关于DIN标准多边形轴毂联接的有限元分析验证

施春中

(上海梅山钢铁股份有限公司 矿业分公司设备部，江苏 南京 210041)

1 研究背景

DIN(德国标准化学会)标准对多边形轴毂联接进行了规范，以替代键和花键来传递动力。过去由于加工复杂型面的设备稀缺以及缺少设计标准，限制了多边形轴毂联接传动方式在机器设备上的应用。随着多轴CNC先进制造技术的普及，这种联接方式的使用开始增多和普及，逐渐成为实现动力传递的一种可行选择。多边形轴毂联接有很多优点：加工制造更经济 (成本为花键联接的40%～50%)，方便装配和拆解；与键和花键等联接方式相比应力集中区更少；具备自动定心能力；联接处振动及噪声低，因此与其他键联接不同，可以采用过盈配合。P3G(三叶型)和P4C(四叶型)是常用的多边形轴毂联接的几何形状，因为P4C轴具有较小的轴向应力，可应用在滑动配合中，而P3G轴具有较大的接触面积有利于分散接触应力，可应用在压配合中。

因为多边形轴毂之间的共形接触较为复杂，接触应力值无法精确测量或计算，常常是以反映实际应力和应变状态的近似值为基础进行分析，以找到毂的临界应力，因为毂在扭力作用下易膨胀并破坏。

2 多边形轴毂联接的几何形状

P3G和P4C多边形轮廓形状分别如图1、图2所示。

在图1、图2中，d1为外切圆或磨削直径；d2为内切圆直径；dm为平均直径，dm=d2+2e；e为偏心距。

3 负载计算

3.1 P3G轴毂联接计算

P3G轴毂联接由平均直径dm、偏心率和关联偏心率e/dm共同定义。P3G轴毂联接承受扭转载荷，该扭矩T计算公式为：