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1、第十一章 键和花键联结的公差与检测 键联结和花键联结广泛用作轴与轴上传动件(如齿轮、带轮、联轴器等)之间的可拆联结，用以传递转矩。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。 键又称单键，可分为平键、半圆键、切向键和楔形键等几种，其中平键又分为普通平键和导向平键两种。平键联结制造简单，装拆方便，因此应用颇广。 花键分为矩形花键和渐开线花键两种。与平键联结相比较，花键联结的强度高，承载能力强。矩形花键联结在机床和一般机械中应用较广。渐开线花键联结与矩形花键联结相比较，前者的强度更高，承载能力更强，且具有精度高、齿面接触良好、能自动
2、定心、加工方便等优点，在汽车、拖拉机制造业中已被广泛采用。 为了满足普通平键联结、矩形花键联结和圆柱直齿渐开线花键联结的使用要求，并保证其互换性，我国发布了GBT10952003平键 键槽的剖面尺寸、GBT11442001矩形花键 尺寸、公差和检测和GBT 34781995圆柱直齿渐开线花键等国家标准。1 普通平键联结的公差、配合与检测 一、普通平键和键槽的尺寸普通平键联结见图11-1所示，由键、轴键槽和轮毂键槽(孔键槽)等三部分组成，通过键的侧面和轴键槽及轮毂键槽的侧面相互接触来传递转矩。因此在普通平键联结中，键和轴键槽、轮毂键槽的宽度b是配合尺寸，应规定较严格的公差；而键的高度h和长度L以
3、及轴键槽的深度t1和长度L、轮毂键槽的深度t2皆是非配合尺寸，应给予较松的公差。二、普通平键联结的公差与配合 1普通平键和键槽配合尺寸的公差带和配合种类 普通平键联结中，键由型钢制成，是标准件。因此，键和键槽宽度b的配合采用基轴制。GBT10952003规定的键和键槽宽度公差带均从GBT18011999极限与配合 公差带和配合的选择中选取，见图11-2，对键的宽度规定一种公差带h8，对轴和轮毂键槽的宽度各规定三种公差带，以满足不同用途的需要。键和键槽宽度公差带形成了三类配合，即松联结、正常联结和紧密联结，它们的应用可参考表11-1。 2普通平键和键槽非配合尺寸的公差带普通平键高度的公差带一般采
4、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(见附表11-1)。为了便于测量，在图样上对轴键槽深度和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)，它们的极限偏差见附表11-1。 3键槽的形位公差 键与键槽配合的松紧程度不仅取决于它们的配合尺寸的公差带，而且还与它们的配合表面的形位误差有关，因此还需规定轴键槽两侧面的中心平面对轴的基准轴线和轮毂键槽两侧面的中心平面对孔的基准轴线的对称度公差。根据不同的功能要求，该对称度公差与键槽宽度公差的关系以及与孔、轴尺寸公差
5、的关系可以采用独立原则(见图11-3)，或者采用最大实体要求(见图11-4)。对称度公差等级可按GBT 11841996形状和位置公差未注公差值取为79级。 4键槽的表面粗糙度轮廓要求键槽的宽度6两侧面的表面粗糙度轮廓幅度参数Ra的上限值一般取为1.63.2m，键槽底面的Ra的上限值取为6.3m。 三、普通平键键槽尺寸和公差在图样上的标注轴键槽和轮毂键槽的剖面尺寸及其公差带、键槽的形位公差和表面粗糙度轮廓要求、所采用的公差原则在图样上的标注示例分别见图11-3和图11-4。 四、普通平键键槽的检测 1键槽尺寸的检测 键槽尺寸的检测比较简单，可用千分尺、游标尺等普通计量器具来测量。大批大量生产时
6、键槽宽度可以用量块或光滑极限量规来检验。 2轴键槽对称度误差的测量 参看图11-5a，轴键槽中心平面对基准轴线的对称度公差采用独立原则。这时键槽对称度误差可按图11-5b所示的方法来测量。该方法是以平板4作为测量基准，用V形支承座1体现被测轴2的基准轴线，它平行于平板。用定位块3(或量块)模拟体现键槽中心平面。将置于平板4上的指示器的测头与定位块3的顶面接触，沿定位块的一个横截面移动，并稍微转动被测轴来调整定位块的位置，使指示器沿定位块这个横截面移动时示值始终不变为止，从而确定定位块的这个横截面的素线平行于平板。然后用指示器对定位块长度两端的和部位的测点分别进行测量，测得的示值分别为M和M。将
7、被测轴2在V形支承座1上翻转180，然后按上述方法进行调整并测量定位块另一顶面(前一轮测量时的底面)长度两端的和部位的测点，测得示值分别为M和M。 图11-5b所示的直角坐标系中，。坐标轴为被测轴的基准轴线，y坐标轴平行于平板，z坐标轴为指示器的测量方向。因此键槽实际被测中心平面的两端相对于通过基准轴线且平行于平板的平面Oxy的偏离量1和2分别为：1=( M-M)22=( M-M)2轴键槽对称度误差值f由2和2值以及被测轴的直径d和键槽深度t1按下式计算： 3用量规检验键槽对称度误差 (1)轴键槽对称度误差的检验参看图11-6a，当轴键槽对称度公差与键槽宽度公差的关系采用最大实体要求，与轴尺
8、寸公差的关系采用独立原则时，该键槽的对称度误差可用图11-6b所示的量规来检验。它是按依次检验方式设计的功能量规，检验实际被测键槽的轮廓是否超出其最大实体实效边界。该量规以其V形表面作为定位表面来体现基准轴线(不受轴实际尺寸变化的影响)，用检验键两侧面模拟体现被测键槽的最大实体实效边界。若量规的V形定位表面与轴表面接触且检验键能够自由进入实际被测键槽，则表示对称度误差合格。键槽实际尺寸用两点法测量。 (2)孔键槽对称度误差的检验图11-4所示轮毂键槽对称度公差与键槽宽度公差及基准孔尺寸公差的关系皆采用最大实体要求，该键槽的对称度误差可用图11-7所示的量规来检验(详见第七章3第四节例7的叙述)
9、。它是按共同检验方式设计的功能量规。它的定位圆柱面既模拟体现基准孔，又能够检验实际基准孔的轮廓是否超出其最大实体边界；它的检验键I模拟体现被测键槽两侧面的最大实体实效边界，检验实际被测键槽的轮廓是否超出该边界。如果它的定位圆柱和检验键I能够同时自由通过轮毂的实际基准孔和实际被测键槽，则表示对称度误差合格。基准孔和键槽宽度的实际尺寸用两点法测量。2 矩形花键联结的公差、配合与检测 一、矩形花键的主要尺寸CBT11442001规定矩形花键的主要尺寸有小径d、大径D、键宽和键槽宽B，见图11-8。键数N规定为偶数，有6、8、10三种，以便于加工和检测。按承载能力，对基本尺寸分为轻系列和中系列两种规格
10、，同一小径的轻系列和中系列的键数相同，键宽(键槽宽)也相同，仅大径不相同，见附表11-2。 二、矩形花键联结的定心方式矩形花键联结(见图11-9)由内花键和外花键构成，它是靠内、外花键的大径D、小径d和键槽宽、键宽B同时参与配合，来保证内、外花键的同轴度(定心精度)、联结强度和传递转矩的可靠性；对要求轴向滑动的联结，还应保证导向精度。因此，矩形花键可以有三种定心方式：小径d定心、大径D定心和键侧(键槽侧)B定心。在矩形花键联结中，要保证三个配合面同时达到高精度的配合是很困难的，也没有必要。因此，GBT11442001规定矩形花键联结采用小径定心。这是因为随着科学技术的发展，现代工业对机械零件的
11、质量要求不断提高，对花键联结的机械强度、硬度、耐磨性和精度的要求都提高了。例如，工作时每小时相对滑动15次以上的内、外花键，要求硬度在40HRC以上；相对滑动频繁的内、外花键，则要求硬度为5660HRC，这样在内、外花键制造时需热处理(淬火)来提高硬度和耐磨性。为保证定心表面的精度要求，淬硬后需进行磨削加工。从加工工艺性看，小径便于磨削(内花键小径表面可在内圆磨床上磨削，外花键小径表面可用成形砂轮磨削)，通过磨削可达到高精度要求。所以矩形花键联结采用小径定心可以获得更高的定心精度，并能保证和提高花键的表面质量。而非定心直径表面之间有相当大的间隙，以保证它们不接触。键和键槽两侧面的宽度月应具有足
12、够的精度，因为它们要传递转矩和导向。 三、矩形花键联结的公差与配合 1尺寸公差带与装配型式GBT11442001规定的矩形花键装配型式分为滑动、紧滑动、固定三种。按精度高低，这三种装配型式各分为一般用途和精密传动使用两种。内、外花键的定心小径、非定心大径和键宽(键槽宽)的尺寸公差带与装配型式见表11-2，这些尺寸公差带均取自GBT18011999。为了减少花键拉刀和花键塞规的品种、规格，花键联结采用基孔制配合。由于花键形位误差的影响，三种装配型式指明的配合皆分别比各自的配合代号所表示的配合紧些。此外，大径为非定心直径，所以内、外花键大径表面的配合采用较大间隙的配合。 2形位公差矩形花键的形位误
13、差对花键联结有很大影响，如图11-10所示，花键联结采用小径定 心，假设内、外花键各部分的实际尺寸合格，内花键(粗实线)定心表面和键槽侧面的形状和位置都正确，而外花键(细实线)定心表面各部分不同轴线，各键不等分或不对称，这相当于外花键轮廓尺寸增大，造成它与内花键干涉，从而使该内花键与外花键装配后不能获得配合代号表示的配合性质，甚至可能无法装配，并且使键(键槽)侧面受载不均匀。同样地，内花键位置误差的存在相当于内花键轮廓尺寸减少，也会造成它与外花键干涉。因此，对内、外花键必须分别规定形位公差，以保证花键联结精度和强度的要求。 为了保证内、外花键小径定心表面装配后的配合性质，GBT11442001
14、规定该表面的形状公差与尺寸公差的关系采用包容要求。除了小径定心表面的形状误差以外，还有内、外花键的位置误差影响装配和精度，包括键(键槽)两侧面的中心平面对小径定心表面轴线的对称度误差、键(键槽)的等分度误差及键(键槽)侧面对小径定心表面轴线的平行度误差和大径表面轴线对小径定心表面轴线的同轴度误差。其中，以花键的对称度误差和分度误差的影响最大。因此，花键的对称度误差和分度误差通常用位置度公差予以综合控制，位置度公差值见附表11-3。该位置度公差与键(键槽)宽度公差及小径定心表面尺寸公差的关系皆采用最大实体要求，如图11-11所示，用花键量规检验。在单件小批生产时，采用单项测量，则规定键(键槽)两
15、侧面的中心平面对小径定心表面轴线的对称度公差和等分度公差，对称度公差值见附表11-4，该对称度公差与键(键槽)宽度公差及小径定心表面尺寸公差的关系皆采用独立原则，如图11-12所示。花键等分度公差如下确定：花键各键(键槽)沿360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公差值，其数值与花键对称度公差值相同，故花键等分度公差在图样上不必注出。 对于较长的花键，可根据产品性能自行规定键(键槽)侧面对小径定心表面轴线的平行 度公差。 由于内、外花键大径表面分别按H10和a11加工，它们的大径表面之间的间隙很大，因 此大径表面轴线对小径定心表面轴线的同轴度误差可以用此间隙来补偿。 3表面粗糙度轮廓要求 矩形花键的表面粗糙度轮廓幅度参数Ra的上限值推荐如下。 内花键：小径表面不大于0.8m，键槽侧面不大于3.2m，大径表面不大于6.3m。外花键：小径表面不大于0.8m，键侧面不大于0.8m，大径表面不大于3.2m。 四、矩形花键的图样标注 矩形花键的
