矩形花键公差与配合的选用方法

矩形花键的功能主要是保证内外花键连接后具有较高的同轴度，并能传递扭矩。

《矩形花键尺寸、公差与检测》（GB/T 1144—2001）规定了矩形花键连接的尺寸系列、定心方式和公差与配合、标注方式以及检测规则。

8.2.2.1　矩形花键的基本尺寸

矩形花键连接的配合尺寸有大径D、小径d和键（或槽）宽B，如图8.9所示。

为了便于加工和测量，矩形花键的键数规定为偶数，有6、8和10三种。按照承载能力不同，对矩形花键的基本尺寸分为中系列、轻系列两个规格。同一小径的轻系列和中系列的键数相同，键宽和键槽宽也相同，仅大径不同。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，承载能力较低。矩形花键的基本尺寸系列见表8.3。

图8.9　矩形花键的主要尺寸

表8.3　矩形花键的基本尺寸系列　mm

8.2.2.2　矩形花键的定心方式

花键连接主要保证内外花键连接后具有较高的同轴度，并能传递扭矩。在矩形花键连接中，要保证三个配合面同时达到高精度的配合是很困难的，并且没有必要。为了满足使用要求，同时方便加工，只需要选择其中一个结合面作为主要配合面，对其按较高的精度予以制造，以保证配合性质和定心精度，该表面称为定心表面。

理论上每个表面都可以作为定心表面，因此可根据定心要素不同，分为大径定心、小径定心和键宽定心三种定心方式，如图8.10所示。

图8.10　矩形花键连接的定心方式

GB/T 1144—2001中规定矩形花键连接采用小径定心的方式，内花键与外花键的小径精度较高，大径通常作为非配合尺寸。非定心直径表面之间留有一定的间隙，以保证它们之间不接触。而无论是否采用键宽定心，键和键槽侧面的宽度B都应具有足够的精度，因为它们要传递扭矩和导向。之所以采用小径定心，这是因为现代工业对机械零件的质量要求不断提高，对花键连接的要求也不断提高。从加工工艺性能来看，内花键小径可以在内圆磨床上磨削，外花键小径可用成形砂轮磨削，而且磨削可以获得更高的尺寸精度和满足更高的表面粗糙度要求。采用小径定心时，热处理后的变形可用内圆磨床进行修复。可以看出，小径定心的定心精度高，定心稳定性好，而且使用寿命长，更有利于产品质量的提高。

当选用大径定心时，内花键定心表面的精度是依靠拉刀来保证的。而当花键定心表面硬度要求较高（40 HRC以上）时，热处理后的变形难以用拉刀进行修正；当内花键定心表面的粗糙度要求较高（如Ra值低于0.40 μm）时，用拉削加工很难达到技术要求。在单件小批量生产或大规格花键时，内花键也难以用拉削加工工艺加工，因为该种加工方式不经济，因此，很难满足大径定心的要求。

在某些行业，也有用键宽B定心的。主要用于承受较大载荷、传递双向扭矩且对定心精度要求不高的花键。如汽车万向接头的转轴连接。为了承受交变载荷引起的冲击，故采用键宽定心。

8.2.2.3　矩形花键的公差与配合

GB/T 1144—2001中规定的小径d、大径D和键（槽）宽B的尺寸公差带，如图8.11和表8.4所示。为了减少加工和检测内花键所用专用花键拉刀和花键量规的种类和规格，矩形花键连接通常采用基孔制配合。

图8.11　矩形花键的公差带

表8.4　矩形花键的尺寸公差带

注：①精密传动用的内花键，当需要控制键侧配合间隙时，槽宽可选H7，一般情况可选用H9；②当内花键公差带为H6和H7时，允许与高一级的外花键配合。

表8.4中“精密传动用”的公差带多用于机床变速箱，“一般用”公差带适用于定心精度要求不高但传递扭矩较大的情况，如汽车、拖拉机的变速箱。

从表8.4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的，为了修正热处理变形，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H7，一般情况下选用H9。

标准中规定，矩形花键的配合按照装配形式分为滑动、紧滑动和固定三种。滑动连接的间隙较大，紧滑动连接的间隙次之，固定连接的间隙最小。(www.xing528.com)

事实上，可根据内外花键之间是否有轴向移动来确定装配形式是选固定连接还是滑动连接。

对于内外花键之间要求有相对移动，而且移动距离长、移动频率高的情况，应选用配合间隙较大的滑动连接，以保证运动的灵活性，而且确保配合面间有足够的润滑油层。例如，汽车、拖拉机等变速器中的滑动齿轮与花键轴之间的连接。对于内外花键之间虽然有相对滑动但是定心精度要求较高、传递扭矩大或经常有反转的情况，则应选择配合间隙较小的紧滑动连接，以保证其定心精度高、工作表面载荷均匀分布，减少反向转动时产生的空程及冲击。对于内外花键之间只用来传递扭矩而无轴向移动的情况，则应选择固定连接。表8.5列出了几种配合的应用场合。

表8.5　矩形花键配合的应用场合

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，主要是考虑矩形花键采用小径定心，使加工难度由内花键转为外花键。但是在有些情况下，内花键允许与高一级的外花键配合。如公差带为H7的内花键可以与公差带为f6、g6、h6的外花键配合，公差带为H6的内花键可以与公差带为f5、g5、h5的外花键配合，这主要是考虑矩形花键常用来作为齿轮的基准孔，在贯彻齿轮标准过程中，有可能出现外花键的定心直径公差等级高于内花键定心直径公差等级的情况，而大径只有一种配合，为H11/a11。

8.2.2.4　矩形花键的形位公差

内外花键加工时，不可避免地会产生形位误差。

为了防止装配困难，并保证键和键槽侧面接触均匀，除用包容要求控制定心表面的形状误差外，花键（或花键槽）在圆周上分布的均匀性（即分度误差），应规定位置度公差，并采用相关要求，见表8.6。当花键较长时，还可根据产品的性能要求来规定键侧面对花键轴线的平行度公差。

表8.6　矩形花键位置度公差　mm

当单件小批量生产时，应规定键和键槽两侧面的中心平面对定心表面轴线的对称度公差，见表8.7。

表8.7　矩形花键对称度公差　mm

8.2.2.5　矩形花键的表面粗糙度

GB/T 1144—2001没有规定矩形花键的各配合表面的表面粗糙度，Ra的上限值推荐如下：

内花键：小径表面≤0.8 μm，键槽侧面≤3.2 μm，大径表面≤6.3 μm。

外花键：小径表面≤0.8 μm，键槽侧面≤0.8 μm，大径表面≤3.2 μm。

8.2.2.6　矩形花键的标注（GB/T 1144—2001）

矩形花键在图纸上的标注内容有键数N、小径d、大径D、键（槽）宽B的公差带或配合代号，标注示例如图8.12所示。

图8.12　矩形花键的标注

（1）在装配图上矩形花键的标注形式如图8.12（a）所示。

表示矩形花键的键数为6，小径尺寸及配合代号为，大径尺寸及配合代号为，键（槽）宽的尺寸及配合代号为。由此可见，这是一般用途的滑动矩形花键连接。

（2）在零件图上内外花键的标注形式如图8.12（b）、（c）所示。

内花键标注为：6×23H7×28H10×6H11

外花键标注为：6×23f6×28a11×6d10