花键管冷挤压成形挤压力的影响因素分析

能否解决花键管冷挤压成形的过程中由于挤压力过大造成的毛坯塑性失稳的现象,是整个花键管冷挤压成形能否顺利进行的关键。因此,有必要对成形挤压力进行有针对性的研究,从材料、模具、毛坯、摩擦等方面着手,分析了这些因素对挤压力的影响。

花键管成形的力学分析

花键管挤压成形中挤压力的计算、失稳弯曲分析、摩擦及润滑方式的选择对分析挤压成形的可行性和花键成形过程分析很重要。本文通过对花键筒的成形方式选择和成形过程分析得出对不规则截面管件挤压变形过程中力的分析和计算方法。

花键管增量式两轮冷滚轧精密成形的数值模拟

花键管冷滚轧精密成形过程不同于花键轴类零件,其坯料金属变形量大,成形过程较为复杂。应用塑性有限元分析软件deform-3d对滚轧成形过程进行了数值模拟,最后得出零件轧制中的应力应变场、金属流动规律,并分析研究了模拟中出现的一些问题,提出了相应的解决方案。

不同材质花键管传热分析数值模拟

利用Fluent软件对花键管在层流状态下的传热情况进行了研究,考察了不同材质、不同进口水温下对花键管的温度场、速度场、压力场的影响。结果表明,Ti与Q345steel、Al材质的花键管传热效果基本相同,分析其导热系数以及材料特性可以得出钛效果最好。通过对花键管内流体流动特征可知,管子中间区域速度最大,随着流体的流动,速度和温度均发生变化。由不同进口水温花键管传热情况,分析其出口水、空气温度变化可知,进口水温T=350K时是水-空气对流传热的临界值,对工业传热应用基础提供指导意义。

花键毂内花键轴向增量挤压成形特征

轴向增量挤压成形工艺为重卡用花键毂长内花键的高效、高性能成形制造提供一条可行途径。为了进一步优化控制内花键轴向增量挤压成形工艺,采用数值方法分析了采用三段挤压冲头的轴向增量挤压成形特征。根据内花键齿形成形情况、材料流动、应力应变分布,可将成形齿形区分为切入区、校形区、退出区和完全成形区,这些区域内的材料位移、等效应力、等效应变在不同成形阶段分布特征类似,只是部分区域轴向长度在不同成形阶段有所不同。成形过程中塑性变形主要发生在切入区,材料主要流动方向是径向和轴向;从切入区到完全成形区,应变逐渐增加至基本保持不变。

花键约束下变形摩擦片角向摆动的数值分析

为了揭示离合器分离状态下摩擦元件变形前后的动力学特性差异,本文研究了花键约束下不同变形程度摩擦片的角向摆动特性,分析了花键界面和翘曲变形对摆动的影响。本文对平直摩擦片进行了力学分析,并建立了平直片角向摆动的动力学模型。在此基础上,对平直片引入薄板的变形函数,考虑几何差异推导出了变形摩擦片的摆动模型。同时,与经典边界条件对比,在摩擦片内径的花键约束处采用了摩擦边界,并且基于几何结构推导出了最大允许摆动角。通过数值仿真,在时域和频域分析了各影响因素对摆动的影响。结果表明:旋转的摩擦片受扰动后,角向摆动频率随转速的增加而增加,而翘曲变形会降低摆动频率。此外,最大摆动角度在低转速时会延长摩擦片摆动的时间,摩擦力则会降低摆动的时间。

参数化设计减小矩形花键滚刀代用圆弧的误差

针对矩形花键滚刀代用圆弧相对于理论法向齿形的误差进行了参数化的程序设计,根据最大误差最小法算法以及回代算法,减小了矩形花键滚刀齿形代用圆弧的误差、获得了合理的代用圆弧的圆心坐标及半径值以及缩短了设计周期。其基本方法:首先计算出矩形花键滚刀法向齿形的坐标点公式,然后用双圆弧来代替理论齿形,推导出双圆弧拟合公式。之后基于最大误差最小法算法和回代算法,最后以ObjectARX为开发工具,基于C#.NETAPI的技术,利用优化后的代用圆弧的圆心坐标和半径值以及数据库中的其他相关参数完成矩形花键滚刀法向齿形图的绘制,并且自主研发设计出一套集矩形花键滚刀参数设计、滚齿自动加工参数仿真、干涉参数验算和滚齿数据处理控制于一体的通用矩形花键滚刀参数人性化自动设计绘制平台,实现渐变和矩形状的花键法向滚刀的滚齿参数自动化绘制设计。

圆柱直齿渐开线外花键跨棒距坐标测量方法

花键是工程领域中传递转矩的重要联结零件,对外花键的齿厚关键参数跨棒距进行测量较为重要。针对圆柱直齿渐开线外花键的坐标测量,建立了外花键坐标测量方法,基于花键齿面模型获取其跨棒距测量的接触点坐标,分析得到花键的跨棒距数值。在花键测量中心上开展渐开线外花键跨棒距坐标测量试验,得到的跨棒距测量结果表明,建立的外花键跨棒距坐标测量方法可用于花键快速自动测量。

多界面浮动花键-柔性轴系自激振动研究

针对直升机超临界尾传动轴系动力学设计需求,开展了浮动花键-柔性轴系自激振动研究。根据浮动花键联接结构形式,分别建立了花键齿面接触模型以及定位面接触模型。参照某型直升机尾水平传动轴系结构,建立了含有浮动花键、膜片联轴器及转轴的多界面浮动花键-柔性轴系动力学模型,并讨论了花键副摩擦诱导下摩擦因数、外阻尼、不平衡量及转速等对系统自激振动的影响。研究结果表明:随着花键副摩擦因数增加,转轴和花键振动响应逐渐增加;在外阻尼和花键副摩擦满足一定条件时,系统可能发生自激振动;系统发生自激振动时处于超临界转速,其振动频率特征由转轴1阶弯曲频率主导,转速越靠近1阶临界转速,转轴振动响应幅值越高。

含浮动花键的直升机超临界轴系自激振动实验研究

为避免含浮动花键超临界轴系的研制及工程应用中出现的自激失稳问题,以某型直升机超临界尾水平轴系为研究对象,定性分析了短轴自激振动的产生机理,开展了浮动花键不同状态下的振动稳定性试验。研究表明:内摩擦阻尼力是短轴自激振动的根本原因,其特征频率为短轴一阶固有频率。正常安装状态下,轴系运转平稳,自激振动幅值均在0.1 mm以下。润滑状态越差齿面损伤越严重,无润滑状态自激振动最大幅值为0.9 mm。定位面配合间隙超限会导致自激振动和齿面损伤,花键侧隙一定程度超限仅有齿面损伤,二者均超限时自激振动最大幅值为4.77 mm,极易发生失稳,且自激振动多出现在小载荷状态。实际应用中应加强振动监控,细化花键检查步骤,控制尾轴同轴度,确保工作安全。

渐开线花键齿侧定心建模及载荷分析

花键具有传输转矩大、自动定心等诸多优点,在传动系统中有着广泛的应用。花键在理想情况下各齿均匀承载,然而,制造误差和安装误差导致各齿间隙存在差异,花键齿间不再均载,从而降低了花键的寿命。在振动环境下,内外花键之间的相对径向运动使各齿的相对间隙不断变化,花键齿间载荷分配更加复杂。为了进一步了解花键齿间载荷分配规律,建立了齿侧定心花键副的动力学模型,并使用Newmark-β法求解了系统动力学方程。计算结果显示,花键各齿啮合力对齿侧间隙很敏感,容易出现偏载现象。此外,探讨了接触长度和精度等级对花键齿间载荷分配的影响,发现接触长度越大、精度等级越低的花键偏载越严重。最后,进行了齿侧配合花键副的接触分析,并对比了两种方法计算的花键各齿啮合力,验证了本文模型的正确性。

浮动花键抗磨损强度分析与试验

为了解决航空发动机附件传动系统花键连接结构在正向设计阶段分析能力薄弱、缺少基础数据支撑,以及在复杂工作条件下齿面磨损严重等问题,开展了浮动花键磨损强度评估方法研究,提出适用于发动机附件传动系统浮动花键的齿面接触应力计算方法。并开展了花键磨损影响因素对比试验,测量不同材料、表面粗糙度、表面处理、润滑条件、偏斜角、齿形条件下的磨损量和齿厚变化量。结果表明:花键表面硬度是决定抗磨损能力的主要因素,硬度大抗磨损能力强;在偏斜状态下工作的花键通过齿形修形改善接触区位置,降低接触应力,可提高抗磨损能力;润滑油润滑可以减小摩擦磨损,减少磨屑产生,是减小花键磨损的首要措施;正确选择齿侧间隙有利于减小磨损发生。

浮动花键接触有限元模型及不对中接触特性研究

针对浮动花键进行有限元建模,分析不同扭矩、不同齿侧间隙等对航空花键接触特性的影响。结果表明:花键Mises应力值、齿面压力、整体变形都随着扭矩的增大,近似线性增大;随着不对中角度的增大,齿侧间隙大的花键的Mises应力增速快;齿侧间隙对花键的Mises应力及齿面压力的影响是非线性变化。

矩形盾构刀盘基体内花键加工工艺优化及夹具设计

基于超大断面矩形盾构掘进机刀盘的基体结构工况和内花键高精度加工工艺难点,重新设计了内花键高精度加工工艺及其焊接防变形夹具。该设计方案在保证刀盘内花键加工精度的同时还可控制焊接变形,显著提升内花键的加工精度,为同类型结构产品的加工制造提供应用参考。

长内花键轴向进给滚轧成形过程材料流动行为

轴向进给滚轧是一种局部加载、轴向增量变形的塑性成形工艺,为长内花键提供了一种高性能、省力成形制造途径。采用数值方法研究分析了采用3滚轧模具的传动轴花键毂内花键轴向进给滚轧过程的材料流动行为。结果表明:材料的流动和变形主要发生在坯料的内表层,外表面基本没有材料流动;内花键轴向进给滚轧过程材料流动速度沿轴向逐渐减小,而累积的材料位移在不同成形区分布基本类似,只是位移量值有区别;不同滚轧模具切入区结构下滚轧过程中材料流动、位移的分布特征和演化特征类似,采用斜切式滚轧模具的滚轧过程中材料轴向流动倾向大于采用径缩式滚轧模具的滚轧过程轴向材料流动。

航空齿轮内花键热处理精度控制技术研究

文章针对航空齿轮内花键热处理精度控制展开研究,提出新的技术方法和加工手段,保证内花键的精度能满足未来航空产品的发展需要,提高热处理内花键的加工稳定性和精度,对航空齿轮内花键产品的试制具有重大意义。

高精度内花键加工方案优化

输入轴内花键精度直接影响整车的噪音、振动及舒适性。针对影响内花键累积公差和跳动公差等问题,通过试制过程中数据收集以及工艺验证,对高精度内花键加工工艺进行优化。结果表明,齿坯加工工艺、拉花键装夹方式、拉床精度水平是影响内花键精度的关键因素。

齿轮箱传动系统渐开线花键的优化研究

随着风电机组齿轮箱扭矩密度的提升,行星传动装置中渐开线平齿根花键已经满足不了目前齿轮箱轻量化设计的需求。针对这一问题,提出了一种将齿轮箱内部传统的渐开线平齿根花键优化为渐开线齿形花键的方法。首先,优化了渐开线齿形花键的齿廓变位系数、齿根高及齿顶高变位系数等,提高了花键的传扭能力;然后,研究了渐开线齿形花键结构,调整了其齿厚公差,使太阳轮可以正常浮动,以补偿齿轮啮合的对中偏差,降低了不均载系数,提高了齿轮箱内部齿轮的承载能力;分析了花键齿面载荷分布,对花键进行了齿向修鼓和螺旋角修形,改善了花键齿宽载荷分布,避免了花键轮齿端部受载过高,延长了花键联接的使用寿命;最后,使用工程算法,校核了花键抗剪切、抗磨损及花键连接本体强度等;通过齿轮箱相关试验,分析了齿轮箱拆检后花键齿面啮合情况,验证了渐开线齿形花键的扭矩传递能力。研究结果表明:采用渐开线齿形花键,通过优化其参数,可以提高花键的齿面接触强度,花键的扭矩传递能力提高了约10%,齿形花键的扭矩传递能力得到了实例验证。

悬挂式驱动部花键联接的应用与研究

花键联接的悬挂式驱动部相对于联轴器联接的落地式驱动部,所占空间小,不需要打地基,与传动机架一体设计。在相同工作状态下,对于花键联接、单键联接、联轴器联接3种方式,从发生故障的频率、使用精度及使用效果方面来看,花键联接性价比相对较高。但花键联接也存在一定的问题,由于在工作过程中滚筒轴会产生挠度变形,在花键联接处发生交变载荷,从而导致滚筒轴和花键的受力状态发生改变,造成滚筒轴和花键之间磨损加剧。因此需要将滚筒轴与花键联接的部位进行一定的优化改进,以此来减轻由滚筒轴挠度变形引起的磨损。

某型变速器一挡齿轮内花键热处理变形改善

针对某型汽车变速器一挡齿轮在热处理(渗碳淬火)后出现内花键M值超差,影响塞规检测和装配,从齿轮的材料淬透性、机加工和热处理等环节进行了相关研究和改善验证,得出了影响该内花键变形的因子并采取相应措施进行优化,减少和控制内花键变形量,解决M值和锥度引起的内花键问题,提高产品合格率。