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第八章 键和花键的公差与配合
授课课题：键和花键的公差与配合
目的要求：1、了解平键、矩形花键结合的种类与特点；
2、掌握平键和矩形花键连接的公差与配合的特点；掌握矩形花键连接的定心方式；
3、了解渐开线花键的公差与配合的特点；
4、了解平键与矩形花键的标注。
重 点：1、平键连接的公差与配合的选用与标注；
2、矩形花键连接的公差与配合的选用与标注。
难 点：矩形花键连接的公差与配合的选用

机器中键和花键的结合主要作用：
用来联结轴和轴上的齿轮、皮带轮等以传递扭矩；
当轴与传动件之间有轴向相对运动要求时，键还能起导向作用。
键的种类：主要可分为单键和花键。
单键又分为平键、半圆键和楔键等几种。
其中平键应用最广。平键又可分为普通平键和导向平键。普通平键一般用于固定联结，而导向平键用于可移动的联结。
花键按键廓的形状不同分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键等，其中矩形花键应用最多。
本节主要讨论平键和矩形花键结合的精度设计。

图8-1键联接 图8-2单键
一、 平键联结的精度设计
包括：1.尺寸精度设计
2.形位精度设计
3.表面粗糙度的精度设计
1.尺寸精度设计
平键联结的基本构成 ：

平键联结是由键、轴键槽、轮毂键槽构成。在工作时，通过键的侧面与轴槽和轮毂槽的侧面相互接触来传递转矩。
平键联结的配合尺寸：b
（非配合尺寸：L（键长）、 h（键高）
t（轴槽深）、t1（轮毂槽深）
d（轴和轮毂槽直径）
图8-3平键联结
使用要求：
①侧面传力，需要足够的有效接触面积。键的上表面与轮毂槽间留有一定的间隙（0.2-0.5）
② 键嵌入牢固 ；③ 便于装拆。
影响平键联结使用要求的因素与控制：
1）影响平键联结使用要求的因素
配合表面的形位误差：配合表面对孔、轴轴线的对称度误差
配合表面的表面粗糙度：键与键槽接触表面的粗糙度
2）影响其使用要求的因素的控制
键是标准件，所以影响因素的控制主要是对键槽而言。
对配合尺寸给予较严的公差，对非配合尺寸给予较松的公差。
给予轴键槽宽度的中心平面对轴线和轮毂槽宽度的中心平面对孔的基准轴线的对称度公差。
对键槽的配合表面给较严的表面粗糙度允许值，而非配合表面给较松的表面粗糙度值。
平键联结的公差与配合的确定：
1）键和键槽配合尺寸的公差带与配合种类
配合制：基轴制
平键联结的精度已经标准化：键宽规定了一种公差带：h9；轴槽和轮毂槽规定了三种公差带。 形成了三种配合：较松、一般、较紧联结。

较松联结 一般联结 较紧联结
图8-4平键的公差配合图解
表8-1平键键宽与轴槽宽及轮毂槽宽的公差与配合

2）平键和键槽非配合尺寸的公差带
平键高h：h11　　　　　　　 　
平键长L：h14
轴槽长L1：H14
轴槽深t和轮毂槽深t1的极限偏差由国标确定（见课本表10.3），为便于测量，分别标注（d-t）和（d+t1），其偏差按相应的t和t1的偏差选取，但（d-t）的偏差应取取号（-）。
2.键槽的形位公差
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）由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/T 1184—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。
3.键槽的表面粗糙度
配合表面Ra的最大值为1.6-3.2；非配合表面Ra的最大值为6.3。可按GB/T1184-1996《形状和位置公差 未注公差值》选 7-9级。

4、轴的标注示例 ：
①标注槽深d-t及公差
②标注槽宽b及公差
③标注对称度公差
④标注表面粗糙度

图8-5轴的标注

5、轮毂的标注示例 ：
①标注轮毂深d+t1及公差
②标注槽宽b及公差
③标注对称度公差
④标注表面粗糙度

图8-6轮毂的标注

二、矩形花键结合的公差与配合

与键联结相比，其定心精度高，导向性好，承载能力强，因而在机械生产中获得了广泛地应用。花键联结的种类也很多，但应用最广的是矩形花键。
1、矩形花键的使用要求、几何参量和定心方式
1）矩形花键的几何参量
主要尺寸：小径d、大径D、键与键槽宽B；
键数N规定为偶数：6、8、10三种。
2）使用要求：
图8-7矩形花键
a) 内外花键的定心要求
b) 侧面传力，需要充分大的有效接触面积。
c) 对于滑动花键，内、外花键需要有一定的间隙。
d) 花键的分度准确要求。
3）、定心方式：小径定心
矩形花键联结由多表面构成，主要结构尺寸有大径（D），小径（d）和键宽（B），这些参数中同样有配合尺寸和非配合尺寸。从标准化角度，无论是哪一类尺寸，其公差同样都可采用《公差与配合》国家标准。在矩形花键结合中，要使内、外花键的大径D、小径d、键宽B相应的结合面都同时耦合得很好是相当困难的。因为这3个尺寸都会有制造误差，而且即使这3个尺寸都做得很准，但其相应的表面之间还会有位置误差，为了保证使用性能，改善加工工艺，只选择一个结合面作为主要配合面，对其规定较高的精度，以保证配合性质和定心精度，该表面称为定心表面。
由于花键结合面的硬度通常要求较高，在加工过程中往往需要热处理。为保证定心表面的尺寸精度和形状精度，热处理后需进行磨削加工。从加工工艺性来看，小径便于磨削，较易保证较高的加工精度和表面硬度，能提高花键的耐磨性和使用寿命。因此，矩形花键标准规定采用小径定心。花键孔的大径和键槽侧面难于进行磨削加工，对这几个非定心尺寸都可规定较低的公差等级，但由于靠键侧传递扭矩，故对键侧尺寸要求的公差等级较高。
2、矩形花键联结的精度设计
1）尺寸精度设计：
内、外花键尺寸公差带：见课本表11-7
配合制：基孔制
配合种类的选择：主要依据内、外花键相对运动要求的情况而定：表11-7
a） 相对运动要求频繁的，应用滑动配合；
b） 无相对运动要求的，应用固定配合；
c） 定心精度要求高的，亦应用固定配合；要求低的，可用滑动配合。
大径为非定心直径，内、外花键D的相应结合面应有较大的间隙，因此标准规定采用 H10／a11配合，无论是一般用途还是精密传动用的花键，都只用这一种配合。
2）内、外花键形位公差的确定
a) 小径d的极限尺寸遵守包容原则：小径是定心配合尺寸，保证配合性能，其表面的形状公差
和尺寸公差遵守包容原则 。
b) 花键的位置度公差遵守最大实体原则（批量）
花键的位置公差综合控制花键各键之间的角位置，各键对轴线的对称度误差，以及各键对轴线的平行度误差等。其遵守最大实体原则 。（位置度公差见课本表10.7）
c) 键和键槽的对称度公差和等分度公差遵守独立原则（单件或小批量）
对称度公差值P146表10.8
等分度公差值等于花键的对称度公差值。

图8-8矩形花键的位置公差标注
3.表面粗糙度要求
表8-2花键表面粗糙度推荐值
加工表面
内花键
外花键
Ra不大于/μm
小径
1.6
0.8
大径
6.3
3.2
键侧
6.3
1.6
4、矩形花键的图样标注
用数字与符号依次表示：键数N、小径d、大径D和键宽B，中间均用乘号相连，即N×d×D×B。小径、大径和键宽的配合代号和公差代号在各自的基本尺寸之后。
如图8-9（a）为一花键副，其标注代号表示为：键数为6，小径配合为28H7／f7，大径配合为34H10／all，键宽配合为 7H11／dl0。
在零件图上，花键公差仍按花键规格顺序注出，如图8-9（b）（c）。

图8-9　花键配合及公差带的图样标注
（a）装配图 （b）内花键 （c）外花键