外文翻译--关于传动花键和平键的外形设计

1 关于传动花键和平键的外形设计 要 ： 花键和平键是安装在轴和键槽间的传输动力的机械零件。花键 (或键 )通常安装在动力传动副中的轴上，在轴上开有相应的键槽。本文分析了槽轴外形对动力传输的影响。本文陈述了三种不同设计类型的花键的外形设计。用微分的方法来计多算外形函数的最大值，可以成功地得到所要的数据。计算表明花键以及断开线外形引起键槽的变形。此外，他们能承载最大的传动载荷。另外，辐形平直的外形能提高传动的效率。我们认为该发现值得报道，该种方法同时也可用于其他花键的设计。 1 介绍 键是安装在轴和 键槽等动力传动装置如齿轮和扣练齿轮之间的零件。花键 发挥着和键一样的作用，将力矩从轴传到配合零件上。花键和平键的主要区别是花键和平键连为一体的，而键是安装在键槽上的。与一个或两个用来传动动力的键相比，在轴上一般有四个或更多的花键。因此，传输的力矩更恒定，每个花键上的所受的载荷较低。在传输力矩中，花键发挥着重要的作用，花键的外形对动力传输的影响很大。与共轭外形不同，带有花键和键槽的轴有同样的转动轴，他们之间没有相对运动，是紧密配合的。他们联结在一起，有着相同的角速度。因此 ,它表明除轴外形之外的任何外形都可以用做 花键的设计。然而，实际上花键和键槽间的载荷并不是分布在整个接触表面的。载荷通常集中在接触表面的某小一部分和可变形的 键表面。当循环工作较久时，这就会引起轴和键槽之间不希望得到的空隙，并引起键槽表面的损坏。为了解决这些问题，需要更进一步分析花键的外形是怎样影响力矩传输的，以便做出合适的花键外形设计。 目前使用中主要有两种 花键，分别为直线边花键和 渐进线 花键。 渐进线 花键具有自动调心的配合零件，可以用标准 平头钉切削器切除齿轮的齿。目前，相关的研究都着重于共轭外形齿轮的设计以及弯曲外形的设计，以来减少配合表面的磨损。然 而，由于不同的工作状况，它们都不能直接应用于 花键的外形。在本论文中，建立了花键外形的基本公式，在不同设计对象中用来分析所要求的外形。 三个设计对象，恒定变形，传输最大力矩和最佳传动效率，这三项被用来计算花键外形。成功地得到了分析方法。 2 陈述问题并提出基本假设 2 如图 1所示，轴传动轮毂同时花键固定在轴上。设计要求决定了轴半径、花键高度、花键齿数，因此不能改动。只能通过改变花键的轮廓来提高传动性能。为简化设计问题以便于分析，做出以下几点假设： （ 1） 花键是刚体 相对轮毂，花键由刚性材料制成并假设它在承受负载 后无变形。 （ 2） 轮毂属弹性变形 轮毂表面变形在弹性变形范围内时，表面压力与变形量成正比。 （ 3） 花键无轴向变形 通常花键的齿高相对于齿宽尺寸小很多。因此，我们假设键端无积累变形，只有轮毂面有变形。 （ 4） 花键与轮毂接触处无间隙（面接触） 花键形状与轮毂形状不考虑制造误差完全一致。它们属于面接触没有间隙。 图 1 花键 3 花键变形跟轮毂变形一致 设计的第一目标是使轮毂表面变形一致，那就要求轮毂上的压力均布。这样能保证表面承受的压力均匀分布，以避免一些危险点损坏材料。如图 2，0表3 示花键的小旋转角。因为我们假定花键为刚体，所以花键任两点之间的变化就是轮毂的变形。花键联接按照键的横截面开头分为矩形花键联接和渐开线花键联接。 图 2 花键小旋转角 4 危险截面确定简单 传统设计方法考虑的前提是把 影响零件工作状态 的设计变量，如应力、强度、安全系数、载荷、环境因素、材料性能、零件尺寸和结构因素等，都处理成确定的单值变量。描述零件状态的数学模型，即变量与变量的关 系，是通过确定性的函数进行单值变换获得危险截面。 常用的危险截面的确定方法有以下几种： 4 1 花键的最小直径法 花键危险截面的可靠度非常高 (几乎为 100 )，这是由于花键的直径是按传统的设计经验确定的。若要求适当的可靠度值，则花键的直径可选用较小的值。 4 2 可靠性安全系数法 采用可靠性安全系数法设计时，必须知道应力和强度的分布类型与分布参数估计值。而可靠性数据的积累又是一项长期的工作，因而我们必须利用现有的数据资料，运用有关定理与法则 (如中心极限定理和“ 3 法则”等 )，来确定设计过程中所涉及的许多 随机变量的分布类型与分布参数。在可靠性安全系数计算 中，是把所涉及的4 设计参数都处理成随机变量，将安全系数的概念与可靠性的概念联系起来，从而建立相应的概率模型。由于考虑到工程实际中发生的现象及表征参数的不确定性 (随机性 )，因而更能揭示事物的本来面貌。理论分析与实践表明，可靠性设计比传统机械设计，能更有效地处理设计中一些问题，提高产品质量，减少零件尺寸，从而节约原材料，降低成本。 5 结束语 机械可靠性设计是近几十年来发展起来的一种现代设计理论和方法，它以提高产品质量为核心 ，以概率论 、数理统计为基础 ，综 合运用工程力学 、系统工程学 、运筹学等多学科知识来研究机械工程最优设计问题。目前 ，可靠性设计的理论已趋于完善，但真正用于机械零件设计工程实际的却很少。采用可靠性安全系数法设计时，必须知道应力和强度的分布类型与分布参数估计值。而可靠性数据的积累又是一项长期的工作，因而我们必须利用现有的数据资料，运用有关定理与法则，来确定设计过程中所涉及的许多随机变量的分布类型与分布参数。 本文讲述了三种花键（或平键）形状最佳设计标准。用变量积分法来确定轮廓公式以及最大值，由此获得分析结果。从结果可以看出，渐开线花键导致轮 毂变形一致，此外，能传递的载荷最大。另外，矩形花键传动最高效。相信如果要增加新的性能标准，别的形状的花键很少会被用到。 5 参考文献 1 . 1999. 2 1961. 3 . . 1983. 4 J. 21 (4) (1999) 579 586. 5 1998. 6 1994. 7 1995, 56 63. 8 Y. S. of a N of 07 (1985) 565 572. 9 180(43), , (1965 66), 1013 1024. 10 of of 1970) 543 553. 11 H. S. in 05 (1983) 286 290. 12 of on of 7 (4) (1992) 373 389. 13 22 (4) (2000) 536 542. 14 1954. N On of at of A or is or of a is of on of is in of is of of is to to on in On in We be 1 is a at a of a as A as a in to is As or or on a is is an in do on of in it be of is in on a of in to of as To of to be to of of be to To on as as of of of be to of to is no on to In to to 2 s in 1, is by is on of of of by be be to of To (1) is a is of no 8 (2) is he of is of is to (3) is no on of is to we is no at is on (4) is no in (of is as of in 3 he is to on of on is of at to of a of we is a be of 4 Its to of of of to go on 10 of to to of of If of of of of be of of is a we it as in 3 to , to of a of of is In of is a of to of up of of in of is of 5 he is of in it as of as so on At to in 1 of is a we in In of or is of of is to It to on in On in We be to 12 1 . 1999. 2 1961. 3 . . 1983. 4 J. 21 (4) (1999) 579586. 5 1998. 6 1994. 7 1995, 5663. 8 Y. S. of a N of 07 (1985) 565572. 9 180(43), , (196566), 10131024. 10 of of 1970) 543553. 11 H. S. in 05 (1983) 286290. 12 of on of 7 (4) (1992) 373389. 13 22 (4) (2000) 536542. 14 1954. N