矩形花键配合公差优化技巧

当传递较大的转矩，定心精度又要求较高时，单键连接满足不了要求，需采用花键连接。花键连接是花键轴、花键孔两个零件的结合。花键可用作固定连接，也可用作滑动连接。

花键连接与平键连接相比具有明显的优势：孔、轴的轴线对准精度（定心精度）高，导向性好，轴和轮毂上承受的负荷分布比较均匀，因而可以传递较大的转矩，而且强度高，连接更可靠。

花键的类型有矩形花键、渐开线花键和三角形花键，本节只讨论应用最广的矩形花键。

8.2.1 概述

为了便于加工和检测，键数N规定为偶数（有6，8，10），键齿均布于全圆周。按承载能力，矩形花键分为中、轻两个系列。中系列的承载能力强，多用于汽车、拖拉机等制造业；轻系列的承载能力相对低，多用于机床制造业。矩形花键的尺寸系列见表8.3。

表8.3 矩形花键基本尺寸系列 mm

注：摘自GB/T 1144—2001。

矩形花键主要尺寸有小径d、大径D、键（槽）宽B，如图8.4所示。

矩形花键连接的结合面有3个，即大径结合面、小径结合面和键侧结合面。要保证3个结合面同时达到高精度的定心作用很困难，也没有必要。实用中，只需以其中之一为主要结合面，确定内、外花键的配合性质。确定配合性质的结合面称为定心表面。

每个结合面都可作为定心表面，所以花键联结有3种定心方式：小径d定心、大径D定心和键（槽）宽B定心，如图8.4所示。

图8.4 矩形花键的主要尺寸及主要定心方式

GB/T 1144—2001规定矩形花健以小径结合面作为定心表面，即采用小径定心。定心直径d的公差等级较高，非定心直径D的公差等级较低，并且非定心直径D表面之间有相当大的间隙，以保证它们不接触。键齿侧面是传递转矩及导向的主要表面，故键（槽）宽B应具有足够的精度，一般要求比非定心直径D要严格。

8.2.2 矩形花键的公差与配合

为了减少制造内花键用的拉刀和量具的品种规格，有利于拉刀和量具的专业化生产，矩形花键配合应采用基孔制，即内花键d，D和B的基本偏差不变，依靠改变外花键d，D和B的基本偏差，获得不同松紧的配合。

矩形花键配合精度的选择，主要考虑定心精度要求和传递转矩的大小。精密传动用花键连接定心精度高，传递转矩大而且平稳，多用于精密机床主轴变速箱与齿轮孔的连接。一般用花键连接则常用于定心精度要求不高的卧式车床变速箱及各种减速器中轴与齿轮的连接。

矩形花键配合种类的选择，首先应根据内、外花键之间是否有轴向移动，确定是固定连接还是非固定连接。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，应选择配合间隙较大的滑动连接，使配合面间有足够的润滑油层，以保证运动灵活。例如，汽车、拖拉机等变速箱中的齿轮与轴的连接。对于内、外花键之间有相对移动、定心精度要求高、传递转矩大，或经常有反向转动的情况，则应选择配合间隙较小的紧滑动连接。对于内、外花键之间相对固定，无轴向滑动要求时，则选择固定连接。

表8.4列出了矩形花键小径d、大径D和键宽B的配合。尽管3类配合都是间隙配合，但由于几何误差的影响，其结合面配合普遍比预定的要紧些。

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H7，一般情况下可选H9。
② d为H6，H7的内花键，允许与高一级的外花键配合。

由表8.4可以看出，内外花键小径d的公差等级相同，且比相应的大径D和键宽B的公差等级都高，且大径只有一种配合为H10/all。

8.2.3 矩形花键的几何公差及表面粗糙度

为保证定心表面的配合性质，应对矩形花键规定如下要求：

（1）内、外花键定心直径d的尺寸公差与几何公差的关系，必须采用包容要求。(www.xing528.com)

（2）内（外）花键应规定键槽（键）侧面对定心轴线的位置度公差，并采用最大实体要求，标注如图8.5所示，位置度公差值如表8.5所示。

图8.5 花键位置度公差标注

表8.5 矩形花键的位置度公差 mm

注：摘自GB/T 1144—2001。

（3）单件小批生产，采用单项测量时，应规定键槽（键）的中心平面对定心轴线的对称度和等分度，并采用独立原则。标注如图8.6所示，对称度公差值如表8.6所示。

图8.6 花键对称度公差标注

表8.6 矩形花键对称度公差 mm

注：① 矩形花键的等分度公差与键宽的对称公差相同。
② 摘自GB/T 1144—2001。

（4）对较长的花键，可根据性能自行规定键侧对轴线的平行度公差。

（5）矩形花键的表面粗糙度Ra推荐值：

对于内花键，小径表面≤1.6 μm，大径表面≤6.3 μm，键槽侧面≤3.2 μm。

对于外花键，小径表面≤0.8 μm，大径表面≤3.2 μm，键槽侧面≤1.6 μm。

表面粗糙度标注示例如图8.7所示。

图8.7 表面粗糙度标注示例

8.2.4 矩形花键的图样标注

矩形花键规格按N×d×D×B的方法表示，如8×52×58×10依次表示键数为8，小径为52 mm，大径为58 mm，键（键槽）宽10 mm。

矩形花键的标记按花键规格所规定的顺序书写，另需加上配合或公差带代号，其在图样上标注如图8.8所示。图8.8（a）为一花键副，表示花键数为6，小径配合为23H7/f7，大径配合为28H10/a11，键宽配合为6H11/d10；在零件图上，花键公差带可仍按花键规格顺序注出，如图8.8（b）、（c）所示。

图8.8 矩形花键配合及公差的图样标注