ANSI B92.1-96美国渐开线中文翻译（完整首创） .pdf

渐开线花键与检测 标准 ansi b92 1 1996 美国国家标准研究所批准 这篇文章为了纪念 beam 先生 他提出了花键配合的确切定义 这个标准就是建立在这个基 础上的 美国国家标准意味着一种共识 这些实质上关系到一系列的范围 这个标准 指导制造者 消费者 和大众 这个标准并不能完全包括所有人 包括 标准的目的是为了周期性的检查 使用者们最好能得到他的最新的版本 注意 这个标准可能被取消在任何时候 标准委员会希望这个标准的修改 取消 不 要迟于他出版后的五年 圆整的方法 d db 7 有效数字 简单圆整 前言 involute serra o n 渐开线齿形 这种说法在这个标准里不再用了 渐开线花键的压力角有 30 37 5 45 度几种 fit class 配合等级 现在就一级 major diameter 大直径 flat root side fi t spl in e 平齿根侧配 合花键 这个大直径的公差被加上 在 1960 应当注意使用时与以前标准内花键互换性的限制 对于大径配合部分 没有公差和配合变化 对于尺侧配合的渐开线花键 大径没有额外的公差 对于恰当的装配的一对渐开线花键 配合的好坏取决于从齿顶到型圆这部分齿形 因此对于尺侧配合的渐开线 内花键的大径是最大的尺寸 外环的小径是最小的尺寸 最小的内花键的大径和最大的外花键小径必须分开 因此不需要任何额外的控制 花键的规格表包括更多的公差等级的选择 这些公差等级为为终端产品提供了更多的选择 这些可选择的公差的不同在于牙型的宽 和齿厚的公差 这个公差等级在 asa b5 15 1960 被划定为 5 级精度 新的公差等级在下面 本标准中所列出的所有尺寸都已经完成了 因此 成品部分的在加工的过程中 如热处 理 必须做出补偿 这些加工过程也必须考虑进去 来选择合适的工差等级 这个标准有相同的内部内花键最小有效空间 齿槽宽 和外花键最大齿厚 对于所有 的公差等级 它有两种形式的配合 对于齿侧配合 最小的有效齿槽宽和最大的有效的齿厚 其值是相等的 这个基本概念使他能够有互换性在一对花键装配过程中 无论每个花键的公 差等级 这个允许混合公差对与两个配对的花键是一个优势 一个的制作要比另一个加工容 易 这个平均的公差将会满足设计需要 例如 个 7 级公差和一个 5 级公差 他们组合起来 的公差就是 6 级 最大的有效齿厚 比最小的有效齿槽宽要小 这种情况对于大径配合偏离 中心距的情况 这个表格里的值变化 1 节圆直径和基圆直径用 7 位有效数字表示 2 其他的直径值 除了大径配合 都减小了 减小到小数点右边三个位置 配合在标准中 并不满足专门的设计 和特定大小的间隙 或者压力配合的需要 这个变化应该仅仅被加在外花键上 通过增加或减少有效齿厚 和一个变化在实际的齿厚中 这个最小的有效齿槽宽是基准量 这个最小的齿槽宽应该被保持住 当用这个标准设计时 下面是几个修订 1 表 107a 被创建来提供最小有效间隙 用来大径配合情况下 这个在表 106a 中也提 到了 2 表 105 被修订来显示合适的特征对于最小的有效齿槽宽 和最大有效齿厚 3 表 64 被修订来显示机器的 5 位小数的公差 不懂 4 表 53 64 被合并来修正计算公差 这是内外形圆的计算公差 什么事形圆 5 38 内花键的小径 变化了 0 001 分散分布于 30 37 5 度的花键中来帮助计算圆整 第一部分 花键 1 花键 1 1 概要 渐开线花键提供积旋转轴和相关的零件之间的旋转连接 本标准的渐开线花 键沿其轴线的 花键的形状被定义为整个形状 包括整个齿 它的范围在大径和小 径之间 该标准是基于大端齿节距的设计 并包括与 30 的渐开线花键 37 5 和 45 度的压力角 渐开线花键 45 压力角一般用于在花键节距 10 20 和更精细节距 它们可以用于传递的扭矩 如果爆裂的力量是不会损害 如在薄壁管的箱子 但应 避免在组件需要在负载下的轴向移位 1 2 目的 这部分的标准的目的是设计提供指导和数据的直线 nonhelical 渐开线花键 齿 这包括推荐的花键节距的尺寸 为不同花键的公差 齿厚的公差和齿槽宽公差 有可能被选择 以适应设计的需求 以及有条不紊的处理制造之间的配合上的变化 和它们的效果配合花键部分 1 3 范围 1 3 1 花键齿形尺寸 30 和 37 5 度压力角花键的尺寸覆盖范围 2 5 5 至 48 96 花 键键节距和 6 至 60 个齿 45 度压力角花键的尺寸覆盖范围从 6 到 100 颗 牙 10 20 至 48 96 花键键节距和更有限的范围内的齿的节距为从 64 128 到 128 256 1 3 2 测量单位 线性尺寸用英尺 角度用度 2 花键的定义 1 4 花键 一个机械零件包括内花键或者齿槽均匀的分布在圆周上 1 4 1 有效花键 一个理想化完美配合花键组没有松动和干涉 认为他们沿着整个 的花键部分接触 这个有效的花键就是这个表面被两个配对的花键所限定 这个有效花键的轴线同理想花键的 轴线是相同的 2 2 内花键 花键形成于圆柱体内表面 2 3 外花间 外 2 4 渐开线花键 牙型轮廓是渐开线的花键 2 5 圆角 齿槽部分连接侧面和底部的部分 2 6 圆弧齿根花键 连接两齿齿根的圆弧 2 7 平齿根花键 2 8 径节 p 节圆上每英尺的距离有花键齿的个数 这个径节决定了齿距 基圆齿 槽宽 齿厚 如果考虑到齿的数目 它也决定了节圆直径 2 9 大端齿节距 ps 节圆到大经之间的径向距离 外花键 节圆到小径之间的径向距离 内花键 2 10 节距 p ps 一个两个参数的比值 表示出了花键的比例 前者表示径节 后者 表示大端齿节距 表示了基本的径向接触 这两个都在节圆一下 2 11 节圆 这是一个参考圆 它决定了牙型齿距的大小 它的直径节圆直径大小等于 齿数乘以径节 2 12 节圆直径 d 节圆的直径大小 2 13 节点 花键齿形与节圆的交点 2 14 齿距 节圆上两个齿之间的距离 2 15 压力角 一条直线与渐开线相切 做切线和做他的径向的垂直线 这个切线和 垂线的夹角 叫压力角 除非另作说明 压力角都是标准的 2 16 标准压力角 d 在特定节圆上的压力角 2 17 基圆 2 18 基圆直径 2 19 major diameter 大经 2 20 major circle 大径圆 2 21minor diameter 2 22major circle 2 23 form circle 形圆 齿形处最深的点处的圆 沿着齿顶圆决定了齿形 它位于内 花键大径附近 外花键小径附近 2 24 form diameter dfe dfi 内外花键的形圆 网上查资料是渐开线起始圆的直 径 2 25 啮合深度 内花键大径到外花键小径之间的距离减去倒角深度 chamfer depth 和 corner clearance 2 26 基本齿槽宽 30 度花键的基本齿槽宽是齿距的一半 37 5 45 度的基本齿槽宽要 比一半大 这个牙型式成比例的 这样才可以让外齿厚与内齿槽宽相等 这样的话小径就比 30 度的大 2 27 实际齿槽宽 s 在节圆上任意齿槽的弧齿宽 2 28 有效齿槽宽 sv 内花键有效齿槽宽等于理想外花键节圆齿厚 假定节圆轴向全 接触 没有松弛和干涉 2 29 有效齿厚 tv 外花键的有效齿厚等于理想内花键的齿槽宽 它们之间的配合没有松 弛和干涉 并且保证在轴向全接触 2 30 实际齿厚 t 每一个单独的齿在节圆上的弧齿厚 2 31 有效间隙 cv 等于内花键的有效齿槽宽减去外花键的有效齿厚 2 32 理论最大间隙 实际内花键齿槽宽 减去时间外花键有效齿厚 2 33 形式间隙 cf 渐开线轮廓的径向深度 远离与配对齿轮的接触深度 它允许两个 齿轮之间的松弛 和允许内花键小径与外花键大径之间的偏心 允许与他们各自节圆的偏心 2 34 最大变化系数 任意两个齿在实际和完美的牙型轮廓的不同 2 35 轮廓变化 特定的垂直于齿廓侧面方向的变化 2 36 lead variations 导向变化 渐开线齿形的方向与参考轴的平行变化 2 37 parallelism variation 平行变化 两个齿之间的齿形方向的平行变化 2 38 alignment variation 校准变化 有效花键轴相对于参考轴之间的变化 2 39 out of roundness 不圆度 花键的圆度变化 2 40 effective variation 有效变化 配对花键的积累变化 2 41 variation allowance 综合公差 最大允许范围内的综合公差 2 42 machining tolerance m 加工误差是花键的实际齿槽宽和实际齿厚的允许的变动 量 2 43 total tolerance m 总公差 是加工误差与综合公差之和 2 44 length of engagement lg 两个配合花键之间的轴向接触长度 2 45 active spline length la 比接触长度长 2 46 reference 参考 在这个标准里参考是一种附加的标记或者改进对于尺寸 规格 注释 下面就是尺寸 规格 注释 1 重复绘制澄清 2 需要定义一个没有功能的基准或基准其中的一种形式或功能的产生 3 需定义一个新的尺寸当规格和齿寸变化时 4 需定义一个新的尺寸当公差变化时 5 需定义一个新的尺寸当公差和尺寸被当做常用的信息时 注 任何尺寸定义 只要标有 ref 就不能用 3 符号 这些符号用来代表花键的各个参量和尺寸 dci 与棒接触的点的圆的直径 内花键 dce 与棒接触的点的圆的直径 外花键 渐开线螺旋角 花键的配合分三种 1 平齿根 侧配合 2 平齿根 大径配合 3 圆齿根 侧配合 节圆直径 d n p 齿距 p p 5 花键的配合类型 1 齿侧配合 齿侧是内外花键同心 齿侧也 驱动外花键 2 大径配合 齿顶驱动内外花键同心 齿侧驱动外花键 大径配合提供一个最小的有效间隙 允许接触和定位在大径上面 使得齿侧对同心的 影响最小 大径配合只有一个齿槽与齿厚的间隙 与齿侧配合的五级精度一样 但是齿 厚大小比 5 级齿侧配合的要小 为了使偏心有更大的活动性 因此 测试跨棒距的表格 给提供 对于大径配合外花键 见表 84 5 2 1 齿根圆角 被定义到外花键里 不能被用在平齿根齿侧配合 和大径配合中 有齿根圆角的内花键能够被用于齿侧配合 6 公差等级 本标准包括四个公差等级在齿槽宽和齿厚上面 他有一系列公差可选择来满足设计要求 这些公差等级不同于以前单一的公差等级 现在是 5 级精度 在表 3 中可见 所有的公差 等级有相同的最小有效齿槽宽 和最大的有效齿厚限制 所以花键配合的混合公差可用 7 filkts and chamfers 圆角和倒角 圆角和倒角 7 1 平齿根内花键平齿根内花键 内花键通常情况下被设计为平齿根的 以为平齿根有宽的底部 和 在大径处有很高的压力角 这样的话他的齿根要比跟他配合的外花键的花键强度大 7 2 30 度平齿根花键圆角 这些圆角有一个不同大小的曲线 他们被型圆控制 规格 通常不被需要 平齿根花键适合大部分的应用场合 7 3 30 度圆齿根花键圆角 高应力的花键 或者特定的加工方可能会需要这个圆角齿 根设计 外花键被加工的方法 有用齿轮插齿刀 滚刀 或者用仿型法来加工齿槽 外花键也经 常用冷加工方形法 这些加工除来的的都是圆角齿根花键 内花键通常用拉刀 仿型法 插 齿刀加工 即使当全齿半径工具被用时每一个切割方法都圆角轮廓 生成的花键圆角曲线 与 外花键扁长形内摆线和内花键的长幅外摆线相关 这些圆角有一个最小的曲率半径在一个点 这个点是圆角与外花键小径相切的点 或者是圆角与内花键大径相切的那个点 有一个快速 增长的曲率半径达到这个点 这个点是圆角与渐开线相切的点 通过防型法加工的圆角是真正的圆弧 相切于外花键小径和内花键大径 还相切于相邻 的渐开线齿廓 这些圆角的最小曲率半径要比表 108 中的最小曲率半径小或者相等 他们 都能被用刀尖的半径工具来加工 在用任何切削方法的时候 在表 108 中的值是当做最小的曲率半径 他们是经过应力计算而得来的 7 3 1 表格中的尺寸 对于 37 5 45 度的花键是以圆角半径设计为基础的 7 4 corner clearance 角间隙 角间隙被强制用在大径配合上面 它经常在加工内花键倒角时被完成 如果倒角没有提供在内花键 看附录 a 23 块 它提 供了角间隙在内花键上 7 4 1 标准内花键渐开线在小径处没有倒角 当设计需要允许 倒角需要时 特殊的工具 是需要的 8 渐开线误差 渐开线最大允许变动值 在表 3 中可以看出来 8 1 齿形误差 参考齿廓 从变化发生开始 通过一个点 这个点决定实际齿槽宽和齿 厚 既是节点 又是标准量棒测试时的接触点 齿形误差在齿槽宽方向是正的 在齿厚方向是负的 无论是外花键还是内花键都是这 样 在图 2中可以看出 来 齿形变化可能发生在任何点处 在齿廓上 为了建立有效的配合 可以见表 3 8 2 导向误差 这个导向误差是对于花键的总长应用的 它应用在花键的任何部分除非 特殊规定 8 3 out of roundness 圆度 圆度变化仅仅发生在齿距和齿形变化的情况下 这些变化 在表 3 中可以看到 不需要进一步的扩大公差 然而 薄弱部分受热变化和弯曲变化将会导 致圆度的变化 将会增加齿距和齿形公差的 公差对于这种情况将取决于多种情况的变化 所以它没有被列在表格里 额外的齿厚公差和齿槽宽公差将会被允许添加在这种情况下 8 4 偏心 8 4 1 大径和小径的偏心 与齿侧配合花键的有效直径相联系 将不会导致配合花键型圆 的不接触 即使在最大有效间隙的条件下 这个标准没有建立特定的公差 8 4 2 大径的偏心 与大径配合花键的有效直径有关系 将会被吸收 在材料的最大极 限的条件下 这种材料极限是建立在大径与有效齿槽宽或者 有效齿厚的公差上面 8 4 3 如果花键配合的校准被偏心影响 这个偏心是由内外花键的面影响的 这有必要 减小这个影响 减小外花间的齿厚 来获得最佳的配合 本标准中不包括偏心的公差 9 effect of spline variations 花键齿廓变化的影响 9 1 index variations 齿距公差 这个变化导致了一个间隙 这个间隙变化来自于一 对配合齿的两个侧面之间 因为配合取决于最小有效间隙 所以这个指数变化 减小有效间 隙 9 2 齿形公差 正的齿形公差通过减小间隙来影响配合 负的齿形公差通过减小接触区域来 影响配合 9 3 导向公差 这个公差将会导致间隙变化 减小有效间隙 9 4 variation allowance 综合公差 单独花键公差对配合的影响比总的小 因为比最小值 大的间隙区域能够被改变在不改变配合的条件下 这个允许容差的值是 60 的二倍正的齿 廓公差 是最大的指数公差和导向公差对于接触长度 这个允许容差决定于导向公差 在 表 3 中 其假定接触长度等于节圆直径的一半 调整可能需要更大的啮合长度 length of engagement 10 实际和有效的尺寸 10 1 有效和实际的齿槽宽 图 3a 展示了内花键的齿距公差 和齿廓公差 图 3b 展示了一 个完美的外花键 没有误差 与内花键不能配合 即使每一个齿都与内花键的齿槽宽相等 为了使每一个完美的外花键在任何位置都能与内花键配合 所有的内花键的齿槽宽必须扩大 根据干涉的大小 这个扩大后的齿槽宽在图 3c 中被表示 它是内花键的实际齿槽宽 这个 有效齿槽宽是这个完美外花键的齿厚 10 2 有效和实际齿厚 具体有效齿厚和实际齿厚的定义同 10 1 见图 4 10 3 有效间隙 内花键的有效齿槽宽减去外花键的有效齿厚 它决定了配合 只要高节 点的一对配合接触 这就是很真实的 正的有效间隙代表松弛 和齿隙 负的有效间隙代 紧和干涉 10 4 齿槽宽和齿厚的极限 实际齿槽宽和实际齿厚由于加工误差的影响导致的有效尺寸的变化 所以每个元件有 四个极限尺寸 这些在表 4 中可以看到 10 4 1 最小的有效的齿槽宽是基本的参量 最大有效齿厚同最小有效齿槽宽 相同 一样是 基本量 除了大径配合外 在大径配合中 最大有效齿厚比最小有效齿槽宽要小 通过有效 渐开线和大径之间的偏心 这个有效间隙允许的公差被分成了内花键和外花键来达到最大有 效齿槽宽和最小齿厚 对有实际齿槽宽 和实际齿厚的限制来源于合适的综合公差 11 有效和实际尺寸 的应用 表 4 提供给我们四种尺寸 对齿槽宽和齿厚 每一个都有 一个详细的功能 函数 11 1 最小有效齿槽宽和最大有效齿厚 这些尺寸控制着最小有效间隙 必须确定 11 2 最小实际齿槽宽 和最大实际齿厚 这些尺寸不能够用来接受或者拒绝一个零件 如果 这个实际的齿槽宽比最最小的实际齿槽宽要小 而没有导致有效齿槽宽减小 注 此时的 有效齿槽宽实际为理想齿的齿厚 一般来说实际中齿槽宽减小的话跟他对应的齿的齿厚也应 该减小 在此时没有减小 则说明齿槽宽减小不不够大 或者如果实际齿厚比最大齿厚大 但是这个有效的齿厚没有被扩大 则说明这个有效的变量小于预期值 这个零件是令人满意 的 和没有缺陷的 确定这些实际的被处理的参考尺寸是任选的 他们被用来分析缩小的有 效齿槽宽 或者扩大的有效齿厚 来确定他们是否被引起来自于有效的变化 11 2 1 the machining tolerance includes an allowance for taper 锥度 any taper will affect a lead or parallelism reading 11 3 最大实际齿槽宽 最小实际齿厚 这些尺寸控制加工误差 和限制有效的 variation 公 差 上述两者的差值范围 被减小通过这个内外花键 是最大有效间隙 这个有效的公差 比综合公差略小点 这两个尺寸必须调整到两个花键获得合适的配合为止 11 4 最大有效齿槽宽 和最小有效齿厚 这两个尺寸定义了最大有效间隙 但是他们不限制有效公差 variation 11 4 1 除了限制 11 3 中的两个参量 他们还阻止最大有效间隙的增大 因为最大有 效公差的减小 通过看图 4 选择方法 a 这个名词 可选择的检测 将对被添加进去 当最 大有效间隙在装配需要时 但是不需要完全的控制 它暗示 当没有有效的检测和设备时 这个内花键的实际齿槽宽必须小于最大值 或者外花键的实际齿厚要比最小的大 如果加工 方法导致的小于综合公差 11 4 2 当有效公差不需要控制 则选择表 4 中的 b 方法 方法 b 用来控制有效公差通 过实验检验 下面的数据将会被加入这个花键确定 a 渐开线齿形 原点在零处的实际测量 b 齿向积累公差 最大 c 导向公差 12 花键表 表 5 38 给出了 30 度压力角的平齿根齿侧配合 平齿根大径配合 和圆 角齿根齿