本發(fā)明涉及一種車輛零部件及設(shè)計方法，特別是一種開口內(nèi)花鍵及其設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的中間軸在需要傳遞較大扭矩時通常設(shè)計花鍵連接轉(zhuǎn)向管柱及轉(zhuǎn)向器，為了裝配便利及工作中要求花鍵緊密配合，通常內(nèi)花鍵設(shè)計成開口型再配合螺栓擰緊,由于中間軸在工作過程中經(jīng)常變換方向轉(zhuǎn)動，如果花鍵配合不好會導(dǎo)致花鍵異響以及出現(xiàn)手感不佳的現(xiàn)象，影響整車NVH等；因此汽車轉(zhuǎn)向中間軸花鍵連接設(shè)計需要保證長時間良好的緊密配合。

（注：NVH為噪聲、振動與聲振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文縮寫，這是衡量汽車制造質(zhì)量的一個綜合性問題，它給汽車用戶的感受是最直接和最表面的；車輛的NVH問題是國際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)關(guān)注的問題之一；有統(tǒng)計資料顯示，整車約有1/3的故障問題是和車輛的NVH問題有關(guān)系，而各大公司有近20%的研發(fā)費(fèi)用消耗在解決車輛的NVH問題上。）

現(xiàn)有轉(zhuǎn)向中間軸內(nèi)花鍵組件結(jié)構(gòu)如附圖1所示：由開口內(nèi)花鍵萬向節(jié)節(jié)叉組成，通常開口內(nèi)花鍵材料為鋼材，配套的螺栓選用標(biāo)準(zhǔn)件，開口內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)如附圖2所示，在未裝配狀態(tài)下內(nèi)花鍵形狀成規(guī)則圓形狀，螺栓孔的光孔和螺紋孔同軸；內(nèi)外花鍵裝配后如附圖3所示，內(nèi)花鍵和外花鍵的間隙周向均勻，為了裝配便利，間隙較大，內(nèi)外花鍵裝配后并擰緊螺栓后如附圖4所示，實(shí)物圖如圖（附圖5）所示，實(shí)物圖為現(xiàn)有開口內(nèi)花鍵配合M10×1.5的螺栓，預(yù)緊扭矩50N.m，可較明顯看出近螺栓的花鍵配合嚴(yán)重相互擠壓，遠(yuǎn)螺栓的花鍵則存在較大的間隙，開口內(nèi)花鍵呈不規(guī)則形狀，而配合的外花鍵仍為規(guī)則圓形狀，導(dǎo)致整體配合不良。現(xiàn)有開口內(nèi)花鍵存在以下不足：

（1）內(nèi)外花鍵間間隙過?。ň龋?，導(dǎo)致裝配困難；

（2）螺栓未擰緊前內(nèi)花鍵成規(guī)則圓形，螺栓擰緊后內(nèi)花鍵變形成非圓形，導(dǎo)致內(nèi)外花鍵配合不良，甚至出現(xiàn)部分齒被壓潰現(xiàn)象，造成實(shí)際配合與理論設(shè)計不相符；

（3）螺栓需要擰較大扭矩，需選用較大規(guī)格螺栓，殘留預(yù)緊力減弱較大，容易導(dǎo)致異響產(chǎn)生以及可能出現(xiàn)開口內(nèi)花鍵或外花鍵的齒產(chǎn)生塑性變形等；

（4）自由狀態(tài)時螺栓孔的光孔和螺紋孔同軸，則裝配狀態(tài)時（螺栓擰緊）由于開口內(nèi)花鍵受壓變形，產(chǎn)生螺栓孔的光孔與螺紋孔成不同軸現(xiàn)象，螺栓不僅受預(yù)緊拉力，同時受彎曲力導(dǎo)致螺栓變形、影響使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種具有特殊結(jié)構(gòu)的開口內(nèi)花鍵及其制造方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取技術(shù)方案是：

一種開口內(nèi)花鍵，包括花鍵本體及連接在花鍵本體一側(cè)的萬向節(jié)節(jié)叉，花鍵本體中心之裝配孔開內(nèi)花鍵，所述萬向節(jié)節(jié)叉包括上叉臂和下叉臂，萬向節(jié)節(jié)叉軸心線與內(nèi)花鍵中心軸線同軸，花鍵本體位于內(nèi)花鍵下部的正中開有開口槽，開口槽的中心線與內(nèi)花鍵的中心線重合，所述開口槽從花鍵本體的裝配端面貫穿到花鍵本體與萬向節(jié)節(jié)叉的連接面、并延伸至萬向節(jié)節(jié)叉下叉臂從而形成一段延伸槽，延伸槽的長度即花鍵本體與萬向節(jié)節(jié)叉的連接面到延伸槽末端的距離為L2，位于內(nèi)花鍵下部開有橫貫開口槽的螺栓通孔，包括光孔段和螺紋段，所述螺栓通孔中心軸線與內(nèi)花鍵中心軸線相互垂直，螺栓通孔中心軸線到內(nèi)花鍵中心軸線的距離為L1；

所述內(nèi)花鍵與開口槽正對的上方缺1～5個齒從而形成一與開口槽的中心線垂直的缺齒面，缺齒面與開口槽之間的內(nèi)花鍵形成以開口槽中心線為軸對稱的左半圓內(nèi)花鍵和右半圓內(nèi)花鍵；左、右半圓內(nèi)花鍵下部以“O”相交線為軸線沿開口槽兩邊微微張開，其張開角θ的度數(shù)為0°＜θ≤10°；

所述螺栓通孔中心軸線到內(nèi)花鍵中心軸線的距離L1與內(nèi)花鍵分度圓d的比值為0.7±0.3，即L1/d=0.7±0.3。

其進(jìn)一步的技術(shù)方案是：

所述開口槽為等寬開口槽，開口槽的寬度H為0.1mm～50mm，延伸槽的長度L2為0～100mm，延伸槽末端開有應(yīng)力圓孔，應(yīng)力圓孔的直徑為H+d₀mm，d₀的取值范圍為0～50mm。

更進(jìn)一步：所述內(nèi)花鍵的裝配端、即背向萬向節(jié)節(jié)叉的一端設(shè)10°～80°倒角。

其另一技術(shù)方案是：

一種開口內(nèi)花鍵的制造方法，該方法是制造上述的一種開口內(nèi)花鍵的方法，包括下述步驟：

S1：制作開口內(nèi)花鍵坯體，包括花鍵本體及與其連成一體的萬向節(jié)節(jié)叉；

S2：在花鍵本體中部開裝配圓孔，在裝配圓孔下部開螺栓通孔，在螺栓通孔的螺紋段攻螺紋；

S3：銑花鍵本體裝配端、即背向萬向節(jié)節(jié)叉的一端端面，

S4：在裝配圓孔下部正中開開口槽，并延伸到下叉臂形成延伸槽，在延伸槽尾端開應(yīng)力圓孔；

S5：在裝配圓孔內(nèi)開內(nèi)花鍵

S51：內(nèi)花鍵上部缺1～5齒，形成與開口槽中心線垂直、并為開口槽中心線平分的缺齒面，形成以開口槽中心線為軸對稱的左半圓內(nèi)花鍵和右半圓內(nèi)花鍵；

S52：左、右半圓內(nèi)花鍵下部以“O”相交線為軸線沿開口槽兩邊微微張開，其張開角θ的度數(shù)為0°＜θ≤10°。

S6：在內(nèi)花鍵裝配端、即背向萬向節(jié)節(jié)叉的一端加工10°～80°的倒角。

進(jìn)一步：在進(jìn)行步驟S5：裝配圓孔內(nèi)開內(nèi)花鍵時，采取的方法步驟為：

S1：沿螺栓通孔軸向施加軸力使開口內(nèi)花鍵坯體的開口槽變形量X等于實(shí)際使用上緊螺栓時的變形量、即X＝H-H1，H為未上緊螺栓時開口槽寬度, H1為上緊螺栓時開口槽寬度；

S2：采用插削﹑拉削或磨削的方法開內(nèi)花鍵；

S3：解除螺栓孔軸向軸力，得到張開角為θ內(nèi)花鍵。

又進(jìn)一步：

在進(jìn)行步驟S5：裝配圓孔內(nèi)開內(nèi)花鍵時，采取的方法步驟為：

S1：將開口內(nèi)花鍵坯體裝配圓孔加工成左、右半圓下部以“O”相交線為軸線沿開口槽兩邊微微張開、張開角θ的度數(shù)為0°＜θ≤10°的內(nèi)圓孔；

S2：采用插削或磨削法開內(nèi)花鍵；

所述插削法為﹕用成形插刀在插床上逐齒插削；所述磨削法為﹕用小直徑的成形砂輪在花鍵孔磨床上磨削。

又進(jìn)一步：

在進(jìn)行步驟S5：裝配圓孔內(nèi)開內(nèi)花鍵時，采取的方法步驟為：

S1：將花鍵拉刀制作成與上述內(nèi)花鍵形狀一致的拉刀，所述內(nèi)花鍵形狀即內(nèi)花鍵上部缺1～5齒，形成與開口槽中心線垂直、并為開口槽中心線平分的缺齒面121，形成以開口槽中心線為軸對稱的左半圓內(nèi)花鍵和右半圓內(nèi)花鍵；左、右半圓內(nèi)花鍵下部以“O”相交線為軸線沿開口槽兩邊微微張開，其張開角θ的度數(shù)為0°＜θ≤10°；

S2：將花鍵拉刀安裝在拉床上，采用拉削方法開內(nèi)花鍵。

由于采用上述結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明之一種開口內(nèi)花鍵及其制造方法具有以下有益效果：

1．由于一種開口內(nèi)花鍵開口槽設(shè)有張開角，裝配時內(nèi)外花鍵之間間隙較大，易于裝配，即使與間隙小的外花鍵配合（精度）裝配也不困難；

2．由于開口槽設(shè)有張開角，螺栓未擰緊前內(nèi)花鍵成不規(guī)則圓形（自由狀態(tài)），螺栓擰緊后（使用狀態(tài)）內(nèi)花鍵恢復(fù)規(guī)則圓形狀，花鍵配合良好，花鍵的整體性能得以體現(xiàn)，可有效提高花鍵壽命，減少花鍵異響等問題的產(chǎn)生；

3．螺栓裝配后處在理想的預(yù)緊拉力作用狀態(tài)，螺栓所需扭矩小，因而可選用較小規(guī)格螺栓，減少內(nèi)花鍵用料，有效控制生產(chǎn)成本，可確保材料變形均處在彈性變形范圍，裝配后螺栓孔的光孔和螺紋孔形成同軸狀態(tài)，預(yù)緊力衰弱不明顯，提高可靠性。

4．所述下叉臂上的延伸槽尾端開應(yīng)力圓孔，應(yīng)力圓孔的直徑為6mm，不僅有利于開口槽的應(yīng)力分散，而且有利于改善內(nèi)花鍵的變形，使變形效果更理想；

5．螺栓孔軸線到內(nèi)花鍵中心距離L/內(nèi)花鍵分度圓D=0.7±0.1，即L/D=0.7±0.1，此設(shè)計能更好使開口狀內(nèi)花鍵恢復(fù)成完整的圓形狀內(nèi)花鍵；

6．內(nèi)花鍵上部形成水平缺齒面，既方便定位裝配，又可防止因?yàn)閮?nèi)花鍵開口變形導(dǎo)致的應(yīng)力集中；

7．開口內(nèi)花鍵的制造方法為常規(guī)機(jī)械加工，易于推廣。

下面，結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明之一種開口內(nèi)花鍵及其制造方法的技術(shù)特征作進(jìn)一步的說明。

附圖說明

圖1～圖4：本發(fā)明之一種開口內(nèi)花鍵組件結(jié)構(gòu)示意圖：

圖1為主視圖，圖2為圖1之A-A剖視圖，圖3為圖1之仰視圖，圖4為圖2之B-B剖視圖；

圖5～圖6為內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)示意圖（放大）：

圖5為左、右半圓內(nèi)花鍵示意圖，圖6為分度圓示意圖；

圖中：

1—花鍵本體，11—裝配端面，12—內(nèi)花鍵，121—缺齒面， 122—“O”相交點(diǎn)，123—左半圓內(nèi)花鍵，124—右半圓內(nèi)花鍵，125—分度圓，126—齒根圓，127—齒頂圓，13—開口槽，14—螺栓通孔，141—光孔段，142—螺紋段，2—萬向節(jié)節(jié)叉，21—上叉臂，22—下叉臂，221—延伸槽，222—應(yīng)力圓孔。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

一種開口內(nèi)花鍵，包括花鍵本體1及連接在花鍵本體一側(cè)的萬向節(jié)節(jié)叉2，花鍵本體中心之裝配圓孔開內(nèi)花鍵12，所述萬向節(jié)節(jié)叉包括上叉臂21和下叉臂22，萬向節(jié)節(jié)叉軸心線與內(nèi)花鍵12中心軸線同軸，花鍵本體位于內(nèi)花鍵下部的正中開有開口槽13，開口槽的中心線與內(nèi)花鍵的中心線重合，所述開口槽從花鍵本體的裝配端面貫穿到花鍵本體與萬向節(jié)節(jié)叉的連接面、并延伸至萬向節(jié)節(jié)叉下叉臂從而形成一段延伸槽221，延伸槽的長度即花鍵本體與萬向節(jié)節(jié)叉的連接面到延伸槽末端的距離為L2，位于內(nèi)花鍵下部開有橫貫開口槽13的螺栓通孔14，包括光孔段141和螺紋段142，所述螺栓通孔中心軸線與內(nèi)花鍵中心軸線相互垂直，螺栓通孔中心軸線到內(nèi)花鍵中心軸線的距離為L1；

所述內(nèi)花鍵12與開口槽13正對的上方缺1～5個齒從而形成一與開口槽的中心線垂直的缺齒面121，缺齒面與開口槽之間的內(nèi)花鍵形成以開口槽中心線為軸對稱的左半圓內(nèi)花鍵和右半圓內(nèi)花鍵；左、右半圓內(nèi)花鍵下部以“O”相交線為軸線沿開口槽兩邊微微張開，其張開角θ的度數(shù)為0°＜θ≤10°；

所述螺栓通孔中心軸線到內(nèi)花鍵中心軸線的距離L1與內(nèi)花鍵分度圓直徑d的比值為0.7±0.3，即L1/d=0.7±0.3。

所述開口槽13為等寬開口槽，開口槽的寬度H為0.1mm～50mm，延伸槽的長度L2為0～100mm，延伸槽221末端開有應(yīng)力圓孔222，應(yīng)力圓孔的直徑為H+d₀mm，d₀的取值范圍為0～50mm。

所述內(nèi)花鍵12的裝配端、即背向萬向節(jié)節(jié)叉的一端設(shè)10°～80°倒角。

實(shí)施例二

一種開口內(nèi)花鍵的制造方法，該方法是制造實(shí)施例一所述的一種開口內(nèi)花鍵的方法，包括下述步驟：

S1：制作開口內(nèi)花鍵坯體，包括花鍵本體及與其連成一體的萬向節(jié)節(jié)叉；

S2：在花鍵本體中部開裝配圓孔，在裝配圓孔下部開螺栓通孔14，在螺栓通孔的螺紋段攻螺紋；

S3：銑花鍵本體裝配端、即背向萬向節(jié)節(jié)叉的一端端面11，

S4：在裝配圓孔下部正中開開口槽13，并延伸到下叉臂22形成延伸槽221，在延伸槽尾端開應(yīng)力圓孔222；

S5：在裝配圓孔內(nèi)開內(nèi)花鍵

S51：內(nèi)花鍵上部缺1～5齒，形成與開口槽中心線垂直、并為開口槽中心線平分的缺齒面121，形成以開口槽中心線為軸對稱的左半圓內(nèi)花鍵和右半圓內(nèi)花鍵；

S52：左、右半圓內(nèi)花鍵下部以“O”相交線為軸線沿開口槽兩邊微微張開，其張開角θ的度數(shù)為0°＜θ≤10°。

S6：在內(nèi)花鍵裝配端、即背向萬向節(jié)節(jié)叉的一端加工10°～80°的倒角。

在進(jìn)行步驟S5：裝配圓孔內(nèi)開內(nèi)花鍵時，采取的方法步驟為：

S1：沿螺栓通孔軸向施加軸力使開口內(nèi)花鍵坯體的開口槽變形量X等于實(shí)際使用上緊螺栓時的變形量、即X＝H-H1，H為未上緊螺栓時開口槽寬度, H1為上緊螺栓時開口槽寬度；

S2：采用插削﹑拉削或磨削的方法開內(nèi)花鍵；

S3：解除螺栓孔軸向軸力，得到張開角為θ內(nèi)花鍵。

實(shí)施例三

一種開口內(nèi)花鍵的制造方法，該方法是制造實(shí)施例一所述的一種開口內(nèi)花鍵的制造方法，其步驟與實(shí)施例二基本相同，所不同的是：在進(jìn)行步驟S5：在裝配圓孔內(nèi)開內(nèi)花鍵時，可采取的方法步驟為：

S1：將開口內(nèi)花鍵坯體裝配圓孔加工成左、右半圓下部以“O”相交線為軸線沿開口槽兩邊微微張開、張開角θ的度數(shù)為0°＜θ≤10°的內(nèi)圓孔；

S2：采用插削或磨削法開內(nèi)花鍵；

所述插削法為﹕用成形插刀在插床上逐齒插削；所述磨削法為﹕用小直徑的成形砂輪在花鍵孔磨床上磨削。

實(shí)施例四

一種開口內(nèi)花鍵的制造方法，該方法是制造實(shí)施例一所述的一種開口內(nèi)花鍵的制造方法，其步驟與實(shí)施例二基本相同，所不同的是：在進(jìn)行步驟S5：在裝配圓孔內(nèi)開內(nèi)花鍵時，可采取的方法步驟為：

S1：將花鍵拉刀制作成與權(quán)利要求1所述內(nèi)花鍵形狀一致的拉刀，所述內(nèi)花鍵形狀即內(nèi)花鍵上部缺1～5齒，形成與開口槽中心線垂直、并為開口槽中心線平分的缺齒面121，形成以開口槽中心線為軸對稱的左半圓內(nèi)花鍵和右半圓內(nèi)花鍵；左、右半圓內(nèi)花鍵下部以“O”相交線為軸線沿開口槽兩邊微微張開，其張開角θ的度數(shù)為0°＜θ≤10°；

S2：將花鍵拉刀安裝在拉床上，采用拉削方法開內(nèi)花鍵。

附注：

（一）開口內(nèi)花鍵在未與外花鍵配合擰緊之前的內(nèi)花鍵齒部的自由狀態(tài)為：

左、右半圓內(nèi)花鍵下部以“O”相交線為軸線沿開口槽兩邊微微張開，其張開角θ的度數(shù)為0°＜θ≤10°；

其中：

式中：X——內(nèi)花鍵開口槽的寬度變化量（如開口槽初始狀態(tài)寬度為3mm，上緊螺栓后開口槽的寬度為2mm，即X=3-2=1mm），X可取為0.1mm～50mm；

d——內(nèi)花鍵分度圓。

（二）關(guān)于“O”相交線：

“O”相交線為通過“O”相交點(diǎn)并與內(nèi)花鍵中心軸線平行的線；

“O”相交點(diǎn)為開口槽中心線與位于缺齒面上部的內(nèi)花鍵分度圓的相交點(diǎn)（參見附圖5～圖6）；

開口槽中心線為與缺齒面垂直并平分開口槽的線；該開口槽中心線與內(nèi)花鍵中心線重合；

內(nèi)花鍵中心線：與缺齒面垂直并將內(nèi)花鍵平分為對稱的左、右半圓內(nèi)花鍵的線；

內(nèi)花鍵中心軸線：與內(nèi)花鍵中心線垂直、并通過內(nèi)花鍵12中心的軸線；

（三）關(guān)于分度圓

在機(jī)械設(shè)計中，在齒頂圓和齒根圓之間，規(guī)定一定直徑為d的圓，作為計算花鍵各部分尺寸的基準(zhǔn)，并把這個圓稱為分度圓，【計算公式】分度圓直徑d=模數(shù) * 齒數(shù)。

（四）關(guān)于加工方法

①插削法﹕用成形插刀在插床上逐齒插削﹐生產(chǎn)率和精度均低﹐用于單件小批生產(chǎn)；

②拉削法﹕用花鍵拉刀在拉床上拉削﹐生產(chǎn)率和精度均高﹐應(yīng)用最廣泛；

③磨削法﹕用小直徑的成形砂輪在花鍵孔磨床上磨削﹐用于加工直徑較大﹑淬硬的或精度要求高的花鍵孔）。