Page 124 - 《橡塑技术与装备》2026年4期

橡塑技术与装备
HINA R&P TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

承配置作为仿真算例。
1.3.2 花键对中
提高花键对中精度可以有效降低振动响应。考虑
到加工难度和定位精度，常使用的花键配合方式为齿
侧配合和齿顶配合。
齿侧配合在承受纯扭载荷时，具有自定心效果，
但由于大造粒齿轮箱为停机换挡，换挡过程中花键不
受载，必须考虑花键在仅受重力情况下产生的径向不
对中 ；齿顶定位有良好的对中能力，但是齿侧间隙较
大。将起到轴向位移作用的花键副为花键 1，直接连
接齿轮的花键副为花键 2，花键 1 在停机换挡时存在
图 2 拨叉换挡机构三维结构
自重引起的径向不对中，花键 2 需要保证侧隙足够大
的内圈与外圈存在相对转速。 以补偿花键 1 的不对中。
1.2 拨叉换挡机构振动激励源分析 基于此，以 DIN5480 花键为例，确定三组花键 1
一般齿轮传动系统的振动激励源来自齿轮啮合、 配合关系为算例，以对比不同花键配合关系、不同侧
转子不平衡、制造加工误差等 [6] ，但结合国内外正在 隙对拨叉换挡机构振动性能的影响，如表 1 所示。
服役和新制大造粒齿轮箱的运转情况来看，拨叉换挡 表 1 花键 1 设计方案
花键 1 配合方式 花键 1 公差代号与精度
机构处的振动响应明显高于其他位置，因此，根据大
方案 1 齿侧定位 7c-7H
造粒齿轮箱拨叉换挡机构的结构特征，导致问题的振 方案 2 齿侧定位 7d-7H
方案 3 齿顶定位 9f-9H
动激励源可能来自以下几点 ：
1.2.1 换挡齿轮的支承轴承
2 轴承游隙设计与花键侧隙匹配方法
工作挡位的轴承需要承受齿轮的轴向载荷和径向
本文主要针对系统的动力学性能进行讨论，因此
载荷，同时斜齿轮产生的轴向力会产生一个对轴承的
仅讨论与振动性能相关的参数设计方法，轴承游隙和
倾覆力矩，由于轴承外圈直接引导齿轮轴线，倾覆力
预紧量是影响轴承倾覆刚度的重要因素之一，花键侧
矩引起的不对中对齿轮啮合、系统振动噪音的影响都
隙直接影响了花键副的不对中量，因此，以下对这些
很大。
参数进行的设计方法展开详细讨论。
1.2.2 换挡花键
2.1 轴承游隙设计方法
大造粒齿轮箱切换工作挡位需要停机换挡，为保
轴承游隙是影响轴承刚度的重要因素之一，为确
证换挡过程流畅，花键轮不卡死，连接花键的侧隙一
定换挡轴承的实际工作刚度，首先需要进行游隙设计。
般会选取的较大，从而影响系统振动性能。
理想状态下，换挡轴承进行零游隙调整可以获得
1.3 拨叉换挡机构减振优化策略
最佳刚度，但零游隙轴承在乏油状态下极易卡死，保
1.3.1 滚动轴承配置
守设计一般偏向于工作游隙取较小的正游隙。
提高换挡轴承刚度可以降低齿轮轴向力引起的倾
从目标工作游隙倒推，考虑内外圈温差、装配过
覆不对中，进而降低振动。 [7]
盈量，即可得到初始预紧量，如式所示 ，
目前工业齿轮箱中类似的拨叉换挡机构一般使用
r=r op +Δr 温差 +Δr fit (1)
成对深沟球轴承或成对圆锥滚子轴承。成对圆锥滚子
式中，r op 为要求的工作游隙 Δr fit 为由配合引起的
以背对背形式安装。成对深沟球轴承一般选择内部游
游隙减小量，f 1 为内圈游隙减小系数，Δr 温差 为温差产
隙较大的轴承，通过调整内圈进行零游隙调整，可以
生的游隙减小量，一般情况下齿轮箱轴承内外圈温差
产生一个初始接触角。
约为 5~10 ℃，但换挡轴承属于静连接，内外圈相对
一般认为滚子轴承的刚性优于球轴承，为比较两
静止。此外，轴承外圈安装在齿轮上，内圈安装在轴上，
种滚动轴承配置对拨叉换挡振动性能的影响，制定两
因此温差较小，因此此处内外圈温差取 2 ℃。温差对
组规格相近的成对圆锥滚子轴承配置和成对深沟球轴
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·72· 第 52 卷 第 期