《互換性與幾何量測(cè)量技術(shù)》課件第8章

第8章鍵和花鍵的互換性與檢測(cè)

8.1概述

8.2平鍵聯(lián)結(jié)的互換性

8.3矩形花鍵聯(lián)結(jié)的互換性8.4鍵和花鍵的檢測(cè)

8.1概述

8.1.1鍵聯(lián)結(jié)的用途

鍵聯(lián)結(jié)和花鍵聯(lián)結(jié)是機(jī)械產(chǎn)品中普遍應(yīng)用的結(jié)合方式之一，可用作軸和軸上傳動(dòng)件(如齒輪、皮帶輪、手輪和聯(lián)軸節(jié)等)之間的可拆聯(lián)結(jié)，以傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)。當(dāng)軸與傳動(dòng)件之間有軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)要求時(shí)，鍵聯(lián)結(jié)和花鍵聯(lián)結(jié)還能起導(dǎo)向作用(如變速箱中變速齒輪花鍵孔與花鍵軸的聯(lián)結(jié))，可使齒輪沿花鍵軸移動(dòng)以達(dá)到變換速度的目的。8.1.2鍵聯(lián)結(jié)的分類

1.單鍵聯(lián)結(jié)

采用單鍵聯(lián)結(jié)時(shí)，在孔和軸上均銑出鍵槽，再通過單鍵聯(lián)結(jié)在一起。單鍵的類型如表8－1所示。

表8－1單鍵的類型

單鍵按其結(jié)構(gòu)形狀的不同可分為以下四種：

(1)平鍵，包括普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵；

(2)半圓鍵；

(3)楔鍵，包括普通楔鍵和鉤頭楔鍵；

(4)切向鍵。

2.花鍵聯(lián)結(jié)

花鍵聯(lián)結(jié)按其鍵齒形狀分為矩形花鍵、漸開線花鍵和三角形花鍵三種，其結(jié)構(gòu)如圖8－1所示。

圖8－1花鍵聯(lián)結(jié)的種類

與單鍵聯(lián)結(jié)比較，花鍵聯(lián)結(jié)有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)鍵與軸或孔為一個(gè)整體，強(qiáng)度高，負(fù)荷分布均勻，可傳遞較大的扭矩。

(2）聯(lián)結(jié)可靠，導(dǎo)向精度高，定心性好，易達(dá)到較高的同軸度要求。

但是，由于花鍵的加工制造比單鍵復(fù)雜，因此其成本較高。 8.2平鍵聯(lián)結(jié)的互換性

8.2.1普通平鍵聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)

普通平鍵聯(lián)結(jié)通過鍵的側(cè)面與軸鍵槽和輪轂鍵槽的側(cè)面相互接觸來傳遞扭矩。鍵的上表面和輪轂鍵槽間留有一定的間隙，其結(jié)構(gòu)如圖8－2所示。在其剖面尺寸中，b為鍵、軸槽和輪轂槽的寬度，t1和t2分別為軸槽和輪轂槽的深度，L和h分別為鍵的長度和高度，d為軸和輪轂直徑。普通平鍵和鍵槽的尺寸與極限偏差如表8－2所示。圖8－2普通平鍵聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)

8.2.2普通平鍵的公差與配合

1.平鍵聯(lián)結(jié)的極限與配合

1)配合尺寸的公差帶和配合種類

普通平鍵聯(lián)結(jié)中，鍵寬和鍵槽寬b是配合尺寸，應(yīng)規(guī)定較嚴(yán)格的公差。因此，鍵寬和鍵槽寬聯(lián)結(jié)的精度設(shè)計(jì)是本節(jié)主要研究的問題。

鍵由型鋼制成，是標(biāo)準(zhǔn)件，相當(dāng)于極限與配合中的軸，因此，鍵寬和鍵槽寬采用基軸制配合。國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T1095—2003《平鍵鍵槽的剖面尺寸》和GB／T1096—2003《普通型平鍵》均從GB／T1801—1999《極限與配合公差帶和配合的選擇》中選取尺寸公差帶。對(duì)鍵寬規(guī)定了一種公差帶，對(duì)軸和輪轂的鍵槽寬各規(guī)定了三種公差帶，這樣就構(gòu)成了三組配合，即松聯(lián)結(jié)、正常聯(lián)結(jié)和緊密聯(lián)結(jié)，可滿足各種不同用途的需要。普通平鍵和鍵槽寬度b的公差帶如圖8－3所示，它們的應(yīng)用如表8－3所示。

圖8－3普通平鍵和鍵槽寬度的公差帶

表8－3普通平鍵聯(lián)結(jié)的三種配合及其應(yīng)用

2)非配合尺寸的公差帶

普通平鍵高度h的公差帶一般采用h11；平鍵長度l的公差帶采用h14；軸鍵槽長度L的公差帶采用H14。GB／T1095—2003對(duì)軸鍵槽深度t1和輪轂鍵槽深度t2的極限偏差作了專門規(guī)定，如表8－2所示。為了便于測(cè)量，在圖樣上對(duì)軸鍵槽深度和輪轂鍵槽深度分別標(biāo)注“d-t1”和“d+t2”(此處d

為孔、軸的基本尺寸)，其極限偏差分別按t1和t2的極限偏差選取，但“d-t1”的上偏差為零，下偏差取負(fù)數(shù)。

2.平鍵聯(lián)結(jié)的極限配合選用

平鍵聯(lián)結(jié)配合主要根據(jù)使用要求和應(yīng)用場(chǎng)合確定其配合種類。

對(duì)于導(dǎo)向平鍵應(yīng)選用松聯(lián)結(jié)，在這種方式中，由于形位誤差的影響會(huì)使鍵(h8)與軸槽(H9)的配合實(shí)際上為不可動(dòng)聯(lián)結(jié)，而鍵與輪轂槽(D10)的配合間隙較大，因此，輪轂可以相對(duì)軸移動(dòng)。

對(duì)于承受重載荷、沖擊載荷或雙向扭矩的情況，應(yīng)選用緊密聯(lián)結(jié)，因?yàn)檫@時(shí)鍵(h8)與鍵槽(P9)配合較緊，再加上形位誤差的影響，其結(jié)合緊密、可靠。

除了上述兩種情況外，對(duì)于承受一般載荷，考慮拆裝方便，應(yīng)選用正常聯(lián)結(jié)。

3.形位公差和表面粗糙度的選用

為保證鍵側(cè)面與鍵槽側(cè)面之間有足夠的接觸面積，避免裝配困難，應(yīng)分別規(guī)定軸槽和輪轂槽的對(duì)稱度公差。對(duì)稱度公差按GB／T1184—1996《形狀和位置公差》確定，一般取7～9級(jí)。對(duì)稱度公差的公稱尺寸是指鍵寬b。

當(dāng)平鍵的鍵長l與鍵寬b之比大于等于8時(shí)，應(yīng)規(guī)定鍵的兩個(gè)工作側(cè)面在長度方向上的平行度要求。這時(shí)平行度公差也按GB／T1184—1996的規(guī)定選?。寒?dāng)b≤6mm時(shí)，公差等級(jí)取7級(jí)；當(dāng)b≥8～36mm時(shí)，公差等級(jí)取6級(jí)；當(dāng)b≥40mm時(shí)，公差等級(jí)取5級(jí)。

鍵槽配合表面的表面粗糙度Ra的上限值一般取1.6～3.2μm，非配合表面取6.3μm。

4.鍵槽尺寸和公差在圖樣上的標(biāo)注

軸槽和輪轂槽的剖面尺寸、形位公差及表面粗糙度在圖樣上的標(biāo)注如圖8－4所示，其中圖(a)為軸槽標(biāo)注示例，圖(b)為輪轂槽標(biāo)注示例。

圖8－4鍵槽標(biāo)注示例

8.3矩形花鍵聯(lián)結(jié)的互換性

GB／T1144—2001《矩形花鍵尺寸、公差和檢驗(yàn)》規(guī)定了矩形花鍵聯(lián)結(jié)的尺寸系列、定心方式、公差與配合、標(biāo)注方法及檢驗(yàn)規(guī)則。為了便于加工和測(cè)量，矩形花鍵的鍵數(shù)N

為偶數(shù)，有6、8、10三種。按承載能力的不同，矩形花鍵可分為中、輕兩個(gè)系列，中系列的鍵高尺寸較大，承載能力強(qiáng)，輕系列的鍵高尺寸較小，承載能力相對(duì)較弱。矩形花鍵的尺寸系列如表8－4所示。

表8－4矩形花鍵基本尺寸系列(摘自GB/T1144—2001)8.3.1矩形花鍵的幾何參數(shù)和定心方式

1.矩形花鍵的幾何參數(shù)

矩形花鍵聯(lián)結(jié)的幾何參數(shù)有大徑D、小徑d、鍵數(shù)N和鍵槽寬B，如圖8－5所示，其中圖(a)為內(nèi)花鍵，圖(b)為外花鍵。

圖8－5矩形花鍵的主要尺寸

2.矩形花鍵的定心方式

花鍵聯(lián)結(jié)的主要要求是保證內(nèi)、外花鍵聯(lián)結(jié)后具有較高的同軸度，并能傳遞扭矩。矩形花鍵有大徑D、小徑d和鍵(槽)寬B三個(gè)主要尺寸參數(shù)。若要求這三個(gè)尺寸都起定心作用是很困難的，而且也沒有必要。定心尺寸應(yīng)按較高的精度制造，以保證定心精度。非定心尺寸則可按較低的精度制造。由于傳遞扭矩是通過鍵和鍵槽側(cè)面進(jìn)行的，因此，鍵和鍵槽不論是否作為定心尺寸，都要求較高的尺寸精度，并要求保證鍵側(cè)面與鍵槽側(cè)面的接觸具有均勻性，以及傳遞一定的扭矩，為此，必須保證具有一定的配合性質(zhì)。

圖8－6矩形花鍵聯(lián)結(jié)的定心方式

圖8－6所示為矩形花鍵聯(lián)結(jié)的定心方式。根據(jù)定心要求的不同，矩形花鍵的定心方式可分為三種：按大徑D定心，按小徑d定心，按鍵寬B定心。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T1144—2001《矩形花鍵尺寸、公差和檢驗(yàn)》規(guī)定矩形花鍵用小徑定心，因?yàn)樾蕉ㄐ挠幸幌盗袃?yōu)點(diǎn)。當(dāng)用大徑定心時(shí)，內(nèi)花鍵定心表面的精度依靠拉刀保證。當(dāng)內(nèi)花鍵定心表面硬度要求高(40HRC以上)時(shí)，熱處理后的變形難以用拉刀修正；當(dāng)內(nèi)花鍵定心表面粗糙度要求高(Ra<0.63μm)時(shí)，用拉削工藝也難以保證；在單件、小批量生產(chǎn)及大規(guī)格花鍵生產(chǎn)中，內(nèi)花鍵也難以采用拉削工藝，因?yàn)樵摷庸し椒ú唤?jīng)濟(jì)。采用小徑定心時(shí)，熱處理后的變形可用內(nèi)圓磨修復(fù)，而且內(nèi)圓磨可達(dá)到更高的尺寸精度和更高的表面粗糙度要求。因而小徑定心的定心精度高，定心穩(wěn)定性好，使用壽命長，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。外花鍵小徑精度可用成形磨削保證。矩形花鍵聯(lián)結(jié)以小徑定心具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1）有利于提高產(chǎn)品性能、質(zhì)量和技術(shù)水平。小徑定心的定心精度高，穩(wěn)定性好，而且能用磨削的方法消除熱處理變形，從而提高了定心直徑的制造精度。

(2）有利于簡化加工工藝，降低生產(chǎn)成本。尤其是對(duì)于內(nèi)花鍵定心表面的加工，采用磨削加工方法可以減少成本較高的拉刀規(guī)格，也易于保證表面質(zhì)量。

(3）與國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定完全一致，便于技術(shù)引進(jìn)，有利于機(jī)械產(chǎn)品的進(jìn)出口和技術(shù)交流。

(4）有利于齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)的貫徹配套。

8.3.2矩形花鍵聯(lián)結(jié)的公差與配合

1.矩形花鍵聯(lián)結(jié)的極限與配合

矩形花鍵聯(lián)結(jié)的極限與配合分為兩種情況：一種為一般用途的矩形花鍵；另一種為精密傳動(dòng)用矩形花鍵。其內(nèi)、外花鍵的尺寸公差帶如表8－5所示。

表8－5內(nèi)、外花鍵的尺寸公差帶為了減少加工和檢驗(yàn)內(nèi)花鍵時(shí)所用的花鍵拉刀和花鍵量規(guī)的規(guī)格和數(shù)量，矩形花鍵聯(lián)結(jié)采用基孔制配合。

矩形花鍵裝配形式分為固定聯(lián)結(jié)、緊滑動(dòng)聯(lián)結(jié)和滑動(dòng)聯(lián)結(jié)三種。后兩種聯(lián)結(jié)方式用于內(nèi)、外花鍵之間工作時(shí)要求相對(duì)移動(dòng)的情況，而固定聯(lián)結(jié)方式用于內(nèi)、外花鍵之間無軸向相對(duì)移動(dòng)的情況。由于形位誤差的影響，實(shí)際上矩形花鍵各結(jié)合面的配合均比預(yù)定的要緊一些。

一般傳動(dòng)用內(nèi)花鍵拉削后再進(jìn)行熱處理，其鍵槽寬的變形不易修正，故公差要降低要求(由H9降為H11)。對(duì)于精密傳動(dòng)用內(nèi)花鍵，當(dāng)聯(lián)結(jié)要求鍵側(cè)配合間隙較高時(shí)，槽寬公差帶選用H7，一般情況選用H9。

定心直徑d的公差帶在一般情況下，內(nèi)、外花鍵取相同的公差等級(jí)，這個(gè)規(guī)定不同于普通光滑孔、軸的配合(一般情況下，孔比軸低一級(jí))，主要是考慮到矩形花鍵采用小徑定心，使加工難度由內(nèi)花鍵轉(zhuǎn)為外花鍵，其加工精度要高一些。但在有些情況下，內(nèi)花鍵允許與提高一級(jí)的外花鍵配合，公差帶為H7的內(nèi)花鍵可以與公差帶為f6、g6、h6的外花鍵配合，公差帶為H6的內(nèi)花鍵可以與公差帶為f5、g5、h5的外花鍵配合，這主要是考慮矩形花鍵常用來作為齒輪的基準(zhǔn)孔。在貫徹齒輪標(biāo)準(zhǔn)的過程中，有可能出現(xiàn)外花鍵的定心直徑公差等級(jí)高于內(nèi)花鍵定心直徑公差等級(jí)的情況。

2.矩形花鍵聯(lián)結(jié)的極限與配合選用

花鍵結(jié)合的極限與配合選用主要是確定聯(lián)結(jié)精度和裝配形式。

聯(lián)結(jié)精度的選用主要依據(jù)的是定心精度要求和傳遞扭矩的大小。精密傳動(dòng)用花鍵聯(lián)結(jié)定心精度高，傳遞扭矩大而且平穩(wěn)，多用于精密機(jī)床主軸變速箱，以及各種減速器中軸與齒輪花鍵孔(即內(nèi)花鍵)的聯(lián)結(jié)。一般用途的花鍵聯(lián)結(jié)適用于定心精度要求不高但傳遞扭矩較大的情況，如載重汽車、拖拉機(jī)的變速箱。

選用裝配形式時(shí)，首先根據(jù)內(nèi)、外花鍵之間是否有軸向移動(dòng)，以確定選固定聯(lián)結(jié)，還是滑動(dòng)聯(lián)結(jié)。對(duì)于內(nèi)、外花鍵之間要求有相對(duì)移動(dòng)，而且移動(dòng)距離長，移動(dòng)頻率高的情況，應(yīng)選用配合間隙較大的滑動(dòng)聯(lián)結(jié)，以保證運(yùn)動(dòng)的靈活性及配合面間有足夠的潤滑油層，例如，汽車、拖拉機(jī)等變速箱中的齒輪與軸的聯(lián)結(jié)。對(duì)于內(nèi)、外花鍵定心精度要求高，傳遞扭矩大或經(jīng)常有反向轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，則應(yīng)選用配合間隙較小的緊滑動(dòng)聯(lián)結(jié)。對(duì)于內(nèi)、外花鍵間無需在軸向移動(dòng)，只用來傳遞扭矩的情況，則應(yīng)選用固定聯(lián)結(jié)。

3.形位公差和表面精糙度

矩形內(nèi)、外花鍵是具有復(fù)雜表面的結(jié)合件，并且鍵長與鍵寬的比值較大。形位誤差是影響花鍵聯(lián)結(jié)質(zhì)量的重要因素，因而對(duì)其形位誤差要加以控制。

內(nèi)、外花鍵小徑定心表面的形狀公差和尺寸公差的關(guān)系遵守包容要求。

為控制內(nèi)、外花鍵的分度誤差，一般應(yīng)規(guī)定位置度公差，并采用相關(guān)要求，圖樣標(biāo)注如圖8－7所示，其位置度公差值如表8－6所示。

圖8－7花鍵位置度公差的標(biāo)注

在單件小批生產(chǎn)時(shí)，一般規(guī)定鍵或鍵槽兩側(cè)面的中心平面對(duì)定心表面軸線的對(duì)稱度公差和花鍵等分度公差，并遵守獨(dú)立原則，此時(shí)應(yīng)將圖8－7中的位置度公差改成對(duì)稱度公差，對(duì)稱度公差值如表8－6所示?；ㄦI各鍵(鍵槽)沿360°圓周均勻分布為它們的理想位置，允許偏離理想位置的最大值為花鍵均勻分度公差值，其值等于對(duì)稱度公差值。

表8－6位置度公差值（摘自GB/T1144—2001)

表8－7矩形花鍵表面粗糙度的推薦值

4.矩形花鍵的圖樣標(biāo)注

矩形花鍵在圖樣上的標(biāo)注內(nèi)容包括鍵數(shù)N、小徑d、大徑D、鍵(槽)寬B的公差帶或配合代號(hào)，此外還應(yīng)注明矩形花鍵標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB／T1144—2001。

例如，在裝配圖上有如下標(biāo)注：

GB/T1144--2001

圖8－8矩形花鍵的標(biāo)注示例

8.4鍵和花鍵的檢測(cè)

8.4.1單鍵的檢測(cè)

鍵和鍵槽的尺寸檢測(cè)比較簡單。在單件、小批量生產(chǎn)中，通常采用游標(biāo)卡尺和千分尺測(cè)量。鍵槽的形位公差，特別是鍵槽對(duì)其軸線的對(duì)稱度誤差，經(jīng)常造成裝配困難，嚴(yán)重影響鍵聯(lián)結(jié)的質(zhì)量。

在單件、小批量生產(chǎn)中，鍵槽對(duì)軸線的對(duì)稱度誤差的檢驗(yàn)方法如圖8－9所示。在槽中塞入量塊組，用指示表將量塊上平面校平(即量塊上平面沿徑向與平板平行)，記下指示表讀數(shù)δx1；將工件旋轉(zhuǎn)180°，在同一橫截面方向，再將量塊校平，記下讀數(shù)δx2，兩次讀數(shù)差為a，則該截面的對(duì)稱度誤差為

式中:R為軸的半徑(d／2)；t為軸槽深。

再沿鍵槽長度方向測(cè)量，取長向兩點(diǎn)的最大讀數(shù)差為長向?qū)ΨQ度誤差，即

取在上述兩個(gè)方向測(cè)得的誤差的最大值為該零件鍵槽的對(duì)稱度誤差。

圖8－9對(duì)稱度誤差檢驗(yàn)

在成批生產(chǎn)中，鍵槽尺寸及其對(duì)軸線的對(duì)稱度誤差可用塞規(guī)檢驗(yàn)，如圖8－10所示。圖8－10(a)所示為檢驗(yàn)槽寬b的板式量規(guī)；圖8－10(b)所示為檢驗(yàn)輪轂槽深(d+t2)的深級(jí)式量規(guī)；圖8－10(c)所示為檢驗(yàn)軸槽深(d-t1)的深規(guī)；圖8－10(d)所示為檢驗(yàn)輪轂槽對(duì)稱性的綜合量規(guī)；圖8－10(e)所示為檢驗(yàn)軸槽對(duì)稱性的綜合量規(guī)。

圖8－10鍵槽檢驗(yàn)用量規(guī)

8.4.2花鍵的檢測(cè)

花鍵檢測(cè)分為單項(xiàng)檢驗(yàn)和綜合檢驗(yàn)兩種情況。

單項(xiàng)檢驗(yàn)主要用于單件、小批量生產(chǎn)，用通用量具分別