孟祥刚Meng Xianggang

滚压成形外花键过渡齿根的CAE分析与结构改进

孟祥刚
Meng Xianggang

（上海纳铁福传动系统有限公司，上海 201315）

对滚压成形的外花键轴过渡段齿根在受扭矩作用下破坏的断裂截面进行分析，指出裂纹由齿根圆弧过渡段的应力超过需要Mises应力引发，并提出了花键齿根过渡段的结构改进方案。通过建立内外花键接触传力的有限元模型，对改进前后的齿根Mises应力分布进行CAE计算，计算结果显示，改进后的结构可以显著降低齿根过渡段的应力，有效提升花键轴的扭转强度。通过实际静态扭转强度试验，验证了齿根过渡段结构改进的有效性。

滚压成形；渐开线花键；齿根过渡段；断裂扭矩；结构设计；CAE分析；静态扭转强度试验

0 引 言

花键滚压成形是一种对金属材料进行滚动挤压而使其塑性变形来获得外渐开线花键的加工工艺。一般使用2块搓齿板对已加工到预加工外径的圆柱形工件进行滚动挤压冷加工，如图1所示。花键滚压成形是目前用于批量生产外渐开线花键轴最有效率的加工方法[1]，加工精度可达到5级精度，该加工方式被广泛应用于汽车传动轴的小模数外花键加工。

图1 花键滚压成形

对因扭矩破坏的滚压成形外花键轴过渡齿根的断裂截面进行分析，提出了花键过渡齿根形状的改进方案。通过建立内外花键啮合的有限元分析模型，对外花键过渡段齿根应力分布进行CAE计算，计算结果表明改进后的花键过渡齿根形状可以达到增大扭转断裂强度的目的，可在不更改花键基本参数和空间布置的情况下承载更大的扭矩，改进后的外花键可用于有更高扭矩载荷要求的工程应用场合。……