《花键配合研究》报告

Svmax，Svmin， Smin
方法A
拒收、 通过
Svmax，Svmin， Smin（工艺保证）
方法B
与方法A基本相同，只是将Smin作为工艺保证的尺 寸，只进行抽查检验或者定期检验
用于工艺稳 定花键副
用于零件的 验收或分析 性检验
Smax，Smin
单项检验 法
量棒
M值或W值
—
—
轮毂花键参数的校核
有误差的内花键
X处干涉
按最大干涉量加宽
花键参数计算
本月花键上的工作是：根据出现过的花键类型，整 理相应的花键参数计算公式； 结果：存在三套花键参数计算公式 • α=20°花键，以日本（JISD2008花键计算.xls ）计 算标准计算参数； • α=30°和45°花键参数的计算采用的是一种类似国 标的标准（GB 3478）； • 径节制花键采用的是英制（ANSI1970和ANSI1996） 花键标准计算尺寸。
花键类型
种类 比较
平键演变而来 19世纪末20世纪初的机械传动中占重要位置 矩形花键 按齿高的不同，分轻系列和中系列，轻系列的承载能力较 低，多用于静联接或轻载联接，中系列用于中等载荷 定心方式为小径定心，即外花键和内花键的小径为配合面 应用广泛，但是我们公司暂时还没有用到矩形花键 短齿齿轮演变而来 20世纪40年代开始，随大功率发动机和重载传动装置的出 现而出现，在现在的机械传动中占有极其重要的位置 渐开线花键可以用制造齿轮的方法来加工 齿形定心，受载时齿上有径向力，能起自动定心作用，有 利于各齿受力均匀，强度高受力大
作用侧隙
内花键作用齿槽宽减去外花键作用齿厚等于作用侧隙——间隙（ 例如H/f、H/e和 H/d ）或过盈（ 例如H/js ）； 加宽后的齿槽宽即是内花键各齿实际齿槽宽，而与之相配合的理想外花键的齿厚 就是内花键的作用齿槽宽，作用齿厚和实际齿厚同理； 实际齿槽宽和实际齿厚，是判断零件合格如否的依据，是计算M值的重要数据。
花键的检测方法
标注参数 检测方法
基本方法 检验
检验工具
综合通端 花键环规 综合通端 和止端花 键环规
检验项目
MRemax、 Wkmax MRemax、 MRemin、 Wkmax
现象
原因
说明
Svmax，Smin
拒收
1、Sv＞Svmax； 保证花键齿 2、综合误差 侧配合性质 λ 超差 1、Sv＞Svmax； 用于作用侧 2、Sv<Svmin； 隙有公差要 3、综合误差 求的花键副 超差
渐开线花键
用于载荷较大，定心精度要求较高以及尺寸较大的联接， 45°压力角的花键多用于轻载
三角形花键 当渐开线外花键的压力角为45°时，允许内花键齿形为三 角形
花键配合说明
花键配合指互相结合的内外花键齿槽宽和齿厚公差带之间的关系； 定心方式指一对互相结合的内外花键，当其中一个花键被安装定位以后，决 定另一个花键安装定位的方式； 三种配合情况 配合情况 简述 大径或小径配合较紧，齿侧配合较松，为大径或小径定心。这时， 齿侧只起传递转矩的作用，由于齿形与定心直径之间存在偏心—— 内外齿形中心将不重合，键齿受力情况差 齿侧配合较紧，大径或小径较松。这时，齿侧既定心，又传递转矩， 而且由于内外花键的齿形中心重合，齿侧可以很好的贴合在一起， 键齿受力比较均匀合理。而配合较松的大径或小径则仅用用来防止 花键由于齿侧过渡磨损失去定心 两种配合都较紧，或者都较松，但是其间隙不足以补偿偏心。这时， 两个配合表面将产生干涉，结果可能既不是大径或小径定心，也不 是齿形定心
花键配合简介
以矩形花键为例简单介绍花键配合; 花键配合在机械传动中也叫花键联接; 花键联接由内花键和外花键组成，在内圆柱表面上的 花键为内花键，在外圆柱表面上的花键为外花键。
外花键
内花键
公司使用情况
后桥上零件目前使用的花键是渐开线花键；
花键连接副有：半轴-半轴齿轮、主动齿轮-凸缘； 按花键参数和连接结构整理出来的目前公司产品使用 的花键类型（花键使用情况）；
考虑作用侧隙的影响 范围1.0-1.2，取中间值 查标准GB/T 178551999表3 依据渐开线齿轮的算法
SH=1.25
依据渐开线齿轮的算法
花键强度计算公式
花键强度计算验证一
依据《零部件及相关标准汇编之键与花键联接卷》花键承载能力 计算方法计算我们产品半轴花键的强度，结果如下： • • 齿面挤压应力和齿根弯曲应力都在规定许用范围之内； 最大齿根剪切应力则超过许用齿根剪切应力。
负责人
徐伟/江天祥 徐伟/江天祥 徐伟/江天祥 徐伟/江天祥
备注
实际研究对象
花键种类
• 花键分三角形花键、矩形花键和渐开线花键三种
• 说明：渐开线花键是矩形花键的改良版，是三角形花 键的精装版，花键研究重点在于渐开线花键。
使用现状
• 渐开线花键是当下机械传动中非常流行而又十分成熟 的花键产品，比如我们后桥上的花键都是渐开线花键。
鉴于此，《花键配合研究》工作重点落在渐开线 花键，应以渐开线花键为研究目标开展花键配合研究 工作。
渐开线花键特点
各国标准很不统一 • 有的国家采用模数制，有的采用径节制； • 压力角有20°、30°、37.5°和45°几种。 • • • • • 与矩形花键相比的优缺点 自动定中心； 齿面接触好； 易得到不同的齿侧配合； 精度高、检验方便和互换性好； 缺点：不具备加工设备和刀具条件下，修配困难；不 适用于滑动零件；径向力过大，自动定中心困难。
1
2
①e=1.3368 ②e=1.3419 ③e=1.3635 轮毂花键参数 表格
x=-0.2不存在问题
3
1、计算依据 2、前轮H6/d6,后轮H6/f6配合 类型通过确认
花键承载能力计算
以NPR半轴花键为例
应力 数值Mpa 计算结果 材料按 1992标准 计算结果 齿面许用应力 [δH ] 288.34 δH＜[δH ] [δH ] =204.01 δH>[δH ] 接触强度 δH 212.74 齿根许用弯曲应力 [δF] 449.95 δF＜[δF] [δF]=277.69 δF>[δF] 齿根弯曲强度 δF 387.74
公式 K1=1.25
K2=1.2 K3=1.1 K4=1.5
公式来源 GB/T 17855-1999
GB/T 17855-1999 GB/T 17855-1999 GB/T 17855-1999 《齿轮手册》第2版 上册 《汽车后桥设计》 《齿轮手册》第2版 上册 《汽车后桥设计》
备注 考虑动力过载的影响
花键检验
作用尺寸和实际尺寸
序号 1 2 3 4 内花键 作用齿槽宽最小值 实际齿槽宽最小值 实际齿槽宽最大值 作用齿槽宽最大值 外花键 作用齿厚最大值 实际齿厚最大值 实际齿厚最小值 作用齿厚最小值 说明 1、差值决定配合性质； 2、综合通规的基本尺寸 单项检验法中使用，不作零 件合格与否的依据 零件合格与否的依据 1、差值为作用侧隙最大值； 2、综合止规的基本尺寸
该公式比较接近我们的工程计算。
举例计算结果二
计算项目/产品图号 齿面接触强度计算 剪切强度计算 齿面挤压应力 许用挤压应力 剪切应力 许用剪切应力
N350HB-A5 194MPa 196MPa 86.4MPa 71.05MPa
TL-A5 135.3MPa 196MPa 65.12MPa 71.05MPa
这套标准不适合我们的花键强度计算。
举例计算结果一
计算项目/产品图号 齿面接触强度计算 齿面挤压应力 许用挤压应力 齿根弯曲强度计算 齿根剪切强度计算 齿根弯曲应力 齿根许用弯曲应力 齿根剪切应力 齿根许用剪切应力
N350HB-A5 169.95MPa 174.55MPa 118.3MPa 296.97MPa 1040MPa 148.5MPa
TL-A5 198MPa 288MPa 221.7MPa 395.96MPa 1191.2MPa 197.98MPa
花键强度计算验证二
依据刘惟信编著的《汽车车桥设计》的半轴设计标准计算我们半轴花键 强度 • • 只需计算半轴花键的剪切应力和挤压应力，无需计算齿根的弯曲应力； 两个强度指标计算结果较接近规定要求。
N350HB-A5 194MPa 196MPa 86.4MPa 71.05MPa
TL-A5 135.3MPa 196MPa 65.12MPa 71.05MPa
花键强度计算验证三
依据刘惟信编著的《汽车车桥设计》的半轴设计标准计算我们半轴花键 强度 • 大多数符合计算要求，只有8A6-1半轴花键计算超过范围
序列 信息 前轮：m=1，Z=30，a=30°， e=1.33； 后轮：m=1， Z=26,a=30,e=1.83 ①dp=2,M=26.11,e=1.3373 ②dp=1.8,M=26.82,e=1.3424 ③dp=2.24,M=25.26,e=1.3638 前轮毂外花键参数 图片 后轮毂外花键参数 图片 计算结果 前轮：x=-0.2; 后轮：x=0.2 说明 花键标准中没有涉及到变位 系数为-0.2的花键，而且我司 没有用到过这种花键，故开 始怀疑数据的不可靠
第一种
第二种
第三种
三类配合方式
大径配合
齿侧配合
小径配合
齿侧定心固定配合：齿面上固定配合，大径和小径松动配合
齿侧配合
花键齿侧配合的性质取决于最小作用侧隙，GB/T 3478.1-2008和ISO 4156-1：2005，MOD中规定花键联 接有6种齿侧配合类别：H/h、H/js、H/f、H/e和H/d； 渐开线花键联接的齿侧配合采用基孔制，即仅用改变 外花键作用齿厚上偏差的方法实现不同的配合； 渐开线花键联接，键齿侧面既起驱动作用，又有自动 定中心的作用； 齿距累计误差、齿形误差和齿向误差都会减少作用间 隙或增大作用过盈，在GB/T 3478.1-2008标准中给出 了综合公差λ予以补偿
花键配合研究内部子系统报告
江铃底盘 技术中心 徐伟/江天祥
编制时间：2011.1.4
修订时间：2011.1.7
花键配合研究工作计划
序号 1 2 3 4 工作内容
整理目前公司产品使用的 花键类型 花键配合类型及花键类型 学习（含国外花键类型） 花键测绘方法研究 花键参数的计算
时间
2010.12.152011.01.08 2010.01.152011.02.08 2011.02.152011.03.08 2011.03.152011.04.08
举例计算结果二
计算项目/产品图号 齿面接触强度计算 剪切强度计算 齿面挤压应力 许用挤压应力 剪切应力 许用剪切应力
N350HB-A5 194MPa 196MPa 86.4MPa 71.05MPa
TL-A5 135.3MPa 196MPa 65.12MPa 71.05MPa
举例计算结果二
计算项目/产品图号 齿面接触强度计算 剪切强度计算 齿面挤压应力 许用挤压应力 剪切应力 许用剪切应力
系数 SH K1 K2 K3 K4
范围
应力 范围
1.25-1.50
1.25-1.50
1.1-1.5
1.1-1.2
90.74-277.69
1.4-2.0
齿面许用应力 66.67-204.01源自齿根许用弯曲应力系数
系数 使用系数K1
齿侧间隙系数K2 分配系数K3 轴向偏载系数K4 齿面接触强度的 计算安全系数SH 齿根弯曲强度的 计算安全系数SF SF=1.0
同一种材料在不同版本的标准中力学性能可能不一样
力学性能(Mpa) 版本
δb
GB/T 3077-1988 GB/T 3077-1992/1999 980 735 40Cr 40MnB
δs
785 540
δb
980 980
δs
785 785
系数变化范围大，许用应力变化范围大，计算上采取最小值不大合理 ，比如公差5和5级以上时K3=1.1-1.2，5级以下K3=1.3-1.6
整理分析
整理: 花键使用整理 分析 • α=20°、x=+0.8和α=45°、x=+0.1的渐开线花键均为 日本花键； • 径节制的花键为英制花键，采用的是美国ANS B92.170标准； • α=30°的模数制花键，有变位和不变位两种，没有使 用到α=37.5°的花键，这类花键所用到的技术标准为 GB 3478; • 各国花键标准情况. 结论 技术标准的研究以JIS和ANS为主，以GB 3478和 国际标准为辅