第六章键与花键精度 本章主要介绍了普通平键的结构型式，及其尺寸、公差，普通平键的键与键槽的配合公 差带；矩形花键的定心方式，及其内、外花键配合的的公差带；键与花键的形位精度、表面 粗糙度的确定；键与花键的检测方法等。要求理解矩形花键的定心方式，键与花键的形位精 度、表面粗糙度的确定，键与花键的检测方法；熟悉平键的键与键槽的配合公差带，内、外 花键配合的的公差带。 键和花键联结是机械设备中普遍应用的一种可拆联结方式，广泛用于轴和轴上传动件 (如齿轮、带轮、手轮、链轮、联轴器等)之间。键和花键联结紧凑可靠，拆卸方便，主要 用以传递转矩，也可用作轴上传动件的导向。 为了保证键与花键联结的互换性和标准化，正确进行键与花键联结的精度设计，本章所 涉及到的现行国家标准主要有： GB/T1095-2003《平键键槽的剖面尺寸》 GB/T1096-2003《普通型平键》 GB/T1097-2003《导向型平键》 GB/T1566-2003《薄型平键键槽的剖面尺寸》 GB/T1567-2003《薄型平键》 GB/T15758-2008《花键基本术语》 GB/T1144-2001《矩形花键尺寸、公差和检验》 第一节键与花键精度设计概述 根据键联结的功能，其使用要求如下：键和键槽侧面应有足够的接触面积，以承受扭转 负荷，保证键联结的可靠性和寿命；键嵌入槽内 轮上的键槽 要牢固可靠，防止松动脱落，并便于拆装；对导 平键 向键，键与键槽间应有一定的间隙，以保证相对 轴上的键槽 运动和导向精度要求。 键又称单键，可分为平键、半圆键、切向键 和楔形键等。其中平键应用最为广泛，如变速箱 中就是用平键作为变速齿轮轮毂与齿轮轴的联 结， 图6-1平键联结 见图(6-1)。 花键联结按其键齿的位置和截面形状的不同，可分为矩形花键、渐开线花键和端齿花键 等，其结构见图(6-2)。其中矩形花键应用最为广泛。 (a)矩形花键 b)渐开线花键 ()端齿花键 图6-2花键联结的种类 键与花键型式繁多，本章仪从互换性的角度对平键联结和矩形花键联结的精度设计及其 1
相关标准内容进行介绍。 第二节平键联结精度 半健又分为普通Ψ键（宽度b=2~100nmm)、湾型平健（宽度b=5~36mm)和导向斗 键。普通平键和就型平键用于一级固定联结，两者的主要区别在于键的高度，薄型平键的高 度一般约为普通平键的60%一70%：导向半键用于可移动的联结。 一、平键的主要几何参数 平键联结包括健、轴和轮毅二个零件，有键与轴健槽、键与轮毅键槽两个配合，其中 山型钢制成，为标准件，健结合的性质表现为健宽与健槽宽的配合，故键联结采用基轴制配 合。 图63平键提槽的剖面结构 Ψ键联结是通过键的侧面分别与轴或轮教上键槽的侧面相互配合来传递运动和转的 因此，平键联结的结构及主要儿何参数见图(63)。其宽度b是决定配合性质的主要参数， 即为配合尺小，应规定较小的公差：而健的高度h和长度L以及轴健槽深度1和轮毅健槽深 度1，均为非配合尺小，应给予较大的公差.在设计平健联结时，当轴径d确定后，根据d 就可确定平键的规格参数， 二、平键的尺寸与公差 1.普通型平键尺寸与公差 普通型平健应用非常广泛，也适用于高精度、高速或承受变载、冲击的联结场合。 图64普通型平钟的型式尺寸 普通型半键的型式有A型、B型、C型三种 见图(6-4)，普通A、B、C型平键的 尺小与公差见附表(6-1).普通平键键槽的结构见图(6-3)，其尺寸与公差见附表〔6-2)
当键长大于500mm时，其长度应按GB/T321《优先数和优先数系》的R20系列选取，为减 小山于直线度而引起的问题，键长应小于10倍的键宽 2.导向型Ψ键尺小与公 导向型平链需要用螺钉把键固定在轴或轮毅上，用于轴或轮毅上的零件沿轴向移动量不 大的联结场合 导向型链的型式省A刑、B型两种。见图(65).导向A型、B型业键的尺与公 差见附表(63)。导向型平键键槽的结构见图(6-3)，其尺小与公差见附表63，当键长大 于450mm时，其长度应按GB/T321《优先数和优先数系》的R20系列选取，为减小山于直 线度而引起的问题，健长应小于10倍的健宽。固定用螺钉应符合GBT822《小宁槽圆柱头 螺钉》或GBT65《开槽圆柱头螺钉》的规定， 图65导向型平键的型式尺寸 3.薄型平键尺寸与公差 薄型平键结构型式与普通半键相同，但传递转知的能力较低。薄型平键主要用于簿壁结 构、空心轴以及一些径向尺寸受限制的联结场合 C型 图66薄型平锭的型式尺寸 薄型平键的型式也有A型、B型、C型二种，见图(6-6)，薄型A、B、C型平键的 尺寸与公差见附表(6-4)，薄型平键键槽的结构见图(6-3)，其尺寸与公差见附表(65). 3
三、平键联结的精度设计 1.平健联结配合尺的公差与配合 国家标准对键宽只规定了9一种公差带，对轴和轮教上的键槽完则各规定了三种公若 带，从而构成二种不同性质的配合。平键联结配合公差带见图(6-7)，其公差带从GB/T1801 一2009《产品几何技术规范(GPS)极限与阳合》中选取。键联结不同配合的配合性质和 使用场合见表6-1《键与键槽的配合》（夏家华P129表8-1）。根据不同的使用要求，键联结 可以采用不同的配合， 分为正常联组 紧密联结和松联结等 以满 足各种用途的需罗 见附表(62)和附表(6-5)。国家标准特别指出，导向型平键的轴健信与轮教键槽用较松 键联结的公差。 2.平键联结非配合尺寸的公差与配合 平键联结的非配合尺中，轴槽深 和轮毅深1，及槽底面与侧面交角半径r的 基本尺（因为GB/T1095一2003中仍采 用“基本尺”而未修改为公称尺、，书 此处不能按照GBT1801一2009《产品】 何技术规范(GPS)极限与配合》中所规 定的将“基本尺小”改为“公称尺小”)和 ☑数精公装带圆精公差节国生发公差花 极限偏差见附表(6-2)和附表(6-5)。半 键键高h的公差用h1,键长L的公差用 图6- 普通平健联结配合公差带图 h14,轴槽长度的公差用H14。为了便于测量，在图样上对轴槽深1和轮教槽深1，分别标 注尺寸“d-t”和“d+t,”(d为孔和轴的基本尺寸)。 3.键和键橹的形位公差 键情的位置公差主理指射或轮轻上糖槽的密度b对基准轴线即轴及轮毅轴心线的对称 度公差。健槽的实 标中心平面在径向产生偏移和轴向产生倾斜，都会导致键槽的对称度误差 超差，从而造成键与键之间的装配困难共全不能装配，或者键与键档的侧面不能保证足 的接触面积来传递转知，故进行键槽互换性设计时应分别规定轴槽和轮教槽对轴线的对称度 公差 国家标准规定，一般可按GB/T11841996《形状和位置公差未注公差值》表B4中的 对称度公差79级选取 当平键的健长L与健宽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 b240mm时，公差等级取5级。 4.键和健信的表面粗都度 按GBT1031,轴相、轮毂槽的键橹宽度b两侧面粗糙度参数一般选取值Ra1.6 3.21。轴槽底面、轮毂槽底面的表面粗糙度参数选取Ra值6.3~12.54m。 健槽尺寸和形位公差图样注见图(6-8)
(b) a123 32 Ra 12.5 侣002☑ /Ra1.6 风 ()轴健槽尺寸及公差的标注 (b)轮数健槽尺寸及公美的标注 图68锭档尺寸及公差的标注 第三节矩形花键联结精度 一、矩形花键的主要几何参数 花键联结是通过内花键（花键孔）和外花键（花键轴）作为联结件以传递转知和轴向移 动的，I图6-9（花键联结GB/T15758.2008P1 图1)所示，可用作固定联结，也可用作滑动联 结，在机械结构中应用较多。与平键联结相比 花键联结具有定心精度科 导向性 好等优点 人 内花键 时，随着键数目的合理增加，键与轴联结成一体 轴和轮教上承受的载荷分布比较均匀，故花键连 外花键 接又具有承载能力强、联结强度高等优点。其中 知形花键主要用于传弟转知不大，而钻府要求启 的场合，应用最广。以圆柱直齿知形花键为例来 进行介绍 矩形花键联结的结构及主要几何参数见图 图69花键联结 (6-10)。GB/T11442001中规定，知形花键的主要参数为大径D、小径d、键宽和键槽 宽B,其具体数值应按该标准中“表1《基本尺小系列》”和“表2《键槽的截面尺小系列》” 的推荐进行选用，不得随意确定。本节选录其中部分数值，见附表(6-6)和附表(6-7)， 以供参考，如有多需要可自行查阅该国家标礼 内花罐 束形花键的主要参数 图610矩形花键的主菱几何参数 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，知形花 键可分为中、轻两个系列。中系列的健高尺寸较大，承载能力较强：轻系列的健高尺较小 承钱能力较低。 二、矩形花键的定心方式
知形花键联结的主要尺」有大径D、小径d、健宽和键槽宽B,分别保证着知形花键 联结的三个币要结合面即大径结合面、小径结合面和键侧结合面的配合精度。为了实现知形 花键联结的功能，而要求这二个尺小加工都很精确，即要求三个结合面同时达到高精度的 合是很因难月 也没有必要的。因此设计时，只要 个主要尺小中选举其 尺作为 要配合尺、，为其规定较高的精度，以：证内、外花键的配合性质。并将这个确定配合性质 的结合面作为主要配合面，称之为定心表面，起定心作用。 根爆定心要求的不同，知形花健的定心方式有三种，即按大径D定心、按小伦d定心 按健宽B定心。为了保证使用性能和改善加工工艺，对于起定心作用的尺寸小应要求较高的 配合精度 非定心尺寸配合精度要求可低 但对觉B 山于在知形 健联结中转郑是通过健和健槽的侧面传递的，故无论是杏起定心作用，都应要求其有足够的 配合精度。 三、矩形花键的精度设 L.小径d定心 山于知形花键结合面的硬度婴求较高，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 花键小径可以在内园磨床上磨削，外花键小径可用成形砂轮麻削)。因此GB/T144一2001 也推荐采用小径定心，对定心小转d采用较高的公苏等级，非定心大径D采用较低的公第 等级：并且非定心直径表面之间留有较大的隙，以保证它们不接触，从而可得出高的定 心精度 保证花键的表面质量 有利于提高联结质量 2.内、外花键的尺公差和配合 GB/T1144一2001推荐，内花键和外花键的尺小公差带应符合GBT1801一2009《产品 几何技术规范(GPS)极限与配合》的规定，并按附表(6-8)所示取值。 知形花键联结采用基孔制，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 知形花健配合的精度，按共使用要求分为 一般用”和“精密传动用”两种。 一般用途 知形花键适用于汽车、拖拉机的变速箱中，如附表(68)所示，不论配合性质如何，内花 键定心小径的公差带均取H7:精案传动知形花键则用于对于定心精度要求高或传递转知较 大的诸如机味变速箱中，如附表(6-8)所示，推荐内花键定心小径使用公差带H5或H6. 为最松的 滑动配合 略松的“紧 配合” 和较紧的“图 种，其中 “固定配合”仍属于光滑圆柱体配合的间配合形式， 于郑形化 形位误差的影时，故配合变紧。设计时，可按照实际装配要求按附表(6-8)的推荐选择相 应内、外花键尺小公差带。一殷，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，以床证运动灵活性并使配合面间有是 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联结：对于内、外花键之间 有相对滑动，但定心精度要求高，传递转矩大或经常有反向转动的情况，则应选用固定配合 按照附表(6-8)中的推荐数值，可看出，内、外花键的配合不同于普通光滑孔、轴的 配合（规定在精度较高的情况下孔比轴低一级）。考虑到知形花键多采用小径定心，使加工 难度山内花键转到外花健，故虫然对定心小径d的公差等级规定得较高，但对于内、外花键 会取相同的公差等级。然而在有些特殊情况下，考虑到知形花键常用来作为齿轮的基准孔 可能会出现大径定心的情况，此时内花键允许与提高一级的外花键配合.譬，公差带为H7 的内花键可以与公差带为∫6、g6,h6的外花键配合：公差带为H6的内花键可以与公差 行5的外花健配合 带为f5、 花键的形位公差 6
除尺小公差对花键配合性质有影响外，山于知形花键联结结合面复杂，健长与键宽比值 较大，形位误差对联结的装配性能和传递转知与运动的性能影响很大，是影联结质量的币 要因索，因此必须对其加以控制。 GBT1144一2001对知形花健的形位公差作了下推荐： (1)内、外花键小径（定心直径）的尺寸公差与形位公差关系应遵守GB/T4249规定 的包容要求。 (2)在采用综合检验法检哈知形花链时，对外花键或内花铠博只需要规定置度公差 键宽或键槽遵守最大实体要求，见图(611)，位置度公差数值见表(6-2) ⊕ ()内花键 (b)外花键 图611矩形花键对称度公差标注示例 表6-2矩形花键位置度公差 键槽宽度或键宽B 3.5-6 7-10 12~18 健宽 0.010 0.015 0.020 0.025 滑动、周定0.0100.0150.020 0.025 键宽 紧滑动0.006 0.0100.0130.016 (3)在采用单项检验法检验知形花键时，对外花键或内花键槽需要规定对称度公差和 等分度公差，键宽或键槽宽遵守独立原则，见图(6-12)，对称度公差数值见表(63)，等 分度公差与其同值。 N便均有 N使均布 a ⊙ (a)内 b)外花锯 图6-12矩形花键对称度公差标注示例 表63矩形花键对称度公差
健槽宽度或键宽B 3 3.5-6 710 12~18 一般用 0.010 0.012 0.015 0.018 精传动用 0.006 0.008 0.009 0.011 (4)对于较长的矩形花律，国家标准夫作规定，可根据产品性能自行规定外花键侧或 内花键植侧对小径d轴线的半行度公差。 大批量生产时，因为外花键或内花键槽的形位误差包括其中心业面相对于定心轴线的对 称度误差、等分度误差、外花键侧面或内花键槽侧面对定心轴线的 行度误差，故可通过规 定位置度公差，进行综合挖制，并采用最大实体原则，此时通常采用综合量规进行综合检验。 因此，图样中只需标注位咒度公差。 单件、小批量生产时，通常采用单项检验法进行检验，故应规定对称度公差和等分度公 差，并遵守独立原则。外花键或内花键槽沿圆周均匀分布即为它们的理想位置，知形花键等 分度公差值则是指允许它们偏离理想位胃最大值的两倍，其数值怡好等于花键对称度公若 值，故在图样中可省咯不注。 4.知形花键的表面粗糙度 小径定心时，知形花键各结合面的表面粗糙度推荐值见表(6-4)。 表64矩形花锭表面粗椅度推荐值 项 加工表面 内花键 外花健 小径 ≤1.6 ≤0.8 大径 ≤6.3 ≤32 键侧 ≤3.2 ≤1.6 第四节键与花键的标记 一、平键的标记 1.普通平键的标记 GB/T1096一2003《普通型半键》推荐如下标记示例： 宽度b=16mm、高度h=10mm、长度L=100mm普通A型半键的标记为： GB/T1096键16×10×100 宽度b=16m 高度h=10mm 长度L=100mm普通B型半键的标记为 GB/T 1096 键B16×10×100 宽度b=16mm、高度h=10mm、长度L=100mm普通C型半键的标记为： GB/T1096键C16×10×100 2.导向型平键的标记 GBT1097一2003《导向型平健》推荐如下标记示例 宽度b=l6mm 高度h=0mm、长度L=100mm导向A型平键的标记为： GBT1097键16×100 宽度b-16mm、高度h-10mm、长度L-100mm导向B型平键的标记为： GBT1097键B16×100 3.薄型业键的标记 GB/T1567一2003《薄型半健》推荐如下标记示例
武度b=16mm、高度h■7m、长度L=100mm速A型平键的标记为： GBT1567键16×7×100 宽度6=16mm 高度h-7mm、 长度L=1O0mm薄B型半键的标记为： GB/T1567键B16×7×100 宽度b=16mm、高度h=7mm、长度L=100mm薄C型Ψ键的标记为： GBT1567键C16×7×100 二、矩形花键的标记 知形花键的标记代号应按次序包括下列内容：键数N、小径d、大径D、键宽或键槽 觉B,其各自的基本尺寸及配合公差带代号和标准号。 标记示例： 某知形花键联结，键数N6,小径d=23m,配合为 :大径D=26mm,配合为 H10,键宽或锭槽宽B=6mm,配合为川 all' d10 。其标记为： 花键规格： NxdxDxB 6×23×26×6 内花键：6×23H7×26H10x6H11GBT1144一2001（在零件图上标注） 外花键：6×23f7×26a11×6d10GB/T1144一2001（在零件图上标注） 第五节键与花键的检测 一、平键的检测 对于平健联结，需要检测的项目主要有健宽，轴健槽和轮毅健槽的宽度、深度及健槽的 对称 键宽，轴键植和轮毂键槽的宽度、深度等尺小检测比较简单，在单件小批量生产时，通 常采用游标卡尺、外径千分尺等通用计量器具进行测量：在大批量生产时，通常采用专用量 规进行测量，见（图6-13）。 图6-13中(a)、(b)、(©)二种量规均为检验尺小误差的极限量规，具有通端和止端， 检验时通端能通过而止端不能通过为合格 9
H (d) e 健槽检验用量规 图613平傻键档专用检测量规 在单件小批量生产中，健植对轴线的对称度误差可用 6. 分度头、V型块和百分表进行检测，见图(6-14)。在槽 中塞入量块组，用指示表将量块上表面标半，记下指示表 读数61：然后将工件旋转180°，在同一横截面方向，再 将量块校半，记下读数2，两次读数差为a,则该截面 的对称度误差为 f我=am[2(R-/2 (6-1) 对称度误差检验 式中R—轴的半径 轴槽深度 图6-14平键键槽对称度误差检测 再沿键惜长度方向测量，取长度方向两点的最大读数差为长度方向对称度误差，即 f=a高-a低 (6-2) 取截面和长度两个方向测得的误差的最大值为该零件键槽的对称度误差。 在大批量生产中，健信尺及其对轴线的对称度误差可用塞规检测，见图(6-13)所示 (d)、(》两种为检测形位误差的综合量规，只有通端通过为合格。 二、矩形花键的检测 知形花键的检测分为单项检测和综合检测两种。 在单件小批量生产中，知形花键常采用单项检测法。单项检测法主要是通过使用游标卡 尺、千分尺等通用量具分别对形花键各尺寸和形位误差进行测量，以保证尺寸偏差及行为 误差在其公差范田内。若在大批量生产中需要进行单项检测，通常都是使用专用量具，见图 (6-15)。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