鍵與花鍵聯(lián)結(jié)的互換性及檢測8.1鍵聯(lián)結(jié)的互換性及檢測8.2花鍵聯(lián)結(jié)的互換性及檢測

本章導(dǎo)讀:

(1)掌握平鍵聯(lián)結(jié)和花鍵聯(lián)結(jié)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)參數(shù),了解鍵聯(lián)結(jié)和花鍵聯(lián)結(jié)的用途。

(2)掌握平鍵聯(lián)結(jié)的公差與配合、形位公差和表面粗糙度的選用,并能夠在圖樣上正確標(biāo)注。

(3)了解矩形花鍵聯(lián)結(jié)采用小徑定心的方式及理由,掌握矩形花鍵聯(lián)結(jié)的公差與配合、形位公差和表面粗糙度的選用,并能夠在圖樣上正確標(biāo)注。

(4)了解平鍵與矩形花鍵的檢測方法。

鍵聯(lián)結(jié)和花鍵聯(lián)結(jié)廣泛用于軸和軸上傳動件(如齒輪、皮帶輪、手輪和聯(lián)軸器等)之間的可拆卸聯(lián)結(jié),用以傳遞扭矩,有時(shí)也作軸向滑動的導(dǎo)向,特殊場合還能起到定位和保證安全的作用。

8.1.1概述

鍵(或稱單鍵),按其結(jié)構(gòu)形式不同,可分為平鍵、半圓鍵、切向鍵和楔鍵四種。其中平鍵又分為普通型平鍵和導(dǎo)向型平鍵兩種,普通型平鍵用于固定聯(lián)結(jié),導(dǎo)向型平鍵用于導(dǎo)向聯(lián)結(jié)。本節(jié)主要討論平鍵聯(lián)結(jié)。

平鍵聯(lián)結(jié)由鍵、輪轂和軸三個(gè)部分組成,平鍵聯(lián)結(jié)方式及主要參數(shù)如圖8.1所示。其參數(shù)有鍵寬、鍵槽寬(軸槽寬和輪轂槽寬)、鍵高、槽深和鍵長等。8.1鍵聯(lián)結(jié)的互換性及檢測平鍵聯(lián)結(jié)通過鍵的側(cè)面分別與軸槽、輪轂槽的側(cè)面接觸來傳遞扭矩和運(yùn)動,鍵的上表面和輪轂槽底面留有0.2～0.5mm的間隙。因此,鍵和軸槽的側(cè)面承載負(fù)荷,鍵寬和鍵槽寬b是決定配合性質(zhì)和配合精度的主要參數(shù),為主要配合尺寸,應(yīng)規(guī)定較嚴(yán)的公差;而鍵長L、鍵高h(yuǎn)、軸槽深t1和輪轂槽t2為非配合尺寸,其精度要求較低。

圖8.1平鍵聯(lián)結(jié)的幾何參數(shù)8.1.2平鍵聯(lián)結(jié)的公差與配合

平鍵是標(biāo)準(zhǔn)件,采用精拔鋼制造,其中鍵寬相當(dāng)于“軸”,鍵槽寬相當(dāng)于“孔”。鍵的兩側(cè)面同時(shí)與軸和輪轂兩個(gè)零件的鍵槽側(cè)面配合,一般情況下,鍵與軸槽配合較緊,鍵與輪轂槽配合較松,相當(dāng)于一個(gè)軸與兩個(gè)孔配合,但配合性質(zhì)又不同?？紤]到工藝上的特點(diǎn),為了使不同配合性質(zhì)所用的鍵的規(guī)格統(tǒng)一起來,鍵聯(lián)結(jié)采用基軸制。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T1095－2003《平鍵鍵槽的剖面尺寸》對平鍵與鍵槽和輪轂槽的寬度規(guī)定了三種聯(lián)結(jié)類型,即一般聯(lián)結(jié)、較松聯(lián)結(jié)和較緊聯(lián)結(jié),對軸和輪轂的鍵槽寬各規(guī)定了三種公差帶，如圖8.2所示。而國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T1096－2003《普通型平鍵》對鍵寬規(guī)定了一種公差帶h9,這樣就構(gòu)成了三組配合。其配合尺寸(鍵與鍵槽寬)的公差帶均從GB／T1801－1999標(biāo)準(zhǔn)中,選取鍵寬與鍵槽寬b的公差帶。這樣,既保證了鍵在軸槽上緊固,同時(shí)又便于拆裝,軸槽和輪轂槽采用不同的公差帶,使其有不同的松緊配合。

圖8.2鍵寬與鍵槽寬的公差帶平鍵聯(lián)結(jié)的剖面尺寸均已標(biāo)準(zhǔn)化,在GB/T1096－2003《平鍵的公稱尺寸和槽深尺寸及極限偏差》和《普通平鍵鍵槽的剖面尺寸及公差》中作了規(guī)定,見表8.1和表8.2所示。具體的公差帶和各種聯(lián)結(jié)的配合性質(zhì)及應(yīng)用見表8.3。

表8.1平鍵的公稱尺寸和槽深尺寸及極限偏差(摘自GB/T1096－2003)表8.2普通平鍵鍵槽剖面尺寸及公差(摘自GB/T1096—2003)

表8.3鍵和鍵槽的配合8.1.3平鍵的形位公差和表面粗糙度

為保證鍵與鍵槽的側(cè)面具有足夠的接觸面積,避免裝配困難,應(yīng)分別規(guī)定軸槽對軸線和輪轂槽對孔的軸線的對稱度公差。對稱度公差等級按GB／T1184－1996《形狀和位置公差》中的規(guī)定選用,一般取7～9級。

當(dāng)鍵長L與鍵寬b之比大于或等于8時(shí),應(yīng)對鍵寬b的兩工作側(cè)面在長度方向上規(guī)定平行度公差,平行度公差應(yīng)按GB/T1184－1996《形狀和位置公差》中的規(guī)定選取;當(dāng)b≤6時(shí),平行度公差選7級;當(dāng)b≥6～36時(shí),平行度公差選6級;當(dāng)b≥37時(shí),平行度公差選5級。

軸槽與輪轂槽的兩個(gè)工作側(cè)面為配合表面,表面粗糙度Ra值取1.6~6.3μm。槽底面等為非配合表面,表面粗糙度Ra值取6.3μm。8.1.4圖樣標(biāo)注

考慮到測量的方便性,在工作圖中,軸槽深t用(d－t)標(biāo)注,其極限偏差與t相反;輪轂槽深t1用(d＋t1)標(biāo)注,其極限偏差與t1相同。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)注見圖8.3。

圖8.3鍵槽尺寸和公差的標(biāo)注(a)軸槽標(biāo)注;(b)輪轂槽標(biāo)注例7.2某傳遞重型載荷,并有沖擊的齒輪傳動,采用平鍵聯(lián)結(jié),孔為f70H7(),軸為f70m6()。試在零件圖上標(biāo)出尺寸公差、形位公差及表面粗糙度。

解:(1)尺寸公差與配合。

①配合選用:根據(jù)使用要求查表8.3,選取較緊鍵聯(lián)結(jié),鍵與軸槽及輪轂槽的配合均取

②軸槽:查表8.2,

所以d－t＝

軸槽長L為H14。

③輪轂槽:查表8.2,

所以d＋t1＝＋0.030＋0.03＋0.011

(2)形位公差:鍵槽中心平面對軸線的對稱度公差取8級,查表4.10得,形位公差為0.025mm。

(3)表面粗糙度:鍵槽兩側(cè)面取Ra＝3.2μm,軸槽和輪轂槽底面取Ra＝6.3μm。

(4)標(biāo)注方法:軸槽和輪轂槽的剖面尺寸、形位公差及表面粗糙度的標(biāo)注如圖8.3所示。8.1.5鍵的測量

在單件、小批生產(chǎn)中,鍵和鍵槽的尺寸均可用游標(biāo)卡尺、千分尺等普通計(jì)量器具來測量,如鍵和鍵槽的對稱度公差遵守獨(dú)立原則,常用的測量方法如圖8.4所示。測量時(shí),工件的被測鍵槽中心平面和基準(zhǔn)軸線分別用定位塊(或量塊)和V形塊模擬體現(xiàn)。首先轉(zhuǎn)動V形塊上的工件,調(diào)整定位塊的位置,使其沿徑向與平板平行(即指示表在定位塊外端和靠近鍵槽處讀數(shù)不變)。然后,用指示表在工件長度兩端的徑向截面內(nèi)分別測量從定位塊P面至平板的距離。將工件翻轉(zhuǎn)180°,重復(fù)上述步驟,測得定位塊表面Q到平板的距離,分別計(jì)算在鍵槽長度兩端的徑向截面內(nèi)兩次測量的示值之差,其中絕對值大者即為鍵槽的對稱度誤差。

圖8.4軸槽對稱度誤差測量在成批、大量生產(chǎn)中,則可用量塊或極限量規(guī)來檢測鍵槽尺寸,如圖8.5所示。

當(dāng)軸槽對稱度公差采用相關(guān)原則時(shí),鍵槽對稱度誤差可采用圖8.6所示的量規(guī)進(jìn)行檢測。該量規(guī)以其V形表面作為定位表面,體現(xiàn)基準(zhǔn)軸線(不受軸實(shí)際尺寸變化的影響)。檢測時(shí),若V形表面與軸表面接觸,量桿能進(jìn)入鍵槽,則表示鍵槽尺寸合格。

當(dāng)輪轂槽對稱度公差采用相關(guān)原則時(shí),鍵槽對稱度誤差可用圖8.7所示的量規(guī)檢驗(yàn)。該量規(guī)以圓柱面作為定位表面模擬,體現(xiàn)基準(zhǔn)軸線。檢測時(shí),若它能夠同時(shí)通過輪轂的孔和鍵槽,則表示輪轂槽尺寸合格。

圖8.5鍵槽尺寸檢測的極限量規(guī)(a)鍵槽寬極限尺寸量規(guī);(b)輪轂槽深極限尺寸量規(guī);(c)軸槽深極限尺寸量規(guī)

圖8.6軸槽對稱度量規(guī)(a)零件圖樣的標(biāo)注;(b)量規(guī)示意圖

圖8.7輪轂槽對稱度量規(guī)(a)零件圖樣的標(biāo)注;(b)量規(guī)示意圖

8.2.1花鍵聯(lián)結(jié)的特點(diǎn)

花鍵聯(lián)結(jié)是指花鍵孔(內(nèi)花鍵)和花鍵軸(外花鍵)兩個(gè)零件的結(jié)合,以傳遞扭矩和軸向移動。與單鍵聯(lián)結(jié)相比,它具有定心精度高、導(dǎo)向性好、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),因而在機(jī)械制造中獲得廣泛應(yīng)用?；ㄦI可用作固定聯(lián)結(jié),也可用作滑動聯(lián)結(jié)?；ㄦI聯(lián)結(jié)按其截面形狀的不同,可分為矩形花鍵、漸開線花鍵、三角形花鍵等幾種,其中矩形花鍵應(yīng)用最廣。8.2花鍵聯(lián)結(jié)的互換性及檢測8.2.2矩形花鍵的主要參數(shù)和定心方式

1.矩形花鍵的主要參數(shù)

國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T1144－2001《矩形花鍵尺寸、公差和檢驗(yàn)》規(guī)定了矩形花鍵的主要參數(shù)為大徑D、小徑d、鍵寬和鍵槽寬B,如圖8.8所示。

圖8.8矩形花鍵的主要尺寸(a)花鍵孔；(b)花鍵軸為了便于加工和測量,鍵數(shù)規(guī)定為偶數(shù),有6、8、10三種。按承載能力不同,矩形花鍵可分為為輕系列和中系列兩個(gè)系列。對同一小徑的兩個(gè)系列,其鍵數(shù)相同、鍵(鍵槽)寬也相同,僅大徑不相同,中系列的鍵高尺寸較大,承載能力強(qiáng),多用于汽車、拖拉機(jī)等制造業(yè);輕系列的鍵高尺寸較小,承載能力較低,主要用于機(jī)床制造業(yè)。矩形花鍵的基本尺寸系列見表8.4。

表8.4矩形花鍵基本尺寸的系列(摘自GB1144－87)mm

2.矩形花鍵的定心方式

矩形花鍵聯(lián)結(jié)的結(jié)合面有三個(gè),即大徑結(jié)合面、小徑結(jié)合面和鍵側(cè)結(jié)合面。要同時(shí)保證三個(gè)結(jié)合面都達(dá)到高精度的配合是很困難的,也沒有必要。實(shí)際生產(chǎn)中,只需選擇其中之一作為主要結(jié)合面,確定內(nèi)、外花鍵的配合性質(zhì),則該結(jié)合面為定心表面。理論上每個(gè)結(jié)合面都可以作為定心表面,所以花鍵聯(lián)結(jié)有三種定心方式:小徑d定心、大徑D定心和鍵(槽)寬B定心，如圖8.9所示。GB／T1144－2001中規(guī)定矩形花鍵以小徑的結(jié)合面為定心表面,即小徑定心,如圖8.9(a)所示。

圖8.9矩形花鍵聯(lián)結(jié)定心方式示意圖

(a)小徑定心;(b)大徑定心;(c)鍵(槽)寬定心國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用小徑d定心。因?yàn)榛ㄦI結(jié)合面的硬度要求較高,需淬火處理,為了保證定心表面的尺寸精度和形狀精度,淬火后需要進(jìn)行磨削加工。從加工工藝性考慮,小徑便于用磨削方法進(jìn)行精加工(內(nèi)花鍵小徑可以在內(nèi)圓磨床上磨削,外花鍵小徑可用成形砂輪磨削),所以小徑定心精度高,定心穩(wěn)定性好,而且使用壽命長,更有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。

GB／T1144－2001規(guī)定采用小徑d定心,對定心小徑d采用較小的公差等級;非定心直徑D的公差等級較低,并且非定心直徑D表面之間有相當(dāng)大的間隙,以保證它們不接觸。鍵齒側(cè)面是傳遞扭矩及導(dǎo)向的主要表面,故鍵(槽)寬也應(yīng)具有足夠的精度,一般要求比非定心直徑D要嚴(yán)格,從而可獲得更高的定心精度,保證花鍵的表面質(zhì)量,有利于提高聯(lián)結(jié)質(zhì)量。

若選用大徑定心,內(nèi)花鍵定心表面的精度依靠拉刀保證,而當(dāng)內(nèi)花鍵定心表面的粗糙度要求較高時(shí),如Ra<0.40μm,用拉削工藝很難保證達(dá)到要求。當(dāng)花鍵定心表面硬度要求高時(shí),如HRC40以上,熱處理后的變形難以用拉刀修正。在單件、小批量生產(chǎn)大規(guī)格的花鍵中,內(nèi)花鍵也難以使用拉削工藝,因?yàn)檫@種加工方法成本較高。8.2.3矩形花鍵聯(lián)結(jié)的公差與配合

1.矩形花鍵的尺寸公差

矩形花鍵配合的精度,其尺寸公差按其使用要求分為一般用和精密傳動用兩種。精密級適用于機(jī)床變速箱中,其定心精度要求高或傳遞扭矩較大;一般級適用于汽車、拖拉機(jī)的變速箱中。內(nèi)、外花鍵的尺寸公差帶和裝配形式見表8.5。為減少專用刀具和量具的數(shù)量,花鍵聯(lián)結(jié)采用基孔制配合,即內(nèi)花鍵d、D和B的基本偏差不變,依靠改變外花鍵d、D和B的基本偏差而獲得不同的配合。

表8.5矩形花鍵的尺寸公差帶(摘自GB/T1144－2001)當(dāng)內(nèi)花鍵公差帶為H6和H7時(shí),允許與提高一級的外花鍵配合。對于精密傳動用內(nèi)花鍵,當(dāng)聯(lián)結(jié)要求鍵側(cè)配合間隙較小時(shí),鍵槽寬公差帶選用H7,一般情況選用H9。對于一般用的內(nèi)花鍵槽寬規(guī)定了兩種公差帶:拉削后不再需要進(jìn)行熱處理的,公差帶為H9;拉削后需要進(jìn)行熱處理的,其鍵槽寬的變形不易修正,為補(bǔ)償熱處理變形,公差帶為H11。

在一般情況下,以小徑d定心的公差帶,內(nèi)、外花鍵的公差等級相同。這個(gè)不同于普通光滑孔、軸配合,主要是考慮到花鍵采用小徑定心使拉削加工難度由內(nèi)花鍵轉(zhuǎn)為外花鍵?？紤]到在實(shí)際工作中,有可能出現(xiàn)外花鍵的定心直徑公差等級高于內(nèi)花鍵的定心直徑公差等級的情況,此時(shí)允許內(nèi)花鍵與提高一級的外花鍵配合。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。大徑D與鍵(槽)寬B的公差等級較低,并且對B的要求比D嚴(yán)格。2.矩形花鍵公差與配合的選擇

花鍵尺寸公差帶選用的一般原則是:定心精度要求高或傳遞扭矩大時(shí),應(yīng)選用精密傳動用的尺寸公差帶;反之,可選用一般用的尺寸公差帶。如精密傳動用矩形花鍵聯(lián)結(jié)常用于精密機(jī)床主軸變速箱或6級精度以上齒輪用花鍵副等;一般傳動用矩形花鍵聯(lián)結(jié)則常用于定心精度要求不高的普通機(jī)床變速箱以及各種減速器中軸與齒輪花鍵孔(內(nèi)花鍵)的聯(lián)結(jié)。矩形花鍵配合精度的選擇,主要考慮定心精度要求和傳遞扭矩的大小。

內(nèi)、外花鍵的配合(裝配形式)分為滑動、緊滑動和固定三種。其中,滑動聯(lián)結(jié)的間隙較大;緊滑動聯(lián)結(jié)的間隙次之;固定聯(lián)結(jié)的間隙最小。

花鍵的配合類型可根據(jù)使用條件來選取,首先應(yīng)根據(jù)內(nèi)、外花鍵之間是否有軸向移動,確定是固定聯(lián)結(jié)還是非固定聯(lián)結(jié)。對于內(nèi)、外花鍵之間相對固定,無軸向滑動要求時(shí),則選擇固定聯(lián)結(jié)。對于內(nèi)、外花鍵之間要求有相對移動,而且移動距離長、移動頻率高的情況,應(yīng)選擇配合間隙較大的滑動聯(lián)結(jié),使配合面間有足夠的潤滑油層,以保證運(yùn)動靈活,例如汽車、拖拉機(jī)等變速箱中的齒輪與軸的聯(lián)結(jié)。對于內(nèi)、外花鍵之間有相對移動、定心精度要求高、傳遞扭矩大,或經(jīng)常有反向轉(zhuǎn)動的情況,則應(yīng)選擇配合間隙較小的緊滑動聯(lián)結(jié)。表8.6列出了幾種配合應(yīng)用情況的推薦,可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。

表8.6矩形花鍵配合應(yīng)用的推薦8.2.4矩形花鍵的形位公差和表面粗糙度

由于形位誤差對花鍵聯(lián)結(jié)的裝配性能和傳遞扭矩與運(yùn)動的性能影響很大,因此國家標(biāo)準(zhǔn)對矩形花鍵規(guī)定了形位公差,包括小徑d的形狀公差和花鍵的位置度公差等。

國家標(biāo)準(zhǔn)對矩形花鍵的形位公差作了以下規(guī)定:

(1)小徑結(jié)合面應(yīng)遵守包容要求。為了保證定心表面的配合性質(zhì),內(nèi)、外花鍵小徑(定心直徑)的尺寸公差和形位公差的關(guān)系必須采用包容要求。

(2)在大批量生產(chǎn)條件下,花鍵的位置度公差應(yīng)遵守最大實(shí)體要求。由于對矩形花鍵的形位公差一般用花鍵綜合量規(guī)檢驗(yàn),因此,位置度公差應(yīng)遵守最大實(shí)體要求。花鍵的位置度公差綜合控制花鍵各鍵之間的角位移、各鍵對軸線的對稱度誤差以及各鍵對軸線的平行度誤差等。其圖樣標(biāo)注如圖8.10所示。表8.7為花鍵的位置度公差值。

圖8.10矩形花鍵位置度公差標(biāo)注表8.7矩形花鍵位置度公差值t1(GB/T1144－2001)

(3)單件、小批量生產(chǎn)時(shí),鍵與鍵槽的對稱度公差應(yīng)遵守獨(dú)立原則。為了控制花鍵的形位誤差,一般在圖樣上分別規(guī)定花鍵的對稱度和等分度公差,并遵守獨(dú)立原則,又因兩者同值,故等分度公差省略不注。其對稱度公差在圖樣上的標(biāo)注如圖8.11所示。表8.8為花鍵的對稱度公差值。

圖8.11矩形花鍵對稱度公差標(biāo)注表8.8矩形花鍵對稱度公差值t2(GB/T1144－2001)

(4)當(dāng)花鍵較長時(shí),可根據(jù)產(chǎn)品性能自行規(guī)定鍵側(cè)對軸線的平行度公差。

矩形花鍵各結(jié)合面的表面粗糙度推薦值見表8.9。

表8.9矩形花鍵表面粗糙度推薦值8.2.5矩形花鍵的標(biāo)注及測量

1.矩形花鍵的標(biāo)注

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,圖樣上矩形花鍵的配合代號和尺寸公差帶代號應(yīng)按花鍵規(guī)格所規(guī)定的次序標(biāo)注,依次包括鍵數(shù)N、小徑d、大徑D、鍵寬B以及基本尺寸的公差帶代號,即矩形花鍵規(guī)格按N×d×D×B的方法表示。如8×52×58×10依次表示鍵數(shù)為8,小徑為52