在机械传动系统的核心——轴与轮毂的连接设计中，键连接因其结构简单、传递扭矩可靠而广泛应用。一个常被设计新手忽视却至关重要的细节是键槽在轴上的位置布局。是随意分布？还是集中布置在同一侧？工程实践与理论分析反复证明：将键槽布置在轴的同一侧，绝非简单的习惯，而是提升轴系强度、优化制造工艺、保障装配效率、实现维护标准化的关键设计准则，深刻影响着设备的可靠性与寿命。
应力集中与疲劳强度
轴在传递扭矩和承受弯矩时，截面上的应力分布并不均匀。键槽的存在，如同在光滑的轴表面人为制造了一个几何突变区，不可避免地引发应力集中。应力集中系数的大小直接关系到轴的疲劳强度极限。
当多个键槽分散布置在轴的圆周不同位置时，每个键槽都成为一个独立的应力集中源。在轴旋转过程中，这些高应力区会周期性地承受交变载荷，显著增加了轴在多个薄弱位置发生疲劳裂纹萌生和扩展的风险。相反，若将键槽集中布置在轴的同一侧（通常选择低弯曲应力区域），则高应力区被限制在一个相对集中的范围内。虽然该区域的应力集中效应依然存在，但轴的其他大部分圆周区域保持了相对均匀的强度和刚度，避免了多个分散的高应力源同时作用。研究表明，这种布局可以有效降低轴在复杂交变载荷下的整体疲劳失效概率，延长其使用寿命。梅里特（H.E. Merritt）在其经典著作《齿轮传动》中也强调了避免在轴的高弯曲应力区开键槽的重要性，而集中布置在低应力侧是符合这一原则的策略之一。
加工制造效率
从制造角度来看，键槽的加工是轴类零件生产过程中的关键工序，通常需要铣削或拉削。加工效率、精度一致性以及成本控制是制造工程师关注的核心。
当多个键槽分布在轴的圆周不同角度位置时，加工过程中需要多次重新装夹工件或调整分度头角度。每一次装夹调整都增加了操作时间，引入了潜在的定位误差累积风险，同时也提高了对操作工人技能和机床精度的要求。这不仅拖慢了生产节拍，也增加了废品率和制造成本。反之，若所有键槽均位于轴的同一母线上，加工流程将得到极大简化。操作者只需一次装夹定位，即可使用合适的刀具或通过简单的直线进给完成所有键槽的铣削。现代CNC机床虽能进行精密分度，但同侧布局依然减少了不必要的坐标旋转运动，缩短了加工路径和空行程时间，显著提升了加工效率，保证了多个键槽间位置精度的一致性，符合精益生产的原则。
装配工艺性与精度
键连接的最终目的是实现轴与轮毂（如齿轮、联轴器、皮带轮等）之间可靠且精确的扭矩传递。装配过程的顺畅性和装配后的配合精度直接影响设备的性能和噪音振动水平。
若轴上键槽位置分散，装配时操作工人需要反复旋转轴或轮毂，不断尝试对齐键槽与键的位置。这个过程不仅耗时耗力，增加了装配难度，而且在空间受限或大型部件装配时尤为不便。更关键的是，轮毂上的键槽通常需要与轴上的键槽保持严格的周向相位关系。多个分散键槽的存在，使得保证所有轮毂键槽与轴上对应键槽同时精确对齐变得异常困难，极易产生装配累积误差，导致相位偏移或配合过紧/过松。而将键槽置于同一侧，装配时只需将轴上的键槽“面”朝一个大致方向，所有轮毂可以统一参考此方向进行定位和安装，极大简化了装配步骤，显著提高了装配效率和精度一致性，确保了设计的相位关系得以准确实现。
维护与备件标准化
机械设备在其生命周期内不可避免地需要进行维护、更换磨损件或关键备件。设计的可维护性和备件的通用性是保障设备长期稳定运行的关键因素。
当设备中的轴需要更换时，如果原轴上的键槽位置各异，新制作的替换轴必须严格按照旧轴的键槽角度位置进行加工，稍有偏差便可能导致无法装配或破坏原有的装配关系。这要求维修部门必须精确测绘旧件或依赖原始设计图纸（可能缺失），增加了维修难度、时间和出错风险。备件库存管理也因键槽位置的不确定性而复杂化。统一将键槽设计在轴的同一侧（如正上方或特定参考面），则极大地简化了备件制造和更换流程。新轴只需遵循“键槽在同一侧”这一明确标准即可加工，无需记忆或测量特定角度。维修人员装配时也无需费力寻找特定角度位置。这种标准化设计降低了维修技术门槛，缩短了停机时间，简化了备件管理，提高了设备的可维护性和全生命周期经济性。
将键槽布置在轴的同一侧，绝非设计惯例的简单沿袭，而是基于力学原理（降低多源应力集中风险）、制造工艺（提升加工效率与精度）、装配要求（保证相位精度与效率）以及全生命周期管理（便于维护与备件标准化）等多维度的综合工程考量后形成的优化方案。这一准则深刻影响着轴系乃至整个传动系统的可靠性、寿命和经济性。
任何设计原则都需结合具体应用场景灵活运用。在极其特殊的工况下（如空间极端受限需最大化利用圆周空间），或对轴的动平衡有超常要求时，可能需要权衡利弊。未来研究可进一步深入探索：在超高转速或极端载荷条件下，同侧键槽布局对轴的非对称刚度特性及其振动模态的影响规律；结合拓扑优化和增材制造技术，探索既能满足键槽功能又能进一步优化应力分布的新型轴-键连接结构；研究不同材料（如复合材料轴）的键槽布局策略。对于绝大多数通用机械设计而言，坚持键槽同侧布置，无疑是提升设计质量、保障设备可靠运行的最佳实践。
