新能源減速器中間軸組件花鍵聯(lián)接設(shè)計(jì)

0 引言

新能源汽車(chē)的電機(jī)特性使整車(chē)在低速時(shí)即可產(chǎn)生最大扭矩，容易產(chǎn)生起步倒車(chē)異響

，這種異響是由零件間相對(duì)滑動(dòng)的摩擦振動(dòng)引起的噪聲

，在汽車(chē)半軸與輪轂的聯(lián)接中很常見(jiàn)，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(chē)減速器中，一級(jí)從動(dòng)齒輪與二級(jí)主動(dòng)齒輪軸(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)盈、鍵側(cè)過(guò)盈或采用螺旋角配合鍵側(cè)過(guò)盈，文獻(xiàn)[4-6]提供了相關(guān)的計(jì)算方法。由于大徑過(guò)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(guò)盈量不能滿(mǎn)足新能源汽車(chē)沖擊要求時(shí)，由粘滯噪聲產(chǎn)生機(jī)理可知，過(guò)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(guò)盈聯(lián)接方式。目前并無(wú)花鍵雙過(guò)盈配合的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和壓裝力的分析與計(jì)算。本文以某型號(hào)新能源汽車(chē)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(guò)盈配合的計(jì)算模型，計(jì)算了不同的過(guò)盈量對(duì)應(yīng)的壓裝力，進(jìn)行了CAE分析，并通過(guò)壓裝力和脫出力測(cè)試試驗(yàn)，為新能源減速器中間軸組件花鍵聯(lián)接設(shè)計(jì)提供了一些經(jīng)驗(yàn)。

腎上腺素是α-受體激動(dòng)劑，增大周?chē)茏枇Γ瑴p輕水腫，同時(shí)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(guò)敏反應(yīng)的一線(xiàn)用藥[7，8]。本例患者注射苯磺酸順式阿曲庫(kù)銨后發(fā)生過(guò)敏反應(yīng)，加快靜脈輸液，同時(shí)保持氣道通暢，立即給予腎上腺素30-50μg靜脈注射，必要時(shí)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(guò)盈配合理論計(jì)算

1.1 花鍵雙過(guò)盈配合分析

為確定花鍵過(guò)盈是否能承受使用時(shí)的扭矩要求，對(duì)過(guò)盈量進(jìn)行計(jì)算校核，并確定壓裝力的理論范圍。為分析雙過(guò)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(duì)齒進(jìn)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(fù)Eu異常明顯，說(shuō)明源區(qū)有斜長(zhǎng)石殘留或巖漿演化過(guò)程中經(jīng)歷了斜長(zhǎng)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(guò)盈產(chǎn)生的膨脹量，會(huì)影響大徑的過(guò)盈量，設(shè)

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

為外花鍵因鍵側(cè)過(guò)盈產(chǎn)生擠壓的變形量,

為內(nèi)花鍵因大徑過(guò)盈產(chǎn)生外張的變形量,

為外花鍵因大徑過(guò)盈產(chǎn)生擠壓的變形量。其與大徑尺寸過(guò)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(guò)盈量0.025-0.07，鍵側(cè)過(guò)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(shí)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(jì)算，按大徑過(guò)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(zhǎng)。假設(shè)從齒根到齒頂各處齒厚的變形量相同。由于大徑過(guò)盈產(chǎn)生的膨脹量，會(huì)影響鍵側(cè)的過(guò)盈量，設(shè)

為內(nèi)花鍵因大徑過(guò)盈產(chǎn)生外張的變化量,

為外花鍵因大徑過(guò)盈產(chǎn)生擠壓的變化量,

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

為外花鍵因鍵側(cè)過(guò)盈產(chǎn)生擠壓的變形量。其與作用尺寸過(guò)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(guó)外的循證醫(yī)學(xué)研究表明，抗病毒成分“金剛烷胺”對(duì)感冒病毒基本無(wú)效，感冒病毒對(duì)它耐藥嚴(yán)重，因此國(guó)外不再把這個(gè)成分添加到復(fù)方感冒藥中。中國(guó)藥監(jiān)部門(mén)已要求含“金剛烷胺”的感冒藥修改說(shuō)明書(shū)，對(duì)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(xiàng)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(duì)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(guò)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(duì)模型簡(jiǎn)化處理，取1個(gè)齒厚和2個(gè)齒槽進(jìn)行分析。設(shè)定材料為線(xiàn)彈塑性材料，對(duì)內(nèi)外花鍵進(jìn)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(guò)盈區(qū)域滿(mǎn)足簡(jiǎn)化要求，調(diào)整配合使大徑僅一處過(guò)盈，齒側(cè)兩處過(guò)盈，過(guò)盈區(qū)域如圖3所示。將計(jì)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(guò)盈時(shí)，產(chǎn)生膨脹，使大徑產(chǎn)生向外的變形，如果大徑過(guò)盈量小，則大徑上的過(guò)盈作用基本不存在，此時(shí)雖然鍵側(cè)有過(guò)盈，但由于齒向上的精度誤差影響，在實(shí)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?xì)馊鄯帧奔啊稗D(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(wú)煙煤∶石灰石∶工業(yè)純堿=100∶21.5∶10∶1，還原溫度1 280 ℃，還原時(shí)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(mǎn)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(mǎn)足下式：

=

-

-

(8)

+

=

-

(9)

國(guó)網(wǎng)德陽(yáng)供電公司所轄10 kV風(fēng)孟線(xiàn)線(xiàn)路以110 kV風(fēng)光變電站10 kV母線(xiàn)為電源點(diǎn)，線(xiàn)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(guò)盈派生的正壓力；

—花鍵齒廓面積；

—花鍵接合長(zhǎng)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(duì)于內(nèi)花鍵的

可按式(14)同樣計(jì)算可得。

根據(jù)花鍵尺寸可以計(jì)算外花鍵齒頂寬

，大徑過(guò)盈作用面積

和側(cè)過(guò)盈面積

：

=

(15)

(16)

當(dāng)校核花鍵承載扭矩時(shí)，內(nèi)花鍵與外花鍵的溫度基本相同，沒(méi)有溫差，不考慮熱變形。但當(dāng)計(jì)算壓裝時(shí)，由于裝配時(shí)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(dòng)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(mǎn)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(shí)按1計(jì)算；

—摩擦系數(shù)；

十八屆四中全會(huì)通過(guò)的《中共中央關(guān)于全面推進(jìn)依法治國(guó)若干重大問(wèn)題的決定》，首次提出實(shí)行國(guó)家機(jī)關(guān)“誰(shuí)執(zhí)法誰(shuí)普法”普法責(zé)任制。2017年5月，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于實(shí)行國(guó)家機(jī)關(guān)“誰(shuí)執(zhí)法誰(shuí)普法”普法責(zé)任制的意見(jiàn)》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)《意見(jiàn)》），《意見(jiàn)》是對(duì)黨的十八屆四中全會(huì)決定明確提出的實(shí)行國(guó)家機(jī)關(guān)“誰(shuí)執(zhí)法誰(shuí)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(guò)盈配合壓裝力計(jì)算實(shí)例

某型號(hào)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(shí)際過(guò)盈量

=

+

-1

6

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

,鍵側(cè)過(guò)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(guò)盈配合CAE分析

大徑過(guò)盈量0.025-0.07mm，鍵側(cè)過(guò)盈量0-0.088mm，為評(píng)價(jià)最小過(guò)盈時(shí)壓裝力，設(shè)置工況一為大徑過(guò)盈量0.025mm，鍵側(cè)過(guò)盈量為0mm；設(shè)置工況二為大徑過(guò)盈量0mm，鍵側(cè)過(guò)盈量為0.088mm；為評(píng)價(jià)最大過(guò)盈時(shí)壓裝力，設(shè)置工況三為大徑過(guò)盈量0.07mm，鍵側(cè)過(guò)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(jiàn)表2。

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

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證漸開(kāi)線(xiàn)花鍵雙過(guò)盈壓裝力計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，利用帶壓力傳感器的壓機(jī)對(duì)該花鍵配合進(jìn)行壓裝試驗(yàn)，以此對(duì)比理論脫出力并實(shí)測(cè)脫出力。

試驗(yàn)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(cè)量出內(nèi)花鍵的實(shí)際齒槽寬、實(shí)際大徑，再換算過(guò)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(shí)患者如坐舟船之中,且出現(xiàn)了口苦耳鳴的情況,進(jìn)食出現(xiàn)困難,舌紅苔白,其脈弦滑。選擇小柴胡湯加味進(jìn)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。患者服用3劑以后,眩暈之癥不再出現(xiàn),再次服用數(shù)劑對(duì)藥效進(jìn)行鞏固,隨訪(fǎng)數(shù)天,未見(jiàn)復(fù)發(fā)。

由表3可見(jiàn)，壓裝力隨過(guò)盈量的增加而增大，大徑過(guò)盈量小的壓裝力更小。由于壓入時(shí)是動(dòng)摩擦系數(shù)，脫出時(shí)是靜摩擦系數(shù)，脫出力會(huì)比壓入力更大一些，在大徑過(guò)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(guò)中應(yīng)監(jiān)控壓裝力作為主要的評(píng)判依據(jù)。

4 結(jié)論

為確保新能源汽車(chē)起步倒車(chē)時(shí)沒(méi)有異響，對(duì)減速器中間軸組件的花鍵聯(lián)接設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析研究，提出了花鍵雙過(guò)盈的設(shè)計(jì)，建立了雙過(guò)盈的計(jì)算模型，推導(dǎo)了計(jì)算公式，并通過(guò)通地CAE分析和樣件測(cè)試驗(yàn)證，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及花鍵校核提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。由于花鍵精度的影響，且熱變形在輪輻軸向各處均不同，實(shí)際結(jié)果會(huì)有偏差，同時(shí)脫出力的計(jì)算有待進(jìn)一步研究。

[1]王曉強(qiáng),馬書(shū)林,顧書(shū)東,林棟,林俞生.純電動(dòng)與傳統(tǒng)乘用車(chē)起步倒車(chē)異響影響因素的對(duì)比研究[J].汽車(chē)科技,2019(04):15-19.

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

[9]GB /T 5371-2004 極限與配合過(guò)盈配合的計(jì)算和選用