浅谈渐开线花键设计应用

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1、浅谈渐开线花键设计应用天津阿尔斯通水电设备有限公司段会胜【摘要】：本文主要浅显地讨论了花键设计的一些准则和相关的实际应用。【关键词】：花键，定心，配合，作用尺寸，检验一．花键联接的类型、特点和应用花键联接是有外花键和内花键组成，花键联接是平键联接在数目上的发展而成。但是由于结构型式和制造工艺的不同，与评键联接相比，花键联接在强度、工艺和使用上具有以下几个优点：a）因为花键是在轴和孔上直接而均匀地制造出较多的齿与槽，因而联接受力较均匀；b）因齿或槽较浅，齿根处应力集中较小，轴与轮毂的强度削弱较少；c）齿数较多，总接触面积增大，故而能能承受较大的载荷；d）花键联接的

2、轴与轮毂的对中性及导向性好。因此花键联接适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的联接。花键联接可用于静联接或动联接。按其齿形不同，可划分为矩形花键和渐开线花键两类。本文就探讨一下渐开线的设计及其应用。渐开线花键的齿廓为渐开线。与渐开线齿轮相比，渐开线花键齿较短，齿根较宽，不发生根切的最少齿数较小。渐开线花键可以用制造齿轮的方法来加工，工艺性较好，制造精度也较高，花键齿的根部强度高，应力集中小，易于定心，当传递的扭矩较大且轴颈也大是，宜采用渐开线花键联接。 二．渐开线花键的设计1. 花键设计的标准花键设计的标准有有4个，分别是DIN5480，ISO4156，ANS

3、IB92.2M和GB/T3478。这四个标准都涉及三种不同的分度圆压力角30°、37.5°和45°，但是最常用的是30°分度圆压力角的渐开线花键。四个标准就花键的基本原则是相同的，只是侧重点不同。DIN5480中对于花键的公差等级划分比较多，且已将每一级的公差详细地列出，设计工程师只需根据应用选取相应的公差即可。DIN5480的实用性较其它标准要高。GB/T3478非等同采用ISO4156，ANSIB92.2M是米制花键的标准。ISO4156，ANSIB92.2M和GB/T3478中，公差等级只给出了4，5，6，7四个等级，最常用的等级为7级。设计中采用的公差等

4、级越高，对于花键的功能性越好，但是相应地增加了生产制造的困难和成本。故而合理地选取花键的公差等级对于设计工程师来说至关重要。2. 花键的定心与配合、1）花键有三种定心方式：齿侧定心，大径定心和小径定心。齿侧定心时（见下图），扭矩的传递和内外花键的对中都是由花键的齿面所提供。此时外花键的大径比内花键的大径小0.1M（M为花键的模数），外花键的小径比内花键的小径小0.1M。内外花键的对中精度取决于内花键的齿槽宽和外花键的齿厚的精度等级。内花键的小径公差可取H11，外花键的公差大径可取h11。 大径定心时（见下图），扭矩的传递是由齿侧完成的。内外花键的对中是由各自的大

5、径决定的。此时外花键的大径公差可取h6，内花键的大径公差可取H7，内位花键的大径基本尺寸取自参考尺寸dB。大径公差需在生产制造时严格保证。 小径定心时（见下图），扭矩的传递是也是由齿侧完成的。内外花键的对中是由各自的小径决定的。此时外花键的小径公差可取h6，内花键的小径公差可取H7。小径公差需在生产制造时严格保证。 当花键联接中对于内外花键对中性要求较高时，可优先考虑采用大径定心，外花键的大径可以很好的保证h6的公差，而内花键一般采用拉花键的工艺制造（对于内花键是通花键来说的）也可以较好的保证其大径公差H7。2）花键的配合实质是齿侧配合。花键联接中，所有外花键的

6、齿同时与所有的内花键的齿槽相啮合。花键齿的齿形偏差对于侧隙的影响要比齿轮的齿形偏差对齿轮啮合侧隙影响要大。花键的配合分为三大类：间隙配合、过渡配合与过盈配合。花键的配合性质取决与最小作用侧隙和最大实际侧隙。（见下图）最小作用侧隙=内花键最小作用齿槽宽-外花键最大作用齿厚，最大实际侧隙=内花键最大实际齿槽宽-外花键最小实际齿厚。   花键联接的配合是采用了基孔制，即保持内花键的最小作用齿槽宽不变，通过改变外花键的作用齿厚来获得不同的配合。实际尺寸和作用尺寸的概念是有一个演变过程。以内花键为例来加以说明（见下图）。图中所表示的各齿槽均为基本齿槽宽，由于在实际生产过程

7、中因机床的精度、刀具的磨损以及各种热处理的变形导致内花键的齿槽宽具有齿距累积误差、齿形误差和齿向误差。因此即使实际齿槽宽合格，也有可能导致一个理想的外花键无法与之相配合。这是我们根据最大实体效应而引入一个作用尺寸的概念。即作用齿槽宽是一个理想外花键在零侧隙下的齿厚。  对于内花键来说（见下图），因为有加工误差，所以实际最大齿槽宽和实际最小齿槽宽就会正好相差一个T（加工误差）。由于有齿距累积误差、齿形误差和齿向误差，所以最小作用齿槽宽和实际最小齿槽宽正好相差一个λ（综合作用误差=齿距累积误差+齿形误差+齿向误差）。同理最大作用齿槽宽和实际最大齿槽宽也相差一个λ。即

8、最小作用齿槽宽和实际最大