花键齿形测绘与计算应用实例.docx

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1、花键齿形测绘与计算应用实例 摘 要 花键联接是一种常用的联接形式，本文以实际应用的例子来说明在机械零件的测绘或设计中，如何利用现有的测量手段和花键齿形几何参数测绘的基本数据，设计所需花键齿形的一般过程和方法。 关键词 渐开线花键;模数;压力角 中图分类号：TH126 文献标识码：A 文章编号：1673-7510122-0146-02 花键联接是键联接的一种主要的形式，用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递转矩。花键联接是由具有多个凸齿的轴和相应凹槽的毂孔构成，齿的侧面是工作面，它的特点是承载实力大，定心性和导向性好，对轴的减弱小，一般用于定心精度要求较高和载荷较大的动联接和静联接。依据齿形的不同

2、，花键可分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键等，而其中的圆柱直齿渐开线花键在航天航空方面有广泛的应用，可同时或分别实现定位、传扭。花键齿形的测绘是依据实物，采纳必要的计量手段，通过对已知参数和测量的参数的分析计算，最终确定出花键齿形的基本参数。通过测绘应达到比较精确地描绘出花键齿形原设计的原来面目，从而达到能够研制或重新生产该花键轴的目的。 在某型号发电机组中，减速器上的离合器与启动电机的联接采纳圆柱直齿渐开线花键副联接。在某项机组修理任务中，此部位出现故障时，需将离合器分解检修，依据零部件的详细结构，通用工具无法分解，若用特别规方法又会对零件表面造成损伤，唯一的方法就是设计一件外花键齿形的专

3、用扳手，利用内花键定位，既可顺当将零部件分解，又不会造成损伤。设计的关键就是花键齿形的确定。本文就以此花键扳手的设计来说明花键齿形设计计算的一般过程。 1 对零件公差等级及协作类别的分析 因为需设计的外花键扳手与零件的内花键存在协作关系，所以须先对零件进行分析。 此花键联接位于减速器离合器与启动电机之间，将启动电机输出的3900r/min的转速传入到减速器上，从结构上分析属于浮动联接，考虑到装配时必定存在着同轴度的误差及运转时的热膨胀问题，此处的花键协作以间隙协作最为相宜;同时为了减小传递时的振动和噪声，提高传动的精度，间隙又不行能过大，因此，此花键副的协作公差等级应为5级或6级，协作类别应为

4、H/h或H/f。 2 花键的设计与计算 2.1 花键齿形的确定 依据齿形的不同，花键可分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键，三种花键齿形迥然不同，由目测可知此花键齿廓为圆柱直齿渐开线齿廓。花键扳手的齿形也必为圆柱直齿渐开线齿廓。 2.2 花键基本参数的确定 2.2.1 花键模数的确定方法 圆柱直齿渐开线花键不同公差等级的内、外花键可以相互协作运用，但是相互协作运用的内、外花键模数和齿数必需是相同的。离合器的内花键与启动电机的外花键是一对相互协作运用的花键，离合器的内花键与花键扳手也是一对相互协作运用的花键。因此，花键扳手的模数和其他的一些参数，可以通过测绘与内花键相协作的花键轴来确定。 2.2

5、.2 启动电机花键轴的测绘与计算 1）模数与分度圆。 已知启动电机花键轴的齿数为16，偶数齿，可干脆实测得此花键的大径和小径的数值：运用精度为0.02 mm的游标卡尺，测得： 大径： Dee=21.26 小径： Die=17.96 Dee=m=m=17m=21.26 m=1.250 查标准模数系列表取 m=1.25 则分度圆直径 D=mZ=1.2516=20 2）压力角的初步判定。 圆柱直齿渐开线花键的标准压力角有30和45两种，30压力角的渐开线花键有平齿根和圆齿根两种。 依据GB/T 3478.1-11015圆柱直齿渐开线花键 模数 基本齿廓 公差中的规定，f级精度的外花键小径的上偏差为0

6、.035，公差可在GB/T 1800.3-19101极限与协作 基础 第3部分：标准公差和基本偏差数值表中标准公差中的IT12、IT13、IT14三个级别中选用，依据零件的工况要求，按IT12级选取比较合理，即公差带为0.210。 采纳30压力角平齿根齿形的小径计算公式验算小径 尺寸： Die=m=1.25=18.125 小径尺寸应为18.0917.88，实测值17.96在此范围内。 采纳30压力角圆齿根齿形的小径计算公式验算小径 尺寸： Die=m=1.25=17.75 实测值17.96大于理论值17.75。 采纳45压力角圆齿根齿形的小径计算公式验算小径 尺寸： Die=m=1.25=18

7、.5 小径尺寸应为18.46518.255，实测值17.96超出此范 围内。 因此可初步推断此渐开线花键为30压力角平齿根齿形。 3）压力角的确认。 压力角的确认方法。 圆柱直齿渐开线外花键公法线长度的计算公式为： Wk=mcosD+ZinvD+esvcosD 从中我们可以看出，公法线的长度和压力角亲密相关，所以依据公法线的长度值，可以确定压力角的数值。 公法线长度Wk的测量。 测量公法线时跨齿数K的确定： K=Z+0.5 K=16+0.5=3.167 取K=3 实测此花键轴跨3个齿的公法线长度：W5=9.40 依据GB/T 3478.611015圆柱直齿渐开线花键30压力角M值和W值可知30

8、压力角、齿数为16、模数为1.25的花键跨3个齿的公法线长度Wk： 5h级精度：9.385W39.415 6h级精度：9.357W39.406 其他精度等级的公法线长度Wk=Wk+W W=esvcos30=0.866esv esv为外花键齿厚的基本偏差，由GB/T 3478.6知30压力角、f级精度、D=20时，esv=-0.020，所以 W=0.866esv=0.866=-0.017 可计算出5f级精度花键的公法线长度W5 9.385-0.017W39.415-0.017 即9.340W39.3101 可计算出6f级精度花键的公法线长度W3 9.357-0.017W39.406-0.017

9、即9.340W39.389 因为实测公法线长度为9.40，考虑到测量误差，可确定启动电机外花键轴为30压力角，精度等级在5h、6h或5f之间。 4）花键扳手齿形的确定。 基本参数。 依据对启动电机外花键轴的测绘和计算结果，可以确定花键扳手花键的基本参数： a）齿数：Z=16; b）模数：m=1.25; c）齿形：30压力角、平齿根; d）花键长：l=30。 计算得： e）分度圆直径：D=mZ=1.2516=20 f）小径：Die=m=1.25=18.125 g）大径：Dee=m=1.25=21.26 公差等级及协作类别。 已经确定启动电机外花键轴公差等级在5级和6级之间，协作类别为h或f，工具

10、设计时，可降低公差等级，采纳间隙协作，为使分解时零部件内花键各齿受力匀称，不产生损伤，间隙也不宜过大，因此，选择花键扳手选择7f 级可满意运用要求。 2.3 花键扳手其他参数的确定 2.3.1 基圆直径Db Db=DcosD=20cos30=17.32 2.3.2 花键各公差数值 依据GB/T 3478.111015可知m=1.25、Z=16、30压力角、7级精度的各公差数值为： 总公差：T+=0.140 综合公差：=0.047 周节累积公差：Fp=0.058 齿形公差;ff=0.049 齿向公差：F=0.021 2.3.3 计算其他各相关参数值 基本齿厚：S=0.5m=0.51.25=1.9

11、64 作用齿厚最大值：Svmax=S+esv=1.964-0.020=1.944 实际齿厚最小值：Smin =Svmax-=1.944-0.140=1.804 实际齿厚最大值;Smax=Svmax-=1.944-0.047=1.8101 作用齿厚最小值：Svmin=Smin+=1.804+0.047=1.851 齿根圆弧最小曲率半径：Remin=0.2m=0.21.25=0.25 外花键渐开线起始圆直径最大值 DFemax=2 其中30压力角、平齿根齿形hs=0.6m=0.61.25=0.75，所以 DFemax=2 =18.737 2.3.4 大径偏差及公差 大径上偏差=esv/tanD=-

12、0.020/tan30=-0.035 大径公差依据零件的工作环境可选用GB/T 1800.3中标准公差中的 IT13级，即0.330。所以： 大径下偏差=-0.035-0.330=-0.373 3 材料及其他状态的确定 工具材料的选择和其他状态的确定要从运用状况及经济性两个方面来考虑。此花键扳手是专用工具，运用频率低，为爱护零件不受损伤，硬度亦不行过高。因此，选用45号钢，调质处理后硬度值HRC在2530之间即可满意运用要求。另外，按工具的保存须要，还要进行表面防锈处理。表面粗糙度的选择在关键部位花键齿形上的粗糙度要求要高，其他部位的粗糙度考虑到加工的经济性要求可相对低一些。 4 结论 综上所述，整理后得此花键扳手的设计图样见图1。 图1 按此图样生产的花键扳手已投入到运用中，在实践中进行了检验，完全满意了运用要求。 参考文献 1国家技术监督局.圆柱直齿渐开线花键GB/T 3478.1 3478.9-11015. 北京：中国标准出版社，11016. 2成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，11014. 第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页