雙聯(lián)泵ANSI花鍵聯(lián)軸套的設計及加工

劉珂

（山東省地質(zhì)探礦機械廠，濟南250014）

0 引言

XD系列全液壓動力頭巖心鉆機選用國外品牌的雙聯(lián)柱塞泵為液壓系統(tǒng)提供動力，如圖1所示。其中主泵為鉆機的主功能供油，副泵為鉆機輔助功能及附屬設備供油。主泵和副泵不是同一品牌產(chǎn)品，需要自主解決兩者之間的聯(lián)接問題。

圖1 雙聯(lián)柱塞泵

圖2 主泵與副泵連接示意圖

主泵后端預留有花鍵取力口，副泵通過該接口與主泵聯(lián)接，主泵輸出軸及副泵輸入軸聯(lián)接形式為ANSI B92.1標準的漸開線花鍵，因此，需要用花鍵聯(lián)軸套實現(xiàn)主泵與副泵之間扭矩的傳遞，如圖2所示。

主泵輸出端花鍵規(guī)格為21齒-16/32，副泵輸入端花鍵規(guī)格為13齒-16/32，聯(lián)軸套兩端花鍵規(guī)格不同，加工難度較大。由于新產(chǎn)品試制，批量小，按照傳統(tǒng)插削或拉削加工花鍵的方法，需要購置專用的刀具，這將加大零件的制造成本、增加產(chǎn)品的試制周期。鑒于以上因素，我們嘗試用以下手段解決聯(lián)軸套花鍵的加工問題。

1 花鍵連軸套的設計

1.1 工藝性分析

電火花線切割加工可以實現(xiàn)復雜形狀零件的加工，可進行各種類型的精密、復雜、超硬的中小型金屬零件加工。線切割加工需要將電極絲穿過切割的工件，所切割的內(nèi)花鍵必須是通孔。一開始考慮用線切割分別加工兩種規(guī)格的花鍵套后焊接成整體。但焊接過程中的對接及焊接后產(chǎn)生的變形會使兩端花鍵產(chǎn)生較大的同軸誤差，焊后熱處理工序也會影響已切割好花鍵的尺寸偏差。因此，最好采用母材熱處理，再線切割，再裝配的方式以保證花鍵套的同軸度。

1.2 結構設計

由于兩端花鍵分度圓有相差6.35 mm的圓環(huán)，考慮采用“套娃”的方式，將兩種花鍵套組合起來，具體結構如圖3所示。

圖3 花鍵聯(lián)軸套

聯(lián)軸套分成兩部分，內(nèi)套1和外套3分別加工。其中，外套3加工ANSI 21齒-16/32的內(nèi)花鍵，內(nèi)套1加工ANSI 21齒-16/32的外花鍵和ANSI 13齒-16/32的內(nèi)花鍵。外套3和內(nèi)套1通過21齒-16/32花鍵配合，內(nèi)套1左端切槽，安裝軸用彈性擋圈2以限制內(nèi)套1向主泵輸出端軸向的竄動。

通過該分解的設計方案，將原本線切割難于加工的盲孔花鍵拆解成了通孔花鍵的加工，復雜的聯(lián)軸套加工演變成了單一的外花鍵和內(nèi)花鍵的加工。

2 繪制ANSI B92.1花鍵齒形

Genius軟件是基于AutoCAD軟件二次開發(fā)的二維制圖軟件，該軟件涵蓋了大量的GB零件庫，同時有彈簧、軸、鏈條等的計算功能，進行機械設計時作圖效率較高。我們使用Genius軟件的“軸生成器”功能繪制ANSI B92.1花鍵的齒形，以繪制內(nèi)套ANSI B92.1 21齒-16/32外花鍵為例，進行如下操作：

1）打開Genius軟件，點擊“軸生成器”功能，選擇起始點和終點后彈出對話框，見圖4。

圖4 軸生成器

選擇“外輪廓”項，點擊“輪廓”，見圖 5。

點擊“ANSI B92.1”后點擊“確定”。

2）對話框進入花鍵參數(shù)選項，見圖6。

圖5

圖6

花鍵的參數(shù)按照以下選擇，“節(jié)圓直徑×齒數(shù)”選擇1.312 500 0×21；由于我們只需要花鍵的齒形，“長度”L可任意填寫；“壓力角”選擇 30°；“1/模數(shù)”選擇 16，點選“平根，側部”。

參數(shù)選擇完畢后點擊“確定”，之后彈出圖4對話框，點擊“配置”。

3）“配置”對話框如圖 7。

圖7

點選“側視與截面視圖”項中的“完整視圖”，點擊“確定”。軟件截面回到圖 4，點擊“側視圖”，選擇“左視圖”，點擊插入花鍵齒形圖，見圖8。

圖8

依照此方法，可分別繪制ANSI B92.1 21齒-16/32內(nèi)花鍵及ANSI B92.1 13齒-16/32內(nèi)花鍵的齒形，并導出DXF圖形文件。

3 ANSI B92.1花鍵齒形的加工

電火花線切割是利用“放電加工”原理，用一根細金屬絲作工具電極的負極，工件作正極，使金屬絲保持運動，在電極絲和工件之間注入工作液，使電極絲和工件之間產(chǎn)生火花放電來割除工件材料。工件放在坐標工作臺上以數(shù)控裝置或微型計算機程序控制下的預定軌跡運行，最后得到所需形狀的工件。將花鍵齒形DXF文件導入電火花線切割設備便可以切割出極為精確的花鍵齒形。

線切割可以加工高硬度的材料，熱處理后的外套及內(nèi)套零件可直接切割花鍵齒形。我單位線切割機床采用HX-W6控制柜，依照花鍵的技術參數(shù)要求，電參數(shù)設定如下：脈寬 ton=10 μs；脈沖間隙 toff取脈寬的 3～5 倍；功放管是并聯(lián)使用的，功放管越多，加工電流越大，表面粗糙度就越差，選擇窄脈寬進行精加工，為了保證加工的穩(wěn)定性，工件較厚時應投入功放管多一些，功放管選擇5。經(jīng)切割后的花鍵連軸套如圖9、圖10所示。

圖9

圖10

4結語

通過對加工后的連軸套進行檢測，花鍵各項尺寸均符合技術要求。聯(lián)軸套裝機試運轉良好，經(jīng)后期跟蹤回訪，該鉆機已連續(xù)運轉超5 000 h，主泵和副泵運轉良好，發(fā)熱正常，未曾出現(xiàn)任何故障。ANSI花鍵連軸套的設計完全滿足了使用要求。

［1］ 成大先.機械設計手冊［M］.5版.北京：化學工業(yè)出版社，2008.

［2］ 程新平，呂小榮.用電火花線切割加工漸開線花鍵［J］.新技術新工藝，2004（2）：31-32.