DIN5480花键标准浅析与应用

1DIN5480花键标准浅析与应用DIN5480花键标准是德国于1986年颁布实施的米制模数变位制花键标准；该标准于2005年及2006年做了修订，标准号为DIN5480-1及DIN5480-2,这两个新标准各包含不同的内容，共同构成新的标准。与旧标准相比，新标准更为简明、实用（如取消了旧标准中内花键公法线及偏差的计算），新标准还取消了37.5º及45º压力角花键的内容，只保留了30º压力角的花键规格。自80年代以来，我国大规模引进了德国汽车及液压产品技术，DIN5480花键在我国已被广泛使用，除了采用定型刀具（主要是拉刀）大批量生产定型产品外，采用通用加工手段少量配制DIN花键的情况也日益增多。与国标GB/T3478花键标准相比，DIN标准主要有三处差别：其一是模数系列较国标模数多了m0.6及m0.8两个规格；其二是精度级别，DIIN5480规定了7、8、9、10、11计5个级别，新标准DIN5480-1则规定了5、6、7、8、9、10、11、12计8个级别，其主要差别在于DIN9级精度相当于GB的5级精度，DIN10级相当于GB6级，其余类推（线切割的制齿精度一般为DIN9级）；其三，DIN5480全是变位键，其外花键大多采用正变位，相配的内花键为负变位，少量外花键为负变位，与之相配的内花键则为正变位，同一规格花键的变位系数相同仅符号相反，即同一花键副的总变位系数为0，由此决定了一套内、外花键的分度圆在变位前、后均相同且重合；国标花键则全是非变位键。依据齿轮（含花键）变位加工原理可知，采用标准模数的花键滚刀2可直接滚切出DIN5480的变位外花键，而内花键在小批量加工时则只能采（而不是插齿机）单刀插齿或数控线切割制齿；当采用单刀插制内花键时，也要先由线切割制出刀形模板，若直接以外花键做母板配磨刀具则齿形精度及侧隙配合精度均无法保证。当采用线切割制齿或制刀形样板时，则首先要在计算机上绘制全齿花键图。从原理上讲，绘制齿形图需要输入基圆直径，分度圆齿槽宽（或齿厚）、模数、齿数、齿顶圆直径、齿根圆直径及齿根过渡圆角半径计7个参数，或者输入分度圆齿槽宽、分度圆压力角、模数、齿数、齿顶圆直径、齿根圆直径及齿根过渡圆角半径7个参数。由于国内使用的花键绘图软件多为不可修改参数的GB花键软件，上述绘图方法不易实现。另外，可以借用齿轮绘图软件并输入齿数、模数、分度圆压力角、变位系数及齿顶圆直径、齿根圆直径、齿根过渡圆角半径计7个参数也可绘制出精准的花键齿形图。理论分析表明：当齿数、模数、分度圆变位系数及分度圆压力角四者相同时，齿轮与花键具有相同的齿形曲线,花键与齿轮的区别仅在于齿高不同，齿轮的基础齿高是2个模数，而花键的基础齿高是1个模数。需要注意的是：国标键的齿高不加修正，为1×m，其分度圆之外的齿顶高为0.5×m；而DIN5480的齿高为0.95×m，其变位后分度圆之外的齿顶高为0.45×m。3需额外说明的是：当齿轮或花键的分度圆变位后，齿侧渐开线形状并未改变，但齿两侧渐开线的距离发生了变化，也即原始分度圆上的齿厚及齿槽宽在变位后发生变化，分度圆变位后，原始分度圆上的齿厚不再等于齿槽宽，而变位后的“分度圆”更不具有“分度圆上齿厚等于齿槽宽”的性质，变位后的“分度圆”上的压力角也不再是标称压力角，但原始分度圆上的压力角不变，也即变位后该齿形的标称压力角不变；变位后的分度圆仅保留了基础齿高中位线的性质，并以此确定变位后的齿顶及齿根。新标准DIN5480-2的第7页至第39页给出了33个参数表，包括了模数自0.5至10，压力角为30º的全部内、外花键的尺寸参数及偏差系数，表1名头的中文内容如下：表1：齿根过渡圆角半径和偏差系数单位：mm模数m齿根过渡圆角直径ρFmin冷轧加工的名义值ρF偏差系数（公法线）A*WK0.50.080.270.866……………………101.60——0.866当采用线切割加工花键时，齿根过渡圆角半径可取0.15×m，如模数2，圆角半径为0.3mm；偏差系数0.866是计算公法线偏差的系数，且不论规格、模数，一律取0.866。使用方法后述。DIN5480-2的表2至表33计32个表，分为16组，每2个表为一组，对应某个模数的内、外花键的全部尺寸参数，其前表为规格参数，紧接其后的表为检测参数；如DIN5480-W45×2×30×21×9g，该型花键的标定含义是：名义大径45，模数2，标称压力角30º，齿数21，精度9级，配合性质g；该花键的尺寸参数见表18（P24），检测参数见表19（P25）,表418及表19的中文内容如下：表18：标称尺寸，m=2mm,单位：mm基础参数规格内花键外花键名义大径dB齿数z分度圆直径d基圆直径db变位量x1*m齿厚及齿槽宽e2=s1齿根圆直径df2偏差Adf2齿根起始圆最小直径dFf2齿顶圆直径da2齿顶圆直径da1齿根起始圆最大直径dFf1齿根圆直径df1偏差Adf145214236.3730.43.60345+0.5244.674144.640.9340.60-0.83表19：检测尺寸，m=2mm单位：mm基础参数内花键外花键名义大径dB齿数z量柱直径DM量柱间距M2偏差系数A*M2量柱直径DM跨柱距M1偏差系数A*M1跨测齿数k公法线长度Wk45213.537.6031.844.048.9381.46421.400确定内、外花键的检测尺寸偏差，需要查2006版DIN5480-1的表7（P24）,Table7:Deviationsandtolerances(极限偏差)，方法如下：以外花键W45×2×30×21×9g为例，由W45对应“（名义大径）Referencediameters下方的所指斜线”，并与左侧Madules（模数）标题下的“1.75to4”对应，即与m2对应，并与“1.75to4”所指横线相交，由该交点向下对应下表（Ae、As）中的“110~0~-110”一列，由左侧竖表的侧隙代号g查得此列中的As的数值为-11；延此列表继续向下并与“Toleranceclass（精度级别）”中的9级斜线相交，由此交点向右查得“TG=71,Tact=45,Teff=26”,三者关系为：TG=Tact+Teff，如下表加黑线所示：255056查表结果处理如下：1、该“W45×2×30×21×9g外花键”的跨柱距上偏差为：-（As+Teff）×A*M1=-(-11+26×1.46)=21.9μm=-0.02mm，下偏差为：-（As+TG）×A*M1=-(-11+71)×1.46=-87.6μm=-0.088mm，于是跨柱距表示为M1=48.9382、该“W45×2×30×21×9g外花键”的公法线上偏差为：-（As+Teff）×0.866=-(-11+26)×0.866=-13μm，下偏差为：-(As+TG)×0.866=-52μm；于是公法线长度为：Wk=21.43、“N45×2×30×21×9H”内花键H所对应的Ae=0,所以其量柱距上偏差为TG×A*M2=71×1.84=131μm，下偏差为Teff×A*M2=26×1.84=48μm,于是该内花键量柱距为：M2=37.603-0.02-0.088-0.013-0.052+0.131+0.0487上述As、Ae、TG、Tact、Teff等参数尚可用于齿厚、齿槽宽偏差的计算，本文从略。依据以上参数及前述方法，可在计算机上绘制出精准的花键齿形图，并可进行量柱距及公法线的模拟检测，针对模拟检测结果，可通过微调变位距使齿形符合设计精度。另外，DIN5480-1，P24中右上方的方框内有一处错误：原文：“Example：shaftDIN5480-N120×3×38×9HHubDIN5480-W120×3×38×8f”应改为：“Example：HubDIN5480-N120×3×38×9HShaftDIN5480-W120×3×38×8f”。再有，该表上方尚有一处欠妥（英文文件夹杂了德文）：原文：Über400200100202512bis400200100502512应写成：Over400200100202512upto400200100502512。8DIN5480-2;2006中文版