第八章 键和花键的公差与配合
公差配合与测量技术_第8章__键与花键的公差与配合
8.2.1 平键的结构和尺寸
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：键和轴槽、轮毂槽的宽度 尺寸是配合尺寸。其余尺寸，如键高、键长、轴 槽深、轮毂槽深等都属于非配合尺寸。
公差配合与测量技术
平键的联接
公差配合与测量技术
第8章 键与花键的公差配合及其检测
公差配合与测量技术
第8章 键与花键的公差配合及其检测
半圆键的联接
公差配合与测量技术
第8章 键与花键的公差配合及其检测
2. 花键联结 花键联结按其键齿形状分为矩形花键、渐
开线花键和三角形花键三种。
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第8章 键与花键的公差配合及其检测
8.3.1 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，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
能力相对较弱。
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第8章 键与花键的公差配合及其检测
公差配合与测量技术
公差配合与测量技术
Tolerance and
Measurement Technology
1
公差配合与测量技术
第8章 键与花键的公差配合及其检测
第8章键与花键的公差配合及其检测
8.1 概述
8.2 平键联结的公差与配合
8.3 矩形花键联结的公差与配合 8.4 键和花键的检测
公差配合与测量技术
公差配合与测量技术
第8章 键与花键的公差配合及其检测
第8章 螺纹、键、花键、圆锥结合的公差配合及检测
内螺纹公差带
29
外螺纹公差带
30
螺纹公差带
螺纹公差带是由公差等级和基本偏 差组成。 螺纹公差带代号由表示公差等级的 数字和基本偏差的字母代号组成。例如 6H,5g等。
31
32
33
2、螺纹公差带的选用
在生产中为了减少刀具、量具的规格种 类，国家标准中规定了既能满足当前需 要，而数量又有限的常用公差带，同时 还规定了优先、其次和尽可能不用的选 用顺次。 除有特殊需要外，一般不应选择标准规 定以外的公差带。
的假想圆柱或圆锥的直径。相结合的内、 外螺纹的大径基本尺寸相等，即D =d 。
内螺纹的大径 D 又称“底径” , 外螺纹的大 径d又称“顶径”。 普通螺纹的螺纹公称直径尺寸即为大径尺 寸。
7
２.小径(D1，d1)
小径 是指与内螺纹牙顶或外螺纹牙底
相切的假想圆柱或圆锥的直径。相结 合的内、外螺纹的小径基本尺寸相等, 即D１=d1。
d2s d2 LMS d2 min D2s D2 LMS D2 max
内螺纹：D2m D2MMS D2 min
25
三、普通螺纹的公差、配合及其选用 1、普通螺纹的公差带
普通螺纹国家标准GB/T 197-2003规定了螺 纹大、中、小径公差带。
公差等级 公差带的大小由公差值确定，并按公差值 的大小分为若干等级。国标规定的螺纹公差等 级见教材 P132 表 8-1 。其中 3 级公差值最小，准 确度最高；9级公差值最大，准确度最低。
内螺纹的小径D1又称"顶径",外螺纹的 小径d1又称"底径"。
8
３.中径(D２，d２)
互换性第8章
3.2
A
0.02 M A M
6.3
A
E
图8-7 矩形花键的位置度公差标注
25
第8章 键与花键联结的公差配合
（1）小径结合面遵守包容要求。小径 d 是花键联 结中的定心尺寸，要保证花键的配合性能，其定心表 面的形状公差和尺寸公差的关系遵守包容要求， 即当 小径 d 的实际尺寸处于最大实体状态时，它必须具有
为78H10/a11, 键宽 B 为12H11/d10的标记为
花键规格N×d×D×B， 即10×72×78×12
H7 H10 H10 花键副 10 72 GB/T 1144 2001 78 12 f7 all d10
内花键 10 72H7 78H10 12H11GB T 1144 2001 外花键 72f7 78all 12d10GB T 1144 2001 10
当 b≥40时，平行度公差选 5 级。
10
第8章 键与花键联结的公差配合 3. 键联结的表面粗糙度 键槽配合面的表面粗糙度Ra 值推荐为1.6~6.3 μm，非配合
面的粗糙度参数 Ra 值为6.3~10 μm。
4. 平键联结的检测 键和键槽的尺寸检测比较简单，可用各种通用计 量器具测量，大批量生产时也可用专用的极限量规来 检验。
寿命长， 更有利于产品质量的提高。
18
第8章 键与花键联结的公差配合
当选用大径定心时，内花键定心表面的精度依靠拉 刀保证，而当花键定心表面硬度要求高时，如HRC40以
上，热处理后的变形难以用拉刀修正。当内花键定心表
面的粗糙度要求较高时，如 Ra＜0.40 μm，用拉削工艺 很难保证达到要求。在单件小批量生产、大规格的花键 中，内花键也难以使用拉削工艺（因为这种加工方法经 济性不好）。
第八章 平键、花键联接的公差与检测(1学时)
第八章 平键、花键联接的公差与检测(1学时)※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※本次课内容：1. 平键、半圆键联接的公差与配合；2. 矩形花键联接的定心方式及极限与配合；3. 键槽和花键的形位公差和表面粗糙度；4. 花键的标注 ；5. 小结。
要求熟练掌握的重点内容：1.平键的配合； 2.矩形花键联接的定心方式； 3.矩形花键联接的配合。
4. 花键的标注本次课教学方法：以多媒体为辅助教学手段。
课外作业：习题：8-2、8-3、8-5备注：教具（花键量规）。
※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※具体内容的详细教案如下： （加黑字表示板书内容或应有板书的地方）第一节 平键联接的公差与配合一、 概述注：简单讲解平键联接用途和种类二、 键联接的公差与配合键是通过键的侧面与轴槽和轮毂槽的相互挤压来传递扭矩的，因此，键联接的主参数是键宽b 。
键是标准件，故采用基轴制。
在平键和半圆键联接中，配合尺寸是键和键槽宽度，见教材图8-1所示（见课件）。
为适用于不同的工作要求，对平键和半圆键：键宽只有h8一种公差带键槽宽和毂槽宽各规定三种公差带 注：结合下图和教材表8－1和图8－2（见课件）说明三种配合的公差带关系和配合的应用。
国标规定 各构成三种配合 （三种联接）（见课件）国标推荐键槽、轮毂槽的键槽宽b 两侧面粗糙度参数Ra 值为1.6～3.2μm ，键槽底面、轮毂槽底面的表面粗糙度参数Ra 值为6.3μm 。
第二节 花键联接一、概述花键按齿形状的不同可分为：矩形花键、渐开线花健和三角形花键，如下（见课件）所示。
与平键相比，花键有如下优点：（1）载荷分布均匀，承载能力强，可传递更大的扭矩；（2）导向性好；（3）定心精度高，满足了高精度场合的使用要求。
正因为与平键相比花键有以上的优点，花键被广泛使用在机器中。
花键联接分为固定联结与滑动联结两种。
键与花键联结的精度
第八章键与花键联结的精度8.1 内容键联结和花键联结广泛用作轴和轴上传动件（如齿轮、带轮、链轮、联轴器等）之间的圆周方向的定位，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结。
8.1.1 基本内容本章的基本内容有：1. 平键联结的设计。
包括平键联结的结构和几何参数。
平键联结的精度设计，包括配合尺寸的公差带和配合种类；非配合尺寸的公差带；平键联结配合表面的几何公差和表面粗糙度；平键和键槽的检测。
平键联结公差在图样上的标注。
2. 矩形花键联结的设计。
包括几何参数和定心方式。
矩形花键联结的精度设计，包括基准制、公差带、几何公差、表面粗糙度和花键的检测。
矩形花键公差在图样上的标注。
本章的学习目的：了解普通平键和矩形花键的结构和几何参数；掌握平键和矩形花键联结公差配合的特点；掌握矩形花键联结的定心方式；能够正确标注图样上平键和矩形花键联结的尺寸公差、几何公差及表面粗糙度。
了解平键与矩形花键的公差检测。
8.1.2 学习重点1. 平键联结的公差设计（1）平键联结的结构和几何参数平键联结由键、轴槽、轮毂槽等三部分组成。
键和键槽的宽度b为配合尺寸，通过选择不同的配合性质，可分别用作固定联结和导向联结；其余尺寸（如：键的高度h和长度L以及轴键槽的深度t1、轮毂键槽的深度t2）为非配合尺寸，可规定较大的公差。
（2）平键联结的精度设计①平键联结配合尺寸的公差带和配合种类根据国标规定，平键为标准件，键和键槽宽度的配合采用基轴制。
键宽只采用一种公差带h8 ；轴槽宽（H9、N9、P9）和轮毂槽宽（D10、JS9、P9）则采用三种公差带，分别与平键组成松联结、正常联结和紧密联结等三种性质不同的配合，以满足不同用途的需要。
松联结：H9D10h8h8与，主要用于导向平键，轮毂可在轴上作轴向移动；正常联结：N9JS9h8h8与，键在轴上及轮毂中均固定。
用于载荷不大的场合，或经常拆卸；紧密联结：P9P9h8h8与，键在轴槽及轮毂槽中均固定，而比以上两种配合更紧。
第八章 健和花键的公差与配合
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2×2mm 至6×6mm的B型平键由于宽度和高度不易区分，高度公差 带亦采用h9。平键长度L的公差带采用h14，轴键槽长度L 的公差带采用H14。轴键槽深度t和轮毂键槽深度t1的极限 偏差由GB1095-79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”，它们 的极限偏差从专门规定中查取。
4、平键和键槽的表面粗糙度要求
Ra的上限值：配合表面取为1.6—6.3µ m 非配合表面取12.5µ m
返回
三、键槽尺寸和公差在图样上的标注
示例如图
12.5 52
0 －0.2
62.3 16N9 0.02 A 3.2
+0.2 0
12.5
16JS9
0.02
3.2
M
A
M
3.2
3.2
A
A
轴键槽尺寸和公差标注
返回
二 平键联结的公差与配合
1.平键和键槽配合尺寸的公差带和配合种类
轴槽公差带 D10 H9 + 0 b JS9 键宽公差带
轮毂槽公差带
h9
N9 h9
p9
p9 h9
配合种类
尺寸b的公差带 键 轴键槽 轮毂键槽
应用
较松联结 一般联结 较紧联结 h9
H9 N9 P9
D10 JS9 P9
用于导向平键,轮毂在轴上移动 键在轴键槽中和轮毂键槽中均固定,用于载荷不大的场合 键均固定,用于载荷较大,有冲击和双向转矩的场合
（对称度公差采用独立原则）
轮毂键槽尺寸和公差标注
（对称度公差采用最大实体要求）
互换性第8章
键联接的极限与配合
轴槽和轮毂槽的剖面尺寸、几何公差及表面粗 糙度在图样上的标注如下：
三、键槽和轮毂槽的测量
轴槽和轮毂槽的测量一般使用通用计量器具， 如下图。
键槽和轮毂槽的测量
当对称度符合相关原则时，使用键槽对称度量规，如下 图。
第二节 花键连接
花键联接是由内花键和外花键两个零件组成。 花键联接的主要优点是导向性好、定心精度高、承 载能力强；其次，其加工工艺性良好，采用磨削方 法能获得较高的精度。
GB/T 1144-2001规定的矩形花键配合应用见 下表。
四、矩形花键联接的几何公差和表面粗糙度
1．矩形花键的几何公差
为保证装配性能要求，小径极限尺寸应遵守包 容原则。
内、外花键的几何公差要求，主要是位置度公 差（包括键、槽的等分度、对称度等）要求。
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。
矩形花键位置度公差标注
内花键外花键
GB/T 1144-2001规定的位置度公差t1和对称度公差t2见 下表。
矩形花键的位置度公差t1（单位：mm）
矩形花键的对称度公差t2（单位：mm）
矩形花键的公称尺寸系列
为便于加工和测量，其键数为偶数，即6、8、 10三种。按承载能力的大小，矩形花键可分为中、 轻两个系列，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，承载能力小。
GB/T 1144-2001 规定的矩形花键的公称尺寸 系列见表8-3。
二、矩形花键联接的几何参数和定心方式
键联接的极限与配合
键宽、轴槽宽和轮毂槽宽b的公差带及平键联接的配合 与应用如下：
键联接的极限与配合
2. 非配合尺寸的公差带
键高度h的公差带采用h11,半圆键直径d的公差带采 用h12；键长L的公差带采用h14，轴键槽长L的公差带采
键与花键的公差与配合
键与花键的应用场景
键主要应用于轻载、低速、高精度要 求的场合，如钟表、精密仪器等。
花键则适用于中载、中速、较高精度 要求的场合，如汽车、摩托车等机械 传动系统。
键与花键的配合方式
配合方式
键与轴槽和轮毂槽的配合主要采用基 孔制或基轴制，根据不同的使用要求 选择合适的配合方式。
配合等级
根据传递扭矩的大小和精度要求，选 择不同的配合等级，常用的有间隙配 合、过渡配合和过盈配合。
轻量化设计，可靠性高
详细描述
在某航空发动机中，键与花键的配合采用了轻量化设计，同时可靠性极高。由于航空发 动机对重量和性能的要求极为苛刻，因此对键与花键的设计和加工提出了极高的要求。 通过采用先进的材料和加工技术，实现了键与花键的轻量化设计，同时保证了其可靠性
和耐久性，为航空发动机的安全运行提供了保障。
度、高度等。
键与花键的尺寸公差根据不同的 配合类型和用途进行规定，以确 保键与花键的装配精度和互换性。
尺寸公差的选择需要考虑生产条 件、装配要求和制造成本等因素。
键与花键的位置公差
01
位置公差是控制键与花键相对位置的允许变动量，如平行度、 垂直度、同轴度等。
02
位置公差的选择需要考虑键与花键的工作性能和装配要求，以
检验法
通过检验样件或标准件对键与花键进行对比检验，以判断其是否合 格。
试验法
对键与花键进行功能性试验，以验证其是否满足使用要求。
质量控制
严格控制加工工艺
确保加工过程中各项工艺参数符合要求，以获得 稳定的加工质量。
定期检测设备精度
对加工设备进行定期检测和维护，确保设备精度 符合要求。
加强员工培训
提高员工技能水平和工作责任心，确保加工质量 得到有效控制。
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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
A
A
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。