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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9000NITI,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一些,避开轴根部应力集中区域。2将直孔变为斜孔,增加了垂直轴向截面的强度。3对内孔的加工,增添了铰孔、镗孔工序,提高内孔的表面质量。4对侧壁小孑L的加工也增加了铰孔工序。5将键槽传动改为六棱形花键传动,使得传动的最大扭矩得到了增强。参曷工冷加工兰生笙丝塑■■WWW.maohtf7}st.c0111.cn工装零件的分解设计中国瑞立集团汽车液压件公司浙江瑞安325000董玉明我们在设计工装零件时,常常采用整体设计。整体设计的零件在加工时,能保证零件的位置精度,不需要调整,同时绘图工作量小。但是对于一些位置精度要求不高的零件,如果进行分解设计,可能会得到意想不到的效果。1.分解设计工艺性好图1是我们公司压装钢球的压杆。头部压销用于压钢球钢球直径4mm,压杆柄端面的大半圈220。尖齿用于收口。过去采用整体设计由于难于加工,只好设计成两件,一件用于压入钢球,另一件用于收口。后来改成图1所示的分解设计以后,在压杆柄端面车成一圈尖齿装销前磨掉140。,端面中心钻、铰装压销孔,然后过盈装配一件端面带内锥的压销即可,加工变。。IhI¨I_。IIh。¨Itll。III}¨lIIIIIIIII一I.。¨¨_一lII_l¨。III¨¨libI.改进后的设计方案如图4所示,在ANSYS有限元分析软件中进行扭矩模拟分析,得出分析结果如图5所示。分析结果显示,在扭矩达到额定载荷3倍时,花键表面和小油孔部位的强度都得到了满足,保证了实际工作的需要。图4改进后的设计方案按照改进后的设计方案加工成本稍有增加,但与进口部件相比,成本仍不到1/3,而且显著提高了工件寿命。经生产实践应用,该传动轴的寿命已经由一图5改进后方案的分析计算结果原来的4个月提高到10个月以上,完全替代了进口部件,降低了该机械的使用成本。MW收稿日期20080707口生茎丝塑参磊肛籼工WWw.macnmIst.c0m.cn得简单易行。另外,压杆还可以进一步分解设计成图2所示的三体式结构。压头2和手柄3用合金工具钢,压销1用45钢,更能发挥材料和热处理的优点。A放大图1压杆分解设计图1.压销2.压杆柄2.分解设计寿命长图3是我们公司产品试验用的油箱。过去一直采用整体设计,用圆棒料车成,费工费料。而且后端21.5mm孔处厚度只有1.2mm,每试验一台产品,出油口接图2压杆三体设计图1.压销2.压头3.手柄1234图3油箱分解设计图1.箱体2.密封圈3.端盖4.螺钉头都要在此处拧上拧下,油箱经常因此部位磨损和变形而报废。改成分解设计后,只需更换端盖。箱体也不用圆棒料而改用管料加工,省工省料,大大地延长了油箱的使用寿命。3.结语我们在设计工装零件时,如果改变一下设计思路,更换一下设计方法,就能改善零件的加工工艺性,易损部位能更换,就能够得到比较满意的设计结果。MW收稿日期20080729
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