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5.3 平键、矩形花键联结的精度设计
5.3.1 普通平键联结的精度设计
1.普通平键联结的几何尺寸
普通平键联结由键、轴键槽和轮毂键槽（孔键槽）三部分组成，通过键的侧面和轴键槽及轮毂键槽的侧面相互接触来传递转矩，如图8-1所示。在普通平键联结中，键和轴键槽、轮毂键槽的宽度b是配合尺寸，应规定较严格的公差；而键的高度h和长度L以及轴键槽的深度t、轮毂键槽的深度皆是非配合尺寸，应给予较松的公差。键联结的性质即表现为键宽与键槽宽的配合，因为键由型钢制成，是标准件，所以平键联结采用基轴制配合。在设计平键联结时，当轴径d确定后，根据d就可确定平键的规格参数，见附表8-1。
2.普通平键联结的公差与配合
（1）普通平键和键槽配合尺寸的公差带与配合种类
国家标准GB/T1095-2003《平键 键槽的剖面尺寸》和GB/T1096-2003《普通型 平键》规定按轴径确定键槽和平键尺寸。它们的公差带则从GB/T1801-2009《极限与配合 公差带和配合的选择》中选取，对键的宽度规定一种公差带h8，对轴和轮毂键槽的宽度各规定三种公差带，这样键宽度公差带分别与三种键槽宽度公差带构成三种不同性质的配合。根据不同的使用要求，键与槽宽可以采用不同的配合，分为松联结、正常联结和紧密联结等三种配合，以满足各种用途的需要，如图8-2所示。各种配合的配合性质和应用场合见表8-1。
（2）普通平键和键槽非配合尺寸的公差带
普通平键联结的非配合尺寸中，平键高度h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的公差带采用H14。轴键槽深度t和轮毂键槽深度的极限偏差由国家标准GB/T1095-2003专门规定，见附表8-1。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
（此处d为孔、轴的公称尺寸），其极限偏差见附表8-1。
3.普通平键联结的几何精度设计
键与键槽配合的松紧程度不仅取决于它们的配合尺寸公差带，还与它们配合表面的几何误差有关。几何误差不合理将使装配困难，影响联结的松紧程度，无法保证键和键槽的侧面负荷均匀。为此，国家标准对键和键槽的几何公差作出以下规定。
（1）由于键槽的实际中心平面在径向产生偏移和轴向产生倾斜，将造成键槽的对称度误差，因此应分别规定轴键槽宽度的中心平面对轴的基准轴线和轮毂键槽宽度的中心平面对孔的基准轴线的对称度公差。根据不同的功能要求，该对称度公差与键槽宽度的尺寸公差及孔、轴尺寸公差的关系可以采用独立原则（见图8-3a）或最大实体要求（见图8-3b）。键槽对称度公差采用独立原则时，使用普通计量器具测量；键槽对称度公差采用最大实体要求时，应使用位置量规检验。对称度公差等级按国家标准GB/T1184-1996《形状和位置公差未注公差值》，一般取7~9级。
（2）当平键的键长L与键宽b之比大于或等于8时，应规定键宽b的两工作侧面在长度方向上的平行度要求，这时平行度公差也是按GB/T1184-1996《形状和位置公差未注公差值》的规定选取：当b≤6mm时，公差等级取7级；当b≥8～36mm时，公差等级取6级；当b≥40mm时，公差等级取5级。
4.表面粗糙度轮廓要求
键和键槽的表面粗糙度轮廓幅度参数Ra的上限值一般按如下范围选取：配合表面（即链槽的完度b两侧面）取为1.6～3.2μm，非配合表面（即键槽底面）取为6.3~12.5μm。
5.普通平键键槽尺寸和公差在图样上的标注
轴键槽和轮毂键槽的剖面尺寸及其公差带、键槽的几何公差和表面粗糙度轮廓要求、所采用的公差原则在图样上的标注示例如图8-3所示，其中图8-3a为轴键槽标注示例，对称度公差采用独立原则；图8-3b为轮毂键槽标注示例，对称度公差采用最大实体要求。
5.3.2 矩形花键联结的精度设计
1.花键联结的特点
花键联结是通过花键孔和花键轴作为联结件以传递扭矩和轴向移动的，花键孔是将若干个键槽与轮毂制成一个整体，花键轴是将若干个键与轴制成一个整体。与平键联结相比，花键联结由于键数目的增加，轴和轮毅上承受的载荷分布比较均匀，因而可以传递较大的扭矩，具有定心精度高、导向性能好、承载能力强、联结强度高等优点。花键可用作固定联结，也可用作滑动联结，其定心精度和导向精度都较高，在机械结构中应用较多。
2.矩形花键联结的主要尺寸
GB/T1144-2001《矩形花键尺寸、公差和检验》规定了矩形花键的主要尺寸有小径d、大径D、键宽和键槽宽B，如图8-4所示，其中图8-4a为内花键（花键孔）；图8-4b为外花键（花键轴）。键数N规定为偶数，有6、8、10三种，以便加工和检测。按承载能力，对公称尺寸规定了轻、中两个系列，同一小径的轻系列和中系列的键数相同，键宽（键槽宽）也相同，仅大径不相同。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，承载能力相对低。矩形花键的尺寸系列见附表8-2。
3.矩形花键联结的定心方式
花键联结的主要使用要求是保证内、外花键的同轴度，以及键侧面与键槽侧面接触均匀性，保证传递一定的扭矩，为此，必须保证具有一定的配合性质。
矩形花键联结的联结面有三个，即大径联结面、小径联结面和键侧联结面。为了保证使用要求，改善加工工艺，选择其中一个联绩画作为主要配合面，该表面称为定心表面。
GB/T1144-2001标准规定的定心方式为小径定心。
4.矩形花键联结的公差与配合
矩形花键联结的公差与配合分为两种情况：一种为一般用途矩形花键，另一种为精密传动用矩形花键。其内、外花键的尺寸公差带见表8-2。
矩形花键联结采用基孔制配合，是为了减少加工和检验内花键用花键拉刀和花键量规的规格和数量。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，当联结需要控制键侧配合间隙时，槽竞公差带选用H7，一般情况选用H9。
内、外花键定心直径d的公差带一般取相同的公差等级，这个规定不同于普通光滑孔、轴的配合，主要是考虑到矩形花键采用小径定心，使加工难度由内花键转为外花键。但在有些情况下，内花键允许与高一级的外花键配合，小径d的公差带为
的内花键，允许与高一级的外花键配合，因为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。
矩形花键联结的公差与配合选用主要是确定联结精度和装配型式。联结精度的选用主要是根据定心精度要求和传递扭矩大小。精密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（内花键）的联结；一般用花键适用于定心精度要求不高且传递较大扭矩之处，如用在汽车、拖拉机的变速箱中。矩形花键按装配型式分为固定联结、紧滑动联结和滑动联结三种。固定联结方式，用于内、外花键之间无轴向相对移动的情况，而后两种联结方式，用于内、外花键之间工作时要求相对移动的情况。由于几何误差的影响，矩形花键各联结面的配合均比预定的要紧。
装配型式的选用首先根据内、外花键之间是否有轴向移动，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，以保证运动灵活性及配合面间有足够的润滑油层，例如变速箱中的齿轮与轴的联结。对于内、外花键之间定心精度要求高，传递扭矩大或经常有反向转动的情况，则选用配合间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，则选用固定联结。
5.几何精度设计
内、外花键是具有复杂表面的联结件，且键长与键宽的比值较大，因此还需有几何公差要求。为保证配合性质，内、外花键的小径定心表面的形状公差和尺寸公差的关系应遵守包容要求。几何公差若是规定位置度公差（见表8-3），则应注意键宽的位置度公差与小径定心表面的尺寸公差关系均应符合最大实体要求。内、外矩形花键的位置度公差要求的图样标注如图8-6所示。
若是规定对称度公差（见表8-4），则应注意键宽的对称度公差与小径定心表面的尺寸公差关系则应遵守独立原则。内、外矩形花键的对称度公差的图样标注如图8-7所示。另外，对于较长花键，可根据产品性能自行规定键侧对轴线的平行度公差。
6.表面粗糙度轮廓要求
矩形花键的表面粗糙度参数一般是标注Ra的上限值要求。矩形花键的表面粗糙度轮廓幅度参数及Ra的上限值一般这样选取：内花键的小径表面不大于0.8μm，键侧面不大于3.2μm，大径表面不大于6.3μm。外花键的小径表面不大于0.8μm，键侧面不大于0.8μm，大径表面不大于3.2μm。
7.矩形花键的图样标注
矩形花键的规格按下列顺序表示：键数N x 小径d x 大径D x 键宽（键槽宽）B。按照这个顺序在装配图上标注花键的配合代号和在零件图上标注花键的尺寸公差带代号。例如，花键续数N为6、小径d的配合为23H7/f7、大径D的配合为26H10/a11、键槽宽与键宽B的配合为6H11/d10的标注方法如下：
此外，在零件图上，对内、外花键除了标注尺寸公差带代号（或极限偏差）以外，还应标注几何公差和公差原则以及表面粗糙度的要求，标注示例见图8-6和图8-7。
