新能源减速器中间轴组件花键联接设计

0 引言

新能源汽车的电机特性使整车在低速时即可产生最大扭矩，容易产生起步倒车异响

，这种异响是由零件间相对滑动的摩擦振动引起的噪声

，在汽车半轴与轮毂的联接中很常见，在减速器的中间轴组件的花键联接中也经常发生。在新能源汽车减速器中，一级从动齿轮与二级主动齿轮轴(以下简称一从与中间轴)大多采用花键联接，为保证花键联接牢固，一般采用大径过盈、键侧过盈或采用螺旋角配合键侧过盈，文献[4-6]提供了相关的计算方法。由于大径过盈具有很好的花键定心及工艺性而广泛应用，但当大径过盈量不能满足新能源汽车冲击要求时，由粘滞噪声产生机理可知，过盈量越大，可能产生的异响越大，需要采用大径和健侧双过盈联接方式。目前并无花键双过盈配合的相关标准和压装力的分析与计算。本文以某型号新能源汽车减速器一从与中间轴花键配合为例，考虑粗糙度、温度、制造精度误差的影响，建立了花键双过盈配合的计算模型，计算了不同的过盈量对应的压装力，进行了CAE分析，并通过压装力和脱出力测试试验，为新能源减速器中间轴组件花键联接设计提供了一些经验。

肾上腺素是α-受体激动剂，增大周围血管阻力，减轻水肿，同时兴奋β2-受体缓解支气管痉挛，增加心肌收缩力，抑制炎症介质白三烯等释放，是严重过敏反应的一线用药[7，8]。本例患者注射苯磺酸顺式阿曲库铵后发生过敏反应，加快静脉输液，同时保持气道通畅，立即给予肾上腺素30-50μg静脉注射，必要时重复应用，并持续静脉输注0.05-0.4μg/kg·min，30min 后症状逐渐缓解， 术毕停用肾上腺素，生命体征平稳。

1 花键双过盈配合理论计算

1.1 花键双过盈配合分析

为确定花键过盈是否能承受使用时的扭矩要求，对过盈量进行计算校核，并确定压装力的理论范围。为分析双过盈配合的受力和变形情况，先不考虑花键精度偏差，取花键一对齿进行分析，如图1所示。

稀土总量∑REE =192.42～393.09×10-6，总量较高，LREE /HREE=9.49～11.37，平均10.32，轻稀土富集；(La/Yb)N=7.34～10.94，轻重稀土分馏明显；δEu=0.32～0.52,负Eu异常明显，说明源区有斜长石残留或岩浆演化过程中经历了斜长石的分离结晶作用。稀土元素分配模式为轻稀土富集右倾。

在大径方向上，接触面积为各齿顶圆接触面积之和，接触宽度为外花键齿顶圆部位的弧齿厚度。由于键侧过盈产生的膨胀量，会影响大径的过盈量，设

为内花键因键侧过盈产生外张的变形量,

为外花键因键侧过盈产生挤压的变形量,

为内花键因大径过盈产生外张的变形量,

为外花键因大径过盈产生挤压的变形量。其与大径尺寸过盈的关系如下式：

-

=

+

+

+

(1)

如表1所列，内、外花键配合的大径过盈量0.025-0.07，键侧过盈量0-0.088，一从、中间轴材料均为20MnCr5，弹性模量2.09GPa，泊松比0.28，一从装配时加热温度为115℃，室温为25℃，Δ

为90℃，热膨胀系数11.5μm/(m*K)。将数据代入以上公式计算，按大径过盈量为变量绘图如图2所示。

在键侧方向上，接触面积为各齿廓啮合面积之和，接触高度为内外花键有效啮合弧长。假设从齿根到齿顶各处齿厚的变形量相同。由于大径过盈产生的膨胀量，会影响键侧的过盈量，设

为内花键因大径过盈产生外张的变化量,

为外花键因大径过盈产生挤压的变化量,

为内花键因键侧过盈产生外张的变形量,

为外花键因键侧过盈产生挤压的变形量。其与作用尺寸过盈的关系如下式：

-

=

+

+

+

(2)

式中：

—内花键的作用齿槽宽最小值；

—外花键的作用齿厚最大值；

国外的循证医学研究表明，抗病毒成分“金刚烷胺”对感冒病毒基本无效，感冒病毒对它耐药严重，因此国外不再把这个成分添加到复方感冒药中。中国药监部门已要求含“金刚烷胺”的感冒药修改说明书，对于可用于儿童、也可用于成人的氨酚烷胺胶囊，将“5岁以下儿童应在医师指导下使用”修订为“5岁以下儿童不推荐使用”，在【禁忌】项中增加“因缺乏新生儿和1岁以下婴儿安全性和有效性的数据，新生儿和1岁以下婴儿禁用本品”。

对于同一零件受不同的力共同作用产生的变形的应力相等，即

=

，联立以上式(1)-(16)，从而可求得双过盈下的压装力

和摩擦扭矩

：

(3)

=

(4)

假设各齿的受力和变形相同，对模型简化处理，取1个齿厚和2个齿槽进行分析。设定材料为线弹塑性材料，对内外花键进行有限元网络划分，模型约束和施加位移载荷。为保证分析的过盈区域满足简化要求，调整配合使大径仅一处过盈，齿侧两处过盈，过盈区域如图3所示。将计算结果乘以齿数得到最终分析的压装力。

(5)

根据以上分析，当键侧过盈时，产生膨胀，使大径产生向外的变形，如果大径过盈量小，则大径上的过盈作用基本不存在，此时虽然键侧有过盈，但由于齿向上的精度误差影响，在实际间隙区域，当受载后因刚度不足产生扭转变形，仍可能产生异响，考虑起步扭矩冲击，须保证

大于传递的扭矩

。

曹志成等[13]采用转底炉直接还原工艺，“转底炉直接还原- 燃气熔分”及“转底炉直接还原- 磨矿磁选”流程处理铜渣均可获得锌品位60.02%的氧化锌粉尘。曹志成等[14]采用转底炉直接还原和磨矿- 磁选工艺流程，所得最佳还原条件为铜渣∶无烟煤∶石灰石∶工业纯碱=100∶21.5∶10∶1，还原温度1 280 ℃，还原时间38 min；在布袋收尘系统所得粉尘中氧化锌含量为74.25%。

由内花键向外膨胀产生的变形与齿槽宽的关系满足下式：

=

-

-

(6)

+

=

-

(7)

式中：

—变形后内花键分度圆直径；

—花键模数；

—变形后内花键齿厚；同样可得外花键向内挤压产生的变形与齿厚的关系满足下式：

=

-

-

(8)

+

=

-

(9)

国网德阳供电公司所辖10 kV风孟线线路以110 kV风光变电站10 kV母线为电源点，线路主要信息如下：

按变形能理论和键齿受力情况可得：

=

=

-1

6

(10)

=

sin

(11)

=2

cos

(12)

(13)

(14)

式中：

—键齿受过盈派生的正压力；

—花键齿廓面积；

—花键接合长度；

—零件的直径比；

—外花键的弹性模量；

—外花键的包容系数；

—零件材料的泊松比；对于内花键的

可按式(14)同样计算可得。

根据花键尺寸可以计算外花键齿顶宽

，大径过盈作用面积

和侧过盈面积

：

=

(15)

(16)

当校核花键承载扭矩时，内花键与外花键的温度基本相同，没有温差，不考虑热变形。但当计算压装时，由于装配时一从加热温度为115℃，室温为25℃，存在Δ

为90℃，一从受热的变形可根据晶格振动理论，可得到膨胀后的直径和齿厚变化

。可根据分析需要确定是否需要热变形影响。设y

为一从的大径上的热变形量，α为一从的热膨胀系数，x

满足下式：

=

(

max

+

max

)

(17)

(18)

式中：

—考虑花键精度和变形差异引起的齿间分配轴向偏载的修正系数，不考虑时按1计算；

—摩擦系数；

十八届四中全会通过的《中共中央关于全面推进依法治国若干重大问题的决定》，首次提出实行国家机关“谁执法谁普法”普法责任制。2017年5月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于实行国家机关“谁执法谁普法”普法责任制的意见》（下文简称《意见》），《意见》是对党的十八届四中全会决定明确提出的实行国家机关“谁执法谁普法”普法责任制这一重要要求的具体化、规范化。

式中：

—变形后分度圆直径；

—花键齿数；

—花键压力角；

—花键基圆半径；

1.2 花键双过盈配合压装力计算实例

某型号减速器一从与中间轴花键配合参数如下表1所示：

式中：

—内花键的大径最小值；

—外花键的大径最大值；

大径实际过盈量

=

+

-1

6

，根据文献[8-9]可分别求得由花键过盈产生的压力，设大径过盈的压力为

,键侧过盈产生的径向力作用的压力为

，键侧的压力为

，

2 花键双过盈配合CAE分析

大径过盈量0.025-0.07mm，键侧过盈量0-0.088mm，为评价最小过盈时压装力，设置工况一为大径过盈量0.025mm，键侧过盈量为0mm；设置工况二为大径过盈量0mm，键侧过盈量为0.088mm；为评价最大过盈时压装力，设置工况三为大径过盈量0.07mm，键侧过盈量为0.088mm；分别分析三种工况下的压装力及应力，三种工况见表2。

CAE分析结果设计略小于公式计算结果，与理论基本相符。最大过盈量下产生的应力如图4所示，其最大值为1372MPa，满足设计要求。

3 试验验证

为验证渐开线花键双过盈压装力计算结果的准确性，利用带压力传感器的压机对该花键配合进行压装试验，以此对比理论脱出力并实测脱出力。

试验挑选6套偏极限样件，在保证其花键参数都合格的前提下，分别测量出内花键的实际齿槽宽、实际大径，再换算过盈量，得到其与压装力的关系，如表3所示。

患者,女,65岁,患者出现了眩晕以及呕吐的症状,病情发作时患者如坐舟船之中,且出现了口苦耳鸣的情况,进食出现困难,舌红苔白,其脉弦滑。选择小柴胡汤加味进行治疗:太子参l0g,柴胡24g,黄芩l0g,半夏l0g,枳壳l0g,竹茹10g,茯苓l5g,白术30g,泽泻30g,焦三仙各l0g,甘草6g,水煎服,每天1剂。患者服用3剂以后,眩晕之症不再出现,再次服用数剂对药效进行巩固,随访数天,未见复发。

由表3可见，压装力随过盈量的增加而增大，大径过盈量小的压装力更小。由于压入时是动摩擦系数，脱出时是静摩擦系数，脱出力会比压入力更大一些，在大径过盈量小的样本中，脱出力约为热压装力的2倍多，脱出力变化较大，装配过中应监控压装力作为主要的评判依据。

4 结论

为确保新能源汽车起步倒车时没有异响，对减速器中间轴组件的花键联接设计进行了分析研究，提出了花键双过盈的设计，建立了双过盈的计算模型，推导了计算公式，并通过通地CAE分析和样件测试验证，为产品设计以及花键校核提供相关经验。由于花键精度的影响，且热变形在轮辐轴向各处均不同，实际结果会有偏差，同时脱出力的计算有待进一步研究。

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[3]张凯. 某车型起步工况下驱动轮端粘滑振动噪声研究[D].重庆理工大学,2021.

[4]王宋军,陈启云,李慧军,由毅,冯擎峰.渐开线花键配合压装力计算[J].机械研究与应用,2013,26(04):103-105.

[5]陈宏.渐开线花键过盈联接拆卸拔出力计算[J].机械工艺师,2000(05):26-27.

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[7]罗哉,陆艺,郭斌,范伟军.圆柱轴类零件径向与轴向热变形异常现象研究[J].中国机械工程,2012,23(12):1479-1481.

[8]濮良贵，纪名刚. 机械设计[M]，高等教育出版社，2000年

[9]GB /T 5371-2004 极限与配合过盈配合的计算和选用