键与花键(第7章)
邱宣怀《机械设计》(第4版)章节题库-第七章至第十二章【圣才出品】
第7章键、花键、销、成形联接一、填空题1．普通平键用于______连接，其工作面是______面，工作时靠______传递转矩，主要失效形式是______。
【答案】静；两侧；侧面受挤压和剪切；工作面被压溃2．楔键的工作面是______，主要失效形式是______。
【答案】上、下面；压溃3．平键的剖面尺寸通常是根据______选择，长度尺寸主要是根据______选择。
【答案】轴的直径；轮毂长度4．导向平键和滑键用于______连接，主要失效形式是______，这种连接的强度条件是______。
【答案】动；磨损；耐磨性条件P≤[P]5．同一连接处使用两个平键，应错开______布置；采用两个楔键或两组切向键时，要错开______；采用两个半圆键，则应______。
【答案】180°120°布置在一条直线上6．在平键连接中，静连接应校核______强度；动连接应校核______强度。
【答案】挤压；耐磨7．平键连接工作时，是靠______和______侧面的挤压传递转矩的。
【答案】键；键槽8．花键连接的主要失效形式，对静连接是______，对动连接是______。
【答案】齿面压溃；齿面磨损9．______键连接，既可传递转矩，又可承受单向轴向载荷，但容易破坏轴与轮毂的对中性。
【答案】楔10．平键连接中的静连接的主要失效形式为______，动连接的主要失效形式为______；所以通常只进行键连接的______强度或______计算。
【答案】较弱零件的工作面被压溃；磨损；挤压；耐磨性11．半圆键的______为工作面，当需要用两个半圆键时，一般布置在轴的______。
【答案】两侧面；同一母线上12．花键联接的主要优点是______。
【答案】齿数较多且受力均匀，承载能力高；槽浅，齿根应力集中小，对轴和毂的强度削弱较轻；轴上零件与轴的对中性好二、问答题1．普通平键有哪些失效形式？主要失效形式是什么？怎样进行强度校核？如经校核判断强度不足时，可采取哪些措施？答：（1）普通平键的失效形式有工作面被压溃，个别情况会出现键被剪断。
键与花键(第7章)
C
dm d
D
挤压强度条件：
P
2000 T z hl dm
[ ]P
动联接（耐磨性条件）： P 2000 T [P] z hl dm
T——传递扭矩（N.m） Z——花键齿数 l ——键齿工作长度（mm）dm——花键的平均直径 ψ——载荷分布不均系数 h——键齿侧面工作高度（mm）
4、切向键 两个斜度为1：100的楔键联接，上、下两面为工作面（打 入）布置在圆周的切向 工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩
工作面
毂
轴
1:100
二、键联接的选择和强度校核
1、选择 类型尺寸： （b×h）×L
由轴径d 由轮毂宽
从标准中选b×h 选键长L（系列值）
由结构确定，而 不是由强度确定。
弹 性 环 的 材 料 为 高 碳 钢 或 高 碳 合 金 钢 （ 65 ， 70 ， 55Cr2 、 60Cr2）并经热处理。锥角一般为12.5~17°，另外要求内、外 环锥面配合良好。
l
L
特点：可传递较大扭矩和轴向力，无应力集中，对中性好， 但加工要求较高，应用受限制。
D d
§7—4 销联接
定位销——主要用于零件间位置定位，左图，常用作组合加 工和装配时的主要辅助零件。
2000T kld
[ ]P
允许传递的扭矩：
T
1 2
kld[
]P
T——扭矩（Nmm）k——工作高度 k=h/2
d——轴径（mm）
l——工作长度 A型键：l=L-b B型键：l=L C型键：l=L-b/2
L——公称长度
b）剪切强度条件
N 1000T / d 2 2000T [ ]
花键的公差及检测
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7.3 键和花键的检测
检验小径定心用的综合塞规如图7-8（a）所示，塞规两端 的圆柱作导向及检验及检验花键孔的小径用。综合塞规花键 部分的小径作成比基本尺寸小0.5~1mm，不起检验作用， 而使导向圆柱体的直径代替综合塞规内径，这样就可以使综 合塞规的加工大为简化。
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7.2 矩形花键的公差与配合
7.2.1 概述
花键连接是用在轴径向均布的外花键和在轮毂孔上带有相应 内花键相配合的可拆连接。与平键连接相比，花键连接的承 载能力强、对中性和导向性好、键与轴或孔为一整体，强度 高，负荷分布均匀，可传递较大的扭矩。一般用于载荷较大、 定心精度要求高和经常作轴向滑移的场合，在机械制造领域 应用广泛。
尺寸、大径对小经的同轴度误差及键齿(槽)位置误差进行测 量，以保证各尺寸偏差及形位误差在其公共公差范围内。 花键表面的位置误差是很少进行单项检验的，一般只在分析 花键加工质量（如机床检修后）以及制造花键刀具、花键量 规时，或在首件检验和抽查中才进行。若需对位置误差进行 单项测量，可在光学分度头或万能工具显微镜上进行。花键 等分累积误差与齿轮周节累积误差的测量方法相同。
半圆键
一般联结 较紧联结
N9
Js9
p9
p9
定位及传递扭矩
返回
图7-3 键槽尺寸和公差的标注示例
返回
图7-4 矩形花键主要尺寸
返回
表7-3 内外花键的尺寸公差带
返回
图7-5 花键位置公差标注
返回
表7-4 花键位置度公差
3 键槽宽或键宽B
键槽宽
第7章 键与花键的公差与配合
平键结构示意图
平键联结的公差与配合
由于使用的平键为标准件，且键又为外表面，因而， 键与轴槽、键与轮毂槽的配合均采用基轴制。国家标 准对键宽只规定了一种公差带h8。 一般键与轴槽配合要求较紧，键与轮毂槽配合要求较 松，相当于一个轴与两个孔相配合，且配合性质不同。 国家标准对轴槽宽和轮毂槽宽各规定了三种公差带， 构成三种配合形式，分别对应于松联结、正常联结和 紧密联结。用于不同的场合。键宽与键槽宽公差带图 如图示。
平键公差带图
平键的图样标注
60.3
+0.2 0
Ra 1.6 Ra 3.2 16JS9± 0.021 0.02 A 50
+0.2 0
Ra 0.8
Ra 3.2 16N9( 0-0.043) 0.02 A
Ra 6.3
Ra 6.3
φ 56H7(
+0.03 0 )
E
φ 56r6(+0.060 ) E +0.041
量规
A
A
平键的检测
7.3
矩形花键联结的公差与配合
矩形花键的结构和尺寸 矩形花键几何参数有大径D、小径d、键数N和键宽与键槽宽B。 矩形花键的键数N为偶数，有6、8、10三种。 按承载能力的不同，矩形花键可分为中、轻两个系列。
矩形花键联结的定心方式(GB/T 1144－2心方式：小径d定心； 大径D定心和键宽B定心。 矩形花键用小径定心。小径定心的定心精度高，定心稳定 性好，使用寿命长，有利于产品质量的提高。外花键小径 精度可用成形磨削保证。
2．矩形花键的形位公差和表面粗糙度 (1) 小径d的极限尺寸应遵守包容要求 当小径d的实际尺寸处于最大实体状态时，它必须具有理想形状， 只有当小径d的实际尺寸偏离最大实体状态时，才允许有形状误差。 (2) 花键的位置度公差遵守最大实体要求 花键的位置度公差综合控制花键各键之间的角向位置，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，采用综合量规进 行检验。 (3) 键和键槽的对称度公差和等分度公差遵守独立原则 花键的对称度和等分度公差一般适用于单项检验法。 花键的等分度公差等于花键的对称度公差值。 对较长的花键，可根据产品性能自行规定键侧对轴线的平行度公差。
键习题
第七章键、花键和销联接一、选择题7－1 普通平键联接的主要用途是使轴与轮毂之间____________。
（1）沿轴向固定并传递轴向力（2）沿轴向可作相对滑动并具有导向作用（3）沿周向固定并传递力矩（4）安装与拆卸方便7－2 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）按使用要求选择键的主要类型c）按轴的直径选择键的剖面尺寸d）对联接进行必要的强度校核。
在具体设计时，一般顺序是___________。
（1）b→a→c→d（2）b→c→a→d（3）a→c→b→d（4）c→d→b→a7－3 键的剖面尺寸通常是根据__________按标准选择。
（1）传递转矩的大小（2）传递功率的大小（3）轮毂的长度（4）轴的直径7－4 键的长度主要是根据__________来选择。
（1）传递转矩的大小（2）轮毂的长度（3）轴的直径7－5 常用来制造键的材料是__________。
（1）低碳钢（2）中碳钢（3）高碳钢（4）合金钢7－6 轴的键槽通常是由__________加工而得到的。
（1）插削（2）拉削（3）钻及铰（4）铣削7－7 紧键联接和松键联接的主要区别在于：前者安装后，键与键槽之间就存在有__________。
（1）压紧力（2）轴向力（3）摩擦力7－8 能够构成紧键联接的两种键是__________。
（1）楔键和半圆键（2）平键和切向键（3）半圆键和切向键（4）楔键和切向键7－9 楔键和_________，两者的接触面都具有1：100的斜度。
（1）轴上键槽的底面（2）轮毂上键槽的底面（3）键槽的侧面7－10 楔键联接的主要缺点是_________。
（1）键的斜面加工困难（2）键安装时易损坏（3）键装入键槽后，在轮毂中产生初应力（4）轴和轴上的零件对中性差7－11 切相键联接的斜度是做在_________。
（1）轮毂键槽的底面（2）轴的键槽底面（3）一对键的接触面（4）键的侧面7－12 平键联接如不能满足强度条件要求时，可在轴上安装一对平键，使它们沿圆周相隔_________。
第七章键及花键
6×7d10 EQ0S.015 A
A
A
28h7E
图 矩形花键的对称度公差标注
② 表面粗糙度要求
加工表 面
内花 键
外 花 键
Ra不大于
花键表面粗糙度推荐值(μm)
小径 0.8 0.8
大径 6.3 3.2
键侧 3.2 0.8
7.2.3 矩形花键在图样上的标注应按下列顺序表示： 键数N × 小径d × 大径D × 键宽（键槽宽）B 在装配图上标注花键的配合代号； 在零件图上标注花键的尺寸公差代号，以及几何公差和公差原则要求。
槽款）的局部尺寸是否超越最小实体尺寸。
思考题与习题
7-1 平键联结的种类有哪些？它们各用于什么场合？ 7-2 7-3
7-4 什么是矩形花键的定心方式？ 7-5 试说明标注为花键
的全部含义, 试确定其内、外花键的极限尺寸。
62H 36 3H 0 16H 0 G 11 T B 114 24 001 g6 all f9
谢谢大家！
定心方式
a) 大径定心
b) 小径定心 图 矩形花键连接的定心方式
c) 键宽定心
7.2.3 矩形花键连接的精度设计 （1）矩形花键连接的公差与配合 矩形花键连接按精度高低，分为一般用途和精密传动使用两种； 矩形花键的装配形式分为：滑动、紧滑动和固定三种。由于花键的几何误差的影响，三种装配形式
指明的配合皆比各自的配合代号表示的配合紧一些。内、外花键的尺寸公差带见下表。 为减少专用刀具和量具的数量（如拉刀和量规），花键联结采用基孔制配合。
7.1.2 （3）键槽的几何公差 ◆ 平行度要求 当键长 L 与键宽 b 之比大于或等于 8 时，应对键宽 b 的两工作侧面在长度方向上规定平行度公差，
公差与互换性课程(7-键与花键的公差与配合)
7.3.3 矩形花键连接的公差与配合
1.矩形花键的尺寸公差 内、外花键定心小径、非定心大径和键宽（键槽
宽）的尺寸公差带按使用要求分为一般使用与精密传 动两种。其内、外花键的尺寸公差带见下表：
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矩形花键的尺寸公差带（摘自GB/T 1144-2001）
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从上表中可以看出： 对一般用的内花键槽宽规定了两种公差带，加工 后不再热处理的，公差带为H9；加工后需要进行热处 理，为修正热处理变形，公差带为H11； 对于精密传动用内花键，当连接要求键侧配合间 隙较小时，槽宽公差带选用H7，一般情况需用H9.
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2.矩形花键的配合及其选择
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，且比相应的大径D和键宽B的公 差等级都高。但在有些情况下，内花键允许与高一级 的外花键配合。而大径只有一种配合，为H10/a11。
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7.2.4 键槽的形位公差
键与键槽配合的松紧程度不仅取决于其配合尺寸 的公差带，还与配合表面的形位公差有关。
为了保证键宽与键槽宽之间具有足够的接触面积 和可装配性，对键和键槽的位置误差要加以控制，应 分别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，一般可按对称度公差7~9级选取。
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平键
（1）圆头（A型） （2）平头（B型） （3）单圆头（C型）
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平键图片
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花键联接
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花键联接
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7.2 普通平键联结的公差与配合
公差与测量技术课后习题答案
绪论1、在机械和仪器制造业中,零、部件的互换性是指在统一规格的一批零件或部件中，任取其一，不需任何挑选或修配（如钳工修理）就能装在机器上，并达到规定的功能要求，这样的一批零部件就称为具有互换性的零部件。
在现代工业化生产中，互换性在提高产品质量、提高生产效率和降低生产成本等方面具有重要的意义。
例如在设计、制造和使用中。
对单件及小批量生产的零件也同样需要。
2、完全互换性简称为互换性，它是以零部件装配或更换不需要挑选或修配为条件的,也就是零件能百分之百互换。
不完全互换性在零部件装配时允许有附加的选择或调整，但不允许有修理，所以也称为有限互换性。
不完全互换性要求就是针对加工精度要求高，生产成本要求低的矛盾来选择的。
3、公差是保证互换性得以实现的基本条件。
零件加工后尺寸是否在公差范围内变化必须通过检测才能知道。
公差实质的内容就是一系列国家标准或行业及企业标准，标准化是指这些标准制定到应用的全过程的活动。
互换性与前三者在零件的设计、制造和应用方面的体现。
4、根据《中华人民共和国标准化法》规定，按标准的层次分类，我国的标准的分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。
并将国家标准、行业标准、地方标准分为强制性标准和推荐性标准两类。
5、优先数系是由一些十进制等比数列构成的。
代号为Rr；公比为rrq10(r取5、10、20、40、80)。
例：R5，R10，R20和R40系列。
R5系列的数每隔5位，数值增加10倍。
6、请根据表1-1写出R10 和R10/2系列自1以后的10个数。
1.00 1.25 1.602.002.503.154.005.006.308.001.00 1.62.5 4.0 6.3 10 16 25 40 637、可装配性和零件的互换性不同。
零件可装配不一定有互换性，互换性强调三点：一是按要求（标准）制造、二是可装配、三是满足使用要求。
第一章孔、轴尺寸极限与配合四、问答题1、实际尺寸是通过两点法测量所获得的尺寸；它是零件对应两点间的距离。
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一、型面联接
轴和毂孔有柱形和圆锥形等。 特点：没有应力集中源，对中性好，承载能力强，装拆方便，
但加工不方便，需用专用设备，应用较少。另外成形面 还有方形、六边形及切边圆形等，但对中性较差。
二、胀紧联接
如图为弹性环联接——利用锥面贴合并挤紧在轴毂之间用摩 擦力传递扭矩，有过载保护作用。
联接销——主要用于零件间的联接或锁定，中图，可传递不 大的载荷
安全销——主要用于安全保护装置中的过载剪断元件 ，右图
1、销联接
圆柱销靠过盈配合固定在 销孔中，经多次装拆会降低定 位精度和可靠性。
圆锥销具有1:50的锥度， 安装方便，定位精度高。
开尾圆锥销在联接时的防松 效果好，适用于有冲击、振动的 场合的联接。
装配方法： 1）压入法—利用压力机将被包容件压入包容件中，由于压
入过程中表面微观不平度的峰尖被擦伤或压平，因而降 低了联接的紧固性 2）温差法——加热包容件，冷却被包容件。可避免擦伤联 接表面，联接牢固。
允许传递的扭矩：
T
1 2
kld[ ]P
T——扭矩（Nmm）k——工作高度 k=h/2
d——轴径（mm）
l——工作长度 A型键：l=L-b B型键：l=L C型键：l=L-b/2
L——公称长度
b）剪切强度条件
N 1000T / d 2 2000T [ ]
bl
bl
bld
2、半圆键联接强度校核
利用两个被联接件本身的过盈配合来实现，一为包容 件，另一为被包容件
无辅助件——用于轴与轮毂联接，轮圈与轮芯的联接及滚动轴 承与轴及座孔的联接
摩擦
力 力矩
轴向固定 周向固定
F/2
F
p
p
F/2 T
二、过盈联接的工作原理与装配方法
工作原理：利用包容件与被包容件的径向变形使配合面间产 生很大压力，从而靠摩擦力来传递载荷
校核
l L b (圆头平键)
l L (方头平键)
l L b (单圆头平键) 2
普通平键的主要尺寸
失效形式：压溃（静联接——键、轴、毂中较弱者） 磨损（动联接） 键的剪断（较少）
1、平键联接的强度校核
a) 挤压强度条件为：
P
Байду номын сангаас
N k l
1000T / d 2 k l
2000T kld
[ ]P
一、类型、特点和应用
1、特点： 1）齿较多、工作面积大、承载能力较高 2）键均匀分布，各键齿受力较均匀
3）齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少 4）轴上零件对中性好 5）导向性较好 6）加工需专用设备、制造成本高
2、花键类型 按齿形分：
①矩形花键
矩形花键联接按新标 准为内径定心，定心精度 高，定心稳定性好，配合 面均要研磨，磨削消除热 处理后变形，应用广泛
N 1000T / d 2 2000T [ ]
bl
bl
bld
强度不够时，措施：1）双键，180°布置（按1.5个键计算） 三键，120°布置
2）增大轴径d↑ 3）增长L↑，但轮毂长↑受力不利 4）改用花键
§7—2 花键联接
花键联接是由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向均布而成 花键齿侧面为工作面——适用于动、静联接
(c)
b)方头
(d)
c)一端圆头一端方头
2）薄型平键——键高约为普通平键的60%~70%：圆头、方 头、单圆头
用于薄臂结构、空心轴等径向尺寸受限制的联接 3）导向平键与滑键——用于动联接，即轴与轮毂之间有相
对轴向移动的联接
导向键——键不动，轮毂轴向移动
滑键——键随轮毂移动
特点：装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作用可靠， 多用于高精度联接。但只能圆周固定，不能承受轴向力
弹性环的材料为高碳钢或高碳合金钢 （65，70，55Cr2、 60Cr2）并经热处理。锥角一般为12.5~17°，另外要求内、外环 锥面配合良好。
l
L
特点：可传递较大扭矩和轴向力，无应力集中，对中性好， 但加工要求较高，应用受限制。
D d
§7—4 销联接
定位销——主要用于零件间位置定位，左图，常用作组合加 工和装配时的主要辅助零件。
4、切向键
两个斜度为1：100的楔键联接，上、下两面为工作面（打 入）布置在圆周的切向 工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩
工作面
毂
轴
1:100
二、键联接的选择和强度校核
1、选择 类型尺寸： （b×h）×L
由轴径d 由轮毂宽
从标准中选b×h 选键长L（系列值）
由结构确定，而 不是由强度确定。
递扭矩； 轴上的槽用盘铣刀或指状铣刀加工； 轮毂槽用拉刀或插刀加工。
（1）工作面：两侧面 工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩
（2）承载能力： 压溃——主要失效形式 键剪断
普通平键： 圆 头 — A型（常用(a）) —键顶上面与毂不接触(b有) 间隙 方 头 — B型—常用螺钉固定 半圆头—C型（端铣刀加工）—用于轴端与轮毂联接
端部带螺纹的圆锥销 可用于盲孔或拆卸困难的 场合；
销轴用于两零件的铰 接处，构成铰链联接。销 轴通常用于开口销锁定， 工作可靠，装拆方便。
槽销上有辗压或模锻出的三条纵向沟槽，将槽销 打入销孔后，由于材料的弹性使销挤压在销孔中，不 易松脱，因而能承受振动和变载荷。
§7—5 过盈联接 一、过盈联接的类型与应用
工作面
方头楔键 钩头楔键 普通楔键：上、下面为工作表面，有1：100斜度（侧面有
间隙），工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并 可传递小部分单向轴向力 特 点 ：适用于低速轻载、精度要求不高。对中性较差， 力有偏心。不宜高速和精度要求高的联接，变载下 易松动。钩头只用于轴端联接，如在中间用键槽应 比键长2倍才能装入。且要罩安全罩
2、半圆键 轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽中绕几何
中心摆动，键的侧面为工作面，工作时靠其侧面的挤压来传递 扭矩。 特点：工艺性好，装配方便，适用于锥形轴与轮毂的联接 缺点：轴槽对轴的强度削弱较大。只适宜轻载联接。
工作面
采用双键时，不能相隔180°,应位于轴的同一母线上。
3、楔键联接
1：100
三角形花键——齿数较多，齿较小，对轴强度削弱小。适 于轻载、直径较小时及轴与薄壁零件的联 接应用较少
二、花键联接的设计计算
设计：选花键类型→按轴径定花键尺寸→验算联接强度
C
h
失效形式：①键齿的压溃（静联接）
②磨损（动联接）
N
③齿根剪断
设：工作载荷沿键的工作长度l均匀 分布。且各齿面上压力的合力N 作用在平均半径dm处，如图
第七章 键与花键联接
§7—1 键联接
键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件与 摆动零件，起周向固定零件的作用以传递旋转运动成扭矩， 而导键、滑键、花键还可用作轴上移动的导向装置。
一、键联接的类型与构造
主要类型：平键、半圆键、楔键、切向键 1、平键 1）普通平键
用于静联接，即轴与轮毂间无相对轴向移动 构造：两侧面为工作面，靠键与槽的挤压和键的剪切传
C
dm d
D
挤压强度条件：
P
2000 T z hl dm
[ ]P
动联接（耐磨性条件）： P 2000 T [P] z hl dm
T——传递扭矩（N.m） Z——花键齿数 l ——键齿工作长度（mm）dm——花键的平均直径 ψ——载荷分布不均系数 h——键齿侧面工作高度（mm）
§7—3 无花键联接
3、定心方式：矩形——内径定心；渐开线——齿面定心；
其它 定心 方式
4、特性： （1）齿对称布置，受载均匀； （2）齿浅，应力集中↓； （3）承载↑； （4）定心好；
（5）可用于“动”、“静”； （6）渐开线较矩形根部↑，
承载↑， 定心精度高，宜用于 载荷大、尺寸大场合。
② 渐开线花键
定心方式为齿形定心，当齿 受载时，齿上的径向力能自 动定心，有利于各齿均载， 应用广泛，优先采用