CN115306830A - 一种万向轴花键副的改进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种万向轴花键副的改进方法，适用于实心花键轴与花键套花键副联接结构万向轴的改进，它的创新之处在于：将现有实心花键轴替换为空心花键轴，并在空心花键轴承受与原有实心花键轴相同扭矩的情况下，确定空心花键轴的内外径以及与该空心花键轴花键副联接的花键套内径。本发明所提供的万向轴花键副的改进方法，其在现有万向轴花键副联接结构的基础上，将实心花键轴改用空心花键轴，同时对其加工工艺进行优化，并提供一种简洁有效的设计方法，通过该方法可以在保证与现有万向轴花键副承受相同扭矩的同时，降低其设计成本和制作成本。
Description
技术领域
本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种万向轴花键副的改进方法。
背景技术
目前，在工业生产及诸多领域中，经常需要在设备之间连接传递扭矩的装置，由于花键副具有传递扭矩大、传动效率高、定位精度高、同步性能好、使用寿命长等特点，因此被广泛应用于汽车、冶金、航天航空、船舶重工等领域，其中十字轴式万向轴就是一种典型的花键副连接形式。
在现有万向轴花键副的设计中，花键轴大都采用实心钢结构，其重量大，材料利用率低，制作工艺复杂，制作成本高，同时在连续作业的情况下，其平稳性也不能得到有效保障，不符合现有轻量化设计的理念。
发明内容
针对现有万向轴花键副联接结构存在的技术问题，本发明提供了一种万向轴花键副的改进方法，该方法是在现有万向轴花键副的基础上，将实心花键轴改用空心花键轴，同时对其加工工艺进行优化，并提供一种简洁有效的设计方法，通过该方法可以在保证与现有万向轴花键副承受相同扭矩的同时，降低其设计成本和制作成本。
本发明解决技术问题的技术方案具体如下：
本发明一种万向轴花键副的改进方法，适用于实心花键轴与花键套花键副联接结构万向轴的改进，它的创新之处在于：将现有实心花键轴替换为空心花键轴，并在空心花键轴承受与原有实心花键轴相同扭矩的情况下，确定空心花键轴的内外径以及与该空心花键轴花键副联接的花键套内径。
作为技术方案的进一步优化，所述空心花键轴制作材料选用与原实心花键轴相同材质的无缝钢管，并且通过加热锻压工艺方法完成其轴肩的加工。
作为技术方案的进一步优化，设现有的实心花键轴外径D1，现有花键套的外径和内径分别为D2和d2，空心花键轴的外径和内径分别为D1’和d1’，改进后的花键套外径和内径分别为D2’和d2’，确定花键轴与花键套的设计尺寸：根据现有实心花键轴和改进后空心花键轴扭转应力公式推算出实心花键轴外径D1与空心花键轴外径D1’、内径d'1的关系公式，D1 3≤D1'3(1-d1'4/D1'4)；根据现有实心花键轴外径D1、现有花键套外径D2，确定改进后花键套内径d2’，
根据所确定改进后花键套内径d2'、实心花键轴外径D1，确定空心花键轴外径D'1和内径d'1，
作为技术方案的进一步优化，所述改进方法中涉及计算过程通过计算机程序实现。
相对于现有技术，本发明所述的万向轴花键副的改进方法具备以下优点：
(1)、在保证能承受相同扭矩的情况下，与现有万向轴花键副所采用的实心花键轴相比，有效提高了材料利用率，空心花键轴的下料重量相较于实心花键轴减少了31％，对万向轴的整体性能有很大的提升；
(2)、与现有加工工艺相比，空心花键轴无需再进行锻造和粗车，减少了工艺成本；
(3)、计算改进后空心花键轴与花键套的设计尺寸更加简洁，无需进行复杂的强度校核。
附图说明
图1为现有万向轴花键副结构示意图；
图2为本发明万向轴花键副结构示意图；
图中：1、实心花键轴；2、现有花键套；3、空心花键轴；4、改进后花键套。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
图1示出了现有万向轴花键副联接结构，实心花键轴1与现有花键套2通过花键副联接，为提升材料的利用率，减少花键轴的下料重量，减少万向轴设计尺寸的复杂度及制作工艺成本，在此现有万向轴花键副联接结构的基础上，本发明提出了一种万向轴花键副的改进方法。如图2所示，所述的改进方法包括：将现有实心花键轴1替换为空心花键轴3，并在空心花键轴承受与原有实心花键轴相同扭矩的情况下，确定空心花键轴的内外径以及与该空心花键轴花键副联接的改进后花键套4的内径。
本实施例中，所述空心花键轴制作材料可选用与原实心花键轴相同材质的无缝钢管，并且通过加热锻压工艺方法完成其轴肩的加工，减少原实心花键轴制作时的锻造和粗车工艺，节省工艺成本。
本实施例中，设现有的实心花键轴外径D1，现有花键套的外径和内径分别为D2和d2，空心花键轴的外径和内径分别为D1’和d1’，改进后的花键套外径和内径分别为D2’和d2’；其中，实心花键轴外径D1、现有花键套的外径和内径D2和d2均为已知项，改进后花键套外径D2’与现有花键套外径D2相等，即花键套的外径不发生变化。
通过应力计算可知，现有实心花键轴的扭转切应力是远大于现有花键套扭转切应力，不防在满足花键套扭转切应力不大于现有实心花键轴扭转切应力的前提下，相应的增大改进后花键套内径d2'，已知现有实心花键轴外径D1、现有花键套外径D2、现有花键套内径d2，相关公式如下：
现有实心花键轴扭转切应力：
改进后花键套扭转切应力：
改进后花键套扭转切应力不大于现有实心花键轴扭转切应力：τ2≤τ
得：
进一步的，基于空心花键轴的扭转切应力不大于现有花键轴扭转切应力的前提下，计算出空心花键轴内外径取值范围，相关公式如下：
空心花键轴扭转切应力：
空心花键轴的扭转切应力不大于现有实心花键轴扭转切应力：τ1≤τ
得：
且D1≤d2
其中，T为万向轴承受的扭矩；τ为现有实心花键轴扭转切应力；τ1为空心花键轴扭转切应力；τ2为改进后花键套扭转切应力；
即，空心花键轴设计尺寸计算公式如下：
空心花键轴内径：
空心花键轴外径：
本实施例中，在对已有实心花键轴和已有花键套花键副联接结构进行改进方法，可以通过计算机程序辅助实现，将现有实心花键轴、花键套以及改进后花键套、空心花键轴扭转切应力的计算过程，利用计算机程序快速计算，可先将现有实心花键轴的外径、现有花键套的内外径数值输入计算机程序，再计算出改进后花键套内径范围，即d2'增大的范围，然后再计算出空心花键轴内、外径d1’和D'1的范围，最后选择合适的数值进行加工制作。
Claims (4)
1.一种万向轴花键副的改进方法，适用于实心花键轴与花键套花键副联接结构万向轴的改进，其特征在于：将现有实心花键轴替换为空心花键轴，并在空心花键轴承受与原有实心花键轴相同扭矩的情况下，确定空心花键轴的内外径以及与该空心花键轴花键副联接的花键套内径。
2.根据权利要求1所述的一种万向轴花键副的改进方法，其特征在于：所述空心花键轴制作材料选用与原实心花键轴相同材质的无缝钢管，并且通过加热锻压工艺方法完成其轴肩的加工。
3.根据权利要求1或2所述的一种万向轴花键副的改进方法，其特征在于：设现有的实心花键轴外径D1，现有花键套的外径和内径分别为D2和d2，空心花键轴的外径和内径分别为D1’和d1’，改进后的花键套外径和内径分别为D2’和d2’，确定花键轴与花键套的设计尺寸：根据现有实心花键轴和改进后空心花键轴扭转应力公式推算出实心花键轴外径D1与空心花键轴外径D1’、内径d'1的关系公式，D1 3≤D1'3(1-d1'4/D1'4)；根据现有实心花键轴外径D1、现有花键套外径D2，确定改进后花键套内径d2’，
根据所确定改进后花键套内径d2'、实心花键轴外径D1，确定空心花键轴外径D'1和内径d'1，
4.根据权利要求3所述的一种万向轴花键副的改进方法，其特征在于：所述改进方法中涉及计算过程通过计算机程序实现。
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