CN109099136A - 扭杆圆锥直齿渐开线花键与扭转臂之间的高强度联接方法 - Google Patents
扭杆圆锥直齿渐开线花键与扭转臂之间的高强度联接方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种扭杆圆锥直齿渐开线花键与扭转臂之间的高强度联接方法，其是利用靠近圆锥直齿渐开线花键大头端一侧的圆锥直齿渐开线花键部作为扭杆与扭转臂之间的配合部位来花键联接扭转臂的。本发明能提高扭杆与扭转臂之间的花键联接强度，避免了在工作过程中出现花键联接失效的现象，提高了车辆运行的安全性、平稳性和舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及一种扭杆与扭转臂之间的联接方法，尤其涉及一种扭杆圆锥直齿渐开线花键与扭转臂之间的高强度联接方法。
背景技术
轨道车辆高速通过曲线和道岔或静止停放在设置超高的曲线上时，侧滚增加明显，一侧轮重减载，遇到强横向风时，甚至出现倾覆失稳情况，安全性降低。需要增加车辆的侧滚刚度以限制其侧滚角，但又不能影响车辆的浮沉、横摆、摇头、伸缩和点头等振动特性。抗侧滚扭杆组成装置安装在轨道交通车辆上，当轨道车辆在做侧滚运动时，扭杆轴扭转变形，与其它部件一同提供车辆安全运行所需的侧滚刚度，以此来满足车辆动力学性能的要求，确保车辆的安全运行。车辆的振动主要有六个方向的自由度：X 方向的伸缩振动、Y 方向的横摆振动、Z 方向的浮沉振动、绕Y 轴的点头振动、绕Z 轴的摇头振动、绕X 轴的侧滚振动。抗侧滚扭杆组成装置主要起到调节车辆侧滚刚度、控制车辆侧滚振动的作用。
如图1所示，抗侧滚扭杆装置主要包括扭杆1、扭转臂2、轴承座组成和垂向连杆组成（图中未示出）。扭杆1与扭转臂2之间的连接方式有过盈配合联接、花键联接和多面体联接等方式。其中采用花键联接方式具有触面积大、承载能力高、定心性能和导向性能好、传递载荷大、对中性好、对轴的强度削弱小，同时结构紧凑等优点。
扭杆为主要受力件，主要承受弯矩、扭矩和剪切力等，因此，为提高车辆运行的安全性、平稳性和舒适性，如何提高扭杆与扭转臂之间的花键联接强度，避免在工作过程中出现花键联接失效的现象是急需解决的技术问题。
经过检索，暂未发现与本申请相同或相似的专利文献。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种扭杆圆锥直齿渐开线花键与扭转臂之间的高强度联接方法，其能提高扭杆与扭转臂之间的花键联接强度，避免了在工作过程中出现花键联接失效的现象，提高了车辆运行的安全性、平稳性和舒适性。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种扭杆圆锥直齿渐开线花键与扭转臂之间的高强度联接方法，其是利用靠近圆锥直齿渐开线花键大头端一侧的圆锥直齿渐开线花键部作为扭杆与扭转臂之间的配合部位来花键联接扭转臂的。
优选的，所述高强度联接方法包括以下步骤：
1）、根据实际需求，对圆锥直齿渐开线花键进行选型，确定规格和齿数并制作位于扭杆端部的圆锥直齿渐开线花键；
2）、在圆锥直齿渐开线花键上选取靠近圆锥直齿渐开线花键大头端一侧的圆锥直齿渐开线花键部作为配合联接部位；
3）、根据作为配合联接部位的圆锥直齿渐开线花键部，制作相匹配的扭转臂的内花键部；
4）、对扭杆端部的圆锥直齿渐开线花键和扭转臂的内花键部进行检测；
5）、检测合格后，将扭杆端部的圆锥直齿渐开线花键和扭转臂的内花键部之间进行花键联接。
优选的，所述第4)中的检测步骤包括圆锥直齿渐开线花键量规设计步骤和利用量规进行检测的步骤。
优选的，所述圆锥直齿渐开线花键量规设计步骤包括圆锥直齿渐开线花键塞规设计步骤、内花键棒间距的测量分析步骤和外花键跨棒距的测量分析步骤。
优选的，所述圆锥直齿渐开线花键塞规设计步骤包括塞规参数的确定，即：
参数一：齿数Z =52；
参数二：模数m=1.5；
参数三：分度圆直径D=78mm；
参数四：塞规齿槽角齿槽角β’=内花键齿形角γ=96.923°；
参数五：塞规齿形角γ’=内花键齿槽角β=86.538°；
参数六：塞规大径DeT=79.831mm（公差为-0.019~0）；
参数七：塞规小径DiT=76.36mm（公差为-0.019~0）；
参数八：齿厚下限尺寸Ti=2.358mm；
参数九：齿厚上限尺寸TS=2.362mm；
参数十：塞规量棒直径Dre=3.33mm；
参数十一：花键塞规大端台阶高度h=1.24mm。
优选的，所述内花键棒间距的测量分析步骤包括量棒直径Dri的设计和棒间距MRi的设计；
量棒直径Dri的设计：
式中：D为分度圆直径，Emax为实际齿槽宽最大值；
式中，；
跨棒距MRe的设计：
本发明的有益效果在于：本发明能提高扭杆与扭转臂之间的花键联接强度，避免了在工作过程中出现花键联接失效的现象，提高了车辆运行的安全性、平稳性和舒适性。通过对圆锥直齿渐开线花键量规的设计来进行检测，保证了产品的质量。通过对圆锥直齿渐开线花键塞规的设计分析、内花键棒间距的测量分析设计和外花键跨棒距的测量分析设计，进一步细化了检测技术，从而能进一步提高检测结果的准确性。
附图说明
图1为抗侧滚扭杆装置的局部结构示意图；
图2为位于扭杆端部处的圆锥直齿渐开线花键结构示意图；
图3为对塞规量棒直径进行计算时的示意图；
图中：1. 扭杆，2.扭转臂，3.分度圆，4. 圆锥素线，5. 量棒。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案做进一步详细的阐述。
实施例：GB/T 18842-2002《圆锥直齿渐开线花键》虽然对花键基面处的参数做了相关推荐选型，但并未对内外花键的具体结合部位进行规定。
如图2所示，申请人经过研究和分析发现，圆锥直齿渐开线花键选型确定后，其齿数Z是恒定不变的，但从图2中可以看出，其分度圆3的直径D沿圆锥素线4方向是逐渐增大的，而分度圆直径D=mZ，m为模数，由于齿数Z是恒定不变的,因此，可以得出模数m是沿圆锥素线4方向是逐渐增大的，又由于外花键的基本齿厚S=0.5πm，即基本齿厚S与模数m成正比关系，模数m越大，基本齿厚S越厚，花键联接强度越高。由此，在同一型号的花键中，我们可以选取L1或L2两端相同结合长度的花键联接，但是，很明显L2段的分度圆整体大于L1段的分度圆，由于齿数相同，则L2段的齿厚要大于L1段的齿厚，因此L2段的花键联接强度要高于L1段。
因此，本实施例公开一种扭杆圆锥直齿渐开线花键与扭转臂之间的高强度联接方法，其是利用靠近圆锥直齿渐开线花键大头端一侧的圆锥直齿渐开线花键部作为扭杆与扭转臂之间的配合部位来花键联接扭转臂的。本实施例能提高扭杆与扭转臂之间的花键联接强度，避免了在工作过程中出现花键联接失效的现象，提高了车辆运行的安全性、平稳性和舒适性。需要特别说明的是，选取大一型号的花键联接亦可达到提高花键联接强度的目的，但由于扭杆中间需要安装支撑轴承、钢套等其他部件，若花键处的外径过大则无法安装支撑轴承、钢套等部件，若花键处的外径过小，则花键联接强度不够，因此合理选取某一段的花键联接可以根据实际需要完成。
所述高强度联接方法包括以下步骤：
1）、根据实际需求，对圆锥直齿渐开线花键进行选型，确定规格和齿数并制作位于扭杆端部的圆锥直齿渐开线花键；
2）、在圆锥直齿渐开线花键上选取靠近圆锥直齿渐开线花键大头端一侧的圆锥直齿渐开线花键部作为配合联接部位；
3）、根据作为配合联接部位的圆锥直齿渐开线花键部，制作相匹配的扭转臂的内花键部；
4）、对扭杆端部的圆锥直齿渐开线花键和扭转臂的内花键部进行检测；
5）、检测合格后，将扭杆端部的圆锥直齿渐开线花键和扭转臂的内花键部之间进行花键联接。
花键联接是根据GB/T 18842-2002《圆锥直齿渐开线花键》选型，花键参数为模数m=1.5、齿数z=52。但该标准中没有该花键的检测标准和依据，为此我们根据相关标准和文献对该量规进行详细设计，并从跨棒距、棒间距等方面来进一步研究该花键的检测技术。
所述第4)中的检测步骤包括圆锥直齿渐开线花键量规设计步骤和利用量规进行检测的步骤。所述圆锥直齿渐开线花键量规设计步骤包括圆锥直齿渐开线花键塞规设计步骤、内花键棒间距的测量分析步骤和外花键跨棒距的测量分析步骤。
GB/T 18842-2002《圆锥直齿渐开线花键》标准是根据GB3478.2-1995《圆柱直齿渐开线花键尺寸表》制定的，则在圆锥直齿渐开线花键基面上的尺寸测量可以应用GB5106-85《圆柱直齿渐开线花键量规》的计算公式设计量规。根据GB/T 18842-2002《圆锥直齿渐开线花键》标准，可得到花键参数如下表：
所述圆锥直齿渐开线花键塞规设计步骤包括塞规参数的确定，即：
参数一：齿数Z =52（同花键参数）；
参数二：模数m=1.5（同花键参数）；
参数三：分度圆直径D=78mm（同花键参数）；
参数四：塞规齿槽角齿槽角β’=内花键齿形角γ=96.923°（同内花键齿形角参数）；
参数五：塞规齿形角γ’=内花键齿槽角β=86.538°（同内花键齿槽角参数）；
参数六：塞规大径DeT=DFimin=79.8 （同内花键大径最小值），
式中DFimin为花键大径最小值，极限偏差k6得：塞规大径DeT=79.831mm（公差为-0.019~0）；
参数七：塞规小径DiT=76.81－2×0.15－0.15=76.36，
极限偏差k6得：塞规小径DiT=76.36mm（公差为-0.019~0）；
参数八：齿厚下限尺寸Ti=2.358mm；
参数九：齿厚上限尺寸TS=2.362mm；
参数十：塞规量棒直径Dre的设计，如图3所示，按量棒5正好接触在齿形上的分度圆处，由图3可知θ为花键塞规分度圆上齿槽宽的一半所对的圆心角。
考虑到与30°渐开线花键的差别，不取R40系列中相近的较大规格，直接选用求出的量棒直径。
参数十一：花键塞规大端台阶高度h=1.24mm。
按照国家标准规定，渐开线花键的检验方法分为综合检验法和单项检验法。综合检验法中的基本方法是：用综合量规控制内花键作用齿槽宽最小值或外花键作用齿厚最大值，从而控制作用侧隙的最小值；同时测量棒间距MRi和跨棒距MRe，以控制内花键实际齿槽宽最大值Emax或外花键实际齿厚最小值Smin；在单项检验方法中测量棒间距MRi和跨棒距MRe，是为了控制内花键实际齿槽宽或外花键实际齿厚的最大值和最小值。GB/T 18842-2002《圆锥直齿渐开线花键》规定了内花键齿形为直线，根据GB/T 3478.8-1995《圆柱直齿渐开线花键》.45°压力角 M值和W值，对棒间距检测进行设计和分析如下：
所述内花键棒间距的测量分析步骤包括量棒直径Dri的设计和棒间距MRi的设计；
由于圆锥直齿渐开线花键的模数在沿着花键的锥形形状中是变化的，上述的设计过程也是基于圆锥直齿渐开线花键的基面参数值进行的，故棒间距的检测必须要保证在基面上进行才有意义。
所述外花键跨棒距的测量分析步骤包括量棒直径Dre的设计和跨棒距MRe的设计；
式中，节圆直径，分度圆直径，实际齿厚最小值；
圆锥直齿渐开线花键的齿数均为偶数，故选用偶数齿的棒间距计算公式：
和内花键一样，由于圆锥直齿渐开线花键的模数在沿着花键的锥形形状中是变化的，上述的计算也是基于圆锥直齿渐开线花键的基面参数值进行的，故跨棒距的检测必须要保证在基面上进行才有意义。
综上，本发明能提高扭杆与扭转臂之间的花键联接强度，避免了在工作过程中出现花键联接失效的现象，提高了车辆运行的安全性、平稳性和舒适性。通过对圆锥直齿渐开线花键量规的设计来进行检测，保证了产品的质量。通过对圆锥直齿渐开线花键塞规的设计分析、内花键棒间距的测量分析设计和外花键跨棒距的测量分析设计，进一步细化了检测技术，从而能进一步提高检测结果的准确性。
本实施例中所述的“多个”即指“两个或两个以上”的数量。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。
Claims (7)
1.扭杆圆锥直齿渐开线花键与扭转臂之间的高强度联接方法，其特征在于：其是利用靠近圆锥直齿渐开线花键大头端一侧的圆锥直齿渐开线花键部作为扭杆与扭转臂之间的配合部位来花键联接扭转臂的。
2.根据权利要求1所述的高强度联接方法，其特征在于：所述高强度联接方法包括以下步骤：
1）、根据实际需求，对圆锥直齿渐开线花键进行选型，确定规格和齿数并制作位于扭杆端部的圆锥直齿渐开线花键；
2）、在圆锥直齿渐开线花键上选取靠近圆锥直齿渐开线花键大头端一侧的圆锥直齿渐开线花键部作为配合联接部位；
3）、根据作为配合联接部位的圆锥直齿渐开线花键部，制作相匹配的扭转臂的内花键部；
4）、对扭杆端部的圆锥直齿渐开线花键和扭转臂的内花键部进行检测；
5）、检测合格后，将扭杆端部的圆锥直齿渐开线花键和扭转臂的内花键部之间进行花键联接。
3.根据权利要求2所述的高强度联接方法，其特征在于：所述第4)中的检测步骤包括圆锥直齿渐开线花键量规设计步骤和利用量规进行检测的步骤。
4.根据权利要求2所述的高强度联接方法，其特征在于：所述圆锥直齿渐开线花键量规设计步骤包括圆锥直齿渐开线花键塞规设计步骤、内花键棒间距的测量分析步骤和外花键跨棒距的测量分析步骤。
5.根据权利要求4所述的高强度联接方法，其特征在于：所述圆锥直齿渐开线花键塞规设计步骤包括塞规参数的确定，即：
参数一：齿数Z =52；
参数二：模数m=1.5；
参数三：分度圆直径D=78mm；
参数四：塞规齿槽角齿槽角β’=内花键齿形角γ=96.923°；
参数五：塞规齿形角γ’=内花键齿槽角β=86.538°；
参数六：塞规大径DeT=79.831mm（公差为-0.019~0）；
参数七：塞规小径DiT=76.36mm（公差为-0.019~0）；
参数八：齿厚下限尺寸Ti=2.358mm；
参数九：齿厚上限尺寸TS=2.362mm；
参数十：塞规量棒直径Dre=3.33mm；
参数十一：花键塞规大端台阶高度h=1.24mm。
6.根据权利要求4所述的高强度联接方法，其特征在于：所述内花键棒间距的测量分析步骤包括量棒直径Dri的设计和棒间距MRi的设计；
量棒直径Dri的设计：
式中：D为分度圆直径，Emax为实际齿槽宽最大值；
棒间距MRi的设计：
。
7.根据权利要求4所述的高强度联接方法，其特征在于：所述外花键跨棒距的测量分析步骤包括量棒直径Dre的设计和跨棒距MRe的设计；
量棒直径Dre的设计：
。
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