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        新能源減速器中間軸組件花鍵聯(lián)接設(shè)計

        2022-09-27 12:03:38周迎春周愛球王林龍
        內(nèi)燃機與配件 2022年15期
        關(guān)鍵詞:大徑中間軸過盈

        0 引言

        新能源汽車的電機特性使整車在低速時即可產(chǎn)生最大扭矩,容易產(chǎn)生起步倒車異響

        ,這種異響是由零件間相對滑動的摩擦振動引起的噪聲

        ,在汽車半軸與輪轂的聯(lián)接中很常見,在減速器的中間軸組件的花鍵聯(lián)接中也經(jīng)常發(fā)生。在新能源汽車減速器中,一級從動齒輪與二級主動齒輪軸(以下簡稱一從與中間軸)大多采用花鍵聯(lián)接,為保證花鍵聯(lián)接牢固,一般采用大徑過盈、鍵側(cè)過盈或采用螺旋角配合鍵側(cè)過盈,文獻[4-6]提供了相關(guān)的計算方法。由于大徑過盈具有很好的花鍵定心及工藝性而廣泛應(yīng)用,但當(dāng)大徑過盈量不能滿足新能源汽車沖擊要求時,由粘滯噪聲產(chǎn)生機理可知,過盈量越大,可能產(chǎn)生的異響越大,需要采用大徑和健側(cè)雙過盈聯(lián)接方式。目前并無花鍵雙過盈配合的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和壓裝力的分析與計算。本文以某型號新能源汽車減速器一從與中間軸花鍵配合為例,考慮粗糙度、溫度、制造精度誤差的影響,建立了花鍵雙過盈配合的計算模型,計算了不同的過盈量對應(yīng)的壓裝力,進行了CAE分析,并通過壓裝力和脫出力測試試驗,為新能源減速器中間軸組件花鍵聯(lián)接設(shè)計提供了一些經(jīng)驗。

        腎上腺素是α-受體激動劑,增大周圍血管阻力,減輕水腫,同時興奮β2-受體緩解支氣管痙攣,增加心肌收縮力,抑制炎癥介質(zhì)白三烯等釋放,是嚴(yán)重過敏反應(yīng)的一線用藥[7,8]。本例患者注射苯磺酸順式阿曲庫銨后發(fā)生過敏反應(yīng),加快靜脈輸液,同時保持氣道通暢,立即給予腎上腺素30-50μg靜脈注射,必要時重復(fù)應(yīng)用,并持續(xù)靜脈輸注0.05-0.4μg/kg·min,30min 后癥狀逐漸緩解, 術(shù)畢停用腎上腺素,生命體征平穩(wěn)。

        1 花鍵雙過盈配合理論計算

        1.1 花鍵雙過盈配合分析

        為確定花鍵過盈是否能承受使用時的扭矩要求,對過盈量進行計算校核,并確定壓裝力的理論范圍。為分析雙過盈配合的受力和變形情況,先不考慮花鍵精度偏差,取花鍵一對齒進行分析,如圖1所示。

        稀土總量∑REE =192.42~393.09×10-6,總量較高,LREE /HREE=9.49~11.37,平均10.32,輕稀土富集;(La/Yb)N=7.34~10.94,輕重稀土分餾明顯;δEu=0.32~0.52,負Eu異常明顯,說明源區(qū)有斜長石殘留或巖漿演化過程中經(jīng)歷了斜長石的分離結(jié)晶作用。稀土元素分配模式為輕稀土富集右傾。

        在大徑方向上,接觸面積為各齒頂圓接觸面積之和,接觸寬度為外花鍵齒頂圓部位的弧齒厚度。由于鍵側(cè)過盈產(chǎn)生的膨脹量,會影響大徑的過盈量,設(shè)

        為內(nèi)花鍵因鍵側(cè)過盈產(chǎn)生外張的變形量,

        為外花鍵因鍵側(cè)過盈產(chǎn)生擠壓的變形量,

        為內(nèi)花鍵因大徑過盈產(chǎn)生外張的變形量,

        為外花鍵因大徑過盈產(chǎn)生擠壓的變形量。其與大徑尺寸過盈的關(guān)系如下式:

        -

        =

        +

        +

        +

        (1)

        如表1所列,內(nèi)、外花鍵配合的大徑過盈量0.025-0.07,鍵側(cè)過盈量0-0.088,一從、中間軸材料均為20MnCr5,彈性模量2.09GPa,泊松比0.28,一從裝配時加熱溫度為115℃,室溫為25℃,Δ

        為90℃,熱膨脹系數(shù)11.5μm/(m*K)。將數(shù)據(jù)代入以上公式計算,按大徑過盈量為變量繪圖如圖2所示。

        在鍵側(cè)方向上,接觸面積為各齒廓嚙合面積之和,接觸高度為內(nèi)外花鍵有效嚙合弧長。假設(shè)從齒根到齒頂各處齒厚的變形量相同。由于大徑過盈產(chǎn)生的膨脹量,會影響鍵側(cè)的過盈量,設(shè)

        為內(nèi)花鍵因大徑過盈產(chǎn)生外張的變化量,

        為外花鍵因大徑過盈產(chǎn)生擠壓的變化量,

        為內(nèi)花鍵因鍵側(cè)過盈產(chǎn)生外張的變形量,

        為外花鍵因鍵側(cè)過盈產(chǎn)生擠壓的變形量。其與作用尺寸過盈的關(guān)系如下式:

        -

        =

        +

        +

        +

        (2)

        式中:

        —內(nèi)花鍵的作用齒槽寬最小值;

        —外花鍵的作用齒厚最大值;

        國外的循證醫(yī)學(xué)研究表明,抗病毒成分“金剛烷胺”對感冒病毒基本無效,感冒病毒對它耐藥嚴(yán)重,因此國外不再把這個成分添加到復(fù)方感冒藥中。中國藥監(jiān)部門已要求含“金剛烷胺”的感冒藥修改說明書,對于可用于兒童、也可用于成人的氨酚烷胺膠囊,將“5歲以下兒童應(yīng)在醫(yī)師指導(dǎo)下使用”修訂為“5歲以下兒童不推薦使用”,在【禁忌】項中增加“因缺乏新生兒和1歲以下嬰兒安全性和有效性的數(shù)據(jù),新生兒和1歲以下嬰兒禁用本品”。

        對于同一零件受不同的力共同作用產(chǎn)生的變形的應(yīng)力相等,即

        =

        ,聯(lián)立以上式(1)-(16),從而可求得雙過盈下的壓裝力

        和摩擦扭矩

        (3)

        =

        (4)

        假設(shè)各齒的受力和變形相同,對模型簡化處理,取1個齒厚和2個齒槽進行分析。設(shè)定材料為線彈塑性材料,對內(nèi)外花鍵進行有限元網(wǎng)絡(luò)劃分,模型約束和施加位移載荷。為保證分析的過盈區(qū)域滿足簡化要求,調(diào)整配合使大徑僅一處過盈,齒側(cè)兩處過盈,過盈區(qū)域如圖3所示。將計算結(jié)果乘以齒數(shù)得到最終分析的壓裝力。

        (5)

        根據(jù)以上分析,當(dāng)鍵側(cè)過盈時,產(chǎn)生膨脹,使大徑產(chǎn)生向外的變形,如果大徑過盈量小,則大徑上的過盈作用基本不存在,此時雖然鍵側(cè)有過盈,但由于齒向上的精度誤差影響,在實際間隙區(qū)域,當(dāng)受載后因剛度不足產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形,仍可能產(chǎn)生異響,考慮起步扭矩沖擊,須保證

        大于傳遞的扭矩

        。

        曹志成等[13]采用轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝,“轉(zhuǎn)底爐直接還原- 燃氣熔分”及“轉(zhuǎn)底爐直接還原- 磨礦磁選”流程處理銅渣均可獲得鋅品位60.02%的氧化鋅粉塵。曹志成等[14]采用轉(zhuǎn)底爐直接還原和磨礦- 磁選工藝流程,所得最佳還原條件為銅渣∶無煙煤∶石灰石∶工業(yè)純堿=100∶21.5∶10∶1,還原溫度1 280 ℃,還原時間38 min;在布袋收塵系統(tǒng)所得粉塵中氧化鋅含量為74.25%。

        由內(nèi)花鍵向外膨脹產(chǎn)生的變形與齒槽寬的關(guān)系滿足下式:

        =

        -

        -

        (6)

        +

        =

        -

        (7)

        式中:

        —變形后內(nèi)花鍵分度圓直徑;

        —花鍵模數(shù);

        —變形后內(nèi)花鍵齒厚;同樣可得外花鍵向內(nèi)擠壓產(chǎn)生的變形與齒厚的關(guān)系滿足下式:

        =

        -

        -

        (8)

        +

        =

        -

        (9)

        國網(wǎng)德陽供電公司所轄10 kV風(fēng)孟線線路以110 kV風(fēng)光變電站10 kV母線為電源點,線路主要信息如下:

        按變形能理論和鍵齒受力情況可得:

        =

        =

        -1

        6

        (10)

        =

        sin

        (11)

        =2

        cos

        (12)

        (13)

        (14)

        式中:

        —鍵齒受過盈派生的正壓力;

        —花鍵齒廓面積;

        —花鍵接合長度;

        —零件的直徑比;

        —外花鍵的彈性模量;

        —外花鍵的包容系數(shù);

        —零件材料的泊松比;對于內(nèi)花鍵的

        可按式(14)同樣計算可得。

        根據(jù)花鍵尺寸可以計算外花鍵齒頂寬

        ,大徑過盈作用面積

        和側(cè)過盈面積

        =

        (15)

        (16)

        當(dāng)校核花鍵承載扭矩時,內(nèi)花鍵與外花鍵的溫度基本相同,沒有溫差,不考慮熱變形。但當(dāng)計算壓裝時,由于裝配時一從加熱溫度為115℃,室溫為25℃,存在Δ

        為90℃,一從受熱的變形可根據(jù)晶格振動理論,可得到膨脹后的直徑和齒厚變化

        ??筛鶕?jù)分析需要確定是否需要熱變形影響。設(shè)y

        為一從的大徑上的熱變形量,α為一從的熱膨脹系數(shù),x

        滿足下式:

        =

        (

        max

        +

        max

        )

        (17)

        (18)

        式中:

        —考慮花鍵精度和變形差異引起的齒間分配軸向偏載的修正系數(shù),不考慮時按1計算;

        —摩擦系數(shù);

        十八屆四中全會通過的《中共中央關(guān)于全面推進依法治國若干重大問題的決定》,首次提出實行國家機關(guān)“誰執(zhí)法誰普法”普法責(zé)任制。2017年5月,中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于實行國家機關(guān)“誰執(zhí)法誰普法”普法責(zé)任制的意見》(下文簡稱《意見》),《意見》是對黨的十八屆四中全會決定明確提出的實行國家機關(guān)“誰執(zhí)法誰普法”普法責(zé)任制這一重要要求的具體化、規(guī)范化。

        式中:

        —變形后分度圓直徑;

        —花鍵齒數(shù);

        —花鍵壓力角;

        —花鍵基圓半徑;

        1.2 花鍵雙過盈配合壓裝力計算實例

        某型號減速器一從與中間軸花鍵配合參數(shù)如下表1所示:

        式中:

        —內(nèi)花鍵的大徑最小值;

        —外花鍵的大徑最大值;

        大徑實際過盈量

        =

        +

        -1

        6

        ,根據(jù)文獻[8-9]可分別求得由花鍵過盈產(chǎn)生的壓力,設(shè)大徑過盈的壓力為

        ,鍵側(cè)過盈產(chǎn)生的徑向力作用的壓力為

        ,鍵側(cè)的壓力為

        ,

        2 花鍵雙過盈配合CAE分析

        大徑過盈量0.025-0.07mm,鍵側(cè)過盈量0-0.088mm,為評價最小過盈時壓裝力,設(shè)置工況一為大徑過盈量0.025mm,鍵側(cè)過盈量為0mm;設(shè)置工況二為大徑過盈量0mm,鍵側(cè)過盈量為0.088mm;為評價最大過盈時壓裝力,設(shè)置工況三為大徑過盈量0.07mm,鍵側(cè)過盈量為0.088mm;分別分析三種工況下的壓裝力及應(yīng)力,三種工況見表2。

        CAE分析結(jié)果設(shè)計略小于公式計算結(jié)果,與理論基本相符。最大過盈量下產(chǎn)生的應(yīng)力如圖4所示,其最大值為1372MPa,滿足設(shè)計要求。

        3 試驗驗證

        為驗證漸開線花鍵雙過盈壓裝力計算結(jié)果的準(zhǔn)確性,利用帶壓力傳感器的壓機對該花鍵配合進行壓裝試驗,以此對比理論脫出力并實測脫出力。

        試驗挑選6套偏極限樣件,在保證其花鍵參數(shù)都合格的前提下,分別測量出內(nèi)花鍵的實際齒槽寬、實際大徑,再換算過盈量,得到其與壓裝力的關(guān)系,如表3所示。

        患者,女,65歲,患者出現(xiàn)了眩暈以及嘔吐的癥狀,病情發(fā)作時患者如坐舟船之中,且出現(xiàn)了口苦耳鳴的情況,進食出現(xiàn)困難,舌紅苔白,其脈弦滑。選擇小柴胡湯加味進行治療:太子參l0g,柴胡24g,黃芩l0g,半夏l0g,枳殼l0g,竹茹10g,茯苓l5g,白術(shù)30g,澤瀉30g,焦三仙各l0g,甘草6g,水煎服,每天1劑?;颊叻?劑以后,眩暈之癥不再出現(xiàn),再次服用數(shù)劑對藥效進行鞏固,隨訪數(shù)天,未見復(fù)發(fā)。

        由表3可見,壓裝力隨過盈量的增加而增大,大徑過盈量小的壓裝力更小。由于壓入時是動摩擦系數(shù),脫出時是靜摩擦系數(shù),脫出力會比壓入力更大一些,在大徑過盈量小的樣本中,脫出力約為熱壓裝力的2倍多,脫出力變化較大,裝配過中應(yīng)監(jiān)控壓裝力作為主要的評判依據(jù)。

        4 結(jié)論

        為確保新能源汽車起步倒車時沒有異響,對減速器中間軸組件的花鍵聯(lián)接設(shè)計進行了分析研究,提出了花鍵雙過盈的設(shè)計,建立了雙過盈的計算模型,推導(dǎo)了計算公式,并通過通地CAE分析和樣件測試驗證,為產(chǎn)品設(shè)計以及花鍵校核提供相關(guān)經(jīng)驗。由于花鍵精度的影響,且熱變形在輪輻軸向各處均不同,實際結(jié)果會有偏差,同時脫出力的計算有待進一步研究。

        [1]王曉強,馬書林,顧書東,林棟,林俞生.純電動與傳統(tǒng)乘用車起步倒車異響影響因素的對比研究[J].汽車科技,2019(04):15-19.

        [2]李海亮,馮畢,陳濤,王磊.車輛起步異響的分析與對策[J].北京汽車,2017(01):31-34.

        [3]張凱. 某車型起步工況下驅(qū)動輪端粘滑振動噪聲研究[D].重慶理工大學(xué),2021.

        [4]王宋軍,陳啟云,李慧軍,由毅,馮擎峰.漸開線花鍵配合壓裝力計算[J].機械研究與應(yīng)用,2013,26(04):103-105.

        [5]陳宏.漸開線花鍵過盈聯(lián)接拆卸拔出力計算[J].機械工藝師,2000(05):26-27.

        [6]Ballardie G C, Martinez R C. Interference Fit on Involute Splines by the Use of a Helix Angle at the External Spline[C] 24th SAE Brasil International Congress and Display. 2015 (2015-36-0172).

        [7]羅哉,陸藝,郭斌,范偉軍.圓柱軸類零件徑向與軸向熱變形異常現(xiàn)象研究[J].中國機械工程,2012,23(12):1479-1481.

        [8]濮良貴,紀(jì)名剛. 機械設(shè)計[M],高等教育出版社,2000年

        [9]GB /T 5371-2004 極限與配合過盈配合的計算和選用

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