渐开线花键-机床行业百科-机床商务网

  渐开线花键应用日趋广泛。这是由于渐开线花键较矩形花键有许多优点，如齿数多、齿端，齿根部厚，承载能力强，易自动定心，安装精度高。相同外形尺寸下花键小径大，有利于增加轴的刚度。渐开线花键便于采用冷搓、冷打、冷挤等无切屑加工工艺方法，生产效率高，精度高，并且节约材料。

  花键孔与花键轴之间的定心方法，指的是在直径方向上间隙设定得小的部位。包括齿面定位、大径定位、小径定位。

  从已有的规格中选择正真适合的参数可节约时机、防止遗漏探讨。合适的参数值可避免表面压溃（静连接）及过度磨损（动连接）等强度校核计算（简单计算法），或花键承载能力校核计算（计算法）。正常的情况可以直接采用规格值的各参数数值。

  根据花键使用部位的功能来确定定心的类型，花键加工后需要热处理的零件会发生热变形，因此就需要将间隙做得大一些。作为减小此间隙的方法，可以给大径（或小径）处进行磨削加工做成大径定位（或小径定位）。精度顺序一般为“齿面定位大径定位小径定位”，且磨加工处越多越好，下面是几种常用组合。

  1）轴类零件：采用大径定位时推荐在大径处进行磨削加工；采用小径定位时推荐在小径处进行磨削加工。

  4）激光线切加工：适用于孔、轴类零件（薄零件），公差等级IT10级，一般不用于量产中。

  还可以进行间隙调整，原则上是将孔参数固定后再探讨轴的参数。必须要格外注意的是，即使要用拉刀加工孔，也不能变更其尺寸。

  2）选择齿底形状是平/圆底时，假如没有特别要求的话定为平底就可以了。原因为轴的抗扭强度与齿底圆角没关系，花键小径越大强度越强，所以最终选择小径更大的平底为好。对于孔，如果采用大径定位的话，就必须做成平底。即使一开始没有采用大径定位，为了将来能够在共用该拉刀的产品上实现大径定位，提前做成平底也（在此情况下提前加公差）很有必要。

  渐开线花键联接的工作特点主要根据齿圈的同轴度。当两齿圈的轴线重合时，齿的圆柱渐开线表面是等距的，因为它们是在同一基圆上形成的。这样，扭矩作用时，所有工作齿形点都进入接触，而与齿之间的初始间隙无关。非工作齿形间的所有点，都具有同样的法向间隙jn。

  两个齿圈轴线如果平行偏移一个值Δα，花键联接的工作特性和齿的接触状况就要发生剧烈的变化。

  花键联接的寿命和承载能力受到两个根本不同的过程的影响：一方面齿的磨损以及由此伴随而来的出现在配合区域的间隙和偏心度扩大；另一方面受切口的影响，动载荷会引起疲劳断裂。典型的磨损形貌如图3所示。在实际应用中，侧面定心的花键大多数损伤可归诸于磨损，有时磨损造成齿根应力集中增大，从而成为导致疲劳损坏的主要原因。

  由于内外花键不同轴而产生的齿的磨损沿齿高和齿长都是不均匀的。当被联接件花键有径向偏移时，在工作初期，仅在外花键工作面的上齿面及内花键的下齿面产生磨损，继续工作时，逐渐地发展到整个齿进入全部深度。此时，由于“齿缘效应”仅在齿缘部分出现纵向的不均匀磨损。

  如果被联接零件的花键采用整体热处理或齿面进行化学热处理，那么在偏斜状态工作的花键，由于齿的磨损，工作一段时间后，两个零件齿的纵向宏观形状呈对称的鼓形。

  当花键上同时存在径向位移和偏斜时，在工作初期，在花键齿缘上出现磨损，同时在外花键齿的顶部和内花键齿根部出现磨损，接触区逐渐扩展到齿的全长和整个齿高。在工作初期，齿的磨损速度大，随着实际接触面积的增加，齿的磨损速度逐渐降低，当齿的接触面积达到可能达到的大值时，齿的磨损速度就随着齿的硬度沿深度方向的降低而逐渐增大。

  为防止渐开线花键磨损失效，除需按上述要求计算渐开线花键的强度和寿命，在设计时还应采取一定的措施减少磨损，总结电机产品发生的渐开线花键联接失效案例，并结合渐开线花键的磨损原理，认为在设计上应采取以下措施。

  试验表明，将润滑剂注入接触区会使摩擦系数降低1/2～1/3，同时摩损将减少到1/10甚至1/100。

  如果以提高寿命为目标，那么从本质上来说，油脂润滑起不到积极的作用，图6表示了不同润滑条件对花键磨损寿命的影响，在中等转矩的范围内由于润滑材料粘住了磨损微粒，这些磨损微粒又正好起到了金刚砂的作用，所以它会使寿命减少，只有采用油润滑才能起到显著的改善效果，因为除了摩擦特性以外，润滑油可以冲去磨损产生的微粒是很重要的，因此，活动花键联接有必要进行喷射润滑，滑油供给方式见图7。

  渐开线花键齿面硬化能够更好的起到改善其磨损特性的作用，但是由于淬火变形，它对载荷分配会起到不利的影响，所以对硬化联接需进行精加工，对于由于结构限制没有办法进行精加工的花键，建议表明上进行渗氮，一些机型中尺寸较小无法磨削的花键表面要求渗碳，是不合理的，在工作过程中非常有可能因载荷分配不均匀导致花键早期磨损失效。

  在花键弯曲疲劳强度满足规定的要求的情况下，尽量增加齿数、减小模数，这样做才能够增加承载齿数、减小齿面接触应力、减少磨损。某产品传动轴花键设计中得到了充分的体现，该产品花键采用了32/64径节制的花键（相当于模数为0.8mm），相同分度圆直径情况下，相比采用模数是2mm的花键的耐磨损能力大大提高。

  常用花键表面镀铜的方式来减改善耐磨性。国外已研制出一种减磨性好的特殊尼龙覆盖层，用这种减磨覆盖层可使振动受到阻尼，使工作面上载荷更加均匀，因而降低花键联接的工作应力，改善了磨损情况。

  活动式花键联接在工作时，允许一个零件相对于另一个零件有一定的角向和轴向位移，此时花键联接需要一定的齿侧间隙，以便在所要求的角向位移内花键端部不卡住。

  在保证连接工作上的能力的条件下，花键长度应该尽可能的取小值，花键长度过长会由于齿向误差而使载荷沿着齿长分布的不均匀程度增大。实际上不采用比值l/d1.2的花联接。

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