1、第第8章键和花键的互换性与检测章键和花键的互换性与检测 8.1概述概述 8.2平键联结的互换性平键联结的互换性 8.3矩形花键联结的互换性矩形花键联结的互换性8.4键和花键的检测键和花键的检测 8.18.1概概述述 8.1.18.1.1键联结的用途键联结的用途键联结和花键联结是机械产品中普遍应用的结合方式之一，可用作轴和轴上传动件(如齿轮、皮带轮、手轮和联轴节等)之间的可拆联结，以传递扭矩和运动。当轴与传动件之间有轴向相对运动要求时，键联结和花键联结还能起导向作用(如变速箱中变速齿轮花键孔与花键轴的联结)，可使齿轮沿花键轴移动以达到变换速度的目的。8.1.28.1.2键联结的分类键联结的分类
2、1.1.单键联结单键联结 采用单键联结时，在孔和轴上均铣出键槽，再通过单键联结在一起。单键的类型如表81所示。表表81单键的类型单键的类型 单键按其结构形状的不同可分为以下四种：(1)平键，包括普通平键、导向平键和滑键；(2)半圆键；(3)楔键，包括普通楔键和钩头楔键；(4)切向键。2.2.花键联结花键联结花键联结按其键齿形状分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键三种，其结构如图81所示。图81花键联结的种类 与单键联结比较，花键联结有如下优点：(1)键与轴或孔为一个整体，强度高，负荷分布均匀，可传递较大的扭矩。(2）联结可靠，导向精度高，定心性好，易达到较高的同轴度要求。但是，由于花键的加工制
3、造比单键复杂，因此其成本较高。8.2平键联结的互换性平键联结的互换性8.2.1普通平键联结的结构和几何参数普通平键联结的结构和几何参数普通平键联结通过键的侧面与轴键槽和轮毂键槽的侧面相互接触来传递扭矩。键的上表面和轮毂键槽间留有一定的间隙，其结构如图82所示。在其剖面尺寸中，b为键、轴槽和轮毂槽的宽度，t1和t2分别为轴槽和轮毂槽的深度，L和h分别为键的长度和高度，d为轴和轮毂直径。普通平键和键槽的尺寸与极限偏差如表82所示。图82普通平键联结的结构 8.2.28.2.2普通平键的公差与配合普通平键的公差与配合1.1.平键联结的极限与配合平键联结的极限与配合1)配合尺寸的公差带和配合种类普通平
4、键联结中，键宽和键槽宽b是配合尺寸，应规定较严格的公差。因此，键宽和键槽宽联结的精度设计是本节主要研究的问题。键由型钢制成，是标准件，相当于极限与配合中的轴，因此，键宽和键槽宽采用基轴制配合。国家标准GBT10952003平键键槽的剖面尺寸和GBT10962003普通型平键均从GBT18011999极限与配合公差带和配合的选择中选取尺寸公差带。对键宽规定了一种公差带，对轴和轮毂的键槽宽各规定了三种公差带，这样就构成了三组配合，即松联结、正常联结和紧密联结，可满足各种不同用途的需要。普通平键和键槽宽度b的公差带如图83所示，它们的应用如表83所示。图83普通平键和键槽宽度的公差带 表表83普通平
5、键联结的三种配合及其应用普通平键联结的三种配合及其应用 宽度 b 的公差带 配合种类 键 轴键槽 轮毂键槽 应 用 松联结 H9 D10 用于导向平键，轮毂在轴上移动 正常联结 N9 JS9 键在轴键槽中和轮毂键槽中均固定，用于载荷不大的场合 紧密联结 h8 P9 P9 键在轴键槽中和轮毂键槽中均牢固地固定，用于载荷较大、有冲击和双向转矩的场合 2)非配合尺寸的公差带普通平键高度h的公差带一般采用h11；平键长度l的公差带采用h14；轴键槽长度L的公差带采用H14。GBT10952003对轴键槽深度t1和轮毂键槽深度t2的极限偏差作了专门规定，如表82所示。为了便于测量，在图样上对轴键槽深度和
6、轮毂键槽深度分别标注“d-t1”和“d+t2”(此处d为孔、轴的基本尺寸)，其极限偏差分别按t1和t2的极限偏差选取，但“d-t1”的上偏差为零，下偏差取负数。2.2.平键联结的极限配合选用平键联结的极限配合选用平键联结配合主要根据使用要求和应用场合确定其配合种类。对于导向平键应选用松联结，在这种方式中，由于形位误差的影响会使键(h8)与轴槽(H9)的配合实际上为不可动联结，而键与轮毂槽(D10)的配合间隙较大，因此，轮毂可以相对轴移动。对于承受重载荷、冲击载荷或双向扭矩的情况，应选用紧密联结，因为这时键(h8)与键槽(P9)配合较紧，再加上形位误差的影响，其结合紧密、可靠。除了上述两种情况外
7、，对于承受一般载荷，考虑拆装方便，应选用正常联结。3.3.形位公差和表面粗糙度的选用形位公差和表面粗糙度的选用为保证键侧面与键槽侧面之间有足够的接触面积，避免装配困难，应分别规定轴槽和轮毂槽的对称度公差。对称度公差按GBT11841996形状和位置公差确定，一般取79级。对称度公差的公称尺寸是指键宽b。当平键的键长l与键宽b之比大于等于8时，应规定键的两个工作侧面在长度方向上的平行度要求。这时平行度公差也按GBT11841996的规定选取：当b6mm时，公差等级取7级；当b836mm时，公差等级取6级；当b40mm时，公差等级取5级。键槽配合表面的表面粗糙度Ra的上限值一般取1.63.2m，非
8、配合表面取6.3m。4.4.键槽尺寸和公差在图样上的标注键槽尺寸和公差在图样上的标注轴槽和轮毂槽的剖面尺寸、形位公差及表面粗糙度在图样上的标注如图84所示，其中图(a)为轴槽标注示例，图(b)为轮毂槽标注示例。图84键槽标注示例 8.38.3矩形花键联结的互换性矩形花键联结的互换性GBT11442001矩形花键尺寸、公差和检验规定了矩形花键联结的尺寸系列、定心方式、公差与配合、标注方法及检验规则。为了便于加工和测量，矩形花键的键数N为偶数，有6、8、10三种。按承载能力的不同，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，承载能力相对较弱。矩形花键的尺寸
9、系列如表84所示。表84矩形花键基本尺寸系列(摘自GB/T11442001)8.3.18.3.1矩形花键的几何参数和定心方式矩形花键的几何参数和定心方式1.1.矩形花键的几何参数矩形花键的几何参数矩形花键联结的几何参数有大径D、小径d、键数N和键槽宽B，如图85所示，其中图(a)为内花键，图(b)为外花键。图85矩形花键的主要尺寸 2.2.矩形花键的定心方式矩形花键的定心方式花键联结的主要要求是保证内、外花键联结后具有较高的同轴度，并能传递扭矩。矩形花键有大径D、小径d和键(槽)宽B三个主要尺寸参数。若要求这三个尺寸都起定心作用是很困难的，而且也没有必要。定心尺寸应按较高的精度制造，以保证定心
10、精度。非定心尺寸则可按较低的精度制造。由于传递扭矩是通过键和键槽侧面进行的，因此，键和键槽不论是否作为定心尺寸，都要求较高的尺寸精度，并要求保证键侧面与键槽侧面的接触具有均匀性，以及传递一定的扭矩，为此，必须保证具有一定的配合性质。图86矩形花键联结的定心方式 图86所示为矩形花键联结的定心方式。根据定心要求的不同，矩形花键的定心方式可分为三种：按大径D定心，按小径d定心，按键宽B定心。国家标准GBT11442001矩形花键尺寸、公差和检验规定矩形花键用小径定心，因为小径定心有一系列优点。当用大径定心时，内花键定心表面的精度依靠拉刀保证。当内花键定心表面硬度要求高(40HRC以上)时，热处理后
11、的变形难以用拉刀修正；当内花键定心表面粗糙度要求高(Ra0.63m)时，用拉削工艺也难以保证；在单件、小批量生产及大规格花键生产中，内花键也难以采用拉削工艺，因为该加工方法不经济。采用小径定心时，热处理后的变形可用内圆磨修复，而且内圆磨可达到更高的尺寸精度和更高的表面粗糙度要求。因而小径定心的定心精度高，定心稳定性好，使用寿命长，有利于产品质量的提高。外花键小径精度可用成形磨削保证。矩形花键联结以小径定心具有以下优点：(1）有利于提高产品性能、质量和技术水平。小径定心的定心精度高，稳定性好，而且能用磨削的方法消除热处理变形，从而提高了定心直径的制造精度。(2）有利于简化加工工艺，降低生产成本。
12、尤其是对于内花键定心表面的加工，采用磨削加工方法可以减少成本较高的拉刀规格，也易于保证表面质量。(3）与国际标准的规定完全一致，便于技术引进，有利于机械产品的进出口和技术交流。(4）有利于齿轮精度标准的贯彻配套。8.3.28.3.2矩形花键联结的公差与配合矩形花键联结的公差与配合1.1.矩形花键联结的极限与配合矩形花键联结的极限与配合矩形花键联结的极限与配合分为两种情况：一种为一般用途的矩形花键；另一种为精密传动用矩形花键。其内、外花键的尺寸公差带如表85所示。表表85内、外花键的尺寸公差带内、外花键的尺寸公差带内 花 键 外 花 键 B d D 拉削后不 热处理 拉削后 热处理 d D B
13、装配型式 一 般 用 f7 d10 滑动 g7 f9 紧滑动 H7 H1O H9 H11 h7 a11 h10 固定 精 密 传 动 用 f5 d8 滑动 H5 g5 f7 紧滑动 h5 h8 固定 f6 d8 滑动 g6 f7 紧滑动 H6 H10 H7、H9 h6 a11 d8 固定 为了减少加工和检验内花键时所用的花键拉刀和花键量规的规格和数量，矩形花键联结采用基孔制配合。矩形花键装配形式分为固定联结、紧滑动联结和滑动联结三种。后两种联结方式用于内、外花键之间工作时要求相对移动的情况，而固定联结方式用于内、外花键之间无轴向相对移动的情况。由于形位误差的影响，实际上矩形花键各结合面的配合均
14、比预定的要紧一些。一般传动用内花键拉削后再进行热处理，其键槽宽的变形不易修正，故公差要降低要求(由H9降为H11)。对于精密传动用内花键，当联结要求键侧配合间隙较高时，槽宽公差带选用H7，一般情况选用H9。定心直径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、轴的配合(一般情况下，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，其加工精度要高一些。但在有些情况下，内花键允许与提高一级的外花键配合，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
15、考虑矩形花键常用来作为齿轮的基准孔。在贯彻齿轮标准的过程中，有可能出现外花键的定心直径公差等级高于内花键定心直径公差等级的情况。2.2.矩形花键联结的极限与配合选用矩形花键联结的极限与配合选用花键结合的极限与配合选用主要是确定联结精度和装配形式。联结精度的选用主要依据的是定心精度要求和传递扭矩的大小。精密传动用花键联结定心精度高，传递扭矩大而且平稳，多用于精密机床主轴变速箱，以及各种减速器中轴与齿轮花键孔(即内花键)的联结。一般用途的花键联结适用于定心精度要求不高但传递扭矩较大的情况，如载重汽车、拖拉机的变速箱。选用装配形式时，首先根据内、外花键之间是否有轴向移动，以确定选固定联结，还是滑动联
16、结。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联结，以保证运动的灵活性及配合面间有足够的润滑油层，例如，汽车、拖拉机等变速箱中的齿轮与轴的联结。对于内、外花键定心精度要求高，传递扭矩大或经常有反向转动的情况，则应选用配合间隙较小的紧滑动联结。对于内、外花键间无需在轴向移动，只用来传递扭矩的情况，则应选用固定联结。3.3.形位公差和表面精糙度形位公差和表面精糙度矩形内、外花键是具有复杂表面的结合件，并且键长与键宽的比值较大。形位误差是影响花键联结质量的重要因素，因而对其形位误差要加以控制。内、外花键小径定心表面的形状公差和尺寸公差的关系遵守包容要
17、求。为控制内、外花键的分度误差，一般应规定位置度公差，并采用相关要求，图样标注如图87所示，其位置度公差值如表86所示。图87花键位置度公差的标注 在单件小批生产时，一般规定键或键槽两侧面的中心平面对定心表面轴线的对称度公差和花键等分度公差，并遵守独立原则，此时应将图87中的位置度公差改成对称度公差，对称度公差值如表86所示。花键各键(键槽)沿360圆周均匀分布为它们的理想位置，允许偏离理想位置的最大值为花键均匀分度公差值，其值等于对称度公差值。表表86位置度公差值（摘自位置度公差值（摘自GB/T11442001)键槽宽或键宽 B 3 3.56 710 1218 位置 键槽宽 0.010 0.
18、015 0.020 O.025 度公 滑动、固定 0.010 0.015 0.020 0.025 差 t1 键宽 紧滑动 0.006 0.010 0.013 0.016 对称 度公 一般用 0.010 0.012 0.015 0.018 差 t2 精密传动用 0.006 0.008 0.009 0.011 表87矩形花键表面粗糙度的推荐值 内 花 键 外 花 键 加 工 表 面 Ra 不 大 于 大 径 6.3 3.2 小 径 0.8 0.8 键 侧 3.2 0.8 4.4.矩形花键的图样标注矩形花键的图样标注矩形花键在图样上的标注内容包括键数N、小径d、大径D、键(槽)宽B的公差带或配合代号
19、，此外还应注明矩形花键标准号GBT11442001。例如，在装配图上有如下标注：1011611102677236dHaHfH GB/T 1144-2001 表示矩形花键的键数为6，小径尺寸及配合代号为7723fH，大径尺寸及配合代号为111026aH，键(槽)宽尺寸及配合代号为10116dH。由此可见，这是一般用途滑动矩形键联结。相应的零件图标注应为 内花键：623H726H106H11 GB/T 11442001 外花键：623f726a116d10 GB/T 1144-2001 图88矩形花键的标注示例 8.4键和花键的检测键和花键的检测 8.4.18.4.1单键的检测单键的检测键和键槽的
20、尺寸检测比较简单。在单件、小批量生产中，通常采用游标卡尺和千分尺测量。键槽的形位公差，特别是键槽对其轴线的对称度误差，经常造成装配困难，严重影响键联结的质量。在单件、小批量生产中，键槽对轴线的对称度误差的检验方法如图89所示。在槽中塞入量块组，用指示表将量块上平面校平(即量块上平面沿径向与平板平行)，记下指示表读数x1；将工件旋转180，在同一横截面方向，再将量块校平，记下读数x2，两次读数差为a，则该截面的对称度误差为)2/(2tRatf截式中:R为轴的半径(d2)；t为轴槽深。再沿键槽长度方向测量，取长向两点的最大读数差为长向对称度误差，即 低高长aaf取在上述两个方向测得的误差的最大值为
21、该零件键槽的对称度误差。图89对称度误差检验 在成批生产中，键槽尺寸及其对轴线的对称度误差可用塞规检验，如图810所示。图810(a)所示为检验槽宽b的板式量规；图810(b)所示为检验轮毂槽深(d+t2)的深级式量规；图810(c)所示为检验轴槽深(d-t1)的深规；图810(d)所示为检验轮毂槽对称性的综合量规；图810(e)所示为检验轴槽对称性的综合量规。图810键槽检验用量规 8.4.28.4.2花键的检测花键的检测花键检测分为单项检验和综合检验两种情况。单项检验主要用于单件、小批量生产，用通用量具分别对各尺寸(d、D和B)、大径对小径的同轴度误差及键齿(槽)位置误差进行测量，以保证各
22、尺寸偏差及形位误差在其公差范围内。花键表面的位置误差很少进行单项检验，一般只有在分析花键加工质量(如机床检修后)以及制造花键刀具、花键量规时，或在首件检验和抽查中才进行。若需对位置误差进行单项测量，则可在光学分度头或万能工具显微镜上进行。花键等分累积误差与齿轮齿距累积误差的测量方法相同。综合检验适用于大批量生产，用量规检验。综合量规用于控制被测花键的最大实体边界，即综合检验小径、大径及键(槽)宽的关联作用尺寸，将其控制在最大实体边界内。然后用单项止端量规分别检验尺寸d、D和B的最小实体尺寸。检验时，若综合量规能通过工件，单项止规通不过工件，则工件合格。综合量规的形状与被检测花键相对应，检验花键孔用花键塞规，检验花键轴用花键环规。矩形花键综合量规如图811所示。图811矩形花键综合量规 检验小径定心用的综合塞规如图811(a)所示，塞规两端的圆柱用来导向及检验花键孔的小径。综合塞规花键部分的小径应比基本尺寸小0.51mm，不起检验作用，而是用导向圆柱体的直径代替综合塞规内径，这样就可以使综合塞规的加工大为简化。图811(b)为检验外花键用的综合环规。与综合塞规一样，综合环规的外径也适当加大，而在环规后面的圆柱孔直径相当于环规的外径，外花键的外径即可用此孔检验。这种结构便于磨削综合量规的内孔及花键槽侧面。
