MASTA花键设计与强度校核模块

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

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

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：

选择Spline/Interference Fit， 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“Detailed Spline”：

在“Spline Design”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。

输入的设计参数中英文对照表如下：

Misc

Axial Stiffness(N/m) 轴向刚度

长度

位置

Radial Stiffness(N/m) 径向刚度

Specify Inertia? 是否设置转动惯

量

Spline Type 花键类型

国标

ISO标准

Tilt Stiffness(Nm/rad) 倾斜刚度

Torsional Stiffness(Nm/rad) 扭转刚度

Spline Design and Rating

Before Running In 是否在磨合前？

Driven Machine Working 工作机工作状态

Condition （指负载）

平稳

轻微冲击

中等冲击

严重冲击

Driving Machine Working 原动机工作状态

Condition

平稳

轻微冲击

中等冲击

Fatigue Life Factor Type 疲劳寿命系数类

别

单向

对称双向

Fit Class Type 装配等级

布氏硬度

Heat Treatment Type 热处理方式

No Heat Treatment 无热处理

回火

淬火 40

淬火 45

淬火 50

表面硬化

洛氏硬度 HRC

Max Misalignment (mm) 最大错位量

Millions of Revolutions 循环次数, 106

Module (mm) 模数

Number of Teeth 齿数

Pressure Angle Type 压力角类型

Root Type 齿根类型

平齿根

圆齿根

Safety Factor of Compressive 接触抗压安全系

Stress 数

Safety Factor of Root Bending 齿根弯曲安全系

Stress 数

Spline Fixture Type 花键固定类型

柔性

固定

Spline Rating Type 花键校核标准

Spline Tolerance Class Type 花键公差等级类

别

Steel Material Type 钢材料类型

渗碳 Rc58

渗碳 Rc555

渗氮

表面硬化

Rc40

Tension Strength (Mpa) 抗拉强度Torque Cycles 扭矩循环次数

With Crown 起鼓

Yielding Stress (Mpa) 屈服应力

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：

内外花键的详细参数如下：

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：

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。 DRe：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（Flat Root） 圆齿根花键齿形图（Fillet Root）

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“Spline Rating Type”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：

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。

2.1 国标（GBT）的校核结果

上表中的中英文对照表如下表所示： Unit Load (N/m) 单位载荷

Torque (Nmm) 扭矩

Radial Load (N) 压轴力（径向力）

Moment (Nmm) 弯矩

Application Factor 使用系数

Backlash Factor 齿侧间隙系数

Distribution Factor 分配系数

Face Load Distribution Factor 轴向偏载系数

Compressive Stress (Mpa) 齿面接触应力

Root Bending (Mpa) 齿根弯曲应力

Max Tooth Shearing Stress (Mpa) 齿根最大剪切应力

Equivalent Stress (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。

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。

2.2 SAE的校核结果

上表中的中英文对照表如下表所示：

Unit Load (N/m) 单位载荷

Torque (Nmm) 扭矩

Fatigue Life Factor 疲劳寿命系数

Spline Overload Factor 花键过载系数

Wear Life Factor 磨损寿命系数

Misalignment Factor 错位量系数

Internal Hoop Stress (Mpa) 圆角应力

Allowable Stress (Mpa) 许用应力

Compressive Stress (Mpa) 齿面接触应力

Max Tooth Shearing Stress (Mpa) 齿根最大剪切应力

Root Bending Stress (Mpa) 齿根弯曲应力

Stress Concentration Factor 应力集中系数

Torsional Shear Stress (Mpa) 扭转剪切应力

Equivalent Stress (Mpa) 当量应力

对于齿面接触应力和齿根最大剪切应力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。

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。