高效加工錐度過(guò)盈配合聯(lián)接行星架

大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司 （遼寧 116035） 陳鳳艷 裴艷清 郝麗格 陳世剛

傳統(tǒng)的工藝方法是主軸和行星架分別加工成品然后裝配，這樣過(guò)盈裝配后行星架其中一側(cè)的三個(gè)行星輪軸孔嚴(yán)重變形，這就要求我們必須創(chuàng)新思維，解決問(wèn)題。我們最終采用預(yù)變形的工藝方法保證了裝配后行星架行星輪軸孔的尺寸和形位公差的精度要求，但隨之而來(lái)的弊端是行星架的加工周期延長(zhǎng)了。本文以1.5MW風(fēng)機(jī)增速主齒輪箱為例，重點(diǎn)介紹了本公司預(yù)變形工藝方法和提高工裝假軸與一級(jí)行星架裝配的效率、縮短一級(jí)行星架加工周期的工裝設(shè)計(jì)及其使用方法。

1.預(yù)變形工藝

為了傳遞輪轂葉片的極限轉(zhuǎn)矩（約為額定轉(zhuǎn)矩的3.5倍），主軸與增速主齒輪箱的一級(jí)行星架的錐度過(guò)盈量達(dá)0.77～0.866mm，如果用傳統(tǒng)工藝方法即分別將行星架和主軸加工成品然后二者過(guò)盈裝配，那么行星架其中一側(cè)的三個(gè)行星輪軸孔均變成橢圓形，沿圓周方向的長(zhǎng)軸和沿徑向的短軸長(zhǎng)度相差0.3mm左右，形位公差嚴(yán)重超差，不能使用。為此我公司采用預(yù)變形的工藝方法，即設(shè)計(jì)制造一工裝假軸替代主軸與行星架成品錐孔按0.778～0.866mm的過(guò)盈量來(lái)裝配，以完全模擬主軸與行星架的實(shí)際配合狀態(tài)，然后精加工行星架的行星輪軸孔，使行星架產(chǎn)生預(yù)變形。采用這種預(yù)變形工藝法加工的行星架與主軸裝配一體后，經(jīng)三坐標(biāo)儀檢測(cè)，兩側(cè)的行星輪軸孔尺寸和所有形位公差統(tǒng)統(tǒng)都滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

行星架與工裝假軸的裝配如圖1所示，大端直徑為510mm，聯(lián)接長(zhǎng)度為595mm，錐度過(guò)盈量0.778～0.866mm（圖樣要求）。

2.工裝的設(shè)計(jì)

采用預(yù)變形工藝方法雖然解決了行星架行星輪軸孔變形的難題，但是增加了工裝假軸與一級(jí)行星架錐度過(guò)盈裝配的工序，通常二者采用溫差法裝配，國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)亦是。針對(duì)本產(chǎn)品，若采用溫差法，行星架需加熱3h，保溫50min，且裝配后需空冷48h以上，這樣共耗時(shí)51.8h；另外一級(jí)行星架多次加熱對(duì)內(nèi)部金相組織有影響，降低齒輪箱運(yùn)行的可靠性。這樣，如何提高工裝假軸與一級(jí)行星架裝配的效率、縮短一級(jí)行星架加工周期成為了新的攻關(guān)課題。解決該問(wèn)題有兩個(gè)方法可以考慮，一是利用壓力機(jī)的壓入法，該法需要投資訂購(gòu)專(zhuān)用壓力機(jī)，費(fèi)用成本高，壓力機(jī)交貨時(shí)間長(zhǎng)；二是利用液壓拉入法，由于行星架尺寸結(jié)構(gòu)的限制，該法需要自己設(shè)計(jì)制造工裝設(shè)備。我們最終采用液壓拉入法，自行設(shè)計(jì)了整套工裝，用此法裝配工裝假軸與一級(jí)行星架，共耗時(shí)僅僅0.5h，比溫差法節(jié)省51.3h。下面介紹本公司拉入法的工裝設(shè)計(jì)及使用方法。

（1）液壓缸壓強(qiáng)計(jì)算：壓強(qiáng)計(jì)算參照了標(biāo)準(zhǔn)GB/T15755－1995《圓錐過(guò)盈配合的計(jì)算和選用》，此處省略計(jì)算過(guò)程。

其中過(guò)盈量為δmin=0.778 m m，δmax=0.866m m，計(jì)算得需要的拉裝油壓P為114.1MPa。

因行星架空間尺寸控制，液壓缸的活塞直徑可控制為580mm，計(jì)算需要的拉力F為3278.3kN。

圖1 行星架與工裝假軸裝配圖

（2）行程L計(jì)算：行程與過(guò)盈量的關(guān)系如圖2所示，圖中實(shí)線(xiàn)為初始位置，虛線(xiàn)為聯(lián)接后位置，裝配后孔徑擴(kuò)大，脹大后的BC表示一半的過(guò)盈量δ大小 ，已知錐度C為1∶50，根據(jù)圖樣要求的過(guò)盈量為δmin=0.778mm，δmax=0.866mm，計(jì)算得

當(dāng)采用壓（拉）入法裝配時(shí)，由于配合面間的微觀不平度，在裝配過(guò)程中部分不平度的波峰被擦傷或壓平，因而有效過(guò)盈量應(yīng)適當(dāng)加大，以保證聯(lián)接有足夠的緊固性，加大后的過(guò)盈量為

式中，Rz1，Rz2分別為行星架與工裝假軸表面微觀不平度的平均高度。

實(shí)踐證明，減小配合面的不平度，可提高聯(lián)接的緊固性。

液壓缸拉裝時(shí)行程的準(zhǔn)確性非常重要，可在液壓缸上裝一個(gè)位移傳感器或限位裝置，使每次拉裝的行程嚴(yán)格控制在38.9～43.3mm之間，針對(duì)本公司產(chǎn)品，其行程L控制為（41±0.2）mm。

（3）活塞桿的直徑計(jì)算：根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)，當(dāng)活塞桿在穩(wěn)定狀態(tài)下，活塞桿直徑D按簡(jiǎn)單的拉、壓強(qiáng)度計(jì)算

圖2 行程L計(jì)算簡(jiǎn)圖

式中，F(xiàn)為活塞桿輸出力（kN）；[σ]為活塞桿材料的許用應(yīng)力（MPa），當(dāng)活塞桿為碳鋼時(shí)，[σ]=100～120 MPa，計(jì)算得

塑性材料一般取屈服強(qiáng)度σs作為極限應(yīng)力，即[σ]=σs/ns， ns常取1.2～2.5；活塞桿的常用材料為35、45鋼，取σs=353MPa（45鋼），取安全系數(shù)ns為2，則[σ]=176.5MPa。

綜合以上兩種計(jì)算方法，活塞桿的外徑圓整為200mm。

（4）活塞桿與假軸的聯(lián)接方式：液壓缸活塞桿與假軸的聯(lián)接方式：為了操作方便，選用銷(xiāo)軸聯(lián)接的方式。按拉力3278.340kN計(jì)算銷(xiāo)軸直徑。

抗剪強(qiáng)度的計(jì)算：

已知：剪切力F=3278.340/2=1639.17kN；許用切應(yīng)力[τ]=0.6－0.8[σ]=140MPa；銷(xiāo)軸截面積為A，根據(jù)

得 A=11714mm2，銷(xiāo)軸的直徑D≥122mm。

結(jié)論：取銷(xiāo)子的直徑為125mm。

擠壓強(qiáng)度計(jì)算：

壓力F=3278.340kN；許用壓應(yīng)力[σbs]=1.5－2.5[σ]=370MPa；擠壓面積為A，根據(jù)

結(jié)論：根據(jù)銷(xiāo)子的直徑125mm計(jì)算的接觸長(zhǎng)度為70mm。

綜合以上計(jì)算，整套工裝如圖3所示。

圖3 工裝裝配圖

3.工裝使用方法

（1）假軸及一級(jí)行星架錐孔的結(jié)合面擦凈，M200聯(lián)接桿旋入假軸。

（2）假軸大端朝下放置，行星架吊裝至假軸上方落下。

（3）安裝液壓缸，液壓缸下端過(guò)渡盤(pán)止口裝入行星架上端軸徑，螺釘頂緊；活塞桿與M200螺桿用銷(xiāo)軸聯(lián)接，接好高壓油。

（4）假軸兩油孔與液壓泵聯(lián)接好。

（5）液壓缸加14kN的預(yù)緊力，此時(shí)活塞位置為拉裝行程的起點(diǎn)，設(shè)為0，用限位開(kāi)關(guān)或位移傳感器設(shè)置行程41mm。

（6）假軸兩油孔開(kāi)始加壓，拉裝開(kāi)始時(shí)，液壓缸的拉力不能過(guò)大。以后隨著油壓的加大而逐步提高，但不能超過(guò)最大軸向壓力。

（7）液壓缸行程到達(dá)限位開(kāi)關(guān)或位移傳感器設(shè)置的行程40mm時(shí)，液壓缸自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入保壓狀態(tài)，假軸兩油孔泄壓。

（8）液壓缸保壓15～30min后泄壓。

（9）拆去液壓缸及液壓泵。

4.結(jié)語(yǔ)

預(yù)變形的理念不僅用于該行星架的加工上，還用于機(jī)床加工的誤差補(bǔ)償、齒輪的修形等，一切問(wèn)題只要下功夫會(huì)迎刃而解的。傳統(tǒng)加工過(guò)程中，工裝假軸安裝采用溫差法，其效率低周期長(zhǎng)。利用油壓裝卸，大大提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了成本。本公司此項(xiàng)工裝設(shè)計(jì)，減少了兩臺(tái)加熱爐的投資，每年節(jié)約煤氣加熱費(fèi)500萬(wàn)元以上，提高工效100倍以上。