MASTA花键设计与强度校核模块

MASTA花键设计与强度校核分析培训手册

SIMHTMMMMnURlNGTECHNOLOGY

花键设计与强度校核分析

1.花键设计................................................................2

2.花键的强度校核分析.....................................................8

2.1国标（GBT）的校核结果..............................................9

2.2SAE的校核结果....................................................10

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1.花键设计

在需要进行花键连接设计时，如下图所示添加花键:

Rescale...CouplingsBelt/ChainDriveSet

BearingClutch

Import...

ShaftConceptCoupling

Export...

OilSealCVT

PowerLoadSpline/Interferencefit

PointLoadSynchroniser

Datum

MeasurementPoint

ImportedFE

ExternalCADModel...

选择Spline/InterferenceFit,则会弹出以下界面，选择Spline并可详细命名。

在花键属性中点击“Type”栏，选择"DetailedSpline"：

Properties<1D

鼻ASplineV

AxialStiffnessQJ/m)1000000000000A

LengthGnm)10

Position(0mm,0mm,0mm)

RadialStiffness(N/m)1000000000000

SplineTypeGBT

TiltStiffnessQlm/rad)1000000000

TorsionalStiffnessQlm/rad)1000000000000

.TypeDetailedSpline

SSplineDesignandRatingSpline

BeforeRunningInDetailedSpline

DrivenMachineWorkingConditionInterference

1

DrivingMachineWorkingCondition

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在"SplineDesign"栏中即可根据花键的类型输入花键的详细设计参数，目前

MASTA提供两种花键形式：GBT和ISO。

Properties4》

0ASplineV

AxialStiffness(N/m)1000000000000A

LengthGnm)10

Position(0mm,0mm,0mm)

RadialStiffnessGf/m)1000000000000

■SplineTypjGBTv1

TiltStiffness(Nm/rad)GBT

TorsionalStiffnessQTm/rad)ISO

_____________I

Type“UimLNU」pj.JLJLlN

日SplineDesignandRating

E)SplineDesignandRatingA

BeforeRunningInNo

DrivenMachineWorkingConditionUniform

DrivingMachineWorkingConditionUniform

FatigueLifeFactorTypeUnidirectional

FitClassTyped

HB220

HeatTreatmentTypeNoHeatTreatment

HRC58

MaxMisalignment(mm)1

MillionsOfRevolutions0.01

Module(mm)3

NumberOfTeeth20

PressureAngle30Degrees

RootTypeFlatRoot

SafetyFactorofCompressiveStress1.25

SafetyFactorofRootBendingStresss1

SplineRatingTypeGBT

SplineToleranceClassType4

TensionSlength(MPa)980

TorqueCycles1000

YieldingStress(MPa)835

□SynchroniserSizin^

SpecifyInertia?No

UserSpecifiedInertia(Kgmm"2)0i

V

输入的设计参数中英文对照表如下:

Mise

AxialStiffness(NZm)轴向刚度

Length(mm)长度

Position位置

RadialStiffness(NZm)径向刚度

SpecifyInertia?是否设置转动惯

里

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SplineType花键类型

GBT国标

ISOISO标准

TiltStiffness(NmZrad)倾斜刚度

TorsionalStiffness(Nm/rad)扭转刚度

SplineDesignandRating

BeforeRunningIn是否在磨合前？

DrivenMachineWorking工作机工作状态

Condition（指负载）

Uniform平稳

Light轻微冲山

Medium中等冲击

Heavy严重冲击

DrivingMachineWorking原动机工作状态

Condition

Uniform平稳

Light轻微冲击

Medium中等冲击

FatigueLifeFactorType疲劳寿命系数类

别

Unidirectional单向

FullReversed对称双向

FitClassType装配等级

d

e

f

g

js

k

HB布氏硬度

HeatTreatmentType热处理方式

NoHeatTreatment无热处理

Temper回火

Quench40淬火40

Quench45淬火45

Quench50淬火50

SurfaceHardening表面硬化

HRC洛氏硬度HRC

MaxMisalignment(mm)最大错位量

MillionsofRevolutions循环次数，1。6

Module(mm)模数

NumberofTeeth齿数

PressureAngleType压力角类型

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30

37.5

45

RootType齿根类型

FlatRoot平齿根

FilletRoot圆齿根

SafetyFactorofCompressive接触抗压安全系

Stress数

SafetyFactorofRootBending齿根弯曲安全系

Stress数

SplineFixtureType花键固定类型

Flexible柔性

Fixed固定

SplineRatingType花键校核标准

GBT

SAE

SplineToleranceClassType花键公差等级类

力」

SteelMaterialType钢材料类型

CarburizedRc58渗碳Rc58

CarburizedRc555渗碳Rc555

Nitrided渗氮

HardenedRc40表面硬化

Rc40

TensionStrength(Mpa)抗拉强度(Mpa)

TorqueCycles扭矩循环次数

WithCrown起鼓

YieldingStress(Mpa)屈服应力(Mpa)

在设置花键详细参数的同时，点击图形显示区上部的报告命令"Report”，即可观

察所设计花键的齿形和相应参数，如下图：

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NumberOfTeethz10

Module(mm)m3

PressureAngle(°)30

PitchDiameter(mm)D30

BaseDiameter(mm)25.981

内外花键的详细参数如下:

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sIMHTMMunCnjRjNemHNT

$EOSG

ISO4156SplineJoint

Internal

D.

InternalMaxMajorDiameter(mm)eimax34.577

Dr-

InternalMinFormDiameter(mm)Flmm33.6

InternalMinorDiameter(mm)*27.726H12

InternalMaxActualSpaceWidth(mm)^max4.757

InternalMaxEffectiveSpaceVMdth(mm)%max4.737

InternalMinActualSpaceV^dth(mm)4.732

InternalMinEffectiveSpaceWidth(mm)%min4.712

InternalMaxMeasurementBetweenBallsorPins(mm)^Rimax21.805

InternalMinMeasurementBetweenBallsorPins(mm)“Rimin21.728

InternalBallorPinDiameter(mm)DRi5.3

External

ExternalMajorDiameter(mm)Dee33h12

D

ExternalMaxFormDiameter(mm)Fcemax27.126

D.

ExternalMinMinorDiameter(mm)lemm25.388

S

ExternalMaxEffectiveToothThickness(mm)vmax4.712

S

ExternalMaxActualToothThickness(mm)max4.693

s

ExternalMinEffectiveToothThickness(mm)vmm4.687

s.

ExternalMinActualToothThickness(mm)mm4.668

ExternalMaxMeasurementOverBallsorPins(mm)“Remax40.116

ExternalMinMeasurementOverBallsorPins(mm)“Remin40.082

ExternalBallorPinDiameter(mm)DRe6.3

内花键报告：

Dei：内花键大径，指内花键的齿根圆（大圆）直径

DFi：内花键渐开线终止圆直径

Dii：内花键小径，指内花键的齿顶圆（小圆）直径

Emax和Emin：实际齿槽宽的最大最小值，在内花键分度圆上实际测得的单个齿槽

的弧齿槽宽。

Evmax和Evmin：作用齿槽宽的最大最小值，等于一与之在全齿长上配合（无间隙

无过盈）的理想全齿外花键分度圆上的弧齿厚。

MRi：借助两量/球棒测量内花键实际齿槽宽时两量棒/球间的内侧距离，统称为M

值。

DRi：测量内花键的量棒/球直径。

外花键报告：

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s$IMHTMMUnCnjRJNem同血时

Dee：外花键大径，指外花键的齿顶圆（大圆）直径

DFe：外花键渐开线起始圆直径

Die：外花键小径，指外花键的齿根圆（小圆）直径

Svmax和Svmin：作用齿厚的最大最小值，等于一与之在全齿长上配合（无间隙无

过盈）的理想全齿内花键分度圆上的弧齿厚。

Smax和Smin：实际齿厚的最大最小值，在外花键分度圆上实际测得的单个花键齿

的弧齿厚。

MRe：借助两量棒测量外花键实际齿厚时两量棒/球间的外侧距离，统称为M值。

DRM测量外花键的量棒/球直径。

在属性栏中输入设计参数，右边的图表和参数报告也会随之相应变化，以花键的齿

根类型为例：

平齿根花键齿形图（FlatRoot）圆齿根花键齿形图（FilletRoot）

2.花键的强度校核分析

MASTA的花键设计与强度校核模块提供两种校核标准：GBT和SAE。在花键设计

的属性栏中的“SplineRatingType”项下选择GBT或SAE,即可用相应的标准对所选

花键进行强度校核，如下图：

SplineRatingType.GBTV

SplineToleranceClassType.GBT

SteelMaterialTypeSAE

Tccq.acb.A*mi11r

运行系统变形分析，在树形框中选择相应的花键并选择相应的工况，在“Report”

栏中可以查看花键在该工况下的校核结果。

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SIMHTHMMACWRINGTECHNOLOGY

2.1国标(GBT)的校核结果

GB/T17855SplineRating

UnitLoad(NAn)W1221317.8772

Torque(Nmm)T8250000.0002

RadialLoad(N)F5447.5737

Moment(Nmm)Mb3541.3674

ApplicationFactorK11.25

BacklashFactorK21.2

DistributionFactorK31.1

FaceLoadDistributionFactorK41.4

CalculatedAllowable

CompressiveStress(MPa)CTH463.1736289.1775

RootBending(MPa)CTF897.5224424.2424

MaxToothShearingStress(MPa)TFmax5109.8586212.1212

EquivalentStress(MPa)A3920.1471361.4719

上表中的中英文对照表如下表所示:

UnitLoad(N/m)单位载荷

Torque(Nmm)扭矩

RadialLoad(N)压轴力(径向力)

Moment(Nmm)弯矩

ApplicationFactor使用系数

BacklashFactor齿侧间隙系数

DistributionFactor分配系数

FaceLoadDistributionFactor轴向偏载系数

CompressiveStress(Mpa)齿面接触应力

RootBending(Mpa)齿根弯曲应力

MaxToothShearingStress(Mpa)齿根最大剪切应力

EquivalentStress(Mpa)当量应力

对于齿面接触应力、齿根弯曲应力、齿根最大剪切应力和当量应力MASTA会给出

计算值(Calculated)和许用值(Allowable),如果要保证花键工作安全，应满足计算

值小于等于许用值。

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sIMHTMMunCnjRjNemHNT

$EOSG

ARigidConnector:Forces&Displacement

LoadCase:100%LoadCaseIn1

ConnectionsForces

Force(N)Moment(Nmm)

xyzXyz

OutputShaftAssembly/OutputShaft-4767.2316-2636.202101713.7465-3099.08958250000.1526

PlanetaryGearSetSunCarrierAssemblyASarierShaft4767.23162636.20210-1713.746530991526

Total0000

ComponentForces

Force(N)Torque(Nmm)

LocationxyzXyZ

Inner-4767.2316-2636.202101713.7465-3099.08958250000.1526

Outer4767.23162636.20210-1713.746530991526

ComponentDeflections

Displacement(pm)Tilt/Twist(Rad)

LocationxyzXyz

Inner-305.3-168.9-310.30.0004-0.00080

Outer-305.3-168.9-310.30.0004-0.00080

上表中给出内外花键受力和位移的具体计算结果。Inner代表内花键，Outer代表外

花键。

2.2SAE的校核结果

SAESplineRating

UnitLoad(NAn)W1221317.8772

Torque(Nmm)T8250000.0002

FatigueLifeFactorLf1.8

SplineOverloadFactorKo1.5

WearLifeFactorLw4

MisalignmentFactorKm1

InternalHoopStress(MPa)Sh61.9807

AllowableStress(MPa)Sh827.3848

CalculatedAllowable

CompressiveStress(MPa)Sc401.1261275.7949

MaxToothShearingStress(MPa)Ss448.9053413.6924

InternalExternal

RootBendingStress(MPa)Sb47.0093141.0278

StressConcentrationFactorKt1.93541.9354

TorsionalShearStress(MPa)St156.55976102.7731

EquivalentStress(MPa)Se292.252710572.26