样条曲线概述

花键必须具有适当的尺寸和设计,以确保适当的扭矩能力和操作。

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花键在传递扭矩和旋转的两个轴或其他部件之间提供连接。花键可以是直边、锥形或渐开线形式。这里我们只考虑渐开线花键,因为它们更常见。渐开线花键的齿与齿轮齿相似,只是花键齿短得多,而且不滚动。它们有相同数量的牙齿,并且合在一起。典型的渐开线SAE/ANSI花键齿指定为两个数字:一个分子指定以径节(DP)表示的齿厚,另一个数字指定以径节(DP)表示的齿高。因此,8/16花键的齿厚为8 DP,齿高(整个深度)为16 DP。

渐开线花键有几种不同的压力角:30度、37.5度和45度。到目前为止,30度样条曲线是最常见的,因此这里将考虑这一点。花键在齿侧和齿根直径的接口处由圆角齿根或平根制成。平根外部样条曲线的根部直径通常大于圆角根部样条曲线,但应力几乎相同,因为根部直径较小的圆角根部会偏移平根样条曲线的锐角,但根部直径较大。标准切削刀具可用于一系列标准DPs中的两种类型。

花键指定为侧配合或大直径配合。侧配合花键在外部零件的根部直径和内部零件的内径之间有间隙。此外,外部零件的外径和内部零件的大直径之间存在间隙。侧配合花键的配合是外部花键零件的圆齿厚度与内部零件的圆空间宽度之间的差值。这种差异称为齿隙或间隙。

在大直径拟合花键中,内部零件的大直径和外部零件的外径相互作用就像导向器,这两个值之间只有很小的差异,即径向间隙。有时该值为负值,会导致过盈配合。对于大直径配合,内部零件的大直径/外部零件的外径与内外花键齿的中径的同心度为正值,使得花键齿的周向配合能够有效接触并传递扭矩,仅作用于部分花键齿,而不是全部花键齿。这会降低花键连接的承载力和强度。侧装花键没有此问题。

大直径配合倾向于通过大直径和外径使外部和内部零件之间的花键连接居中。花键齿几乎没有定心效果。在侧拟合样条曲线上,则相反。大直径/外径没有定心效果,但花键齿在负载下确实有定心效果,因为齿的压力角。

样条曲线由公差类进一步指定。在SAE B92.1标准中,有4个公差等级:4、5、6和7,这表示精度不断提高。根据这些公差类别中的任何一个制作的样条曲线将与根据其他公差类别中的任何一个制作的样条曲线相匹配。

花键齿的齿厚和空间宽度规定为实际齿和有效齿。实际齿厚和空间宽度是单个花键齿的厚度和空间宽度,通常通过销上或销间测量来测量。这些参数的有效尺寸适用于花键齿,考虑了渐开线、导程、间距等变化,这些变化会增加外部零件的圆齿厚度,并从内部零件的空间宽度中减去。这些变化考虑了所有花键齿,基本上等同于外部零件的最大材料条件和内部零件的最小材料条件。它代表了最坏的情况,就好像零件占用了所有可用的变化公差一样。这通常由通止花键规测量。

以上所有内容都指定了已正确调整尺寸且已选择花键齿数、径节、配合类型、压力角等的零件的花键齿。该信息可在ANSI/SAE B92.1和其他地方获得。

然而,可能更重要的是确定样条线的尺寸并计算不同失效模式的样条线应力。这些信息并不容易获得,据我所知,没有涵盖此主题的标准。花键齿的尺寸和失效方式通常如下:花键齿剪切应力、齿侧面的压缩应力、破裂应力以及轴或支撑结构的扭转剪切应力。

外花键齿可以通过滚齿、插齿机切削或齿条滚压来制造。内花键齿可以通过整形或拉削来制造。

适当的润滑对于花键的正确操作非常重要。润滑不足会导致磨损和微动腐蚀。理想情况下,油流应流经花键,去除磨损或微动腐蚀产生的颗粒,并润滑花键。

这是对调整大小、指定和设计样条曲线的简要概述。有关更多信息,请参考ANSI/SAE B92.1、B92.1M和美国汽车工程师学会(SAE)罗伯特·W·塞多兹(RobertW.Cedoz)和迈克尔·卓别林(MichaelR.Chaplin)的论文《渐开线花键设计指南》。

渐开线花键是连接两个部件并在两者之间传递扭矩的简单而有效的方法。