花键联接的三种结构及矩形花键优势分析

1.花键联接的特点

花键联接是指两零件上等距分布且齿数相同的键齿相互联接，并传递转矩或运动的同轴偶件；在内圆柱表面上的花键为内花键，在外圆柱表面上的花键为外花键。

与键联接相比较，花键联接有很多优点，主要有：

1）键齿沿圆周均布在传动轴和轮毂上，受力均匀。

2）键齿与传动轴或轮毂成一体，联接刚性好、强度高。

3）键齿多，总承载面积大，耐磨损、耐剪切，承载能力大。

4）定心精度高，导向性好。

5）使用寿命长，互换性好。

由于花键联接有上述优点，因此被广泛应用于机械传动中，如机床、汽车、拖拉机、工程机械、机车车辆、兵器、航空、航天等行业，在上述行业的产品中常用的花键有矩形花键和渐开线花键两种。此外，还有镶键式滚珠花键等结构型式。

2.花键的类别

花键联接是由内花键（花键孔）和外花键（花键轴）两个零件组成的。花键联接的结构型式主要有三种：矩形花键、渐开线花键和三角花键，如图5-10所示。

图5-10 花键联接的结构形式

a）矩形花键 b）渐开线花键 c）三角花键

3.矩形花键

渐开线花键与矩形花键相比较，有自动定心、强度高、寿命长、适用于盘式结构联接、刀具经济（种类少）等优点。但矩形花键有其独特的优点，目前还不可能被渐开线花键所取代。这些优点突出表现为：

1）矩形花键比渐开线花键更适用于轻、中等负荷传动机构。例如：在机床设计时，着重考虑满足传动轴的定心精度和刚度要求，应用矩形花键，可实现键齿少，键槽截面简单，热处理后精加工效率高，定心尺寸精度高。

2）定心精度高、耐磨性能好。为了提高花键零件的耐磨性和强度，内、外花键均需进行热处理或表面化学处理（如调质、高频淬火、渗碳淬火等），为消除上述处理后的变形，获得所要求的高精度，通常内、外花键均进行精加工（精拉、推削、磨削等），矩形花键能较好地适应这些要求。

3）适用于滑动联接。与渐开线花键相比较，矩形花键更适用于沿轴线滑动的联接。为了内、外花键可以相对滑动，其键侧配合必须有较大间隙，此时若采用渐开线花键会影响定心精度。而矩形花键其定心精度与键侧配合性质无关，对于滑动联接的花键，仍可保证较高的定心精度。这种特点，对于有径向力的联接尤为突出。

图5-11 内花键和外花键的基本尺寸

（1）几何参数 矩形花键尺寸规定了轻、中两个系列，内花键和外花键的基本尺寸有大径D、小径d和键宽（键槽宽）B，如图5-11所示。键数N规定为偶数，有6、8、10三种，以便于加工和检验；按承载能力，对公称尺寸分为轻系列和中系列两种规格。

（2）定心方式 矩形花键的定心方式是由其尺寸和内、外花键联接要求所决定的。要保证内、外花键的同轴度、联接强度和传递转矩的可靠性和稳定性；对要求轴向滑动的联接，还应保证导向精度。因此矩形花键可以有三种定心方式：小径d定心、大径D定心和键侧B定心，如图5-12所示。

图5-12 矩形花键联接的定心方式

a）小径d定心 b）大径D定心 c）键侧B定心

在国际标准ISO14：1982《圆柱轴用小径定心矩形花键 尺寸、公差和检验》颁布以前，只有日本标准、英国标准规定一种定心方式（小径定心）。国际标准颁布后，法国、德国、中国、英国都相继修订了各自国家的标准，从定心方式上向国际标准靠拢，统一采用小径定心。

（3）矩形花键的标记 矩形花键的标记代号应按次序包括下列内容：键数N、小径d、大径D、键宽B、基本尺寸、配合公差带代号和标准编号。标记示例：

花键N=6；；；的标记为

花键规格：N×d×D×B(www.xing528.com)

6×23×26×6

花键副：

内花键：6×23H7×26H10×6H11 GB/T 1144—2001

外花键：6×23f7×26a11×6d10 GB/T 1144—2001

4.圆柱直齿渐开线花键

（1）术语和定义

1）花键联接：两零件上等距分布且齿数相同的键齿相互联接，并传递转矩或运动的同轴偶件；在内圆柱表面上的花键为内花键，在外圆柱表面上的花键为外花键。

2）渐开线花键：具有渐开线齿形的花键。

因花键基本概念与直齿渐开线圆柱齿轮相同，在此不再详述，更多的术语和定义详见GB/T 3478.1—2008《圆柱直齿渐开线花键（米制模数 齿侧配合） 第1部分：总论》。

（2）几何参数 渐开线花键联接相当于模数、齿数和标准压力角分别相同而且变位系数为零的内、外直齿渐开线圆柱齿轮啮合。两者有关模数和压力角的基本概念相同，分度圆直径、基圆直径、分度圆齿距、齿厚、齿槽宽和公法线长度公称值等计算公式分别相同，相互联接的内、外花键齿顶圆与齿根圆和齿根圆直径也有足够的径向间隙。差异仅在于花键的齿顶高和齿根高分别比齿轮的短，因此花键齿顶圆与齿根圆直径的计算公式分别与齿轮有所不同。

圆柱直齿渐开线花键的几何尺寸如图5-13所示，由模数、齿数和标准压力角确定。

图5-13 圆柱直齿渐开线花键的几何尺寸 （37.5°圆齿根）

（3）定心方式 渐开线花键联接采用花键齿侧面（齿形表面）作为定心表面，即采用齿侧定心。因此，内、外花键齿的侧面是配合表面，内花键齿槽宽和外花键齿厚是配合尺寸，内、外花键的配合是齿侧配合。内、外花键的大径表面之间和小径表面之间，即内花键齿顶圆与外花键齿根圆之间、内花键齿根圆与外花键齿顶圆之间都有较大的间隙，这两个表面属于非配合表面，均不起定心作用，大径和小径皆为非配合尺寸。

渐开线花键联接采用了齿侧定心，则花键齿的侧面起驱动作用，又起自动定心的作用。

（4）标记 在有关图样和技术文件中，需要标记时，应符合如下规定：内花键用INT表示（以下同理）；外花键为EXT；花键副为INT/EXT；齿数为z（前面加齿数值）；模数为m（前面加模数值）；30°平齿根为30P；30°圆齿根为30R；37.5°圆齿根为37.5；45°圆齿根为45；公差等级为4、5、6或7；配合类别为H（内花键）；k、js、h、f、e或d（外花键）；标准编号为GB/T 3478.1—2008。

标记示例：

示例1：花键副，齿数24、模数2.5、30°圆齿根、公差等级为5级、配合类别为H/h。

花键副：INT/EXT 24z×2.5m×30R×5H/5h GB/T 3478.1—2008

内花键：INT 24z×2.5m×30R×5H GB/T 3478.1—2008

外花键：EXT 24z×2.5m×30R×5h GB/T 3478.1—2008

示例2：花键副，齿数24、模数2.5、内花键为30°平齿根、公差等级为6级；外花键为30°圆齿根、其公差等级为5级、配合类别为H/h。

花键副：INT/EXT 24z×2.5m×30P/R×6H/5h GB/T 3478.1—2008

内花键：INT 24z×2.5m×30P×6H GB/T 3478.1—2008

外花键：EXT 24z×2.5m×30R×5h GB/T 3478.1—2008

示例3：花键副，齿数24、模数2.5、37.5°圆齿根、公差等级为6级、配合类别为H/h。

花键副：INT/EXT 24z×2.5m×37.5×6H/6h GB/T 3478.1—2008

内花键：INT 24z×2.5m×37.5×6H GB/T 3478.1—2008

外花键：EXT 24z×2.5m×37.5×6h GB/T 3478.1—2008