第10章键和花键的配合
键的公差及检测
习题课1
习题课
1. 孔轴配合基本尺寸Φ=30㎜，TD=13µm，Td=9µm，Xmax=11µm， EI=0
试用图解法求孔轴极限尺寸，极限偏差，配合公差并判断其配合
性质。 解： ∵ EI=0 ES=EI+TD=0+13=13µm Xmax=ES-ei ei=ES-Xmax=13-11=2µm es=ei+Td=2+9=11µm dmax=Φ30+0.011=Φ30.011㎜ dmin=Φ30+0.002=Φ30.002㎜ Dmax=Φ30+0.013=Φ30.013㎜
t1 4.9
d t 62.5
Φ70 A
d t1 74.9
键联结的公差与配合
4、键与键槽的形位公差
（1）当键长与键宽比L/b≥8时，键宽在长度方向上的平行度公
差应按GB1184-1996选取，b≤6㎜时取7级，b≥8~36㎜取6级， b≥40㎜取5级。具体数值查P94 表4－6 （2）轴槽及轮毂槽的宽度b对轴及轮毂轴心线的对称度，一般可 按GB/T 1184-1996中对称度公差7~9级选取。当同时采用平键与
过盈配合连接，特别是过盈量较大时，则应严格控制键槽的对称
度公差，以免装配困难。查表时，公称尺寸是指键宽,具体数值 可查P94 表4－7。
键联结的公差与配合
5、表面粗糙度的选择：
① 键槽工作面(两侧面) 3.2, 6.3） ② 非工作面（键槽底面） Ra=6.3µm Ra=1.6~6.3µm （1.6,
查表10 3， 键b h 20 12 键槽宽b 20 0..022 0 074
t 7.50 0.2 t1 4.90 0.2
d t 62.50 0.2 d t1 74.9
机械设计基础第10章连接(键、花键-六)
§10－1 螺纹 §10－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 §10－3 机械制造常用螺纹（略） §10－4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件 §10－5 螺纹连接的预紧与防松
§10－6 螺栓连接的强度计算 §10－7 螺栓的材料和许用应力 §10－8 提高螺栓连接强度的措施 §10－9 螺旋传动 （略） §10－10 滚动螺旋简介（略） §10－11 键连接和花键连接
在重型机械中常采用切向键 ——一对楔键组成。
窄面 工作面
d 潘存云教授研制
斜度1：100
装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生 的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要 两对切向键分布成120~130 ˚ 。
二、平键联接的强度校核 1. 类型的选择 应根据各种平键的特点及具体应用情况来选择。 考虑：扭矩大小、对中性要求、轴上位置等情况。 2 . 尺寸的选择 键是一种标准件，主要尺寸：长L、宽b、高h b×h____按轴的直径由标准选取。表10－9 P156 L_____参照轮毂宽度B从标准中选取 一般： L=B－(5～10) mm 3. 材料的选择 键的材料常用45钢：σB≥ 600 MPa的碳素钢
MPa
表10-11 花键连接的许用挤压应力[σp ]和许用压强[p ]
连接工作方式
工作条件
[σp ] 或[p ] 齿面未经热处理 齿面经热处理
不良
35~50
40~70
静连接[σp ]
中等 良好
潘6存0云~教1授0研0制 80~120
100~140 120~200
动连接[p ] (空载下移动)
动连接[p ] (在载荷下移动)
二、平键联接的强度校核
1. 类型的选择 2 . 尺寸的选择 3. 材料的选择
第10章键和花键的配合
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二.花键的形状和位置公差
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（四）花键的标注
矩形花键在图纸上的标注包括以下项目：键数 N×小径d×大径D×键宽B，其各自的公差带代号 和精度等级标注于个基本尺寸之后。
例10-1 某花键副N=6，d=23，D=26，B=6。根据 不同需要各种标注如下：
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（三）公差与配合 1.花键的尺寸公差与配合 以小径定心的矩形花键，其小径d、大径D和键宽B的尺寸公差带见表 10-7。内、外花键定心小径、非定心大径和键（键槽）宽的尺寸公差带 分为一般用和精密传动用两类。内、外花键的配合分为滑动、紧滑动和 固定三种。
选择花键尺寸公差带的一般原则是：当定心精度要求高，传递扭矩大， 时，为了使联结的各表面接触均匀，应选择精密传动用的尺寸公差带。 反之，则选用一般用的尺寸公差带。
花键规格 6×23×26×6 花键副 6×23×26×6 内花键 6×23H7×26H10×6H11 外花键 6×23f6×26a11×6d10
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（五）矩形花键的检验
矩形花键的检验方法是根据不同的生产规模而确 定的。在单件小批量生产中，没有现成的量规可以 使用，可采用通用量具按独立原则分别对各尺寸（ d、D和B）进行单项检验，并检测键宽的对称度、 键（键槽）的等分度等形位误差项目。
第二节 花键联结
• 一、矩形花键联结 • 二、花键的形状和位置公差
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矩形花键有三个主要尺寸，即大径D、小径d和键（槽）宽B。如图105所示。
（一）尺寸系列
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（二）定心方式
机械设计键与花键连接习题含答案OK版
一、填空题[1]键“B18X80”的含义是_________ B型_键宽18键长80。
⑵平键联接能传递的最大扭矩为T，现要传递的扭矩为 1.5T,则应_安装一对平键[3]设计键联接的几项主要内容是：a按轮毂长度选择键的长度,b按要求选择键类型，c按内径选择键的剖面尺寸, d 进行必要强度校核。
具体设计时一般顺序为___bcad。
[4]选择普通平键时，键的截面尺寸（bXh）是根据轴颈.直径______________ 查标准来确定的,普通平键的工作面是两侧面。
[5]平键联接靠键和键槽的_____ 侧面挤压_____ 传力，高度方向有间隙,不会影响轴与轴上零件的对中。
[6]键连接可分为___ 平键___、______ 斜键 ___ 、___花键________ 、_半圆键_______ 。
[7]键的剖面尺寸（b X h）是根据轴颈直径___________________ 从标准中选取出来的。
[8]普通平键联接中，平键的截面尺寸是由_____ 轴颈直径 _________________ 确定的；而平键的长度是由________ 轮毂宽度____________ 确定的，并应满足标准长度系列且小于轮毂与轴的配合段的长度。
[9]在平键联接工作时，是靠键和键槽侧面的挤压传递转矩的。
[10]平键连接可分为_______ 普通平键 ___________ 、_____ 导键滑键____________ 等。
[11]平键联接中的静联接的主要失效形式为____________ 较弱零件的工作面被压溃，动联接的主要失效形式为磨损；所以通常只进行键联接的挤压强度或耐磨性计算。
[12]普通平键用于静联接，其失效形式是______ 工作面压溃 ______ ，而滑键及导向平键为动联接，其失效形式是_____ 过度磨损。
二、判断题[1]楔键的两侧面是工作面。
（）[2]平键、半圆键和花键均以键的两侧面为工作面。
（）[3]平键联接的工作表面为键的两个侧面和上下两个底面。
第十章 螺纹、键、销解读
四、避免或减小附加应力 当螺母支承面、螺栓头部歪斜(图a、b)、被联
接件刚度不足(图c)或采用钩头螺栓时(图d)，都会 使螺栓产生偏心载荷。这时，
螺栓除受拉伸外，还受由偏载引起的附加弯曲应力， 使螺栓的工作应力大大增加,故应当尽量避免。
(2)轴向工作载荷为变载荷时螺栓强度计算
对于承受变载荷
的螺栓联接，除用式
(10-12) 进行静强度 计算外，还须进行疲
劳强度计算。当工作
载荷在0～FE间变化
时，螺栓受总拉力在Fo～ Fa间变化。此时螺栓所受
应力幅为
σa
Fa FR πd12 4
2
kb kb kc
2FE πd12
2. 螺纹联接件的许用应力
螺纹联接件的许用应力及安全系数见表10-6和 表10-7。
例 10-4 一钢制液压油缸，油缸壁厚为10 mm，
油压 p ＝1.6 MPa，D ＝160 mm，试计算油缸上盖 的螺栓联接和螺栓分布圆直径 D0 （图10-21）。 解: (1) 决定单个螺栓工作截荷FE
试取螺栓数 z＝8，则单
(5) 螺栓间距l 为
l πD0 π 220
z
8
86.4mm
由第 146 页（旧版143页）的脚注可知， 当 p ≤1.6 MPa 时，l ≤7d＝7×16＝112mm，所以选 取的D0 和 z 是合适的。
在本例题中 ，求螺纹直径时要用到许用应力 [σ]，但[σ]是与螺纹直径有关的参数，因此需采用 试算法计算、调整。这种方法在其他零件设计计 算中同样会经常使用。
Fa FR
Fo Fo
键花键的公差与配合
重新设计键花键，优化尺寸和公差，提高配合精度。
案例二：某汽车传动系统的键花键设计
总结词
高强度和耐磨性要求
详细描述
某汽车传动系统中的键花键需要承受高强度和耐磨性要求，以确保 长期稳定运行。
解决方案
采用高强度材料和表面处理技术，优化设计以满足高强度和耐磨性 要求。
案例三：某航空发动机的键花键优化
配合选择
根据工作条件
根据轴和孔的工作条件，如载荷、转速、温度 等，选择合适的配合类型。
根据材料特性
根据轴和孔的材料特性，如硬度、弹性模量、 热膨胀系数等，选择合适的配合类型。
根据装配要求
根据轴和孔的装配要求，如装配方法、装配尺寸链等，选择合适的配合类型。
04 键花键的加工与检测
加工方法
切削加工
总结词
01
轻量化和高性能要求
详细描述
02
某航空发动机中的键花键需要满足轻量化和高性能要求，以降
低油耗和提高发动机效率。
解决方案
03
采用先进的轻量化材料和优化设计，提高键花键的性能和效率。
感谢您的观看
THANKS
运行稳定性。
影响因素
键宽公差的大小受到多种因 素的影响，包括原材料的宽 度偏差、热处理变形以及加
工过程中的累积误差等。
控制方法
为了减小键宽公差，需要加 强原材料的质量控制，优化 热处理工艺和加工工艺，以 及采用先进的测量设备和测 量方法等措施。
03 键花键的配合
配合类型
01
过盈配合
利用材料的弹性变形能力，使内 孔与轴的外径之间产生过盈，实 现固定连接。
角度尺
用于测量键花键的角度。
游标卡尺
用于测量键花键的外径、内径和槽宽等尺寸。
杨可桢《机械设计基础》(第6版)复习笔记及课后习题详解(含考研真题)-第10~13章【圣才出品】
第10章连接10.1复习笔记【通关提要】本章介绍了零件连接形式：螺纹连接、键连接和销连接，主要阐述了螺纹的类型和几何参数、螺纹连接的基本类型、螺栓连接的受力分析和强度计算、螺旋传动、键连接的类型和强度计算以及销连接。
学习时需要重点掌握螺栓连接的受力分析和强度计算、键连接的强度计算，此处多以计算题的形式出现；熟练掌握螺纹和螺纹连接的类型和应用、提高螺纹连接强度的措施、键连接的类型、应用及布置等内容，多以选择题、填空题、判断题和简答题的形式出现。
复习时需把握其具体内容，重点记忆。
【重点难点归纳】一、螺纹参数（见表10-1-1）表10-1-1螺纹的分类和几何参数二、螺旋副的受力分析、效率和自锁（见表10-1-2）表10-1-2螺旋副的受力分析、效率和自锁三、机械制造常用螺纹（见表10-1-3）表10-1-3机械制造常用螺纹四、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件（见表10-1-4）表10-1-4螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件五、螺纹连接的预紧和防松1．拧紧力矩（见表10-1-5）表10-1-5拧紧力矩2．螺纹连接的防松（见表10-1-6）表10-1-6螺纹连接的防松六、螺栓连接的强度计算（见表10-1-7）表10-1-7螺栓连接的强度计算七、螺栓的材料和许用应力1．材料螺栓的常用材料为低碳钢和中碳钢，重要和特殊用途的螺纹连接件可采用力学性能较高的合金钢。
2．许用应力及安全系数许用应力及安全系数可见教材表10-7和表10-8。
八、提高螺栓连接强度的措施（见表10-1-8）表10-1-8提高螺栓连接强度的措施九、螺旋传动螺旋传动主要用来把回转运动变为直线运动，其主要失效是螺纹磨损。
按使用要求的不同可分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋。
1．耐磨性计算（1）通常是限制螺纹接触处的压强p，其校核公式为p＝F a/（πd2hz）≤[p]式中，F a为轴向力；z为参加接触的螺纹圈数；h为螺纹工作高度；[p]为许用压强。
（2）确定螺纹中径d2的设计公式①梯形螺纹d≥2②锯齿形螺纹2d≥其中，φ＝H/d2，z＝H/P，H为螺母高度；梯形螺纹的工作高度h＝0.5P；锯齿形螺纹的工作高度h＝0.75P。
键连接和花键连接
（4）导向性好, （5）精度高 （6）承载能力高
缺点：（1）根部应力集中大,（2）成本高
加工
{ 轴： 滚、铣
孔： 拉、插
2、应用：动连接或静连接
3、类型：矩形花键、渐开线花键
4、工作面：侧面
（1）矩形花键 容易制造，应用广泛。
（2）渐开线花键： 强度高，寿命长
（二）花键连接强度计算 1.失效形式 静联接： 被压溃
切向键连接
切向键由两个具有1∶100斜度的楔键并合而成。装 配时将两键楔紧，上下两工作面平行，工作面上的压力 沿轴 的切线方向，能传递很大扭矩，多用于对对中性要 求不高的重型机械。
当传递双向扭矩时，需使 用两个切向键并相隔1200~1300 布置。
二、平键的尺寸选择和强度校核
1、平键的尺寸选择
宽×高×长：b×h×L （1）按轴径 d 查手册确定键宽 b 和键高 h
p 4T p MPa
dhl
（10-27）
许用挤压应力 p , 见表10-10
若强度不够时，可采用两个平键，相隔 1800布置。考虑 到载荷分布的不均匀性，强度校核按1.5个键计算。
三、花键连接
由轴和轮毂孔沿周向均布的多个键齿构成的连 接称为花键连接。
（一）、类型、特点及应用 1.特点：与键连接比较 优点：（1）受力均匀 （2）对轴削弱小 （3）对中性好
3. 安全销:
二、材料 一般：35，45
键连接设计与计算分析：
图示为在直径d = 80mm 的轴端安装一钢制直齿圆柱 齿轮，轮毂长 L = 1.5d，传递 扭矩T=1000Nm, 工作时有轻 微冲击，试确定平键的连接 尺寸，并校核其强度。
1）轴头的长度应较齿轮
轮毂的长度L短2~3毫米；
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对于大批量生产，一般采用量规进行检验（内花键用综合塞规见图1011a、外花键用综合环规见图10-11b）按包容原则综合检测花键的小径d， 大径D及键（键槽）宽B的作用尺寸，即包括上述位置度（等分度、对
称度在内）和同轴度等形位误差。综合量规只有通端，故另需要用单项 规（内花键用塞规、外花键用卡板）分别检测尺寸d、D和B的最小实体 尺寸。
尺寸d、D和B的精度等级选择好之后，具体的数值可以根据尺寸的大 小及精度等级查阅第二章圆柱体的标准公差数值表以及轴和孔的基本偏 差数值表。
内、外花键小径d 的极限尺寸遵循包容原则。
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二.花键的形状和位置公差
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（四）花键的标注
矩形花键在图纸上的标注包括以下项目：键数 N×小径d×大径D×键宽B，其各自的公差带代号 和精度等级标注于个基本尺寸之后。
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半圆键联结的配合分为两类：一般联结和较紧联结
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1.键槽（轴槽几及轮毂槽）对轴心线的对称度公 差一般可以按GB1184－80附录中的7～9级选取。
2.当键长L与键宽b之比大于或等于8时，键宽两侧 面的平行度公差按GB1184－80附录中的5～7级选取 ：当b≤6时按7级；b≥8～36时按6级；b≥40时按5 级选用。
表面粗糙度对键联结配合性质的稳定性和使用寿
命有很大影响。推荐键侧选用Ra2.5μ m，非配合面 选用Ra10μ m。
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键和键槽的尺寸检验比较简单，可以用各种通用计 量器具测量，如游标卡尺、千分尺等。
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第二节 花键联结
• 一、矩形花键联结 • 二、花键的形状和位置公差
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矩形花键有三个主要尺寸，即大径D、小径d和键（槽）宽B。如图105所示。
第十章 键和花键的配合及测量
• 10.1 单键联结 • 10.2 花键联结
第一节 单键联结
• 一、平键和半圆键的公差与配合 • 二、键的检验
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平键和半圆键联结采用基轴制，平键联结的配合分为三类：较松联结、 一般联结和较紧联结。
键的 类型
配合种 类
较松联 结
尺寸b的公差带
键
键 槽
轮毂 槽
H9
例10-1 某花键副N=6，d=23，D=26，B=6。根据 不同需要各种标注如下：
花键规格 6×23×26×6 花键副 6×23×26×6 内花键 6×23H7×26H10×6H11 外花键 6×23f6×26a11×6d10
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（五）矩形花键的检验
矩形花键的检验方法是根据不同的生产规模而确 定的。在单件小批量生产中，没有现成的量规可以 使用，可采用通用量具按独立原则分别对各尺寸（ d、D和B）进行单项检验，并检测键宽的对称度、 键（键槽）的等分度等形位误差项目。
D9
配合性质及应用
键在轴上或轮毂中能滑动。主要用 于导向平键、滑键，轮毂可在轴上 作轴向移动
平键
一般联 结
N9
Js9 键在轴上和轮毂中固定。用于载
荷不大的场合
h9
较紧联 结
P9
键在轴上和轮毂中固定。用于传递 重载、冲击载荷或双向转矩
P9
半圆 键
返回
一般联 结
较紧联 结
N9
Js9
P9
P9
定位及传递扭矩
（一）尺寸系列
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（二）定心方式
花键联结的主要要求是保证花键孔和花键轴联结后 具有较高的同轴度，并传递转矩。花键配合中三个 主要尺寸都可以起定心作用，所以在老标准中三个 尺寸都可选为定心尺寸，但比较复杂。
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（三）公差与配合 1.花键的尺寸公差与配合 以小径定心的矩形花键，其小径d、大径D和键宽B的尺寸公差带见表 10-7。内、外花键定心小径、非定心大径和键（键槽）宽的尺寸公差带 分为一般用和精密传动用两类。内、外花键的配合分为滑动、紧滑动和 固定三种。
选择花键尺寸公差带的一般原则是：当定心精度要求高，传递扭矩大， 时，为了使联结的各表面接触均匀，应选择精密传动用的尺寸公差带。 反之，则选用一般用的尺寸公差带。
当精密传动用的内花键需要控制键侧配合间隙时，键槽宽的公差带可和H7时，外花键小径的公差带允许选 用高一级。