键和花键的公差与检测

1、 第9章 键和花键的公差与检测教学提示:键联接和花键联接广泛用作轴和轴上传动件(如齿轮、带轮、链轮、联轴器等之间的可拆联接,用以传递转矩,有时也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联接。键又称单键,可分为平键、半圆键、切向键和楔形键等几种。其中平键又可分为普通平键和导向平键两种。花键分为矩形花键和渐开线花键两种。花键联接与单键联接相比较,前者的强度高,承载能力强。渐开线花键联接与矩形花键联接相比较,前者的强度更高,承载能力更强,并且具有精度高、齿面接触良好、能自动定心、加工方便等优点。教学要求:本章让学生在学习键联接和花键联接的设计基础上,通过比较和综合分析各种键联接的特点

2、,懂得在机械传动系统中确定键联接和花键的公差时应考虑的主要问题,并通过对键联接和花键联接实例的分析,进一步熟悉和掌握选择键和花键公差的原则与方法以及键和花键检测的方法。9.1 单键结合的互换性平键联接由键、轴键槽和轮毂键槽三部分组成,通过键的侧面与轴键槽及轮毂键槽的侧面相互接触来传递转矩,见图9.1。在平键联接中,键和轴键槽、轮毂键槽的宽度b 是配合尺寸,应规定较严的公差;而键的高度h 和长度L 以及轴键槽的深度t 1皆是非配合尺寸,应给予较松的公差。图9.1 单键联接的几何尺寸1.平键和键槽配合尺寸的公差带与配合种类平键联接中,键由型钢制成,是标准件,因此键与键槽宽度的配合采用基轴制。国家第

3、9章 键和花键的公差与检测 ·159··159·标准规定按轴径确定键和键槽尺寸。它们的公差带则从GB/T18011999极限与配合公差带和配合的选择中选取,对键的宽度规定一种公差带h9,对轴和轮毂键槽的宽度各规定三种公差带,以满足各种用途的需要。键宽度公差带分别与三种键槽宽度公差带形成三组配合,如图9.2所示。它们的应用场合见表9-1。图9.2 单键联接键宽度与三种键槽宽度公差带示意图表9-1 平键联接的配合及应用尺寸b 的公差 配合种类 键轴槽轮毂槽配合性质及应用较松联接 H9 D10键在轴上及轮毂中均能滑动。主要用于导向平键,轮毂可在轴上作轴向移动

4、一般联接 N9 JS9键在轴上及轮毂中均固定。用于载荷不大的场合较紧联接h9P9 P9键在轴上及轮毂中均固定,而比上种配合更紧。主要用于载荷较大、载荷具有冲击性以及双向传递扭矩的场合2.平键和键槽非配合尺寸的公差带平键高度h 的公差带一般采用h11;截面尺寸为2mm×2mm 至6mm×6mm 的B 型平键由于其宽度和高度不易区分,这种平键高度的公差带亦采用h9。平键长度L 的公差带采用h14。轴键槽长度上的公差带采用H14。轴键槽深度t 和轮毂键槽深度t l 的极限偏差由国家标准专门规定。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 - t ”和“d+t l

5、 ”(此处d 为孔、轴的基本尺寸。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公差带,还与它们配合表面的形位误差有关,因此应分别规定轴键槽宽度的中心平面对轴的基准轴线和轮毂键槽宽度的中心平面对孔的基准轴线的对称度公差。该对称度公差与键槽宽度的尺寸公差及孔、轴尺寸公差的关系可以采用独立原则或最大实体要求。键槽对称度公差采用独立原则时,使用普互换性与测量技术基础·160· ·160·通计量器具测量;键槽对称度公差采用最大实体要求时,应使用位置量规检验。对称度公差等级可为79级。4.平键和键槽的表面粗糙度要求键和键槽的表面粗糙度参数R a

6、的上限值一般按如下范围选取:配合表面取为1.66.3 µm ,非配合表面取为12.5 µm 。5. 键槽尺寸和公差在图样上的标注轴键槽和轮毂键槽剖面尺寸及其公差带、键槽的形位公差和表面粗糙度要求在图样上的标注如图9.3。(a 图中对称度公差采用独立原则;(b 图中对称度公差采用最大实体要求。图9.3 轴键槽和轮毂键槽形位公差和表面粗糙度在图样上的标注键和键槽的尺寸可以用千分尺、游标卡尺等普通计量器具来测量。键槽宽度可以用量块或极限量规来检验。图9.4 轴键槽对称度误差测量如图9.4(b所示,轴键槽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9.4(b所示的方

7、法来测量。被测零件(轴以其基准部位放置在V 形支承座上,以平板作为测量基准,用V 形支承座体现轴的基准轴线,它平行于平板。用定位块 (或量块模拟体现键槽中心平面。将置于平板上的指示器的测头与定位块的顶面接触,沿定位块的一个横截面移动,并稍微转动被测零件来调整定位块的位置,使指示器沿定位块这个横截面移动的过程中示值始终稳定为止,因而确定定位块的这个横截面内的素线平行于平板。见图9.5,轴键槽对称度公差与键槽宽度的尺寸公差的关系采用最大实体要求,而该对第9章 键和花键的公差与检测 ·161··161·称度公差与轴径的尺寸公差的关系采用独立原则。这时键槽对称误

8、差可用图9.5(b所示的量规检验。该量规以其V 形表面作为定心表面来体现基准轴线,来检验键槽对称度误差,若V 形表面与轴表面接触且量杆能够进入被测键槽,则表示合格。(a (b图9.5 轴键槽对称度量规见图9.6,轮毂键槽对称度公差与键槽宽度的尺寸公差及基准孔孔径的尺寸公差的关系皆采用最大实体要求。这时,键槽对称度误差可用图9.6(b所示的键槽对称度量规检驻。该量规以圆柱面作为定位表面模拟体现基准轴线,来检验键槽对称度误差,若它能够同时自由通过轮毂的基准孔和被测键槽,则表示合格。(a (b图9.6 轮毂键槽对称度量规9.2 矩形花键结合的互换性为便于加工和测量,矩形花键的键数为偶数,即6、8、1

9、0三种。按承载能力不同,矩形花键可分为中、轻两个系列,GB/T11442001矩形花键尺寸、公差和检验,规定了矩形花键的主要尺寸有小径d 、大径D 、键宽和键槽宽B ,如图9.7所示。键数规定为偶数,有6、8、10三种,以便加工和检测。按承载能力,对基本尺寸规定了轻、中两个系列,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。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,承载能力相对低。矩形花键的尺寸系列见表9-2。图9.7 矩形花键的尺寸互换性与测量技术基础·162· ·162·表9-2 矩形花键的尺寸系列小径d/mm

10、轻 系 列 中 系 列规格/mm键数 N /个大径 N /个键宽B/mm规格/mm键数 N /个大径 N /个键宽B /mm11 6×11×14×3 14 3 13 6×13×16×3.5 16 3.5 16 6×16×20×4 20 4 18 6×18×22×5 22 5 216×21×25×525 5 23 6×23×26×6 26 6 6×23×28×6 28 6 26 6

11、5;26×30×6 30 6 6×26×32×6 32 6 28 6×28×32×7 632 7 6×28×34×7 634 7 32 8×32×36×6 36 6 8×32×38×7 38 6 36 8×36×40×7 8 40 7 8×36×42×7 8 42 7 42 8×42×46×8 46 8 8×42×48

12、×8 48 8 46 8×46×50×9 50 9 8×46×54×9 54 9 52 8×52×58×10 58 108×52×60×10 60 10 56 8×56×62×10 62 108×56×65×10 65 10 62 8×62×68×12 68 128×62×72×12 72 12 72 10×72×78×

13、;12 78 1210×72×82×12 82 12 82 10×82×88×12 88 1210×82×92×12 92 12 92 10×92×98×14 98 1410×92×102×14 102 14 102 10×102×108×16 108 1610×102×112×16 112 16 11210×112×120×1810 120 1810

14、15;112×125×18 10 125 18矩形花键联接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,如图9.8所示。前两种定心方式的定心精度比后一种方式的高。而键和键槽的侧面无论是否作为定心表面,其宽度尺寸B 都应具有足够的精度,因为它们要传递转矩和导向。此外,非定心直径表面之间应该有足够的间隙。图9.8 矩形花键定心方式·163·GB/T ll442001规定矩形花键联接采用小径定心。这是因为随着科学技术的发展,现代工业对机械零件的质量要求不断提高,对花键联接的机械强度、硬度、耐磨性和几何精度的要求都提高了。例如,工作时每小

15、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 。因此,在内、外花键制造过程中需要进行热处理(淬硬来提高硬度和耐磨性。淬硬后应采用磨削来修正热处理变形,以保证定心表面的精度要求。如果采用大径定心,则内花键大径表面很难磨削。采用小径定心,磨削内花键小径表面就很容易,磨削外花键小径表面也比较方便。此外,内花键尺寸精度要求高时,如IT5级和IT6级精度齿轮的花键孔,定心表面尺寸的标准公差等级分别为IT5和IT6,采用大径定心则拉削内花键不能达到高精度大径要求,而采用小径定心就可以通过磨削达到高精度小径要求。所以,矩形花键联接采用小径

16、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。矩形花键联接的极限与配合分为两种情况:一种为一般用途矩形花键,另一种为精密传动用矩形花键。其内、外花键的尺寸公差带见表9-3。表9-3 矩形花键的尺寸公差带(GB/T 11442001 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 装配型式 一般用f7 d10 滑动 g7 f9 紧滑动 H7 H10 H9 H11h7 a11 h10 固定 精密传动用f5 d8 滑动 g5 f7 紧滑动 H5h5 h8 固定 f6 d8 滑动 g6 f7紧滑动 H6 H10H7、H9 h6 a11 h8 固定 矩形花键联接采用基孔

17、制配合,是为了减少加工和检验内花键用花键拉刀和花键量规的规格和数量。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,当联接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。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、fg 、h5的外花键配合

18、,这主要是考虑矩形花键常用来作为齿轮的基准孔,在贯彻齿轮标准·164·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。矩形花键联接的极限与配合选用主要是确定联接精度和装配型式。联接精度的选用主要是根据定心精度要求和传递扭矩大小。精密传动用花键联接定心精度高,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(内花键的联接。矩形花键按装配型式分为固定联接、紧滑动联接和滑动联接三种。固定联接方式,用于内、外花键之间无轴向相对移动的情况,而后两种联接方式,用于内、外花键之间工作时要求相对移动的情况。由于形位误差的影响,矩形花键

19、各结合面的配合均比预定的要紧。装配型式的选用首先根据内、外花,键之间是否有轴向移动,确定选固定联接还是滑动联接。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接,以保证运动灵活性及配合面间有足够的润滑油层,例如变速箱中的齿轮与轴的联接。对于内、外花键之间定心精度要求高,传递扭矩大或经常有反向转动的情况,则选用配合间隙较小的紧滑动联接。对于内、外花键间无需在轴向移动,只用来传递扭矩,则选用固定联接。1.形位公差要求内、外花键是具有复杂表面的结合件,且键长与键宽的比值较大,因此还需有形位公差要求。为保证配合性质,内、外花键的小径定心表面的形状公差和尺

20、寸公差的关系应遵守包容要求。形位公差若是规定位置度公差(见表9-4,则应注意键宽的位置度公差与小径定心表面的尺寸公差关系均应符合最大实体要求。内、外矩形花键的位置度公差要求的图样标注如图9.9所示。表9-4 矩形花键位置度公差 单位:mm 3 3.56 710 1218 键槽宽或键宽B位置度公差t 1 键槽宽0.010 0.015 0.020 0.025 滑动、固定0.010 0.015 0.020 0.025 键宽 紧滑动 0.006 0.010 0.013 0.016图9.9 矩形花键位置度公差标注·165·若是规定对称度公差(见表9-5,则应注意键宽的对称度公差与小径

21、定心表面的尺寸公差关系则应遵守独立原则。内、外矩形花键的对称度公差的图样标注如图9.10所示。另外,对于较长花键,可根据产品性能自行规定键侧对轴线的平行度公差。表9-5 矩形花键对称度公差 单位:mm 3 3.56 710 1218 键槽宽或键宽B对称度公差t 2 一般用0.010 0.012 0.015 0.018 精密传动用 0.006 0.008 0.009 0.011图9.10 矩形花键对称度公差标注2.表面粗糙度要求矩形花键的表面粗糙度参数一般是标注R a 的上限值要求。矩形花键的表面粗糙度参数及R a 的上限值一般这样选取:内花键的小径表面不大于0.8m ,键侧面不大于3.2m ,

22、大径表面不大于6.3m 。外花键的小径表面不大于0.8m ,键侧面不大于0.8m ,大径表面不大于3.2m 。矩形花键的规格按下列顺序表示:键数N ×小径d ×大径D ×键宽(键槽宽B 。按这顺序在装配图上标注花键的配合代号和在零件图上标注花键的尺寸公差带代号。例如,花键键数N 为8,小径d 的配合为52H7/f7、大径D 的配合为58H10/a11、键槽宽与键宽B 的配合为10H11/d10,其标注方法如下:花键副在装配图上标注配合代号为H7H10H118525810f 7a11d10×××GB/T1442001 内花键在零件图上标

23、注尺寸公差带代号为8×52H7×58H10×10H11 GB/T11442001外花键在零件图上标注尺寸公差带代号为8×52f7×58all ×10d10 GB/T11442001 (a (b图9.11 矩形花键位置量规如图9.9所示,当花键小径定心表面采用包容要求,各键(各键槽位置度公差与键宽(键槽宽的尺寸公差的关系采用最大实体要求,且该位置度公差与小径定心表面尺寸公差的关系也采用最大实体要求时,为了保证花键装配型式的要求,验收内、外花键应该首先使用花键塞规和花键环规(均系全形通规分别检验内、外花键的实际尺寸和形位误差的综合结果,即同时检验花键的小径、大径、键宽(键槽宽表面的实际尺寸和形状误差以及各键(各键槽的位置度误差,大径表面轴线对小径表面轴线的同轴度误差等的