《互换性与测量技术》课件第9章.pptx
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1、第9章 键和花键的互换性与检测第第 9 9 章章 键和花键的互换性与检键和花键的互换性与检测测9.1 概述概述9.2 平键联结的平键联结的互换性互换性9.3 矩形花键联结的矩形花键联结的互换性互换性9.4 键和花键的键和花键的检测检测题题与思考题与思考题第9章 键和花键的互换性与检测本章导读本章导读介绍平键联结和花键联结的特点和结构参数,学习键联结和花键联结的用途;介绍平键联结的公差与配合,形位公差和表面粗糙度的选用,以及在图样上的标注方法;了解花键联结采用小径定心的方式及理由,掌握矩形花键联结的公差与配合、形位公差和表面粗糙度的选用,能够在图样上正确标注;了解平键和矩形花键的检测方法。第9章
2、 键和花键的互换性与检测9.1 概概 述述9.1.1 键联结的用途键联结的用途键联结和花键联结是机械产品中普遍应用的结合方式之一,可用作轴和轴上传动件(如齿轮、皮带轮、手轮和联轴节等)之间的可拆联结,以传递扭矩和运动。当轴与传动件之间有轴向相对运动要求时,键联结和花键联结还能起导向作用(如变速箱中变速齿轮花键孔与花键轴的联结),可使齿轮沿花键轴移动以达到变换速度的目的。第9章 键和花键的互换性与检测9.1.2 键联结的分类键联结的分类键联结可以分为单键联结和花键联结两大类。单键可分为平键、半圆键和楔形键等几种,其中,平键又可分为普通平键、导向平键和滑键。花键分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键
3、三种。上述键联结中,平键和矩形花键的应用比较广泛。第9章 键和花键的互换性与检测1.单键联结单键联结采用单键联结时,在孔和轴上均铣出键槽,再通过单键联结在一起。单键按其结构形状的不同可分为以下四种:(1)平键,包括普通平键、导向平键和滑键。(2)半圆键。(3)楔键,包括普通楔键和钩头楔键。(4)切向键。上述四种单键连接中平键和半圆键的应用最为广泛。第9章 键和花键的互换性与检测2.花键联结花键联结花键联结按其键齿形状分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键三种,其结构如图91 所示。图 91 花键联结的种类第9章 键和花键的互换性与检测与单键联结比较,花键联结有如下优点:(1)键与轴或孔为一个整体
4、,强度高,负荷分布均匀,可传递较大的扭矩。(2)联结可靠,导向精度高,定心性好,易达到较高的同轴度要求。但是,由于花键的加工制造比单键复杂,因此其成本较高。第9章 键和花键的互换性与检测9.2 平键联结的互换性平键联结的互换性9.2.1 普通平键联结的结构和几何参数普通平键联结的结构和几何参数普通平键联结通过键的侧面与轴键槽和轮毂键槽的侧面相互接触来传递扭矩。键的上表面和轮毂键槽间留有一定的间隙,其结构如图 92 所示。在其剖面尺寸中,b 为键、轴槽和轮毂槽的宽度,t1 和 t 2 分别为轴槽和轮毂槽的深度,L 和 h 分别为键的长度和高度,d为轴和轮毂直径。普通平键和键槽的尺寸与极限偏差如表
5、 91 所示。第9章 键和花键的互换性与检测图 92 普通平键联结的结构第9章 键和花键的互换性与检测第9章 键和花键的互换性与检测第9章 键和花键的互换性与检测9.2.2 普通平键的公差与配合普通平键的公差与配合1.平键联结的极限与配合平键联结的极限与配合1)配合尺寸的公差带和配合种类普通平键联结中,键宽和键槽宽 b 是配合尺寸,应规定较严格的公差。因此,键宽和键槽宽联结的精度设计是本节主要研究的问题。第9章 键和花键的互换性与检测键由型钢制成,是标准件,相当于极限与配合中的轴,因此,键宽和键槽宽采用基轴制配合。国家标准 GB/T1095 2003 平键 键槽的剖面尺寸和 GB/T1096
6、2003 普通型 平键均从 GB/T1801 2009 产品几何技术规范(GPS)极限与配合 公差带和配合的选择中选取尺寸公差带。对键宽规定了一种公差带,对轴和轮毂的键槽宽各规定了三种公差带,这样就构成了三组配合,即松联结、正常联结和紧密联结,可满足各种不同用途的需要。普通平键和键槽宽度 b 的公差带如图 93 所示,它们的应用如表 92 所示。第9章 键和花键的互换性与检测图 93 普通平键和键槽宽度的公差带第9章 键和花键的互换性与检测第9章 键和花键的互换性与检测2)非配合尺寸的公差带普通平键高度 h 的公差带一般采用 h11;平键长度 l 的公差带采用 h14;轴键槽长度 L的公差带采
7、用 H14。GB/T1095 2003 对轴键槽深度 t 1 和轮毂键槽深度 t 2 的极限偏差作了专门规定,如表 91 所示。为了便于测量,在图样上对轴键槽深度和轮毂键槽深度分别标注“d-t 1”和“d+t 2”(此处 d 为孔、轴的公称尺寸),其极限偏差分别按 t 1 和 t 2 的极限偏差选取,但“d-t 1”的上偏差为零,下偏差取负数。第9章 键和花键的互换性与检测 2.平键联结的极限配合选用平键联结的极限配合选用平键联结配合主要根据使用要求和应用场合确定其配合种类。对于导向平键应选用松联结,在这种方式中,由于形位误差的影响会使键(h8)与轴槽(H9)的配合实际上为不可动联结,而键与轮
8、毂槽(D10)的配合间隙较大,因此,轮毂可以相对轴移动。对于承受重载荷、冲击载荷或双向扭矩的情况,应选用紧密联结,因为这时键(h8)与键槽(P9)配合较紧,再加上形位误差的影响,其结合紧密、可靠。除了上述两种情况外,对于承受一般载荷,考虑拆装方便,应选用正常联结。第9章 键和花键的互换性与检测3.形位公差和表面粗糙度的选用形位公差和表面粗糙度的选用为保证键侧面与键槽侧面之间有足够的接触面积,避免装配困难,应分别规定轴槽和轮毂槽的对称度公差。对称度公差按 GB/T1184 1996 形状和位置公差未注公差值确定,一般取 79 级。对称度公差的公称尺寸是指键宽 b。当平键的键长 l 与键宽 b 之
9、比大于等于 8 时,应规定键的两个工作侧面在长度方向上的平行度要求。这时平行度公差也按 GB/T1184 1996 的规定选取:当 b 6mm 时,公差等级取 7 级;当 b 836mm 时,公差等级取 6 级;当 b 40mm 时,公差等级取 5 级。键槽配合表面的表面粗糙度 Ra 的上限值一般取 1.63.2 m,非配合表面取 6.3 m。第9章 键和花键的互换性与检测 4.键槽尺寸和公差在图样上的标注键槽尺寸和公差在图样上的标注轴槽和轮毂槽的剖面尺寸、形位公差及表面粗糙度在图样上的标注如图 94 所示,其中图(a)为轴槽标注示例,图(b)为轮毂槽标注示例。第9章 键和花键的互换性与检测图
10、 94 键槽标注示例第9章 键和花键的互换性与检测9.3 矩形花键联结的互换性矩形花键联结的互换性GB/T1144 2001 矩形花键尺寸、公差和检验规定了矩形花键联结的尺寸系列、定心方式、公差与配合、标注方法及检验规则。为了便于加工和测量,矩形花键的键数 N 为偶数,有 6、8、10 三种。按承载能力的不同,矩形花键可分为中、轻两个系列,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,承载能力相对较弱。矩形花键的尺寸系列如表 93 所示。第9章 键和花键的互换性与检测第9章 键和花键的互换性与检测9.3.1 矩形花键的几何参数和定心方式矩形花键的几何参数和定心方式1.矩形花键的几何参
11、数矩形花键的几何参数矩形花键联结的几何参数有大径 D、小径 d、键数 N 和键槽宽 B,如图 95 所示。2.矩形花键的定心方式矩形花键的定心方式花键联结的主要要求是保证内、外花键联结后具有较高的同轴度,并能传递扭矩。矩形花键有大径 D、小径 d 和键(槽)宽 B 三个主要尺寸参数。若要求这三个尺寸都起定心作用是很困难的,而且也没有必要。定心尺寸应按较高的精度制造,以保证定心精度。第9章 键和花键的互换性与检测非定心尺寸则可按较低的精度制造。由于传递扭矩是通过键和键槽侧面进行的,因此,键和键槽不论是否作为定心尺寸,都要求较高的尺寸精度,并要求保证键侧面与键槽侧面的接触具有均匀性,以及传递一定的
12、扭矩,为此,必须保证具有一定的配合性质。图 96 所示为矩形花键联结的定心方式。根据定心要求的不同,矩形花键的定心方式可分为三种:按大径D 定心,按小径 d 定心,按键宽 B 定心。第9章 键和花键的互换性与检测图 96 矩形花键联结的定心方式第9章 键和花键的互换性与检测心,按小径 d 定心,按键宽 B 定心。国家标准 GB/T1144 2001 矩形花键尺寸、公差和检验规定矩形花键用小径定心,因为小径定心有一系列优点。当用大径定心时,内花键定心表面的精度依靠拉刀保证。当内花键定心表面硬度要求高(40HRC 以上)时,热处理后的变形难以用拉刀修正;当内花键定心表面粗糙度要求高(Ra 0.63
13、 m)时,用拉削工艺也难以保证;在单件、小批量生产及大规格花键生产中,内花键也难以采用拉削工艺,因为该加工方法不经济。采用小径定心时,热处理后的变形可用内圆磨修复,而且内圆磨可达到更高的尺寸精度和更高的表面粗糙度要求。因而小径定心的定心精度高,定心稳定性好,使用寿命长,有利于产品质量的提高。另外花键小径精度可用成形磨削保证。第9章 键和花键的互换性与检测矩形花键联结以小径定心具有以下优点:(1)有利于提高产品性能、质量和技术水平。小径定心的定心精度高,稳定性好,而且能用磨削的方法消除热处理变形,从而提高了定心直径的制造精度。(2)有利于简化加工工艺,降低生产成本。尤其是对于内花键定心表面的加工
14、,采用磨削加工方法可以减少成本较高的拉刀规格,也易于保证表面质量。(3)与国际标准的规定完全一致,便于技术引进,有利于机械产品的进出口和技术交流。(4)有利于齿轮精度标准的贯彻配套。第9章 键和花键的互换性与检测9.3.2 矩形花键联结的公差与配合矩形花键联结的公差与配合1.矩形花键联结的极限与配合矩形花键联结的极限与配合分为两种情况:一种为一般用途的矩形花键;另一种为精密传动用矩形花键。其内、外花键的尺寸公差带如表 94 所示。为了减少加工和检验内花键时所用的花键拉刀和花键量规的规格和数量,矩形花键联结采用基孔制配合。第9章 键和花键的互换性与检测矩形花键装配形式分为固定联结、紧滑动联结和滑
15、动联结三种。后两种联结方式用于内、外花键之间工作时要求相对移动的情况,而固定联结方式用于内、外花键之间无轴向相对移动的情况。由于形位误差的影响,实际上矩形花键各结合面的配合均比预定的要紧一些。一般传动用内花键拉削后再进行热处理,其键槽宽的变形不易修正,故公差要降低要求(由 H9 降为 H11)。对于精密传动用内花键,当联结要求键侧配合间隙较高时,槽宽公差带选用 H7,一般情况选用 H9。第9章 键和花键的互换性与检测第9章 键和花键的互换性与检测定心直径 d 的公差带在一般情况下,内、外花键取相同的公差等级,这个规定不同于普通光滑孔、轴的配合(一般情况下,孔比轴低一级),主要是考虑到矩形花键采
16、用小径定心,使加工难度由内花键转为外花键,其加工精度要高一些。但在有些情况下,内花键允许与提高一级的外花键配合,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。在贯彻齿轮标准的过程中,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。第9章 键和花键的互换性与检测 2.矩形花键联结的极限与配合选用矩形花键联结的极限与配合选用花键结合的极限与配合选用主要是确定联结精度和装配形式。(1)联结精度的选用主要依据定心精度要求和传递扭矩的大小。精密
17、传动用花键联结定心精度高,传递扭矩大而且平稳,多用于精密机床主轴变速箱,以及各种减速器中轴与齿轮花键孔(即内花键)的联结。一般用途的花键联结适用于定心精度要求不高但传递扭矩大的情况,如载重汽车、拖拉机的变速箱。第9章 键和花键的互换性与检测(2)选用装配形式时,首先根据内、外花键之间是否有轴向移动,以确定选固定联结,还是滑动联结。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联结,以保证运动的灵活性及配合面间有足够的润滑油层,例如,汽车、拖拉机等变速箱中的齿轮与轴的联结。对于内、外花键定心精度要求高,传递扭矩大或经常有反向转动的情况,则应选用配合间
18、隙较小的紧滑动联结。对于内、外花键间无需在轴向移动,只用来传递扭矩的情况,则应选用固定联结。第9章 键和花键的互换性与检测 3.形位公差和表面粗糙度形位公差和表面粗糙度矩形内、外花键是具有复杂表面的结合件,并且键长与键宽的比值较大。形位误差是影响花键联结质量的重要因素,因而对其形位误差要加以控制。内、外花键小径定心表面的形状公差和尺寸公差的关系遵守包容要求。为控制内、外花键的分度误差,一般应规定位置度公差,并采用相关要求,图样标注如图 97 所示,其位置度公差值如表 95 所示。第9章 键和花键的互换性与检测图 97 花键位置度公差的标注第9章 键和花键的互换性与检测在单件小批生产时,一般规定
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