键结合的互换性及其检测

键结合的互换性及其检测第一页，共二十四页，编辑于2023年，星期五第一节键的作用及种类

键连接和花键连接是一种可拆式连接，广泛应用于轴和轴上传动件之间的连接，以传递扭矩，也可用作轴上传动件的导向，如变速箱中变速齿轮花键孔与花键轴的连接。如图7-1所示：

。第二页，共二十四页，编辑于2023年，星期五图7-1

第三页，共二十四页，编辑于2023年，星期五键又称单键，可分为平键、半圆键、切向键和楔形键等几种。如图7-2所示：

第四页，共二十四页，编辑于2023年，星期五

其中平键应用最为广泛，平键的剖面尺寸如图7-3所示：花键分为矩形花键和渐开线花键等。本章只讨论平键和矩形花键的互换性。

第五页，共二十四页，编辑于2023年，星期五二、平键连接的公差带和配合种类

一、平键连接的特点平键连接是通过键的侧面分别与轴槽和轮毂槽的侧面相互接触来传递运动和扭矩的。如图7-3所示：因此，键宽和键槽宽b是决定配合性质的主要互换性参数，是配合尺寸，应规定较小的公差；而键的高度h和长度L以及轴槽深度t和轮毂槽深度t1均为非配合尺寸，应给予较大的公差。键结合的性质表现为与键槽宽的配合，因为键由型钢制成，是标准件，所以键连接采用基轴制配合。在设计平键连接时，当轴径d确定后，根据d就可确定平键的规格参数，见表7—1和表7—2。第六页，共二十四页，编辑于2023年，星期五三、平键连接的形位公差和表面粗糙度的选用及图样标注

为了保证键和键槽的侧面具有足够的接触面积和避免装配困难，国家标准对键和键槽的形位公差作了以下规定：（1）于键槽的实际中心平面在径向产生偏移和轴向产生倾斜，造成了键槽的对称度误差，应分别规定轴槽和轮毂槽对轴线的对称度公差。对称度公差等级按国家标准GB/T1184—1996选取，一般取7~9级。（2）当平键的键长L与键宽b之比大于或等于8时，应规定键宽b的两工作侧面在长度上的平行度要求。当b≤6mm时，公差等级取7级；当b≥8~36mm时，公差等级取6级；当b≥40mm时，公差等级取5级。

第七页，共二十四页，编辑于2023年，星期五二、平键连接的公差带和配合种类国家标准GB1095—1979《平键键和键槽的剖面尺寸》对键宽规定了一种公差带

h9，键宽与键槽宽b的公差带如图7-4所示。对轴和轮毂宽各规定了三种公差带，从而构成三种不同性质的配合。根据不同的使用要求，键与槽宽可以采用不同的配合，分为较松连接、一般连接和较紧连接等三种连接，以满足各种用途的需要。各种配合的配合性质和适用场合见表7—3。

第八页，共二十四页，编辑于2023年，星期五平键连接的非配合尺寸中，轴槽深t和轮毂深t1的公差带由国家标准GB1095—1979规定，见表8—1。键高h的公差带为h11，键长L的公差带为h14，轴槽长度的公差带为H14。为了便于测量，在图样上对轴深t和轮毂槽深t1分别标注尺寸“d-t”和“d+t1”（d为孔和轴的基本尺寸）。三、平键连接的形位公差和表面粗糙度的选用及图样标注为了保证键和键槽的侧面具有足够的接触面积和避免装配困难，国家标准对键和键槽的形位公差作了以下规定：（1）于键槽的实际中心平面在径向产生偏移和轴向产生倾斜，造成了键槽的对称度误差，应分别规定轴槽和轮毂槽对轴线的对称度公差。对称度公差等级按国家标准GB/T1184—1996选取，一般取7~9级。第九页，共二十四页，编辑于2023年，星期五图7-5键和键槽配合面的表面粗糙度参数值Ra一般取1.6~6.3μm，非配合面的Ra值取12.5μm。键槽尺寸和形位公差图样标注如图7—5所示，图7—5a为轴槽，图7—5b为轮毂槽。第十页，共二十四页，编辑于2023年，星期五

四、平键的检测

对于平键连接，需要检测的项目有键宽，轴槽和轮毂槽的宽度、深度及槽的对称度。

1.键和键宽在单件小批量生产时，一般采用通用计量器具（如千分尺、游标卡尺等）测量；在大批量生产时，用极限量规控制，如图7—6a所示。第十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期五

2.轴槽和轮毂槽深在单件小批量生产时，一般用游标卡尺或外径千分尺（d-t），用游标卡尺或内径千分尺测量轮毂尺寸（d+t1）。在大批量生产时，用专用量规，如轮毂槽深度极限量规和轴槽深极限量规，如图7-6b、c所示。

3.键槽对称度在单件小批量生产时，可用分度头、V型块和百分表测量，在大批量生产时一般用综合量规检测，如对称度极限量规，只要量规通过即为合格。如图7-7所示，图7-7a为轮毂槽对称度量规，图7-7b为轴槽对称度量规。第十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期五图7-7

第十三页，共二十四页，编辑于2023年，星期五第三节花键连接的互换性及其检测一、花键连接的特点花键连接是通过花键孔和花键轴作为连接件以传递扭矩和轴向移动的，与平键连接相比，具有定心精度高、导向性好等优点。同时，由于键数目的增加，键与轴连接成一体，轴和轮毂上承受的载荷分布比较均匀，因此可以传递较大的扭矩，连接强度高，连接也更可靠。花键可用作固定连接，也可用作滑动连接，在机械结构中应用较多。二、矩形花键的主要参数和定心方式国家标准GB/T1144—2001《矩形花键尺寸、公差和检验》规定矩形花键的主要参数为大径D、小径d、键宽和键槽宽B，如图8-8所示。第十四页，共二十四页，编辑于2023年，星期五为了便于加工和测量，键数规定为偶数，有6、8、10三种。按承载能力不同，矩形花键可分为中、轻两个系列。中系列的键高尺寸较大，承载能力强；轻系列的键高尺寸较小，承载能力较低。矩形花键的尺寸系列见表7—4。矩形花键连接的结合面有三个，即大径结合面、小径结合面和键侧结合面。要保证三个结合面同时达到高精度的配合是很困难的，也无此必要。因此，为了保证使用性质和改善加工工艺，只要选择其中一个结合面作为主要配合面，对其尺寸规定较高的精度，作为只要配合尺寸，以确定内、外花键的配合性质，并起定心作用。该表面称为定心表面。矩形花键的定心方式有三种：按大径D定心、按小径d定心和按键宽B定心。对于起定心作用的尺寸应要求较高的配合精度，非定心尺寸要求可低一些，但对键宽这一配合尺寸，无论是否起定心作用，都应要求较高的配合精度，因为扭矩是通过键和键槽的侧面传递的。第十五页，共二十四页，编辑于2023年，星期五三、矩形花键的公差与配合1.小径d定心国家标准规定采用小径d定心。由于花键结合面的硬度要求较高，需淬火处理，为了保证定心表面的尺寸精度和形状精度，淬火后需要进行磨削加工。从加工工艺性来看，小径便于用磨削方法进行精加工（内花键小径可以在内圆磨床上磨削，外花键小径可用成形砂轮磨削），因此GB/T1144—2001规定采用小径d定心，对定心小径d采用较小的公差等级；非定心大径D采用较大的公差等级，并且非定心直径表面之间留有较大的间隙，以保证它们不接触，从而可获得更高的定心精度，保证花键的表面质量，有利于提高连接质量。

2.内、外花键的尺寸公差和配合选用矩形花键配合的精度，按其使用要求分为一般用和精密传动两种。精密级用于机床变速箱中，其定心精度要求高或传递扭矩较大；一般级适用于汽车、拖拉机的变速箱中。内、外花键的尺寸公差带和装配形式见表7—5。第十六页，共二十四页，编辑于2023年，星期五从表7—5中可见，定心直径d的公差等级高，要求严。D的公差带在一般情况下，内、外花键取相同的公差等级，这个规定不同于普通光滑孔、轴配合（一般精度较高的情况下，孔比轴低一级）。主要是考虑到矩形花键采用小径定心，使加工难度由内花键转为外花键。但在有些情况下，内花键允许与提高一级的为花键配合，公差带为H7的内花键可以与公差带为f6、g6、h6的外花键配合；公差带为H6的内花键可以与公差带为f5、g5、h5的外花键配合。这主要是考虑矩形花键常用来作为齿轮的基准孔，有可能出现外花键的定心直径公差等级的情况。第十七页，共二十四页，编辑于2023年，星期五矩形花键连接采用基孔制，可以减少加工和检测内花键用花键拉刀和花键量规的规格和数量，并规定了最松的滑动配合、略松的紧滑动配合和较紧的固定配合。此固定配合仍属于光滑圆柱体配合的间隙配合，但由于形位误差的影响，故配合变紧。对于内、外花键之间要求有相对移动，而且移动距离长、移动频率高的情况，应选用配合间隙较大的滑动连接，以保证运动灵活性并使配合面间有足够的润滑油层，如汽车、拖拉机等变速箱中的变速齿轮与轴的连接。对与内、外花键之间虽有相对滑动，但定心精度要求高，传递扭矩大或经常有反向转动的情况，则应选用固定配合。第十八页，共二十四页，编辑于2023年，星期五3.矩形花键的形位公差和表面粗糙度

由于矩形花键连接表面复杂，键长与键宽比值较大，形位误差对花键连接的装配性能和传递扭矩与运动的性能影响很大，是影响连接质量的重要因素，因此必须对其加以控制。国家标准对矩形花键的形位公差作了以下规定：（1）为了保证定心表面的配合性质，内、外花键小径（定心直径）的尺寸公差和形位公差的关系必须采用包容要求。（2）在大批量生产时，采用花键综合量规来检验矩形花键，因此对键宽需要遵守最大实体要求。对键和键槽只需要规定位置度公差，位置度公差见表7—6，图样标注如图7—9所示。第十九页，共二十四页，编辑于2023年，星期五图7-9第二十页，共二十四页，编辑于2023年，星期五（3）在单件、小批量生产时，对键（键槽）宽规定对称度公差和等分度公差，并遵守独立原则，两者同值，对称度公差见表7—7，图样标注如图7—10所示。图7-10第二十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期五（4）对于较大的花键，国家标准未作规定，可根据产品性能，自行规定键（键槽）侧对小径d轴线的平行度公差。大批量生产时，因为键和键槽的位置误差包括其中心平面相对于定心轴线的对称度、等分度及键（键槽）侧面对定心轴线的平行度误差，故可规定位置公差进行综合控制，并采用最大实体原则，用综合量规检验。因此，图样上标注了位置公差就不必再标注对称度公差。单件、小批量生产时，采用单项测量，应规定对称度公差和等分度公差，并遵守独立原则。花键各键（键槽）沿圆周均匀分布为它们的理想位置，允许它们偏离理想位置的最大值的两倍为花键均匀分布度公差值其数值等于花键对称度公差值，故省略不注。通常,键(键槽)侧对轴线的平行度误差包括在对称度公差之内,若花键长度较长,可单独规定键侧对小径轴线的平行度公差。第二十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期五四、矩形花键的检测矩形花键的检测包括尺寸检验和形位误差检验。在单件小批量生产中，花键的尺寸和位置误差用千分尺、游标卡尺、指示表等通用计量器具分别测量。在大批量生产中，内（外）花键用花键综合塞（环）规同时检验内（外）花键的小径、大径、各键槽宽（键宽）、大径