．由两个楔键组成，装配后相互楔紧成为一个整体 B．工作面是键的两个侧面 C．能传递很大的转矩 D．常用于传递转矩较大的重型机械中 45．关于平键连接许用挤压应力 [σp] 的选取，下列说法正确的有（ ）。 A．[σp] 与键的长度有关 B．载荷平稳时 [σp] 可取较大值 C．有冲击载荷时应取较小值 D．[σp] 与键、轴和轮毂的材料有关 （五）解答题（每题 7 分，共 35 分） 46．导向平键与滑键在结构和适用场合上有什么不同？ 47．图 16 为齿轮与轴用平键连接的轴向剖视。已知轴径 d=45 mm，A 型平键的尺寸b×h×L=14 mm×9 mm×70 mm，传递转矩 T=400 N·m，键与轮毂键槽的许用挤压应力 [σp]=100 MPa。请回答下列各题： （1）计算键所传递的圆周力 F； （2）计算键的接触长度 l 和挤压应力 σp； （3）校核该键的挤压强度。 图 16　齿轮与轴用平键连接的轴向剖视 48．※某设备上的平键标记为「键 18×11×100 GB/T 1096」。请说明该标记各部分的意义，并指出键应选用什么材料、为什么要求键的材料强度低于轴和轮毂。 49．花键连接分为哪两类？各有什么特点？分别适用于什么场合？ 50．导向平键的强度校核与普通平键有什么不同？当键的强度不足时可以采取哪些措施？ 三、拓展挑战（C 层 · 第 51~75 题） （一）判断题（每题 2 分，共 10 分） 51．轮毂需要沿轴作长距离的轴向滑移时，采用导向平键比采用滑键更为合适。（　） 52．※楔键连接的对中性较差，楔紧后轴与轮毂还会产生偏心，因此不宜用于转速较高、对中要求严格的场合。（　） 53．图 17 为轴上开有键槽的横截面。轴上开键槽会削弱轴的截面并产生应力集中，因此键槽应尽量布置在轴的最大弯矩截面上。（　） 图 17　轴上开有键槽的横截面 54．渐开线花键的齿廓为渐开线，齿根较厚、强度高，定心精度也好，常用于载荷较大、同轴度要求较高的连接。（　） 55．当单键的挤压强度不足时，把键的宽度 b 加大一些是最简便有效的办法。（　） （二）填空题（每题 4 分，共 20 分） 56．平键连接的挤压强度条件式 σp=4T/(d·h·l)≤[σp] 中，T 表示键所传递的____；[σp] 表示键、轴、轮毂三者中较弱材料的____。 57．※导向平键的校核式为 p=4T/(d·h·l)≤[p]，式中 p 表示工作面的____，其单位是____。 58．除键连接外，实现轴与轮毂周向固定的方法还有____连接和____配合等。 59．图 18 分别画出轴上键槽和轮毂上键槽的剖面。轴槽深度 t 的标注基准是____，轮毂槽深度 t1 的标注基准是____。 图 18　轴上键槽与轮毂键槽的剖面 60．同一轴段上单键的强度不足时，可改用____连接；平键连接的主要失效形式是工作面被____。 （三）单选题（每题 3 分，共 15 分） 61．图 19 为平键连接的端面剖视。已知轴径 d=50 mm，A 型平键的尺寸 b×h=14 mm×9 mm，键长 L=63 mm，传递转矩 T=300 N·m。该键的挤压应力 σp 约为（ ）。 图 19　平键连接的端面剖视 A．42.3 MPa　　B．54.4 MPa　　C．84.7 MPa　　D．108.9 MPa 62．下列实现轴与轮毂周向固定的方式中，承载能力最高、对中性与导向性最好的是（ ）。 A．普通平键连接　　B．楔键连接　　C．花键连接　　D．紧定螺钉连接 63．图 20 为矩形花键与渐开线花键的齿形剖面。与矩形花键相比，渐开线花键的突出优点是（ ）。 图 20　两种花键的齿形 A．齿根强度高、定心精度好 B．结构简单、加工方便 C．对轴的削弱最小 D．能传递单向轴向力 64．※某重载轴上平键的挤压强度不足，在轴径不能改变的条件下，最合理的改进措施是（ ）。 A．增大键的宽度 b B．增大键的高度 h C．适当加长键的长度或在同一轴段相隔 180° 再装一个键 D．缩短键长以减小接触面积 65．楔键连接最主要的缺点是（ ）。 A．不能传递转矩 B．对中性差，楔紧后轴上零件产生偏心 C．不能承受任何冲击载荷 D．结构复杂、装拆困难 （四）多选题（每题 4 分，共 20 分） 66．关于键连接的选用和提高键连接强度的措施，下列说法正确的有（ ）。 A．轮毂滑移距离大时宜用导向平键 B．轮毂滑移距离大时宜用滑键 C．单键强度不足时可在相隔 180° 的位置再装一个键 D．把键的宽度 b 加大一些是提高键连接强度最有效的办法 67．综合比较花键连接、楔键连接与过盈配合，下列说法正确的有（ ）。 A．花键连接的承载能力比平键连接高 B．花键连接的对中性比楔键连接好 C．过盈配合也能实现轴与轮毂的周向固定 D．花键连接只能用于轮毂固定不动的静连接 68．※关于键连接的强度校核和花键的定心，下列说法正确的有（ ）。 A．普通平键按挤压强度校核 B．导向平键按压强校核 C．平键连接必须同时校核剪切强度 D．矩形花键以小径定心 69．关于键槽和键连接的失效，下列说法正确的有（ ）。 A．轴上开键槽会削弱轴的截面并产生应力集中 B．平键连接的主要失效形式是工作面被压溃 C．键槽应尽量布置在轴的最大弯矩截面上 D．标注轴槽深度 t 时以轴的圆柱表面为基准 70．综合比较下列连接，说法正确的有（ ）。 A．楔键连接的对中性比平键连接差 B．渐开线花键的齿根强度高于矩形花键 C．花键连接适用于载荷大、同轴度要求高的场合 D．键连接属于可拆连接 （五）解答题（每题 7 分，共 35 分） 71．※图 21 为齿轮与轴用平键连接的轴向剖视。已知轴径 d=50 mm，传递转矩 T=600 N·m，选用 A 型平键 b=14 mm、h=9 mm、L=80 mm，键与轮毂键槽的许用挤压应力 [σp]=100 MPa。请回答下列各题： （1）b 和 h 是根据什么选定的？ （2）计算键与轮毂键槽的接触长度 l 和挤压应力 σp； （3）校核该键的挤压强度；若强度不足，可采取哪些措施？ 图 21　齿轮与轴用平键连接的轴向剖视 72．某传动装置中，轮毂需要经常沿轴作轴向滑移。请回答下列各题： （1）应选用哪一类键？若滑移距离很大又应如何？ （2）这类键应按什么强度准则校核？其失效形式是什么？ （3）写出其校核式并说明式中各符号的意义。 73．试从工作面、对中性、承载能力和适用场合四个方面比较平键、楔键和花键连接，并说明实现轴与轮毂周向固定的其他方法。 74．什么是花键连接？矩形花键与渐开线花键各有什么特点？什么情况下宜用花键代替平键？ 75．图 22 为某重型设备的轴毂连接部位。该处需要传递很大的转矩，但对中要求不高、也不要求轴上零件滑移。请回答下列各题： （1）宜选用切向键还是花键？说明理由； （2）说明所选键的工作面及传力方式； （3）若该处改为要求对中精度高、并需要滑移，又应如何选择？ 图 22　某重型设备的轴毂连接部位 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $