单位文秘网 2021-07-04 01:15:56 点击: 次
农业机械、工程机械,如拖拉机、推土机、收割机等均采用这种联合。本文探讨了一种圆锥渐开线内、外花键(毂、轴分别包含内、外花键)的加工方法,且将圆锥花键的检测和加工结合在一起,保证了使用性能和可靠性。
1 加工技术难题
某总成中,毂与轴的连接方式为圆锥渐开线花键;毂与箱体之间的密封采用动密封-浮动油封,为保证密封质量和使用寿命,需保证密封端面距离3 mm±0.5 mm,如图1、图2所示。
毂与轴的加工难点有三方面:一是毂和轴内、外花键的加工和测量:压力角45°、锥度1:10、接触面积不小于70 %;二是密封端面距离3 mm±0.5 mm:需要将内、外圆锥花键轴向位置控制在合理的范围内;三是形位公差:毂上油封座锥面对内花键的圆跳动0.05 mm、链轮的止口端面和外圆对内花键的圆跳动0.12 mm。
2 圆锥渐开线花键加工问题
内、外圆锥渐开线花键的加工主要有两个部分,一是渐开线齿形部分,二是锥度部分。渐开线的加工与普通的渐开线花键没有区别,为了实现锥度,外花键通常选择具有径向进给功能的滚齿设备,或者对普通的滚齿设备进行改造实现径向进给[2];内花键通常选择插齿机,最好是设备有可调倾角的工作台,或者是在插齿机上、下床身之间加装斜垫板,使主轴倾斜[3],但是后者齿形误差较大。目前,介绍设备改造方案的文献较多,但是如何保证花键-圆锥副的基准截面位置符合图纸要求,从而保证配合质量和位置关系[4],却少有谈及,采用较经济的方法实现者更是少之又少。
本文着重探讨了圆锥渐开线花键锥度的检测和控制:工艺设计中采用互为基准的方法,使花键的接触面积得到了理想的效果;设计制造锥度塞规,利用现有的设备和手段,避免了花键的磨削,保证了圆锥的配合精度,同时也保证了密封端面的距离,互换性好,实现了低成本制造。
3 制定工艺方案
针对问题,经过研究,提出了三步技术工艺。
3.1 内、外花键加工方式的选择
外花键:YKX3132数控滚齿机能够实现刀具纵向切削的同时做横向移动,实现圆锥渐开线外花键的加工。刀具采用45°压力角的标准滚刀,夹具设计需保证花键与轴承安装直径同心。
内花键:如果采用插齿机需要有合适倾角的工作台或者对设备进行改造,使主轴倾斜,插齿刀的切削运动方向与工件轴线的夹角满足锥度要求;该花键模数为2,如果冷挤齿形需要大吨位的压床;线切割加工可以保证齿形精度,但成本高、效率低。最后决定采用YKD5132B(工作台能够准确倾斜1:10的角度)加工内花键,该工序要求找正准确,需专用插齿刀[5],夹具设计应保证花键与止口同心。
3.2 内花键的测量
由于内花键加工难度较大,所以先确定内花键,通过调整外花键来实现内外花键的配合。
内花键测量:轴和毂圆锥的基准在小端,为使毂在加工中不必拆卸工件就能实现检测,将基准转换到大端,内花键加工时大端在上,用锥度花键塞规控制内花键的锥角和基准直径[6]。
锥度花键塞规的加工:氮化钢调质后用数控滚齿机加工外花键,精加工结束后氮化处理,保证硬度HRC60以上。
3.3 外花键的测量
外花键锥角的测量:改制一个毂的产品件为样件,每次生产时都用该样件调整数控滚齿机,涂色法确定锥角。
外花键位置的确定:征得设计者同意,以浮动油封两端面距离3 mm±0.5 mm为标准确定花键相对位置。根据轴承孔深(41 mm±0.012 mm)、外轴承盖厚度(36.5 mm±0.031 mm)、浮动油封端面距离3 mm±0.5 mm组成的尺寸链,计算轴的轴肩到毂油封安装面的距离L的范围,设计板塞规,确定外花键的位置尺寸,如图2所示。
4 毂和轴的加工工艺流程
4.1 毂加工工艺流程
毂的加工要点是保证内花键与连接链轮的止口、油封座锥面的同轴度。为此,精加工夹具为锥度花键芯轴,芯轴的设计不仅考虑了加工止口及其端面时的空间,也考虑了数控车床加工油封座时切槽刀的进刀和退刀空間,同时兼顾夹具与工件的装配精度。芯轴的材料和热处理同锥度花键塞规相同。
毂加工工艺流程如下:
调质、粗加工(半精加工余量2 mm ~ 3 mm)、半精加工(控制止口与花键小径同轴度,精加工余量2 mm,花键小径制成)、数控插齿机插键(以止口端面和半精车成的小端外圆为基准,锥度花键塞规检测内花键锥角和位置)、钻孔、铰孔、以内花键为基准加工止口及端面(夹具为精加工芯轴)、以内花键为基准加工油封座(夹具为精加工芯轴)。
4.2 轴加工工艺流程
轴的加工要点是保证圆锥外花键与轴承装配轴径的同轴度。
轴加工工艺流程如下:锻造、平端面打中心孔、粗车、调质、精车(注意控制锥度花键小端直径和位置尺寸,保证滚齿一致性)、磨外圆及端面(保证轴向和径向尺寸)、钻孔、数控滚齿机滚花键(样件控制锥角、板塞规控制外花键位置)。
4.3 试验效果
经过试验,效果理想。一是内外花键互为基准,保证了1:10锥角接触面积的要求,两轮试验接触面积都达到80%以上。二是浮动油封两个密封端面距离3 mm±0.5 mm,全部合格,毂油封座锥面跳动不超过0.04 mm。2个批量14个总成装配后,通过试漏试验、空载试验以及道路试验检验,浮动油封的密封性很好。三是毂的链轮止口及其端面的跳动,以内花键为基准检测均不大于0.1 mm。
5 结语
毂和轴锥度花键的配合质量是总成质量的关键,这两种零件加工问题的解决保证了产品功能和性能的要求,同时具有制造费用低、互换性好的优点,这种工艺适合批量生产,具有推广价值。
参考文献
李传禹, 刘鑫. 汽车设计标准资料手册: 基础篇[M]. 吉林: 吉林科学技术出版社, 1992.
杨德军. Y31125A滚齿机加工渐开线花键轴夹具制作与应用[J]. 本钢技术, 2015(3): 42-43.
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马凤祥, 卢曦. 轿车等速传动轴关键零件在使用过程中的磨损研究[J]. 机械强度, 2015(06): 1046-1051.
王金双, 熊永森, 钱向明, 等. 加工圆锥直齿渐开线内锥花键的刀具设计[J]. 工具技术, 2001, 35(6): 34-35.
阮祥炳, 徐科峰. 圆锥直齿渐开线花键塞规设计研究[J]. 机械产品与科技, 2001(Z1): 11-14.
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