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1、宝 检 公 司 张 协,2010年3月4日,过盈联接拆装技术,一、过盈联接的类型、特点及应用,过盈联接是利用过盈配合来实现的一种静联接。在一般情况下，拆卸此类部件，常常会使零件配合表面损坏，有时还会使整个零件损坏，所以，这种联接大多是不可拆联接；但若装配过盈不大，或者过盈虽大而采取适当的装拆工艺，则此种联接又变成可拆联接。,基础知识,根据构造和工作原理不同，过盈联接可分为两大类：,第一类是利用两个被联接零件本身的过盈来联接，靠摩擦传递载荷，通常称为压配合联接。这类联接常用于轴与轮毂的联接，轮毂称为包容件，轴称为被包容件。其配合表面为圆柱面的称为圆柱面过盈联接，其配合表面为圆锥面的称为圆锥面过盈
2、联接。图1所示曲柄和轴、轮毂和轮心、蜗轮齿圈与轮心、滚动轴承和轴的联接，都是这一类联接的应用实例。,图1.第一类过盈联接 （a）曲柄与轴的联接 （b）轮毂与轮心的联接 （c）蜗轮齿圈和轮心的联接 （d）滚动轴承和轴的联接,第二类是利用扣紧板或扣紧环等辅助零件来联接，直接靠零件的变形传递载荷，如图2所示。这类联接过去曾用在剖分式重型零件的组装上，但由于在大多数情况下，这类联接可用螺栓联接代替，因而现已很少采用。,图2.第二类过盈联接 （a）利用扣紧环联接 （b）利用扣紧板联接,过盈联接的优缺点： 过盈联接的优点是结构简单、定心性好，承载能力高，并且在振动下能可靠工作，适用于需要传递大的载荷和具有
3、足够的联接强度的大、中型零件的联接。过盈联接的主要缺点是装配困难和对配合尺寸的精度要求较高。近年来，利用液压拆装的过盈联接有所发展，拆装困难的问题得到了一定的改善 。,二 、过盈联接的工作原理和装配方法,过盈联接之所以能传递载荷，其根本原因在于零件具有弹性和零件之间具有过盈。装配以后，由于包容件和被包容件的径向变形，使配合面间产生很大的压力，工作时，就是靠这一压力相伴而生的摩擦力来传递扭矩和载荷。这种摩擦力或摩擦力矩称为固持力，如图3所示。过盈联接所传递的载荷可以是轴向力、转矩或二者的组合，有时也可以是弯矩。一般而言，过盈愈大，联接的固持力愈大，零件的装配应力也愈高。,图3. 过盈联接的固持力
4、,图4. 过盈联接工作原理图,当该连接承受轴向力F或扭矩T时，配合面上产生摩擦阻力或摩擦力矩来抵抗和传递外载荷。,过盈联接的装配方法：,压入法：利用压力机将被包容件直接压入包容件中。由于有过盈量的存在，压入的过程中，配合表面微观不平度的峰尖不可避免的要受到擦伤或压平，降低了联接的可靠性。在被包容件和包容件上分别制出导锥，并对配合表面进行润滑，可以减轻上述缺点。,图5. 过盈联接装配示意图,温差法： 利用金属的热胀冷缩性质，使零件便于装配，然后在常温下得到过盈联接。采用温差法进行装配时，可以只加热轮毅（包容件），使孔膨胀；也可以只冷却轴（被包容件），使其收缩；亦可同时既加热轮毂又冷却轴。加热法一
5、般用于零件配合尺寸较大的场合，常利用电热或油浴加热。冷却法多用于零件配合尺寸较小的场合或大型机壳的联接，冷却时多采用液态氮或固态二氧化碳（干冰）。采用温差法装配，零件配合表面损伤较小，仔细操作可获得较好的效果，但其工艺较压入法复杂。,由于过盈联接多次装拆后，配合面会受到严重损伤，当配合过盈量很大时，装配后再拆卸就更困难。因此，为保证多次拆装后的配合仍能具有较好的固持能力，现在较大过盈连接采用液压拆卸，即在配合面间注入高压油，以胀大包容件的内径，缩小被包容件的外径，从而便于拆卸，并减小配合面的擦伤。但采用这种方法时，需在包容件或（和）被包容件上制出油孔和油沟。,三、圆锥面过盈联接,结合面具有一定
6、锥度的过盈联接称为圆锥面过盈联接。这种联接拆装方便且配合表面不易擦伤，联接的固持力较大，适用于传递大载荷及大型零件的联接 。,图6所示为端部靠螺母压紧的圆锥面过盈联接与键联接结合使用，能精确地达到给定的压强和避免承载能力降低，广泛用于电动机和减速器轴端联接 。,图6. 轴端螺母圆锥面过盈联接,近年来，利用液压拆装的圆锥面过盈联接 （见图7）有所发展，从而使圆锥面过盈联接的应用范围不断扩大。液压装配是将高压油压入联接的配合表面，迫使配合面处的内径涨大和外径缩小，同时施加一定的轴向力，使两零件相互压紧。待零件装配到预定位置后，排出高压油，就构成了过盈联接。拆卸时，只要压入高压油，两件即可分离。 圆
7、锥面过盈联接的缺点是对配合表面的接触精度要求较高 （接触面一般大于75，且接触均匀等），采用液压拆装时需高压油泵等专用设备。,图7. 利用液压拆装的过盈联接 （a）油从包容件压入 （b）油从被包容件压入 （c）带中间套的联接,过盈联接的计算主要包括两个方面： (1）在已知载荷的条件下，计算零件配合表面间的压强大小和产生这个压强所需的过盈； (2）在已知过盈的条件下，计算联接零件的强度和装拆力的大小。,四、滚花压合联接,当需要对小尺寸的零件进行压合联接时，由于按过盈公差制造配合面较困难，成本也较高，因而常采用如图8所示的滚花压合联接。,图8.滚花压合联接,滚花压合联接一般在硬度较高的轴表面做出滚
8、花，再压入孔内。轴表面滚花后，轴的直径会增大，其增大的数值与零件的材料和花纹的节距有关。材料愈硬，直径增大愈小。含碳量为0.350.4 的钢材零件，滚花前后直径的变化数值见下表。,滚花压合联接简单可靠，广泛用于精密机械及仪器仪表中。但这种联接不能承受较大的轴向力，因此，当有轴向力时，须考虑其它轴向固定措施结合使用。,计 算 公 式,圆柱面过盈联接的计算,过盈联接计算的假设条件：联接零件中的应力处于平面应力状态，应变均在弹性范围内；材料的弹性模量E为常量；联接部分为两个等长的厚壁筒，配合面上的应力均匀分布。 过盈联接主要用以承受轴向力或传递扭矩，或者同时兼有以上两种作用。为保证过盈联接的工作能力
9、，强度计算包括以下内容： 一、联接强度的验算； 二、组成联接的零件的应力和变形； 三、压入力和压出力的计算； 四、温差法装配时加热及冷却的温度。,一、压入力和压出力的计算,当采用压入法装配并准备拆卸时，为了选择压力机的容量，应计算出其最大压入力和压出力；,最大压入力,最大压出力,F=ild 其中：F-取出力（kg）； i-过盈量； l-套入的长度； d-套的直径； -摩擦系数 钢0.10.2,二、包容件加热及被包容件冷却温度,包容件的加热温度,被包容件的冷却温度,式中：max -零件配合的最大过盈量； 0-装配时为了避免配合面互相擦伤所需的最小间隙。通常采用同样 公称直径的间隙配合H7/6的最
10、小间隙，或从手册中查取； -分别为被包容件及包容件材料的线膨胀系数，查有关手册； t0-装配时的环境温度。,各种材料的膨胀系数,过盈配合特征及装配方法,案 例 1,2050热轧厂主传动轴的拆装工艺,宝钢股份2050热轧厂粗轧机主轴为滑块式万向接轴，是德国“西马克”公司的原装进口设备，1995年我国二重厂仅加工、装配过一根。该主轴与其他主轴相比，在结构、工作原理上都有很大的区别：叉头过盈量仅为0.250.38 mm , 而同类型主轴过盈量最小为0.850.95mm, 这势必给检修带来了新的课题。 2005年初，宝钢股份2050热轧R2主轴在正常运行中突然断裂，引起有关部门的高度重视，并立即对R2
11、主轴的制作及装配进行国产化研制，于2005年8月一次性装配并成功上线运转。,一、概述,二、主轴的结构,宝钢股份2050热轧厂粗轧机主轴属于滑块式万向接轴，主要有轧辊端叉头、主电机端叉头、接轴组成，总长约11m, 总重38.6 t, 进口制作原价约600万元人民币。,长轴实物图,主轴的结构特点 （1）接轴与叉头为过盈配合，其过盈量为0.25-0.38mm； （2）接轴与叉头的配合必须进行表面喷砂毛化，粗糙度达Ra5-8之间；摩擦力和结合力可大幅度增加； （3）接合面上涂型号为675的黏结剂，在-55+150温度范围稳定性好，超过190就会失效。因此，在热装加热过程中，叉头的温度要严格控制在190
12、以内。黏结剂性能：黏度为125mPas, 剪切强度为1530MPa。,主轴的主要技术参数 上下主轴正反转传动机电功率：N=2X6200 Kw ； 转数：n=040/30 r/min； 轧制力矩：max 4200 KNm.,三、万向接轴叉头保护性拆卸,原先采用传统方法：用1000t卧式油压机加10把烘枪同时加热；油压机压力需900t左右，加热时需6h左右，但配合表面有严重拉伤，故叉头已无法利用。 R2主轴两端叉头采取保护性拆卸，两端大、小叉头加以利用。一来可以克服备件加工周期，二来可以节约大量资金。但叉头的保护性拆卸工作对我们提出了很高的要求，其做法是： （1）设计制作快速感应加热装置，用于叉头
13、的拆卸和装配时加热； （2）利用1000t卧式油压机； （3）拆卸方法：将主轴卧置于卧式油压机上，叉头外圆周装感应加热装置；拆卸叉头时分二次加热：首先均匀加热至300左右，保温3H，以破坏叉头与主轴配合表面之间的黏结剂，待主轴完全冷却后，进行第二次均匀加热至300，使叉头整体快速热透，后用油压机顶出长轴。,感应加热装置,卧式油压机,使用结果表明：采用保护性拆卸法时，油压机压力小于150t，且拆卸后外圆与内孔表面无任何拉伤现象。,四、主轴热装工艺过程,对主轴和叉头结合面进行喷砂毛化，使结合面粗糙度达Ra58；叉头孔朝上放置：叉头外圆周装感应电加热器，调整叉头；检查叉头接合面的清洁度；对叉头加热使
14、之缓慢并均匀的升温到150；检查叉头加热后叉头孔的圆柱型尺寸；在接轴接合面上均匀的涂上一层黏结剂；将接轴下降；直至主轴与叉头孔在地面发生碰撞为止；行车仍然吊着主轴，让叉头在室温下冷却6-8H，最后放下热装好的主轴。,1、热装前的准备工作,（1）配合面进行喷砂毛化处理。接轴与叉头接合面喷砂，采用移动机床与旋转台架组合运动来完成。； （2）叉头与主轴划装配用对中线。大、小叉头内孔端面划刻十字中心线，与虎口中心分出；主轴配合处划刻十字中心线； （3）设计制作长轴安全稳定的吊装工装，可以自由调节主轴与叉头的垂直度； （4）设计制作轧辊侧叉头与电机侧叉头的虎口平行度安全导向装置； （5）选择装配地点：要
15、具备长轴的垂直深度和行车能起吊及具备接感应加热电缆条件的地沟； （6）计算加热温度。,2、热装工艺步骤,（1）在叉头外圆周装感应加热器，复侧叉头端面水平度，并装好对中导向杆； （2）将喷砂好并装上起吊工装的主轴，吊至叉头上方进行对中试装配，调节主轴上面对中装置，使主轴与叉头十字中心线对准； （3）开始加热叉头，加热至150，加热时间为56H；加热时每0.5小时测量一次并记录； （4）检测叉头孔内壁温度达150时，必须用量棒检测孔内实际热涨量，止规通过时方可进行装配； （5）清洗配合处内孔、外圆，并均匀涂一层黏结剂，并用橡胶刮板涂均匀； （6）装配时先缓慢下降主轴，确保装配对中准确，待主轴准确的
16、进入叉头孔内时必须加速将主轴装配到位； （7）装配后主轴仍需垂直固定，要热装好的接轴和叉头自然冷却68H，然后放下主轴，一头热装完毕； （8）在装配另外一端叉头时，装配过程重复（2）（9）。但必须注意：两头叉头虎口应装配成同一方向，误差3。,现场装配,设计制作吊装专用工具,吊装专用工具,测量扁头套在加热炉内的垂直度,清洗主轴表面,主轴涂胶,安装、调整导向装置,导向装置实物图,装配完成后等待主轴自然冷却,注：装配后主轴仍需垂直固定，将热装好的长轴和叉头自然冷却68H，然后放下主轴，热装完毕。,案例 2,宁钢F3主轴齿轴拆卸,一、概况,宁钢热轧精轧机F3主传动轴减速箱是二重厂制造，是根据国外设计图纸改动后齿轴联轴器由有键改为无键联接，有可能二重出于对无键联接扭拒力的把握不大，在过盈量保险系数上放大了近一倍，超特大非常规联轴器过盈量无疑是对宝检公司提出了新的挑战。,宁钢F3减速箱两根齿轴，输入轴直径为525mm，过盈量为1.04mm，输出轴
