新能源減速器中間軸組件花鍵聯(lián)接設計

0 引言

新能源汽車的電機特性使整車在低速時即可產生最大扭矩，容易產生起步倒車異響

，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、鍵側過盈或采用螺旋角配合鍵側過盈，文獻[4-6]提供了相關的計算方法。由于大徑過盈具有很好的花鍵定心及工藝性而廣泛應用，但當大徑過盈量不能滿足新能源汽車沖擊要求時，由粘滯噪聲產生機理可知，過盈量越大，可能產生的異響越大，需要采用大徑和健側雙過盈聯(lián)接方式。目前并無花鍵雙過盈配合的相關標準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，抑制炎癥介質白三烯等釋放，是嚴重過敏反應的一線用藥[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，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，必要時重復應用，并持續(xù)靜脈輸注0.05-0.4μg/kg·min，30min 后癥狀逐漸緩解， 術畢停用腎上腺素，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。由于鍵側過盈產生的膨脹量，會影響大徑的過盈量，設

為內花鍵因鍵側過盈產生外張的變形量,

為外花鍵因鍵側過盈產生擠壓的變形量,

為內花鍵因大徑過盈產生外張的變形量,

為外花鍵因大徑過盈產生擠壓的變形量。其與大徑尺寸過盈的關系如下式：

-

=

+

+

+

(1)

如表1所列，內、外花鍵配合的大徑過盈量0.025-0.07，鍵側過盈量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。

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

為內花鍵因大徑過盈產生外張的變化量,

為外花鍵因大徑過盈產生擠壓的變化量,

為內花鍵因鍵側過盈產生外張的變形量,

為外花鍵因鍵側過盈產生擠壓的變形量。其與作用尺寸過盈的關系如下式：

-

=

+

+

+

(2)

式中：

—內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重，因此國外不再把這個成分添加到復方感冒藥中。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歲以下兒童應在醫(yī)師指導下使用”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生的變形的應力相等，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。設定材料為線彈塑性材料，對內外花鍵進行有限元網(wǎng)絡劃分，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，調整配合使大徑僅一處過盈，齒側兩處過盈，過盈區(qū)域如圖3所示。將計算結果乘以齒數(shù)得到最終分析的壓裝力。

(5)

根據(jù)以上分析，當鍵側過盈時，產生膨脹，使大徑產生向外的變形，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，當受載后因剛度不足產生扭轉變形，仍可能產生異響，考慮起步扭矩沖擊，須保證

大于傳遞的扭矩

。

曹志成等[13]采用轉底爐直接還原工藝，“轉底爐直接還原- 燃氣熔分”及“轉底爐直接還原- 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%。

由內花鍵向外膨脹產生的變形與齒槽寬的關系滿足下式：

=

-

-

(6)

+

=

-

(7)

式中：

—變形后內花鍵分度圓直徑；

—花鍵模數(shù)；

—變形后內花鍵齒厚；同樣可得外花鍵向內擠壓產生的變形與齒厚的關系滿足下式：

=

-

-

(8)

+

=

-

(9)

國網(wǎng)德陽供電公司所轄10 kV風孟線線路以110 kV風光變電站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

和側過盈面積

：

=

(15)

(16)

當校核花鍵承載扭矩時，內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

。可根據(jù)分析需要確定是否需要熱變形影響。設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“誰執(zhí)法誰普法”普法責任制。2017年5月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)《關于實行國家機關“誰執(zhí)法誰普法”普法責任制的意見》（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“誰執(zhí)法誰普法”普法責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生的壓力，設大徑過盈的壓力為

,鍵側過盈產生的徑向力作用的壓力為

，鍵側的壓力為

，

2 花鍵雙過盈配合CAE分析

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

CAE分析結果設計略小于公式計算結果，與理論基本相符。最大過盈量下產生的應力如圖4所示，其最大值為1372MPa，滿足設計要求。

3 試驗驗證

為驗證漸開線花鍵雙過盈壓裝力計算結果的準確性，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)劑對藥效進行鞏固,隨訪數(shù)天,未見復發(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，裝配過中應監(jiān)控壓裝力作為主要的評判依據(jù)。

4 結論

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)接設計進行了分析研究，提出了花鍵雙過盈的設計，建立了雙過盈的計算模型，推導了計算公式，并通過通地CAE分析和樣件測試驗證，為產品設計以及花鍵校核提供相關經(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，實際結果會有偏差，同時脫出力的計算有待進一步研究。

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[8]濮良貴，紀名剛. 機械設計[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