《花键配合研究》报告

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工作内容时间负责人备注1整理目前公司产品使用的花键类型2010.12.15-2011.01.08徐伟/江天祥2花键配合类型及花键类型学习（含国外花键类型）2010.01.15-2011.02.08徐伟/江天祥3花键测绘方法研究2011.02.15-2011.03.08徐伟/江天祥4花键参数的计算2011.03.15-2011.04.08徐伟/江天祥实际研究对象

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。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。

内花键

外花键

花键配合简介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）；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ANSB92.1-70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GB3478;各国花键标准情况.结论技术标准的研究以JIS和ANS为主，以GB3478和国际标准为辅花键类型种类比较矩形花键平键演变而来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渐开线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第一种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，键齿受力情况差第二种齿侧配合较紧，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第三种两种配合都较紧，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，也不是齿形定心三类配合方式齿侧配合大径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/T3478.1-2008和ISO4156-1：2005，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/T3478.1-2008标准中给出了综合公差λ予以补偿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。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（GB3478）；径节制花键采用的是英制（ANSI1970和ANSI1996）花键标准计算尺寸。花键检验作用尺寸和实际尺寸序号内花键外花键说明1作用齿槽宽最小值作用齿厚最大值1、差值决定配合性质；2、综合通规的基本尺寸2实际齿槽宽最小值实际齿厚最大值单项检验法中使用，不作零件合格与否的依据3实际齿槽宽最大值实际齿厚最小值零件合格与否的依据4作用齿槽宽最大值作用齿厚最小值1、差值为作用侧隙最大值；2、综合止规的基本尺寸花键的检测方法标注参数检测方法检验工具检验项目现象原因说明Svmax，Smin基本方法检验综合通端花键环规MRemax、Wkmax拒收1、Sv＞Svmax；2、综合误差λ超差保证花键齿侧配合性质Svmax，Svmin，Smin方法A综合通端和止端花键环规MRemax、MRemin、Wkmax拒收、通过1、Sv＞Svmax；2、Sv<Svmin；3、综合误差超差用于作用侧隙有公差要求的花键副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Smax，Smin单项检验法量棒M值或W值——用于零件的验收或分析性检验轮毂花键参数的校核序列信息计算结果说明1前轮：m=1，Z=30，a=30°，e=1.33；后轮：m=1，Z=26,a=30,e=1.83前轮：x=-0.2;后轮：x=0.2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2①dp=2,M=26.11,e=1.3373②dp=1.8,M=26.82,e=1.3424③dp=2.24,M=25.26,e=1.3638①e=1.3368②e=1.3419③e=1.3635x=-0.2不存在问题3前轮毂外花键参数图片后轮毂外花键参数图片轮毂花键参数表格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半轴花键为例应力齿面许用应力[δH]接触强度δH齿根许用弯曲应力[δF]齿根弯曲强度δF数值Mpa288.34212.74449.95387.74计算结果δH＜[δH]δF＜[δF]材料按1992标准[δH]

=204.01[δF]=277.69计算结果δH>[δH]δF>[δF]同一种材料在不同版本的标准中力学性能可能不一样版本力学性能(Mpa)40Cr40MnBδbδsδbδsGB/T3077-1988980785980785GB/T3077-1992/1999735540980785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系数SHK1K2K3K4范围1.25-1.501.25-1.501.1-1.51.1-1.21.4-2.0应力齿面许用应力齿根许用弯曲应力范围66.67-204.0190.74-277.69系数系数公式公式来源备注使用系数K1K1=1.25GB/T17855-1999考虑动力过载的影响齿侧间隙系数K2K2=1.2GB/T17855-1999考虑作用侧隙的影响分配系数K3K3=1.1GB/T17855-1999范围1.0-1.2，取中间值轴向偏载系数K4K4=1.5GB/T17855-1999查标准GB/T17855-1999表3

齿面接触强度的计算安全系数SHSH=1.25《齿轮手册》第2版上册《汽车后桥设计》依据渐开线齿轮的算法齿根弯曲强度的计算安全系数SF

SF=1.0《齿轮手册》第2版上册《汽车后桥设计》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。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N350HB-A5TL-A5齿面接触强度计算齿面挤压应力169.95MPa198MPa许用挤压应力174.55MPa288MPa齿根弯曲强度计算齿根弯曲应力118.3MPa221.7MPa齿根许用弯曲应力296.97MPa395.96MPa齿根剪切强度计算齿根剪切应力1040MPa1191.2MPa齿根许用剪切应力148.5MPa197.98MPa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。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N350HB-A5TL-A5齿面接触强度计算齿面挤压应力194MPa135.3MPa许用挤压应力196MPa196MPa剪切强度计算剪切应力86.4MPa65.12MPa许用剪切应力71.05MPa71.05MPa举例计算结果二计算项目/产品图号N350HB-A5TL-A5齿面接触强度计算齿面挤压应力194MPa135.3MPa许用挤压应力196MPa196MPa剪切强度计算剪切应力86.4MPa65.12MPa许用剪切应力71.05MPa71.05MPa举例计算结果二计算项目/产品图号N350HB-A5TL-A5齿面接触强度计算齿面挤压应力194MPa135.3MPa许用挤压应力196MPa196MPa剪切强度计算剪切应力86.4MPa65.12MPa许用剪切应力71.05MPa71.05MPa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计算不符合的花键多数也能通过试验，没有一一对应关系评判标准只是一个推荐的数值，不具有对具体花键的强制性要求。下月学习MASTA软件的花键强度分析部分，它上面有基于SAE和GB/T17855标准校核强度，有望完善花键的强度分析计算结果产品图号剪切应力MPa挤压应力MPa备注半浮后桥半轴ZN-A549.796.4剪切应力≤71.05MPaZN1021-A545.588.21