【正文】 緊湊、大直徑、需要少去材料的花鍵聯(lián)結(jié)，可采用多齒數(shù)，小模數(shù)的漸開線花鍵聯(lián)結(jié)。只要改變漸開線花鍵的外花鍵齒厚（不同進力深度）即可獲得所需的齒側(cè)配合。 (5) 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。同時，由于自動定心特性，花鍵受載后，立即有多數(shù)鍵齒同時工作。 同時，漸開線花鍵副受力后，由于有自動定心特性，可以使多數(shù)鍵齒同時接觸。漸開線花鍵副在鍵齒側(cè)面受力后產(chǎn)生 的徑向分力作用下 ，使內(nèi)、外花鍵的軸線自動重合（各鍵齒均受力后，徑向分力的合力為零）。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 8 矩形花鍵聯(lián)結(jié)的特點與用途 矩形花鍵聯(lián)結(jié)的主要特點為： (1) 各鍵與軸或齒轂制成一體，強度高、剛度大； (2) 各鍵均布在軸或齒輪上，受力均勻； (3) 鍵齒多，承載能力大； (4) 易獲得 高精度，互換性好； (5) 定心精度高，耐磨性好，尤其在徑向外力作用下，仍可保證定心精度； (6) 導(dǎo)向性好， 適 用于滑動聯(lián)結(jié)。 從 19 世紀(jì)末至 20 世紀(jì)中葉，矩形 花鍵聯(lián)結(jié)在機械傳動中占有極其重要的位置。 花鍵聯(lián)結(jié) [3] 在機械傳動的軸、孔聯(lián)結(jié)中，鍵與花鍵聯(lián)結(jié)應(yīng)用最為廣泛，可以說，只要有同軸聯(lián)結(jié)的地方就有鍵與花鍵的聯(lián)結(jié)。此時前排太陽輪與第一軸連成一體，即掛上直接檔。松套在第一軸上的前排太陽輪 2 的前端凸緣盤與低檔制動鼓也用同樣的方法連接。為保證其柔和接合和散熱，離合器的摩擦片都浸在液油中工作，因而稱為濕式離合器。因其位于變速器內(nèi)部，徑向尺寸收到嚴(yán)格限制，而傳遞的扭矩又很大，故做成多片式的。自動變速器地液 壓操縱系統(tǒng)由供油系統(tǒng)、執(zhí)行裝置、控制裝置和換 檔 品質(zhì)控制裝置等四部分組成。 通過詳細的有限元分析，可 以仿真與校驗產(chǎn) 品在使用中的情況，以求把 問題盡 早體現(xiàn)出來，避免在制造及使用中發(fā)現(xiàn)問題而 造成 大返 工 ，確保產(chǎn) 品的 性能、質(zhì)量、可靠性、耐久性和維修性。 有限元法能夠很好地模擬零部件的實際形狀、結(jié)構(gòu)、受力和約束，因此，其計算結(jié)果更精確，也更接近實際，可以作為設(shè)計、改進零部件的依據(jù)。 關(guān)鍵詞： 齒轂 ， 漸開線花鍵 ， 網(wǎng)格生成 ， 有限元分析 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 2 strength design analysis of UG clutch hub plate ABSTRACT According to the new product developed by Shanghai Jiaoyun Automotive Power System Co., Ltd, the clutch hub plate is firstly introduced about its function and structure. Combining with the theory of finite element method, the paper gives a sketch of the constructive principal of finite element model as well as the principal of gridding, and sum up the factors leading to errors by finite element analysis. The geometrical model of clutch hub plate is established by means of CAD software—Unigraphics, then the paper adopts CAE preliminary treatment software—ANSA to clean the geometrical model, and create high quality grids. After that, two numerical procedures are formulated based on respective advantages of wellknown finite element solver—INDEED and ABAQUS. A external splines shaft is needed built in INDEED in order to simulate the real working condition when the internal splines link with external splines. It es to the result through exerting torque to internal splines. On the other hand, the spline slot is fixed firstly in ABAQUS, then to load on the working face of the internal splines, which is equivalent to the condition of exerting torque. In addition, the two solvers guarantee the results consistency. The paper finally arrives at the conclusion 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 3 on the stress and deforming tendency of hub plate in the light of finite element analysis results. Moreover, the improved plan to strengthen the hub plate is presented in this paper based on strength vulnerable area. Key Word: hub plate, involute spline, gridding， finite element analysis 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 4 UG 離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 劉歆瑜 062103240 0 引言 隨著計算機技術(shù)的 進步 而發(fā)展起來的有限元法，是一種分析計算復(fù)雜結(jié)構(gòu)極為有效的數(shù)值計算方法。先將連續(xù)的分析對象劃分為有限個單元組成的離散組合體，運用力學(xué)知識分析每個單 元的力學(xué)特性，再組集各個單元特性，形成一個整體結(jié)構(gòu)的控制方程組。同時，可以利用有限元分析的結(jié)果進行多方案的比較，有利于設(shè)計方案的優(yōu)化和產(chǎn) 品 的改進。這樣，可以在較短的時間內(nèi)，以 較 少的投資獲得高質(zhì)量的產(chǎn) 品。 其中，執(zhí)行裝置包括換 檔 離合器、換 檔 制動器、和單向離合器等。主動件 10 和從動件 9 各有 6 片鋼片。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 6 1低檔制動鼓； 2前排太陽輪； 3離合器花鍵轂； 4卡環(huán)； 5彈簧支承蓋； 6彈簧； 7安全閥； 8環(huán)形活塞； 9從動片； 10主動片 圖 直接檔離合器 離合器以花鍵轂 3 的內(nèi)花鍵與變速器第一軸連接。因而離合器主動片 10 與第一軸相連，而從動片 9 則與前排太陽輪 2 相連。在油壓撤除后，活塞8 在彈簧 6 作用下回復(fù)原位，離合器分離。 鍵聯(lián)結(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單、聯(lián)結(jié)可靠、加工容易、裝拆方便、成本低廉等優(yōu)點，在各種機械傳動中被普遍采用。隨著機械工業(yè)的不斷發(fā)展，大功率發(fā)動機與重載傳動機構(gòu)的出現(xiàn)，矩形花鍵在強度、結(jié)構(gòu)型式和性能等方面滿足不了新的要求，于是又出現(xiàn)了漸開線花鍵聯(lián)結(jié)。 由于矩形花鍵聯(lián)結(jié)的承載能力遠遠高于鍵聯(lián)結(jié)，同時也具有定心精度高和導(dǎo)向性好等獨特優(yōu)點，所以它主要應(yīng)用于中等或較大負荷的機械傳動中。即當(dāng)內(nèi)花鍵（或外花鍵）位置確定后，另一花鍵的位置受力后（對于過盈配合的花鍵副 是 裝配后）也就自動確定了，這種特性稱為自動定心。矩形花鍵只有少數(shù)齒接觸。而矩形花鍵啟動時，只有少數(shù)齒工作，甚至?xí)霈F(xiàn)只有一兩個鍵齒工作的現(xiàn)象。由以上特點可知，對于傳動相同轉(zhuǎn)矩的花鍵聯(lián)結(jié)，漸開線花鍵可以設(shè)計成尺寸小、重量輕、體積小的緊湊 結(jié)構(gòu)。矩形花鍵需采用不同規(guī)格的滾刀，否則精度難以保證。同時，漸開線花鍵不上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 10 受直徑大小限制 ，其直徑小到幾毫米，大到幾百毫米。 (8) 精度高。 (9) 檢驗方便、精確，互換性好。而矩形花鍵齒數(shù)或直徑不同時 ,滾刀不能通用（一種規(guī)格只配一種滾刀）。例如： 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 11 (1) 5～ 10mm 的大模數(shù)花鍵，主要用于結(jié)構(gòu)尺寸不受限制的重載荷傳動機構(gòu)上。 (3) ～ 的小模數(shù)花鍵，通常用在結(jié)構(gòu)緊湊、傳動載荷不大的傳動機構(gòu)上。 花鍵常見的 失 效形式 花鍵常見的失效形式有鍵齒面壓潰、鍵齒面磨損、鍵齒面柔傷（冷作硬化）、鍵齒過載斷裂和疲勞斷裂等，這些 失效形式的主要特征、產(chǎn)生的主要原因及預(yù)防措施見表 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 14 圖 只承受轉(zhuǎn)矩 T無壓軸力 F時內(nèi)花鍵與外花鍵的位置 圖 只傳遞轉(zhuǎn)矩 T 無壓軸力 F時的載荷分配 (3) 受純壓軸力載荷 對無誤差的漸開線花鍵聯(lián)結(jié)，在只承受壓軸力 F 不受轉(zhuǎn)矩 T 時，內(nèi)外花鍵的兩軸線出現(xiàn)一個相對位移量 0e (見圖 )。 當(dāng)花鍵副所受的載荷主要是轉(zhuǎn)矩 T，壓軸力 F 是次要的或很小 時，該花鍵副回轉(zhuǎn)后，各鍵齒的位置近似圖 ；各鍵齒的兩側(cè)面的受力狀態(tài)發(fā)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 16 生周期性變化，見圖 。 圖 在轉(zhuǎn)矩 T和壓軸力 F 的作用下，齒數(shù)為 46 的漸開線花鍵 副 的載荷分配 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 18 圖 間隙配合、齒數(shù)為 46 的漸開線花鍵副 在轉(zhuǎn)矩 T和壓軸力 F作用下的偏心狀態(tài) 提高花鍵承載能力的措施 提高花鍵承載能力，對傳遞重載荷的花鍵，尤其是高速重載的花鍵，非常必要。 (2) 在內(nèi)花鍵（或外花 鍵）齒面噴涂，鍍中介材料 。 (5) 采用較大模數(shù)的花鍵，防止因齒厚磨薄而斷齒。 (9) 采取必要的安全措 施 （ 如：用保險軸限制轉(zhuǎn)矩 ） ，防止過載。對于這類工程實際問題，通常有兩種分析和研究途徑：一是對復(fù)雜問題進行簡化，提出種種假設(shè)，最終簡化為一個能夠求解的問題。在眾多的近似分析方法中，有限元法是最上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 20 為成功和運用最廣的方法。通過有限元法將無限多個自由度的連續(xù)系統(tǒng)問題簡化為有限多個自由度的離散系統(tǒng)的問題。 (2) 有限元法引入邊界條件的方法簡單。如各向異性、非線性等，另外，還能解決非均質(zhì)連續(xù)介質(zhì)的很多問題。 合體，以它代替原來的結(jié)構(gòu)。通常選擇多項式作上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 22 為位移模式。 (3) 分析單元的力學(xué)特性 位移模式選定以后，就可以進行單元的力學(xué)特性分析，包括三部分內(nèi)容： 1) 利用幾何方程，由位移表達式 ()導(dǎo)出節(jié)點位移表示單元應(yīng)變的關(guān)系式： ? ? ? ?? ?eB??? ?? ????????????????????????? () 式中： ??? 為單元內(nèi)任意一點的應(yīng)變列陣； ??B 稱為單元應(yīng)變矩陣。最常用的集合剛度矩陣的方法是直接剛度法。在線性平衡問題中，可以根據(jù)方程組的具體特點選擇合適的計算方法。一些通用的有限元軟件大都已經(jīng)將常用的各 種材料及其物理參數(shù)存儲到其數(shù)據(jù)庫中，供我們選擇。從有限元法理論角度，這是有限元分析的核心，但由于軟件已經(jīng)針對多種模型進行過驗證運算，因此我們只需要按照提示輸入各種條件，包括收斂的方法 （ 在軟件中，這常被稱為求解器 ） 等，計算機就可以為我們計算，得到計算結(jié)果。 本課題通過對離合器齒轂 中央的花鍵齒 施加靜扭矩，在彈性形變的范圍內(nèi)分析其應(yīng)力變化，屬結(jié)構(gòu)靜力分析。在連續(xù)體離散化及用有限個參數(shù)特征表征無限個形態(tài)自由度過程中，不可避免的引入了近似。 在結(jié)構(gòu)有限元模型簡化方面，一個復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，應(yīng)該按照各個部分在幾何及載荷分布上的特點，將它簡化成桿、梁、板、殼和體等典型構(gòu)件來處理；同時考慮模型的幾何上和邊界中是否具有對稱性或反對稱性的特點，這樣既減少了計 算工作量，又不會失去構(gòu)件本來的力學(xué)特性，使計算模型簡單。網(wǎng)格數(shù)量增加，計算精度會有所提