液壓套裝法在滑塊式萬向接軸裝配的應用

張發(fā)平，丁 飛，肖士喜

引言

滑塊式萬向接軸具有傳遞扭矩大、可靠性高，廣泛應用于大型寬厚板軋機、管軋機等軋制力矩大，震動劇烈的軋機主傳動裝置中?；瑝K式萬向接軸的軸套與中間軸之間一般采用過盈連接，這種連接的結(jié)構(gòu)簡單、同心度好、承載能力強，能承受變載和沖擊力，可避免零件因加工出鍵槽等而削弱強度，但配合加工精度要求較高。過盈連接的配合面有圓柱面和圓錐面，圓柱面過盈連接采用熱脹配合法裝配，裝拆不便。圓錐面過盈連接壓合距離短，裝拆方便；該種連接有帶中間套和不帶中間套兩種型式，不帶中間套的連接用于中小尺寸的連接，或不需要多次裝拆的連接；對于大型、重載和需要多次裝拆的場合，多使用帶中間套的圓錐面過盈連接，采用液壓套裝法裝拆。

使用液壓套裝法時，高壓油經(jīng)管路和油孔進入包容件的環(huán)形槽中，使環(huán)形槽形成一個密封空間，當進入的高壓油的油壓達到一定數(shù)值時，配合面間的壓力將使包容件內(nèi)徑脹大，被包容件外徑減小，配合表面被一層高壓油膜分開，此時施加一定的軸向力，即可實現(xiàn)過盈配合的裝、拆。

1 現(xiàn)場情況

我公司為某鋼廠4300軋機主傳動制作的一種圓錐過盈連接的滑塊式萬向接軸，圖1為該接軸軋輥側(cè)軸套圓錐過盈連接示意圖，該接軸的軸套材料為 30Cr2Ni2Mo，內(nèi)孔錐度1：30，最大錐圓直徑?586，錐面配合長度675，錐面分布螺旋油槽；外圓有三處加油孔，其中兩個加油孔與錐面螺旋油槽相通，用于裝拆時加高壓油使內(nèi)孔脹大形成間隙；另一個加油孔在拆卸時加壓力油產(chǎn)生軸向推力。錐孔和中間軸之間采用了帶外錐面的中間套，中間套內(nèi)孔與中間軸為圓柱面配合，圓柱面直徑?545 mm，配合間隙0.04～0.13 mm，中間套材料為45鋼；中間軸材料為34CrNi1Mo，端面加工螺紋孔，用于安裝時裝螺桿拉伸。圓錐結(jié)合面裝配時壓合行程38.6 mm。

2 計算油壓裝拆參數(shù)

為合理地選用拆裝設備，裝配前需初步計算油壓裝拆參數(shù)，對帶中間套的圓錐過盈連接可按以下公式進行計算：

中間套變形所需壓強（MPa）：

實際最大結(jié)合壓強（MPa）：

需要的裝拆油壓（MPa）：PX=1.1[Pfmax]

圖1 滑塊式萬向接軸軋輥側(cè)軸套圓錐過盈連接示意圖

式中：E——中間套材料的彈性模量，MPa；

Xmax——中間套與相關圓柱面最大配合間隙，mm；

d——中間套圓柱面直徑，mm；

dm——圓錐面結(jié)合平均直徑，mm，；

[δmax]——滿足連接要求的最大過盈量，mm；

Ca、Ci——系數(shù)，由國家標準GB/T5371-2004《極限與配合 過盈配合計算和選用》表4中查出；

Ea、Ei——包容件、被包容件材料的彈性模量，MPa；

lf——圓錐面配合長度；

μ1——油壓裝配時的摩擦因數(shù)；

C——圓錐面錐度。

計算時的相關數(shù)據(jù)如下：E=206000 MPa，Xmax=0.13 mm，d=545 mm，dm=574.75 mm，[δmax]=1.28 mm，Ca=2.26，Ci=0.7，Ea=Ei=206000 MPa，lf=675 mm，μ1=0.02，C=1/30。將以上數(shù)據(jù)代入公式，經(jīng)計算可得需要的裝拆油壓PX=173.33 MPa，需要的壓入力PXi=7746 kN，需要的壓出力PXe=704.2 kN。

3 裝配設備及裝配工藝

3.1 裝配設備

根據(jù)計算的油壓裝拆參數(shù)，選用適當?shù)囊簤涸O備及工具，具體如下：

徑向液壓泵：手動或電動液壓泵2臺，工作壓力200～280 MPa；

軸向拉伸設備：液壓螺栓拉伸器M180×6，1件，最大拉伸力11545 kN，最大工作壓力50 MPa，行程40 mm；

軸向液壓泵：手動或電動液壓泵1臺，工作壓力50 MPa；

螺桿：M180×6螺桿1件，表面氮化處理；

管路：耐壓300 MPa液壓軟管總成3件，每件長度8 m以上，并配備管接頭；

壓力表：量程300 MPa壓力表2件，量程100 MPa壓力表1件；

壓力油：運動黏度為46～68（40℃時）的礦物油；

其余：限位塊2件，潤滑油、裝配需要使用的專用扳手、生膠帶以及其他裝配常用工具；

3.2 裝配前準備

（1）清洗去毛刺——裝配前檢查所有接合面，不得有裂紋、劃痕和缺陷；所有油孔及油槽，不得有毛刺和切屑；所有接合面及油孔用干凈的NY-190號溶劑油徹底清洗；清洗中間軸端螺孔及螺桿兩端螺紋，注意清洗時不得使用棉紗。

（2）試裝中間套——中間套圓錐面涂紅丹粉，與軸套圓錐孔配合，左右轉(zhuǎn)動30°后檢查接觸面積，接觸面積需保證在80%以上；為了檢驗接觸面是否漏油，需壓力油加壓檢驗；清潔表面后涂潤滑油，將圓錐面配合，向與螺旋油槽相通的油孔加3 MPa的壓力油，觀察壓力表指針的變化，當油壓下降速度不大于0.2 MPa/min時視為密封合格，否則返工圓錐面。

3.3 裝配步驟

（1）裝螺桿——如圖2所示，中間接軸臥放，兩端用V型塊支撐平穩(wěn)，相位標記水平，且使操作人員便于觀察。吊起螺桿并將其一端螺紋擰入中間軸端面螺孔內(nèi)；螺紋旋合時應靈活自如，不得有卡阻；為防止過盈裝配后螺紋孔收縮，螺紋抱死，螺紋加工時配合間隙可加大0.2～0.3 mm。

圖2 滑塊式萬向接軸液壓套裝法裝配示意圖

（2）裝中間套、軸套——將中間套套入中間軸外圓，吊裝軸套，將錐孔緩慢裝入中間套，接合面均勻涂抹潤滑油。

（3）點焊限位塊——圓錐過盈連接件壓入行程允差一般為±0.2 mm，為控制壓入行程，在中間套外圓對稱點焊兩處限位塊，限位塊一側(cè)面與中間軸臺階端面緊貼，用以裝配定位25尺寸，裝配完畢打磨去除。

（4）安裝液壓螺栓拉伸器——吊裝液壓螺栓拉伸器，液壓缸的下方支撐平穩(wěn)，將液壓拉伸器的螺母旋入螺桿逐步排除軸向間隙，間隙排除后回轉(zhuǎn)1/4圈。

（5）連接軸向油路——將液壓螺栓拉伸器油壓接口通過管接頭、液壓軟管與軸向液壓泵相連擰緊，在油路上安裝量程為100 MPa的壓力表，加入適量46#液壓油排除系統(tǒng)內(nèi)部空氣。

（6）連接徑向油路——將軸套上與螺旋油槽相通的兩處油孔通過管接頭、液壓軟管與軸向液壓泵相連擰緊，在油路上安裝量程為300 MPa的壓力表。

（7）加壓——啟動徑向液壓泵，向軸套圓錐孔螺旋槽內(nèi)注油，當圓錐結(jié)合面有油滲出，油路及螺旋槽內(nèi)氣體被排出，啟動軸向液壓泵，排除軸向間隙，使圓錐面貼合，環(huán)形槽形成一個密封空間。將各油路加壓至5 MPa，確認油路無泄漏；繼續(xù)緩慢增加徑向油壓，同時施加軸向油壓緩慢壓入，開始時，軸向壓力不能過大，隨著徑向壓力的加大而逐步提高，但不能超過最大軸向壓力。當油壓達到理論計算值而行程未達到時，應暫停壓入，待軸套錐孔逐漸擴大后再繼續(xù)壓入至規(guī)定行程。

（8）卸壓——軸套端面與限位塊接觸表明裝配已達到規(guī)定的行程，可以卸壓；應先去除徑向油壓，放置15～30 min后再去除軸向油壓，以防止軸套回彈。打磨去除限位塊，拆除管接頭、液壓軟管、螺桿及液壓螺栓拉伸器，軸套外圓上加油孔用螺塞悶堵，防止雜物進入，影響后期拆卸。

3.4 拆卸

拆卸前，先將軸套中間螺紋孔上的螺紋堵頭旋緊，裝孔用擋圈壓緊螺紋堵頭，防止拆卸加壓時松動。軸套上與螺旋槽相通的兩油孔接徑向液壓泵，另一油孔接軸向液壓泵。先加軸向油壓，后加徑向油壓。拆卸時的油壓一般不超過理論計算值，當拆卸困難時，可適當提高油壓，但最大不超過計算值的10%。為保證安全，安裝和拆卸加壓時，操作人員不得在軸套的軸向，應在軸的側(cè)面且距離4 m以上操作。

4 結(jié)束語

液壓套裝法裝配時不需要很大的軸向力，接合面不易損傷，拆裝方便，多用于承載較大且需多次裝拆的場合。該方法將在軋鋼機械、機車車輛和船舶機械中得到廣泛應用。

[1]楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

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