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传动轴的改进设计与制造.pdf

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传动轴的改进设计与制造.pdf

传动轴的改进设计与制造大连理工大学模具研究所(辽宁116023)刘克成王林1.原始设计及缺陷分析本文所涉及的传动轴应用于某进口建筑工程泵车上,由于工作环境恶劣,该部件极容易损坏,更新频繁。为了降低成本,逐步实现关键零部件的国产化,国内某机械加工厂测绘仿制了该传动轴。初始的设计方案如图1所示,轴的中轴部位有一大的输油孔,轴肩部位有一直径较小的输油孔,两孔贯通。该泵车工作时液压缸的输出扭矩约为9000N·ITI,键槽与齿轮传动,实际生产应用中进口轴的寿命大致1年,国内仿制的使用寿命大约只有4个月。考虑到我们国内的材料性能、机械加工水平,显然该零件的初始设计加工方案中存在缺陷,需要重新进行结构设计和改进加工工艺。图1原始设计方案该传动轴的失效断裂情形如图2所示,断裂面产生在轴肩侧壁小输油孔所在截面。仔细观察该断面,可以发现,在小输油孔周围的断面颜色较深,而且表面呈不规则自由面,而该断面的其他部位几何形状较均匀一致,呈现明显的扭转断裂状。结合实际工作环境,该传动轴工作时载荷状态为低速重载,高压润滑油从轴的中tL,?L入,侧壁小孑L出,给齿轮轴承提供润滑。因此,可以分析得出,侧壁小孔周围部位失效是因为在孔加工时,由于表面质量达不到要求而存在微裂纹,高压润滑油浸入裂纹,致使裂纹扩散,从而使得轴在该截面的强剪切形成..图2断面分析度达不到设计要求,在下一次重载工作时造成截面的其余部位集体断裂,因摩擦而呈现近乎整齐光亮的断面。对初始设计方案应用有限元分析计算进行强度校核,结果显示在额定工作载荷下该传动轴的轴肩部位强度满足要求,然而键槽部位在额定载荷下已经产生了挤压变形,轴的根部和小孔所在部位形成了应力集中,如图3所示。图3初始方案的分析计算结果因而对该传动轴初始设计的缺陷分析如下:(1)由于小输油孔位置靠近轴根部位,在工作载荷的作用下容易在侧壁小输油孔处形成应力集中。(2)侧壁的小输油孔是给轴承供油润滑,工作压力较大,如果内孔加工表面质量达不到要求,那么在高压油的作用下,很容易使得内孑L表面的裂纹逐渐扩展,致使轴的强度达不到要求而断裂失效。(3)键槽部位的强度不足,产生了较大的挤压变形。由分析可知,键槽部位和侧壁输油孑L部位强度最弱。继续加大载荷,在扭矩达到额定扭矩约2倍时,产生了破坏变形。2.改进后的设计及分析在以上分析的基础之上,我们做了如下改进:(1)将侧壁输油孔的位置外移了

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