《花鍵配合研究》報(bào)告

花鍵配合研究?jī)?nèi)部子系統(tǒng)報(bào)告

江鈴底盤(pán)技術(shù)中心

徐偉/江天祥編制時(shí)間：2011.1.4修訂時(shí)間：2011.1.7

花鍵配合研究工作計(jì)劃序號(hào)工作內(nèi)容時(shí)間負(fù)責(zé)人備注1整理目前公司產(chǎn)品使用的花鍵類型2010.12.15-2011.01.08徐偉/江天祥2花鍵配合類型及花鍵類型學(xué)習(xí)（含國(guó)外花鍵類型）2010.01.15-2011.02.08徐偉/江天祥3花鍵測(cè)繪方法研究2011.02.15-2011.03.08徐偉/江天祥4花鍵參數(shù)的計(jì)算2011.03.15-2011.04.08徐偉/江天祥實(shí)際研究對(duì)象

花鍵種類花鍵分三角形花鍵、矩形花鍵和漸開(kāi)線花鍵三種說(shuō)明：漸開(kāi)線花鍵是矩形花鍵的改良版，是三角形花鍵的精裝版，花鍵研究重點(diǎn)在于漸開(kāi)線花鍵。使用現(xiàn)狀漸開(kāi)線花鍵是當(dāng)下機(jī)械傳動(dòng)中非常流行而又十分成熟的花鍵產(chǎn)品，比如我們后橋上的花鍵都是漸開(kāi)線花鍵。鑒于此，《花鍵配合研究》工作重點(diǎn)落在漸開(kāi)線花鍵，應(yīng)以漸開(kāi)線花鍵為研究目標(biāo)開(kāi)展花鍵配合研究工作。漸開(kāi)線花鍵特點(diǎn)各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)很不統(tǒng)一有的國(guó)家采用模數(shù)制，有的采用徑節(jié)制；壓力角有20°、30°、37.5°和45°幾種。與矩形花鍵相比的優(yōu)缺點(diǎn)自動(dòng)定中心；齒面接觸好；易得到不同的齒側(cè)配合；精度高、檢驗(yàn)方便和互換性好；缺點(diǎn)：不具備加工設(shè)備和刀具條件下，修配困難；不適用于滑動(dòng)零件；徑向力過(guò)大，自動(dòng)定中心困難。以矩形花鍵為例簡(jiǎn)單介紹花鍵配合;花鍵配合在機(jī)械傳動(dòng)中也叫花鍵聯(lián)接;花鍵聯(lián)接由內(nèi)花鍵和外花鍵組成，在內(nèi)圓柱表面上的花鍵為內(nèi)花鍵，在外圓柱表面上的花鍵為外花鍵。

內(nèi)花鍵

外花鍵

花鍵配合簡(jiǎn)介公司使用情況后橋上零件目前使用的花鍵是漸開(kāi)線花鍵；花鍵連接副有：半軸-半軸齒輪、主動(dòng)齒輪-凸緣；按花鍵參數(shù)和連接結(jié)構(gòu)整理出來(lái)的目前公司產(chǎn)品使用的花鍵類型（花鍵使用情況）；整理分析整理:花鍵使用整理分析α=20°、x=+0.8和α=45°、x=+0.1的漸開(kāi)線花鍵均為日本花鍵；徑節(jié)制的花鍵為英制花鍵，采用的是美國(guó)ANSB92.1-70標(biāo)準(zhǔn)；α=30°的模數(shù)制花鍵，有變位和不變位兩種，沒(méi)有使用到α=37.5°的花鍵，這類花鍵所用到的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為GB3478;各國(guó)花鍵標(biāo)準(zhǔn)情況.結(jié)論技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究以JIS和ANS為主，以GB3478和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為輔花鍵類型種類比較矩形花鍵平鍵演變而來(lái)19世紀(jì)末20世紀(jì)初的機(jī)械傳動(dòng)中占重要位置按齒高的不同，分輕系列和中系列，輕系列的承載能力較低，多用于靜聯(lián)接或輕載聯(lián)接，中系列用于中等載荷定心方式為小徑定心，即外花鍵和內(nèi)花鍵的小徑為配合面應(yīng)用廣泛，但是我們公司暫時(shí)還沒(méi)有用到矩形花鍵漸開(kāi)線花鍵短齒齒輪演變而來(lái)20世紀(jì)40年代開(kāi)始，隨大功率發(fā)動(dòng)機(jī)和重載傳動(dòng)裝置的出現(xiàn)而出現(xiàn)，在現(xiàn)在的機(jī)械傳動(dòng)中占有極其重要的位置漸開(kāi)線花鍵可以用制造齒輪的方法來(lái)加工齒形定心，受載時(shí)齒上有徑向力，能起自動(dòng)定心作用，有利于各齒受力均勻，強(qiáng)度高受力大用于載荷較大，定心精度要求較高以及尺寸較大的聯(lián)接，45°壓力角的花鍵多用于輕載三角形花鍵當(dāng)漸開(kāi)線外花鍵的壓力角為45°時(shí)，允許內(nèi)花鍵齒形為三角形花鍵配合說(shuō)明花鍵配合指互相結(jié)合的內(nèi)外花鍵齒槽寬和齒厚公差帶之間的關(guān)系；定心方式指一對(duì)互相結(jié)合的內(nèi)外花鍵，當(dāng)其中一個(gè)花鍵被安裝定位以后，決定另一個(gè)花鍵安裝定位的方式；三種配合情況配合情況簡(jiǎn)述第一種大徑或小徑配合較緊，齒側(cè)配合較松，為大徑或小徑定心。這時(shí)，齒側(cè)只起傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，由于齒形與定心直徑之間存在偏心——內(nèi)外齒形中心將不重合，鍵齒受力情況差第二種齒側(cè)配合較緊，大徑或小徑較松。這時(shí)，齒側(cè)既定心，又傳遞轉(zhuǎn)矩，而且由于內(nèi)外花鍵的齒形中心重合，齒側(cè)可以很好的貼合在一起，鍵齒受力比較均勻合理。而配合較松的大徑或小徑則僅用用來(lái)防止花鍵由于齒側(cè)過(guò)渡磨損失去定心第三種兩種配合都較緊，或者都較松，但是其間隙不足以補(bǔ)償偏心。這時(shí)，兩個(gè)配合表面將產(chǎn)生干涉，結(jié)果可能既不是大徑或小徑定心，也不是齒形定心三類配合方式齒側(cè)配合大徑配合小徑配合齒側(cè)定心固定配合：齒面上固定配合，大徑和小徑松動(dòng)配合齒側(cè)配合花鍵齒側(cè)配合的性質(zhì)取決于最小作用側(cè)隙，GB/T3478.1-2008和ISO4156-1：2005，MOD中規(guī)定花鍵聯(lián)接有6種齒側(cè)配合類別：H/h、H/js、H/f、H/e和H/d；漸開(kāi)線花鍵聯(lián)接的齒側(cè)配合采用基孔制，即僅用改變外花鍵作用齒厚上偏差的方法實(shí)現(xiàn)不同的配合；漸開(kāi)線花鍵聯(lián)接，鍵齒側(cè)面既起驅(qū)動(dòng)作用，又有自動(dòng)定中心的作用；齒距累計(jì)誤差、齒形誤差和齒向誤差都會(huì)減少作用間隙或增大作用過(guò)盈，在GB/T3478.1-2008標(biāo)準(zhǔn)中給出了綜合公差λ予以補(bǔ)償作用側(cè)隙內(nèi)花鍵作用齒槽寬減去外花鍵作用齒厚等于作用側(cè)隙——間隙（例如H/f、H/e和H/d）或過(guò)盈（例如H/js）；加寬后的齒槽寬即是內(nèi)花鍵各齒實(shí)際齒槽寬，而與之相配合的理想外花鍵的齒厚就是內(nèi)花鍵的作用齒槽寬，作用齒厚和實(shí)際齒厚同理；實(shí)際齒槽寬和實(shí)際齒厚，是判斷零件合格如否的依據(jù)，是計(jì)算M值的重要數(shù)據(jù)。有誤差的內(nèi)花鍵X處干涉按最大干涉量加寬花鍵參數(shù)計(jì)算本月花鍵上的工作是：根據(jù)出現(xiàn)過(guò)的花鍵類型，整理相應(yīng)的花鍵參數(shù)計(jì)算公式；結(jié)果：存在三套花鍵參數(shù)計(jì)算公式α=20°花鍵，以日本（JISD2008花鍵計(jì)算.xls）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算參數(shù)；α=30°和45°花鍵參數(shù)的計(jì)算采用的是一種類似國(guó)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)（GB3478）；徑節(jié)制花鍵采用的是英制（ANSI1970和ANSI1996）花鍵標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算尺寸?；ㄦI檢驗(yàn)作用尺寸和實(shí)際尺寸序號(hào)內(nèi)花鍵外花鍵說(shuō)明1作用齒槽寬最小值作用齒厚最大值1、差值決定配合性質(zhì)；2、綜合通規(guī)的基本尺寸2實(shí)際齒槽寬最小值實(shí)際齒厚最大值單項(xiàng)檢驗(yàn)法中使用，不作零件合格與否的依據(jù)3實(shí)際齒槽寬最大值實(shí)際齒厚最小值零件合格與否的依據(jù)4作用齒槽寬最大值作用齒厚最小值1、差值為作用側(cè)隙最大值；2、綜合止規(guī)的基本尺寸花鍵的檢測(cè)方法標(biāo)注參數(shù)檢測(cè)方法檢驗(yàn)工具檢驗(yàn)項(xiàng)目現(xiàn)象原因說(shuō)明Svmax，Smin基本方法檢驗(yàn)綜合通端花鍵環(huán)規(guī)MRemax、Wkmax拒收1、Sv＞Svmax；2、綜合誤差λ超差保證花鍵齒側(cè)配合性質(zhì)Svmax，Svmin，Smin方法A綜合通端和止端花鍵環(huán)規(guī)MRemax、MRemin、Wkmax拒收、通過(guò)1、Sv＞Svmax；2、Sv<Svmin；3、綜合誤差超差用于作用側(cè)隙有公差要求的花鍵副Svmax，Svmin，Smin（工藝保證）方法B與方法A基本相同，只是將Smin作為工藝保證的尺寸，只進(jìn)行抽查檢驗(yàn)或者定期檢驗(yàn)用于工藝穩(wěn)定花鍵副Smax，Smin單項(xiàng)檢驗(yàn)法量棒M值或W值——用于零件的驗(yàn)收或分析性檢驗(yàn)輪轂花鍵參數(shù)的校核序列信息計(jì)算結(jié)果說(shuō)明1前輪：m=1，Z=30，a=30°，e=1.33；后輪：m=1，Z=26,a=30,e=1.83前輪：x=-0.2;后輪：x=0.2花鍵標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有涉及到變位系數(shù)為-0.2的花鍵，而且我司沒(méi)有用到過(guò)這種花鍵，故開(kāi)始懷疑數(shù)據(jù)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不存在問(wèn)題3前輪轂外花鍵參數(shù)圖片后輪轂外花鍵參數(shù)圖片輪轂花鍵參數(shù)表格1、計(jì)算依據(jù)2、前輪H6/d6,后輪H6/f6配合類型通過(guò)確認(rèn)花鍵承載能力計(jì)算以NPR半軸花鍵為例應(yīng)力齒面許用應(yīng)力[δH]接觸強(qiáng)度δH齒根許用彎曲應(yīng)力[δF]齒根彎曲強(qiáng)度δF數(shù)值Mpa288.34212.74449.95387.74計(jì)算結(jié)果δH＜[δH]δF＜[δF]材料按1992標(biāo)準(zhǔn)[δH]

=204.01[δF]=277.69計(jì)算結(jié)果δH>[δH]δF>[δF]同一種材料在不同版本的標(biāo)準(zhǔn)中力學(xué)性能可能不一樣版本力學(xué)性能(Mpa)40Cr40MnBδbδsδbδsGB/T3077-1988980785980785GB/T3077-1992/1999735540980785系數(shù)變化范圍大，許用應(yīng)力變化范圍大，計(jì)算上采取最小值不大合理，比如公差5和5級(jí)以上時(shí)K3=1.1-1.2，5級(jí)以下K3=1.3-1.6系數(shù)SHK1K2K3K4范圍1.25-1.501.25-1.501.1-1.51.1-1.21.4-2.0應(yīng)力齒面許用應(yīng)力齒根許用彎曲應(yīng)力范圍66.67-204.0190.74-277.69系數(shù)系數(shù)公式公式來(lái)源備注使用系數(shù)K1K1=1.25GB/T17855-1999考慮動(dòng)力過(guò)載的影響齒側(cè)間隙系數(shù)K2K2=1.2GB/T17855-1999考慮作用側(cè)隙的影響分配系數(shù)K3K3=1.1GB/T17855-1999范圍1.0-1.2，取中間值軸向偏載系數(shù)K4K4=1.5GB/T17855-1999查標(biāo)準(zhǔn)GB/T17855-1999表3

齒面接觸強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)SHSH=1.25《齒輪手冊(cè)》第2版上冊(cè)《汽車后橋設(shè)計(jì)》依據(jù)漸開(kāi)線齒輪的算法齒根彎曲強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)SF

SF=1.0《齒輪手冊(cè)》第2版上冊(cè)《汽車后橋設(shè)計(jì)》依據(jù)漸開(kāi)線齒輪的算法花鍵強(qiáng)度計(jì)算公式花鍵強(qiáng)度計(jì)算驗(yàn)證一依據(jù)《零部件及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯編之鍵與花鍵聯(lián)接卷》花鍵承載能力計(jì)算方法計(jì)算我們產(chǎn)品半軸花鍵的強(qiáng)度，結(jié)果如下：齒面擠壓應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力都在規(guī)定許用范圍之內(nèi)；最大齒根剪切應(yīng)力則超過(guò)許用齒根剪切應(yīng)力。這套標(biāo)準(zhǔn)不適合我們的花鍵強(qiáng)度計(jì)算。舉例計(jì)算結(jié)果一計(jì)算項(xiàng)目/產(chǎn)品圖號(hào)N350HB-A5TL-A5齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒面擠壓應(yīng)力169.95MPa198MPa許用擠壓應(yīng)力174.55MPa288MPa齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力118.3MPa221.7MPa齒根許用彎曲應(yīng)力296.97MPa395.96MPa齒根剪切強(qiáng)度計(jì)算齒根剪切應(yīng)力1040MPa1191.2MPa齒根許用剪切應(yīng)力148.5MPa197.98MPa花鍵強(qiáng)度計(jì)算驗(yàn)證二依據(jù)劉惟信編著的《汽車車橋設(shè)計(jì)》的半軸設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算我們半軸花鍵強(qiáng)度只需計(jì)算半軸花鍵的剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力，無(wú)需計(jì)算齒根的彎曲應(yīng)力；兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算結(jié)果較接近規(guī)定要求。該公式比較接近我們的工程計(jì)算。舉例計(jì)算結(jié)果二計(jì)算項(xiàng)目/產(chǎn)品圖號(hào)N350HB-A5TL-A5齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒面擠壓應(yīng)力194MPa135.3MPa許用擠壓應(yīng)力196MPa196MPa剪切強(qiáng)度計(jì)算剪切應(yīng)力86.4MPa65.12MPa許用剪切應(yīng)力71.05MPa71.05MPa舉例計(jì)算結(jié)果二計(jì)算項(xiàng)目/產(chǎn)品圖號(hào)N350HB-A5TL-A5齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒面擠壓應(yīng)力194MPa135.3MPa許用擠壓應(yīng)力196MPa196MPa剪切強(qiáng)度計(jì)算剪切應(yīng)力86.4MPa65.12MPa許用剪切應(yīng)力71.05MPa71.05MPa舉例計(jì)算結(jié)果二計(jì)算項(xiàng)目/產(chǎn)品圖號(hào)N350HB-A5TL-A5齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒面擠壓應(yīng)力194MPa135.3MPa許用擠壓應(yīng)力196MPa196MPa剪切強(qiáng)度計(jì)算剪切應(yīng)力86.4MPa65.12MPa許用剪切應(yīng)力71.05MPa71.05MPa花鍵強(qiáng)度計(jì)算驗(yàn)證三依據(jù)劉惟信編著的《汽車車橋設(shè)計(jì)》的半軸設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算我們半軸花鍵強(qiáng)度大多數(shù)符合計(jì)算要求，只有8A6-1半軸花鍵計(jì)算超過(guò)范圍計(jì)算不符合的花鍵多數(shù)也能通過(guò)試驗(yàn)，沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)只是一個(gè)推薦的數(shù)值，不具有對(duì)具體花鍵的強(qiáng)制性要求。下月學(xué)習(xí)MASTA軟件的花鍵強(qiáng)度分析部分，它上面有基于SAE和GB/T17855標(biāo)準(zhǔn)校核強(qiáng)度，有望完善花鍵的強(qiáng)度分析計(jì)算結(jié)果產(chǎn)品圖號(hào)剪切應(yīng)力MPa擠壓應(yīng)力MPa備注半浮后橋半軸ZN-A549.796.4剪切應(yīng)力≤71.05MPaZN1021-A545.588.21