MASTA花鍵設計與強度校核模塊

MASTA花鍵設計與強度校核分析培訓手冊

SIMHTMMMMnURlNGTECHNOLOGY

花鍵設計與強度校核分析

1.花鍵設計................................................................2

2.花鍵的強度校核分析.....................................................8

2.1國標（GBT）的校核結果..............................................9

2.2SAE的校核結果....................................................10

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1.花鍵設計

在需要進行花鍵連接設計時，如下圖所示添加花鍵:

Rescale...CouplingsBelt/ChainDriveSet

BearingClutch

Import...

ShaftConceptCoupling

Export...

OilSealCVT

PowerLoadSpline/Interferencefit

PointLoadSynchroniser

Datum

MeasurementPoint

ImportedFE

ExternalCADModel...

選擇Spline/InterferenceFit,則會彈出以下界面，選擇Spline并可詳細命名。

在花鍵屬性中點擊“Type”欄，選擇"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"欄中即可根據(jù)花鍵的類型輸入花鍵的詳細設計參數(shù)，目前

MASTA提供兩種花鍵形式：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

輸入的設計參數(shù)中英文對照表如下:

Mise

AxialStiffness(NZm)軸向剛度

Length(mm)長度

Position位置

RadialStiffness(NZm)徑向剛度

SpecifyInertia?是否設置轉(zhuǎn)動慣

里

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SplineType花鍵類型

GBT國標

ISOISO標準

TiltStiffness(NmZrad)傾斜剛度

TorsionalStiffness(Nm/rad)扭轉(zhuǎn)剛度

SplineDesignandRating

BeforeRunningIn是否在磨合前？

DrivenMachineWorking工作機工作狀態(tài)

Condition（指負載）

Uniform平穩(wěn)

Light輕微沖山

Medium中等沖擊

Heavy嚴重沖擊

DrivingMachineWorking原動機工作狀態(tài)

Condition

Uniform平穩(wěn)

Light輕微沖擊

Medium中等沖擊

FatigueLifeFactorType疲勞壽命系數(shù)類

別

Unidirectional單向

FullReversed對稱雙向

FitClassType裝配等級

d

e

f

g

js

k

HB布氏硬度

HeatTreatmentType熱處理方式

NoHeatTreatment無熱處理

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)最大錯位量

MillionsofRevolutions循環(huán)次數(shù)，1。6

Module(mm)模數(shù)

NumberofTeeth齒數(shù)

PressureAngleType壓力角類型

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30

37.5

45

RootType齒根類型

FlatRoot平齒根

FilletRoot圓齒根

SafetyFactorofCompressive接觸抗壓安全系

Stress數(shù)

SafetyFactorofRootBending齒根彎曲安全系

Stress數(shù)

SplineFixtureType花鍵固定類型

Flexible柔性

Fixed固定

SplineRatingType花鍵校核標準

GBT

SAE

SplineToleranceClassType花鍵公差等級類

力」

SteelMaterialType鋼材料類型

CarburizedRc58滲碳Rc58

CarburizedRc555滲碳Rc555

Nitrided滲氮

HardenedRc40表面硬化

Rc40

TensionStrength(Mpa)抗拉強度(Mpa)

TorqueCycles扭矩循環(huán)次數(shù)

WithCrown起鼓

YieldingStress(Mpa)屈服應力(Mpa)

在設置花鍵詳細參數(shù)的同時，點擊圖形顯示區(qū)上部的報告命令"Report”，即可觀

察所設計花鍵的齒形和相應參數(shù)，如下圖：

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NumberOfTeethz10

Module(mm)m3

PressureAngle(°)30

PitchDiameter(mm)D30

BaseDiameter(mm)25.981

內(nèi)外花鍵的詳細參數(shù)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

內(nèi)花鍵報告：

Dei：內(nèi)花鍵大徑，指內(nèi)花鍵的齒根圓（大圓）直徑

DFi：內(nèi)花鍵漸開線終止圓直徑

Dii：內(nèi)花鍵小徑，指內(nèi)花鍵的齒頂圓（小圓）直徑

Emax和Emin：實際齒槽寬的最大最小值，在內(nèi)花鍵分度圓上實際測得的單個齒槽

的弧齒槽寬。

Evmax和Evmin：作用齒槽寬的最大最小值，等于一與之在全齒長上配合（無間隙

無過盈）的理想全齒外花鍵分度圓上的弧齒厚。

MRi：借助兩量/球棒測量內(nèi)花鍵實際齒槽寬時兩量棒/球間的內(nèi)側(cè)距離，統(tǒng)稱為M

值。

DRi：測量內(nèi)花鍵的量棒/球直徑。

外花鍵報告：

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s$IMHTMMUnCnjRJNem同血時

Dee：外花鍵大徑，指外花鍵的齒頂圓（大圓）直徑

DFe：外花鍵漸開線起始圓直徑

Die：外花鍵小徑，指外花鍵的齒根圓（小圓）直徑

Svmax和Svmin：作用齒厚的最大最小值，等于一與之在全齒長上配合（無間隙無

過盈）的理想全齒內(nèi)花鍵分度圓上的弧齒厚。

Smax和Smin：實際齒厚的最大最小值，在外花鍵分度圓上實際測得的單個花鍵齒

的弧齒厚。

MRe：借助兩量棒測量外花鍵實際齒厚時兩量棒/球間的外側(cè)距離，統(tǒng)稱為M值。

DRM測量外花鍵的量棒/球直徑。

在屬性欄中輸入設計參數(shù)，右邊的圖表和參數(shù)報告也會隨之相應變化，以花鍵的齒

根類型為例：

平齒根花鍵齒形圖（FlatRoot）圓齒根花鍵齒形圖（FilletRoot）

2.花鍵的強度校核分析

MASTA的花鍵設計與強度校核模塊提供兩種校核標準：GBT和SAE。在花鍵設計

的屬性欄中的“SplineRatingType”項下選擇GBT或SAE,即可用相應的標準對所選

花鍵進行強度校核，如下圖：

SplineRatingType.GBTV

SplineToleranceClassType.GBT

SteelMaterialTypeSAE

Tccq.acb.A*mi11r

運行系統(tǒng)變形分析，在樹形框中選擇相應的花鍵并選擇相應的工況，在“Report”

欄中可以查看花鍵在該工況下的校核結果。

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SIMHTHMMACWRINGTECHNOLOGY

2.1國標(GBT)的校核結果

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

上表中的中英文對照表如下表所示:

UnitLoad(N/m)單位載荷

Torque(Nmm)扭矩

RadialLoad(N)壓軸力(徑向力)

Moment(Nmm)彎矩

ApplicationFactor使用系數(shù)

BacklashFactor齒側(cè)間隙系數(shù)

DistributionFactor分配系數(shù)

FaceLoadDistributionFactor軸向偏載系數(shù)

CompressiveStress(Mpa)齒面接觸應力

RootBending(Mpa)齒根彎曲應力

MaxToothShearingStress(Mpa)齒根最大剪切應力

EquivalentStress(Mpa)當量應力

對于齒面接觸應力、齒根彎曲應力、齒根最大剪切應力和當量應力MASTA會給出

計算值(Calculated)和許用值(Allowable),如果要保證花鍵工作安全，應滿足計算

值小于等于許用值。

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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

上表中給出內(nèi)外花鍵受力和位移的具體計算結果。Inner代表內(nèi)花鍵，Outer代表外

花鍵。

2.2SAE的校核結果

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