新型冷裝工藝在工程機械復合軸套裝配中的應用

1、新型冷裝工藝在工程機械復合軸套裝配中的應用THE NEW TECHNOLCGY OF FREEZING ASSEMBLE APPLIES TO COMPOSITE SLEEVE IN CONSTRUCTION MACHINERY 摘要 闡明了冷裝方法是復合軸套裝配的正確方法，通過試驗和分析確定了合理的冷凍溫度，選擇了用低溫箱作冷凍設備。Abstract It has expounded which is a right way to assemble composite sleeve by freezing it in this paper.Through testing and analys

2、is,applicable freezing temperature was found out , and the low-temperature chest was chosen as freezing equipment. 關鍵詞： 復合軸套 過盈配合 冷裝工藝及設備 Keywords: composite sleeve interference fit The technology and equipment of freezing assemble目前，復合軸套在工程機械中應用得越來越多，它的耐磨性好，在少油或間歇斷油條件下能正常工作，承載能力大，使用壽命較長而且價格低廉，已取代了傳

3、統(tǒng)的銅套。復合軸套與包容的孔之間的配合常設計為過渡配合，生產實際中多數(shù)有小的過盈，過盈連接的裝配方法有多種，復合軸套是一種新型技術產品，簡單地選擇一種方法是不適宜的。如何解決復合軸套裝配問題，本文以我公司產品使用的SF-2復合軸套為例進行說明。一、復合軸套裝配結構概述在工程機械上復合軸套通常裝在大型結構件上，裝配的位置因結構件的不同有很大差異。我公司產品有裝載機、推土機、挖掘機三大系列，軸套外徑尺寸在55130之間。圖1為復合軸套裝配的典型結構，軸套與結構件上的孔的配合多數(shù)采用，個別采用，安裝后軸套外沿至結構件外平面應保持一距離x，該尺寸用于密封圈裝配。軸套的材料為復合材料SF-2（最外層為低

4、碳鋼板，內圈摩擦層塑料為改性聚甲醛，中間層用青銅粉作結合層）。選擇軸套的裝配工藝應考慮以上各種因素。 Drawing 1 assemble of composite sleeve Drawing 2 stemping 二、復合軸套冷裝工藝的初步選定為選擇裝配工藝，現(xiàn)將幾種過盈連接裝配方法的特點與復合軸套的裝配實際進行對照：壓力機壓裝。該方法操作簡便、效率高，但壓力機安裝位置必須固定，它適合于在高效率的流水線上裝配，結構件能夠自動進入安裝位置并找正，而且每臺壓力機有很具體的分工。我公司產品型號多、軸套種類多，不少結構件采用就件裝配法，采用壓力機壓裝法不適用。錘擊壓裝法。這種方法操作靈活、適應性強

5、，錘擊時使用圖2所示壓?？梢员ＷC尺寸x，但該方法勞動強度大，裝配導向性不好控制，軸套歪斜時會造成報廢。熱裝法。軸套與孔的配合為過渡配合，加熱溫度約需80170，根據(jù)溫差要求應選用介質加熱，但對于工程機械的大型結構件，實際上很難進行。冷裝法。該法將軸套冷凍，軸套冷凍收縮后能輕易裝入結構件的孔中，當常溫恢復尺寸后可獲得要求的配合。這種方法易于實施，我們初步選定此辦法。3、 冷裝工藝分析1.復合軸套需冷凍溫度計算采用冷裝法時首先應確定冷卻溫度，按照冷裝法的一般要求，冷卻溫度用下式計算： = 算式， 式中：軸套冷凍前后的溫差（）； 軸套的最大收縮量（mm）；a低溫時軸套的冷縮系數(shù)（1/）； 軸套的外圓

6、直徑（mm）。上式中，軸套的最大收縮量等于配和的最大過盈量和最小間隙（見表 List 1 the least clearance of freezing assemble1）之和，復合材料SF-2的冷縮系數(shù)為12（復合材料的冷縮系數(shù)因復合工藝和溫度范圍而有相應變化，該數(shù)據(jù)由生產廠提供）。按照該公式計算，每一種軸套的配合都有一個最合適的冷凍溫度，我公司產品軸套的配合有近20種，經全部計算，冷凍時溫度降低最少的配合為130（），=85.9，冷凍時溫度降低最多的配合為55（），=168.2。冷裝時考慮生產上便于組織，需要把冷卻的低溫控制在合理的小范圍內。以下借助試驗和理論分析來進一步探討適宜的冷凍溫

7、度。 2.第一種冷裝試驗 按最難裝配的配合選溫度，取=168.2進行試驗，采用液氮冷卻，冷卻后裝配時發(fā)生了以下問題：個別軸套裝配時有碎裂和材料復合層破壞現(xiàn)象。理論上的原因為：隨溫度降低，材料的屈服極限越來越接近強度極限，因此脆性越來越嚴重；復合材料SF-2外層鋼的冷縮系數(shù)小、內層塑料的冷縮系數(shù)大，溫度越低，從結合層處破壞的內應力也越強。部分軸套裝配后x值不能很好保證。原因為：冷凍收縮量太大，軸套與孔間缺乏配合阻力。如130（）配合，由算式可得：=a=12130168.2=0.262mm，孔的上偏差為+0.063mm，軸套下偏差為+0.015mm，可算出最大可能間隙=0.262+0.063-0.

8、015=0.310mm。從以上試驗現(xiàn)象分析，偏多溫差的冷卻方法并不適用。3. 第二種冷裝試驗 按最易裝配的配合選溫度，取=85.9進行試驗，采用低溫箱冷卻，冷卻后再試裝，無軸套碎裂和復合層破壞的現(xiàn)象，用圖2所示的壓模輔助裝配，軸套裝入深度的x值可以保證。此時不少軸套裝配時仍需使用錘擊，但錘擊的力度很小，勞動強度不大，軸套也不易歪斜損壞。以下以55（）配合為例，從理論上對降溫85.9前后的最大壓入力進行對比。 最大壓入力計算公式：p= 算式 式中：軸套表面承受的最大單位壓力（N/）；軸套的外圓直徑（mm）；軸套長度（mm）；結合表面摩擦系數(shù)。最大單位壓力計算公式：= 算式式中：為配合的最大過盈量

9、，、分別為包容的結構件與軸套的材料的彈性模量，、為系數(shù)，分別與包容件和軸套的外形尺寸和材料有關。用、表示采用冷凍措施前后裝配時的最大壓入力，用、表示對應的最大過盈量。采用冷凍措施前后算式、中的、都不變，所以/=/ 算式對55，=0.062mm，根據(jù)算式，降溫85.9時軸套的收縮量=a=125585.9=0.057mm，則=-=0.062-0.057=0.005mm，代入算式： /=/=0.005/0.062=0.081=8.1%。即：冷凍85.9后軸套裝配的最大壓入力只有原來的8.1%。根據(jù)以上兩種試驗可作出結論：選用溫差偏少的冷凍方法、配合壓裝（使用壓模），是一種合理的裝配方法。這種裝配方法

10、適宜的冷凍設備是低溫箱。四、冷凍設備的結構和制冷原理根據(jù)對冷裝工藝的分析，結合本地區(qū)氣溫及冷凍設備低溫箱的技術現(xiàn)狀，我們將低溫箱的冷凍溫度選定為-80-60，夏季采用-60，冬季采用-80。經一年多的生產實踐檢驗，這樣的低溫箱能兼顧各種軸套要求，也適應不同季節(jié)要求的變化。1.低溫箱結構 Drawing 3 shape of low-temperature chest低溫箱分為上下兩部分（見圖3），壓縮機組設在下部，冷凍工作室在上部。工作室頂部設置有風機，通過特制風道將箱內空氣強制循環(huán)，保證室內溫度場均勻，箱體內外層鋼板之間用聚氨脂硬質泡沫塑料填充，實現(xiàn)對箱體外絕熱，箱門有緊固裝置，可以保證冷凍

11、時室內的密封性。2.低溫箱的制冷系統(tǒng)和原理 Drawing 4 Refrigeration System低溫箱采用兩個單級制冷復疊的制冷系統(tǒng)（見圖4）。低溫制冷系統(tǒng)用R23（三氟甲烷）作制冷劑，R23蒸發(fā)從工作室吸熱，它的標準沸點為-82.1，工作室的-80-60的低溫即通過R23蒸發(fā)吸熱獲得。中溫制冷系統(tǒng)用R22（二氟一氯甲烷）作制冷劑，高壓的R22蒸汽液化溫度可以高于環(huán)境溫度，能把熱量散發(fā)到箱外。兩個制冷系統(tǒng)通過蒸發(fā)冷凝器連接，它是R23的冷凝器和R22的蒸發(fā)器，在這里低溫制冷系統(tǒng)向中溫制冷系統(tǒng)傳遞熱量，使兩個單級制冷系統(tǒng)復疊成統(tǒng)一工作單元。R22的標準沸點為-40.8,由于有R22系統(tǒng)可將R23液化的溫度設計較低，從而降低制造成本。膨脹容器可以保護R23系統(tǒng)，截止閥、電磁閥可協(xié)助控制蒸發(fā)和冷凝的平衡、兩個單級系統(tǒng)的平衡，使低溫箱能按設定參數(shù)精確控制工作室的溫度。五、冷裝工藝的應用及效果冷裝工藝操作過程為：用低溫箱將復合軸套冷凍至-80-60（視季節(jié)），保證零件整體冷透；用壓模壓住軸套，把軸套推入或用錘敲擊裝至結構件孔中，保證尺寸x。低溫箱冷凍速度快、控制溫度準確、保溫性能好、工作室溫度場均勻，采用低溫箱冷凍，復合軸套冷縮量穩(wěn)定統(tǒng)一，裝配質量有了質的提升，生產效率成倍提高，勞動強度大大下降，生產噪音大幅降低，再沒發(fā)生因裝配不當造成軸套報廢現(xiàn)象，也根除