一种提高大功率传动装置主轴寿命的设计方法与流程

本发明涉及机械传动技术领域，具体涉及一种提高传递扭矩的大功率传动装置主轴的寿命设计方法。

背景技术：

主轴是传动装置系统的关键零件，通常实现变速机构的动力输出，或者车辆的转向功能。目前大吨位车辆中使用的主轴，正常直驶时，主轴中间花键输入的最大扭矩和两侧花键输出扭矩时均达到几千牛米，中心转向时，主轴中间花键无输入，两侧花键承受扭矩方向相反，扭矩值高达上万牛米，由此可见对主轴强度的高要求。

在一些车辆中曾出现大批量主轴断裂损坏的情况，严重影响了车辆的功能性、寿命和可靠性。因此开展高强度、长寿命主轴的研制迫在眉睫，并形成一种提高传递扭矩的大功率传动装置主轴的寿命设计方法，满足使用需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种提高大功率传动装置主轴寿命的设计方法，该设计方法能够延长主轴的使用寿命，使其满足使用要求。

一种提高大功率传动装置主轴寿命的设计方法，所述主轴包括左侧花键、中间花键和右侧花键部分，在主轴左、右端均有顶尖孔和轴承支撑定位圆柱面，左侧花键和中间花键之间部分是左侧光轴，右侧花键和中间花键之间部分是右侧光轴；所述设计方法的设计步骤如下：

步骤一：主轴外径发生变化的台阶设计圆角过渡，

步骤二：过渡圆角表面粗糙度和光轴表面粗糙度采用gb/t1031-2009中12级；

步骤三：采用等刚度原则设计中间花键的左右两侧部分的刚度一致。

进一步地，所述主轴有热处理硬度和对应材料抗拉强度的要求，要求随炉样件试验检测。

进一步地，所述两端轴承定位圆柱面为基准，左侧花键、中间花键和右侧花键相对基准的跳动不高于国标gb/t1184-1996中7级，左侧光轴和右侧光轴相对基准的跳动不高于国标gb/t1184-1996中8级。

进一步地，所述主轴在加工完成后进行应力回火处理，表面不允许存在残余拉应力。

进一步地，所述主轴加工完成后进行磁力探伤检查，不允许有裂纹。

进一步地，所述花键工作区和光轴存在过渡的部位采用卸荷槽过渡，减小花键退刀槽导致的应力集中。

有益效果：

1、本发明在主轴上台阶过渡处采用圆弧过渡，表面粗糙度精度要求达到gb/t1031-2009中12级，避免了主轴上因结构和加工导致的应力集中故障的产生。

2、本发明利用等刚度原则设计主轴左右两端的尺寸，减小因为刚度不一致原因导致主轴左右瞬态载荷不一致，降低主轴断裂的风险。

3、本发明在主轴定位圆环面、花键齿面、光轴位置设有形位公差要求，以减小主轴在运转时不正常扭转。

4、本发明在主轴加工完成后进行应力回火处理，表面不允许存在残余拉应力，并对成品磁力探伤检查，不允许有裂纹，避免因加工导致主轴上的缺陷。

5、本发明在花键工作区和光轴存在的过渡部位采用卸荷槽过渡减小花键退刀槽导致的应力集中，从而提高主轴寿命。

附图说明

图1为本发明提高传递扭矩的大功率传动装置主轴结构剖视图

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种提高传动装置主轴寿命的设计方法，如附图1所示，主轴的结构包括左侧花键3、中间花键5和右侧花键7，在主轴左端有顶尖孔1和轴承支撑定位圆柱面2，在主轴的右端有轴承支撑定位圆柱面8和顶尖孔9，左侧花键3和中间花键5之间部分是左侧光轴4，右侧花键7和中间花键5之间部分是右侧光轴6。

设计方法采用的措施是：主轴外径发生变化的台阶处都有圆角过渡，过渡圆角表面粗糙度和光轴表面粗糙度达到gb/t1031-2009中12级。

其中，所述的主轴设计时采用等刚度原则设计中间花键的左侧部分和中间花键的右侧部分，在满足接口尺寸的前提下，用有限元方法计算左侧部分和右侧部分的刚度，最终设计主轴两侧刚度相当，左侧部分包括轴承支撑定位圆柱面2、左侧花键3和左侧光轴4，右侧部分包括右侧光轴6、右侧花键7和轴承支撑定位圆柱面8。

其中，所述的主轴有热处理硬度和对应材料抗拉强度的要求，要求随炉样件试验检测；加工完成后进行应力回火处理，表面不允许存在残余拉应力；主轴成品磁力探伤检查，不允许有裂纹。

其中，以主轴两端的轴承定位圆柱面为基准，左侧花键、中间花键和右侧花键相对基准的跳动不高于国标gb/t1184-1996中7级，左侧光轴和右侧光轴相对基准的跳动不高于国标gb/t1184-1996中8级。

其中，所述的花键工作区和光轴存在过渡的部位，采用卸荷槽过渡，减小花键退刀槽导致的应力集中，从而提高主轴寿命。

花键的卸荷槽可以是圆弧形状，也可以是圆柱台阶槽形状，优选后使得花键根部应力集中最小。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种提高大功率传动装置主轴寿命的设计方法，所述主轴包括左侧花键、中间花键和右侧花键部分，在主轴左、右端均有顶尖孔和轴承支撑定位圆柱面，左侧花键和中间花键之间部分是左侧光轴，右侧花键和中间花键之间部分是右侧光轴；设计方法中首先设计主轴外径发生变化的台阶设计圆角过渡，其次过渡圆角表面粗糙度和光轴表面粗糙度采用GB/T 1031‑2009中12级；最后采用等刚度原则设计中间花键的左右两侧部分的刚度一致。采用本发明的设计方法能够延长主轴的使用寿命，使主轴满足使用要求。

技术研发人员：程燕;李洪武;许晋;何融;张强;张玉东;李亮
受保护的技术使用者：中国北方车辆研究所
技术研发日：2018.12.03
技术公布日：2019.05.17