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花键和轮齿
花键轴是一种具有一系列与轴成一体的平行键并和相应的切在轮毂或装配件上的键槽相配合的轴；这种分布与一根轴上装有一系列键槽或楔形键槽与开有很多槽的轴相配合的情形形成对比。
后一种结构会在相当程度上减弱轴的强度，因为在轴上开很多槽会降低其传递扭矩的能力。
花键轴最常用的三种场合：
1）用于无滑移地传递相对比较重的负荷的联轴器轴；2）用于传递动力的齿轮、滑轮和其它旋转设备，安装方式可以为滑移安装或固定式安装；3）对于要求在角度位置上要求有位移以计数或改变的附件。
具有直齿的花键应用于很多场合（见SAE装置中软拉削的平行花键）；不过，渐开线花键的使用正得到稳步的推广，原因有：
1）渐开线花键比其它花键具有更大的传递扭矩的能力，2）它们可以用生产齿轮的相同技术和设备加工，3）尽管啮合件之间存在间隙，它们在负载状态下可以自动对中。
渐开线花键
美国国家标准渐开线花键＊_这些花键或多键与渐开线内齿或外齿在成形方法上很相似。
通常方法是通过滚削、轧制或成形加工方法来加工外花键，用拉削或成形方法来加工内花键。
内花键作为基准尺寸，外花键根据配合的需要而采取不同的公差。
基本渐开线花键具有最大的强度，可以被准确地分开和自定心，这样可以高速轴承和应力，并且它们可以被准确测量和装配。
在美国国家标准ANSIB92.1-1970（R1993），保留了许多1960版标准中的特征，加上增加的三个精度等级，总计有4个精度等级。
“渐开线轮齿”这一术语，以前应用于45度压力角，已被删除，本标准现在共有30度、37.5度、45度压力角的渐开线花键。
这些渐开线花键的有关表格已作相应的排列。
“轮齿”这一术语不再应用本标准覆盖的花键中。
对于所有齿侧配合形式，本标准只有一种配合等级，就是以前的等级2。
等级1配合由于不常使用已被删除。
平齿根齿侧配合花键的大径已修改，并应用了一种覆盖了1950年和1960年版标准的公差。
以往标准中制定的互换性公差在后面“互换性“一节中给出。
对于大径配合一节，没有公差或本配合的修改。
本标准承认了相配合花键的正确装配是仅仅依赖于花键从齿顶到渐开线基园的所有尺寸都在有效规范内。
因此，对于齿侧配合花键，现在内花键的大径作为最大极限尺寸，外花键的小径丙在作为最小极限尺寸，最小内花键大径和最大外花键小径必须明确指定的基园直径，这样就不需要附加的控制了。
现有的花键规范表包括了更多的公差等级的选择。
这些公差分级为适应最终产品需要而增加了更多的选择。
这些选择仅仅在齿厚和齿侧间隙上有区别。
使用于ASA B5.15-1960的公差等级作为基础，现在被指定为等级5。
新公差等级以下列公式为基础：
等级4＝等级5*0.71
等级6＝等级5*1.40
等级7＝等级5*2.00
本标准上所有列出的尺寸都是用于完工零件。
在选择制造精度时，必须考虑热处理等工序的补偿量。
本标准对于所有公差等级，内花键的最小作用齿槽厚和外花键的最大作用齿厚相同。
本标准有两种配合形式。
对于齿侧配合，最小作用齿槽尺寸和最大作用齿厚值相同。
使得花键在装配时具有互换性的根本原因是它们在制造时不考虑单个花键的公差等级。
这样，就允许将不同公差等级的内外花键相配合，这样的优点在于一个配合件的制造难度将明显地小于另一个相配件，两件的平均公差就是设计需要的公差。
例如，一个配合件的公差为5级而其相配件的公差为7级，那么它们的装配公差就在6级范围内。
对于大径配合方式来讲，为保证配合件之间一定的偏心率公差，最大作用齿厚应小于最小作用齿槽厚。
在本标准中提供的配合不能满足特殊设计需要和有效配合间隙，或者需要压配合时，应当只增加或减小外花健的作用齿厚并引起配合的相应变化。
本标准中，最小作用齿槽尺寸是一个基准值。
当存在与本标准概念不一致的特殊设计时，最小作用齿槽尺寸应当保留在原尺寸。
应用于渐开线花键的名词
下列渐开线花键的有关定义，按字母顺序排列，是美国国家标准中给出的。
其中的一些名词在表6的图表中有图解。
有效花键作用长度（La）是相配件的配合长度。
对于滑动花键，该尺寸超过接合长度。
实际齿槽尺寸是任一齿槽在考虑了一个无限薄的轴向花键长度后，节园上弧齿槽厚。
实际齿厚尺寸是在虑了一个无限薄的轴向花键长度后，节园处弧齿厚。
同心度误差是有效花键轴线相对于参考轴线的误差。
基园是渐开线齿形构造园。
基园直径是基园的直径。
基本齿槽厚：
对于30度压力角花键来讲，是标准齿槽尺寸，为周节的一半。
对于37.5度和45度压力角的花键来讲，比周节的一半要在一些。
轮齿是成比例的，所以外花键和内花键在基园直径处的厚度相同。
这种比例特性就造成了其它角度的渐开线花键相比于30度压力角的渐开线花键的小径尺寸要大一些。
周节是在相应渐开线轮齿的相邻点的节园上弧长。
接合深度是内花键的小径和外花键的大径的距离，减去园角间隙或倒角深度。
径节是渐开线花键的每个齿数上分度园的英寸弧长。
径节决定了节园弧齿厚和基本齿槽厚以及基本齿厚。
与齿数结合在一起决定节园直径。
作用间隙（Cv）是内花键的有效齿槽厚度减去相配合的外花键有效齿厚的尺寸。
内花键的作用齿槽厚（Sv）等于一个假想的外花键的节园处弧齿厚，它与内花键配合时在全部接合长度上既没有间隙又没有干涉。
内花键的最小作用齿槽厚一般为一个基准尺寸，如表3所示。
通过调整外花键的齿厚可以获得不同的配合公差。
外花键的作用齿厚（tv）等于一个假想的内花键的节园处弧齿厚，它与外花键配合时在全部接合长度上既没有间隙又没有干涉。
作用偏差是花键与相配件在装配时的累积误差。
外花键是在圆柱体外成形的花键。
倒圆是轮齿齿廓中连接齿面和齿槽底部的凹的部分。
圆齿根花键是那些用单一圆弧连接相邻两齿面的花键。
平齿根花键是那些用倒圆方式连接大径或小径圆弧和齿面的花键。
成形圆弧是那些从齿面上控制渐开线曲线最低点的圆弧。
该圆弧与齿顶园一道，决定了需要控制齿廓部分的极限位置。
对于内花键，该圆弧接近大径；对于外花键，该圆弧接近于小径。
齿形间隙量渐开线齿廓在与相配件的接合长度外的圆弧深度。
它允许相配件在小径（对内花键）、大径（对外花键）和它们相对的节园外存在间隙。
渐开线起始园直径是渐开线起始圆弧的直径。
内花键是一个圆柱体的内部成形的花键。
齿向误差是花键齿的齿向与理论轴线的方向的平行度误差，也包括平行度和同心度误差（见图1a）。
注：
直齿花键具有无限长的理论齿向。
接合长度（Lq）是相配件的轴向配合长度。
加工误差（m）是在实际齿槽或齿厚上允许的误差。
齿顶圆弧是花键的最外面的表面。
它是外花键的外圆（齿顶圆），内花键的齿根园。
大径（Do,Dri）是齿顶圆弧的直径。
小径圆弧是花键的最内面的表面。
对外花键，它就是齿根园；对于内花键，它就是内圆弧（齿顶圆）。
小径（Dre,Di）是小径圆弧的直径。
名义间隙是一个内花键的齿槽厚度减小相配外花键的实际齿厚。
它不能定义相配件的装配，因为有各种误差的影响。
不圆度是花键实际成形圆的误差。
平行度误差是一个花键的轮齿与另外任一个轮齿的平行度误差。
（见图1b）
径节（P/Ps）是一个显示花键的一个1：
2的合并数；第一个数字是径节，后者或第二个数字是短径节，如同一英寸的一小部分，其接合的基本半径长度高于或低于节圆。
节圆弧是一个参考圆，是所有花键横向尺寸的构造圆。
节圆直径是节圆弧的直径。
节点是花键齿廓与节圆弧的相交点。
压力角（Ф）是在垂直于渐开线直线和其垂直点的半径方向直线之间的角度。
除非另有规定，它就是指标准压力角。
齿形误差是与指定齿面垂直的齿形的误差。
花键是一种在圆弧或部分圆弧上包括完整的、等距的键（花键齿）或键槽的一种机器元件。
标准（名义）压力角（ФD）是一指定的节圆上的压力角。
短齿径节是用来表示外花键从节圆到大径的径向距离，内花键从节圆到小径的径向距离。
本标准中的短齿径节是径节的两倍。
总指示误差是在任何两齿（相邻或不相邻）实际齿廓与理论齿廓之间的最大误差。
总误差（m+λ）是加工误差值加上允许误差值。
允许误差（λ）是允许作用误差。
轮齿特征
共有17种径节：
2.5/5，3/6，4/8，5/10，6/12，8/16，10/20，12/24，16/32，20/40，24/48，32/64，40/80，48/96，64/128和128/256。
这些式中的分子是径节，控制节圆直径；分母，一般是分子的两倍，是短齿径节，控制轮齿的高度。
为了计算式的方便，只有分子用于给定的公式，并指定为P。
径节，与齿轮中的一样，表示每个齿数的平均节圆直径。
表1表示符号，表2给定不同径节的渐开线的基本轮齿尺寸的计算式。
基本尺寸在表3中给出。
表1。
美国国家标准渐开线花键符号 ANSIB92.1-1970，R1993
符号
意义
符号
意义
Cv
表2
名词
符号
公式
30度压力角
37.5度压力角
45度压力角
平齿根齿侧配合
平齿根齿顶配合
圆齿根齿侧配合
圆齿根齿侧配合
圆齿根齿侧配合
2.5/5-32/64
3/6-16/32
2.5/5-48/96
2.5-48/96
10/20-128/256
短径节
Ps
2P
2P
2P
2P
2P
节园直径
D
基圆
Db
DcosФD
DcosФD
DcosФD
DcosФD
DcosФD
周节
p
最小作用齿槽宽
sv
内花键大径
Dri
外花键大径
Dv
内花键小径
Di
名词
符号
公式
30度压力角
37.5度压力角
45度压力角
平齿根齿侧配合
平齿根齿顶配合
圆齿根齿侧配合
圆齿根齿侧配合
圆齿根齿侧配合
2.5/5-32/64
3/6-16/32
2.5/5-48/96
2.5-48/96
10/20-128/256
外花键小径
2,5/5-12/24
Dre
…
16/32或更小
10/2016/32或更小
…
内花键的渐开线起始园
DFi
外花键的渐开线起始园
DFe
径向齿形间隙
CF
0.001D，最大0.010，最小0.002
所有本标准中指定尺寸标准表是通过基本公式计算，并考虑到误差。
表3渐开线花键的基本尺寸 ANSIB92.1-1970,R1993
径节
P/Ps
周节
p
最小作用齿槽宽（基本）Sv
径节
P/Ps
周节
p
最小作用齿槽宽（基本）Sv
30˚
37.5˚
45˚
30˚
37.5˚
45˚
2.5/5
1.2566
0.6283
0.6683
…
20/40
0.1571
0.0785
0.0835
0.0885
3/6
1.0472
0.5236
0.5569
…
24/48
0.0654
0.0654
0.0696
0.0738
4/8
0.7854
0.3927
0.4177
…
32/64
0.0982
0.0491
0.0522
0.0553
5/10
0.6283
0.3142
0.3342
…
40/80
0.0785
0.0393
0.0418
0.0443
6/12
0.5236
0.2618
0.2785
…
48/96
0.0654
0.0327
0.0348
0.0369
8/16
0.3927
0.1963
0.2088
…
64/128
0.0491
…
…
0.0277
10/20
0.3142
0.1571
0.1671
0.1771
80/160
0.0393
…
…
0.0221
12/24
0.2518
0.1309
0.1392
0.1476
128/256
0.0246
…
…
0.0138
16/32
0.1963
0.0982
0.1044
0.1107
齿数
美国国家标准中包括压力角为30度和37.5度时，齿数从6到60；压力角为45度时，齿数从6到100。
在一个给定的场合下，选择齿数时应当注意避开奇数齿，因为奇数齿并没有获得优点，在测量时，尤其对于内花键，测量跨棒距时很困难，因为没有直径方向的相对应的齿槽。
渐开线花键种类和配合等级
美国标准中对于渐开线花键包括两种配合形式，一种为齿侧配合，另一种为齿顶配合。
直径表3对于30度压力角的渐开线花键列出了平齿根齿侧配合、平齿根齿顶配合、圆齿根具侧配合的直径数据，对于37.5度和45度压力角的渐开线花键，只有圆齿根齿侧配合。
齿侧配合：
在齿侧配合时，配合件只在齿侧配合；大径和小径是间隙配合。
齿侧作为驱动侧和对中作用。
齿顶配合：
这种配合的相配件利用大径的接触来对中，齿侧作为驱动侧。
小径是间隙配合。
齿顶配合提供了一个最小作用间隙，允许在大径处的接触和最小数量的定位或齿侧的定心作用。
齿顶配合只有一种齿槽宽和齿厚公差，与齿侧配合的等级5一样。
对于外花键，不管对平齿根齿侧配合或齿顶配合，应当确定圆角齿根。
具有圆齿根的内花键只能用作齿侧配合。
公差等级
在齿槽宽和齿厚上，本标准包括4种公差等级。
这就可以为满足设计需要而提供了公差范围的选择。
原先的唯一一种公差现在被定为等级5，公式在表4的脚注上。
所有公差等级都具有相同的最小作用齿槽厚和最大作用齿厚极限，以便于配合件采用不同的公差等级。
表4.公差等级5花键的齿槽厚和齿厚最大公差
齿数
径节，P/Ps
2.5/5和3/6
4/8和5/10
6/12和8/16
10/20和12/24
16/32和20/40
24/28到48/96
64/128和80/160
128/256
N
制造公差，m
10
15.8
14.5
12.5
12.0
20
17.6
16.0
14.0
30
18.4
17.5
15.5
40
21.8
19.0
17.0
50
23.0
20.5
18.5
60
24.8
22.0
20.0
70
---
---
---
80
---
---
---
90
---
---
---
100
---
---
---
N
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
N
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
N
齿形偏差
所有
+7
-10
+6
-8
+5
-7
+4
-6
+3
-5
+2
-4
+2
-4
+2
-4
齿向公差
Lg,in
0.3
0.5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
公差
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
对于其它公差等级：
等级4＝0.71X表值
等级5＝表值
等级6＝1.40X表值
等级7=2.00X表值
倒圆和倒角
轮齿可以为平齿根或圆齿根。
平齿根花键：
对于大多数应用场合，都是适宜的。
连接齿面和齿根面的倒圆有各种不同的半径。
一般不要求圆角大小的规范。
它是由渐开线起圆直径控制，渐开线起始园是需要的渐开线曲线上最低点（有时定为TIF）。
重载联轴器不适宜用圆齿根花键，在这种场合下，应当为尽量减小平齿根花键中存在的应力集中，可以通过规定与圆齿根近似的倒圆半径。
因为内花键由于它们在大径处较宽大的基体和更高的压力角，内花键一般比外花键的强度要高，所以内花键一般拉削加工就可以了。
圆齿根：
推荐用于重负荷花键，因为它们较大的圆角减小了应力集中。
圆角的曲率分布很广，不能指定为某一种半径值。
外花键可以用齿轮类的成形切齿刀或用滚刀，或者用一种齿槽形状的工具，不需要展成，直接切削加工而成。
外花键同样可以通过冷成形方法加工，一般为圆齿根设计。
内花键一般用拉削，成形加工或者用成形刀具展成加工。
即使在使用全圆角齿顶的刀具，每种切削方法生成的圆角曲率具有各自的特征。
对于外花键，生成的是扁长外摆线类曲线；对于内花键，生成的是扁长内摆线类曲线。
外花键小径圆弧与倒圆相切的点以及内花键大径圆弧和圆角与渐开线齿廓开始相切的点上具有最小的曲率半径。
倒角和角间隙：
在大径配合中，花键联轴器的大径有必要存在一个角间隙。
该间隙一般为提供外花键的顶部提供了一个倒角。
这种方法由于下列原因不可能或不可实现：
A）如果外花键是通过弹性变形作用滚压成形，这种工艺过程不能提供这种倒角。
B）不可以用半顶状切削刀具。
C）当加工少齿数外花键时，半顶状刀具可能减少齿顶厚到一个禁止的程度。
在这样情况下，角间隙可以在内花键上加工，如图2所示。
当使用这种方法时，基园直径可以降在凸起区域。
花键误差。
－渐开线花键的最大允许误差如表4所示。
齿形误差：
产生误差结果的参考曲面经过确定实际齿槽宽或齿厚的点。
这些点可以为节点或都标准量棒的接触点。
齿槽方向的齿形误差为正，而轮齿方向的齿形误差为负。
齿形误差可以产生在确定有效配合的齿形上的任一点，其值如表4所示。
齿向误差：
除非另有规定，齿向误差可以整个齿长方向或部分齿长方向上。
不圆度：
这种情况可能仅仅表现一个读数和表4中所给的齿形误差，不要求更多的余量。
热处理和薄截面的变形可以造成不圆度，这将增加读数和齿形误差。
这种情况下的误差依赖于很多变量，所以就不列表了。
另外，齿厚和齿槽宽误差必须允许这种情况的存在。
离心率：
关于齿侧配合的花键的作用直径的大径和小径的离心率不应当造成基园直径内的接触，即使在最大作用间隙的情况下。
本标准没有规定该公差。
有关于齿顶配合的花键的作用直径的大径的离心率应当通过大径允差和作用齿槽宽或齿厚确定的最大实体极限来承受。
如果配合花键的平行度是通过相关于其它花键的定位面而受影响，就有必要减小外花键作用和实际齿厚以维持所需要的配合情况。
本标准不包括离心定位的允差。
花键误差的作用。
－花键误差应当被分为读数误差，齿形误差，或齿向误差。
读数误差：
这些误差使得每一副花键副的齿侧间隙不相同。
由于配合依赖于最小配合的面积，读数误差减小了作用齿侧隙。
齿形误差：
正的误差齿形误差可以减小作用齿侧隙。
负的齿形误差仅仅减小接触面积而不影响配合。
齿向误差：
这些误差可以造成间隙误差，所以减小了作用齿侧隙。
允许误差：
单个花键的误差对于配合的影响小于它们总体误差的影响，因为多于最小间隙的面积可以在不改变配合的情况改变。
允许误差量两倍正向齿形误差，总读数误差和配合长度的齿向误差的总和的60％。
表4中的允许误差是以假定配合长度等于节园直径的一半为基础的。
对于更大长度的配合调整该误差值。
作用和实际尺寸。
－尽管内花键的每一个键槽在每一个理想的相配外花键轮齿应当具有相同的齿槽宽度，这两个元件可能由于内花键的读数和齿形误差而不能配合。
为了允许理想外花键能够在任何位置上配合，所有内花键的齿槽都必须加上干涉量。
作用齿槽宽就是理想外花键的齿厚。
同理，当与理想内花键配合时，外花键的齿厚须减去作用误差量。
内花键的作用齿槽宽减去外花键的作用齿厚的值就是作用间隙，它了配合件的配合形式。
正向误差代表松或侧隙，而负向误差代表紧的配合或干涉。
齿轮槽宽和齿厚极限尺寸。
－实际齿槽宽和实际齿厚在加工允差内的误差造成作用尺寸的相关误差。
所以，对于每个元器件有4个极限尺寸。
这些误差在表5中图示。
表5。
齿槽宽和齿厚的规定指导 ANSIB92.1-1970,R1993
最小作用齿槽宽常作为基准尺寸。
除了齿顶配合形式外，最大作用齿厚与最小齿槽宽度的值相同。
齿顶配合的最大作用齿厚小于最小作用齿槽宽，减小量应当允许作用花键和大径的偏心量。
作用间隙的允许误差应当由内花键和外花键两者分，并要求达到最大作用齿槽宽和最小作用齿厚。
实际齿槽宽和实际齿的极限通过合适的允许误差来得到。
作用和实际尺寸的使用。
－表5中显示的齿槽宽和齿厚的4个尺寸中每一个尺寸都具有定义的功能。
最小作用齿槽宽和最大作用齿厚：
这些尺寸控制最小作用间隙，一般都被指定。
最小实际齿槽宽和最大实际齿厚：
这些尺寸不能用于作为接收或拒收零件的标准。
如果实际齿槽宽小于最小值，但没有造成作用齿槽宽过小，或者如果实际齿厚大于最大值，但造成作用齿厚过大，作用误差小于期望值；这种零件是可用的，而不是报废品。
这些尺寸作为工艺参考尺寸是可以的。
它们也可以用于分析过滤作用齿槽宽或过大作用齿厚的情况，以决定这些情况是否由于超差的作用误差造成的。
最大实际齿槽宽和最小实际齿厚：
这些尺寸控制加工误差和作用误差的极限。
这些尺寸，由于内花键和外花键的作用误差而减少，得出最大的作用间隙。
加工中获得的作用误差是要求小于允许误差，这些尺寸必须经过适当调整以保证需要的间隙。
最大作用齿槽宽和最小作用齿厚：
这些尺寸定义了最大的作用侧隙，但它们不能定出作用误差的极限。
由于作用误差的减小，它们和最大实际齿槽宽和最小实际齿厚一道，可以使用在防止增加最大作用侧隙。
“可选择的检测”一词可以增加在那些最大作用间隙作为装配要求，但不要求完全控制的情况。
在不必要增加昨设备的情况下，它表明内花键的齿柄宽保证在最大尺寸内，或者外花键的齿厚必须在最小值以上，如果加工方法得到可允许的误差。
在那些作用误差不需要控制或由实验室检测控制，这些极限可以替代最大实际齿槽宽和最小实际齿厚。
渐开线花键种类的合并使用。
－当外花键的较大半径需要控制应力集中时，平齿根齿侧配合内花键与圆齿根外花键配合使用。
通过规定外花键的最小齿根园，圆齿根外花键的最小齿根圆值，并注出这是一种可选择齿根形式，这种配合也可以允许作为一种可选择的设计方法。
互换性。
－按本标准制造的花键与按老标准制造的花键具有互换性，例外情况如下。
外花键：
这些外花键与老标准花键相配情况如下：
年代
大径配合
平齿根齿侧配合
圆齿根齿侧配合
1946
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