孔軸過(guò)盈裝配技術(shù)實(shí)踐

張志江

一、過(guò)盈配合與熱裝

孔、軸過(guò)盈配合安裝是機(jī)械設(shè)備在維修和安裝中經(jīng)常遇到的操作問(wèn)題，從理論上講，對(duì)于過(guò)盈配合的安裝，可以選擇壓入裝配法、低溫裝配法（或稱冷裝配法、冷裝法）和加熱裝配法（或稱熱裝配法、熱裝法）幾種辦法。其中，壓入裝配法是利用壓力機(jī)械（如機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)等）產(chǎn)生的巨大工作壓力，將相互配合的軸與孔按設(shè)計(jì)圖紙上的裝配基準(zhǔn)壓裝到一起的一種裝配方法。壓入裝配法可與加熱裝配法或低溫裝配法配合使用，安裝的公差范圍較廣，可靠性強(qiáng)。但由于使用壓入裝配法需要專用的壓力設(shè)備和配合使用胎具，使其使用范圍受到一定限制，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不具備壓入法裝配條件。低溫和加熱裝配是利用熱脹冷縮的原理，將過(guò)盈配合的軸降到一定低溫或者是將孔件加熱到一定溫度，從而消除孔與軸的過(guò)盈量，然后快速將軸、孔按設(shè)計(jì)要求裝配到一起的裝配方法。實(shí)際中加熱的辦法比制冷的辦法較易實(shí)現(xiàn)，所以熱裝配在生產(chǎn)實(shí)踐中是使用較廣泛的裝配工藝。在選擇熱裝配時(shí)，必須按照工序分步進(jìn)行，否則由于選擇的裝配工藝不當(dāng)，往往會(huì)引發(fā)安裝困難、安裝不到位或者損壞被裝配的零部件，造成安裝失敗。

選擇熱裝法時(shí)，要考慮的首要問(wèn)題是被裝配件是否符合熱裝的要求，主要有兩個(gè)方面的問(wèn)題。一是工件加熱后應(yīng)能消除其配合的過(guò)盈量并產(chǎn)生一定間隙，確保工件加熱后能夠按設(shè)計(jì)要求裝配到一起。二是要考慮工件加熱的溫度不足以引起工件金相組織發(fā)生改變，否則會(huì)影響到裝配零部件的力學(xué)性能。在考慮加熱溫度問(wèn)題時(shí)，可以用經(jīng)驗(yàn)公式（1）進(jìn)行計(jì)算。

式中 t 加熱溫度，℃

t0環(huán)境溫度，℃

δ 軸與孔的過(guò)盈量，mm

δ0加熱后孔與軸的間隙量，通常可取δ0=（1～2）δ，mm

α 加熱時(shí)工件的線膨脹系數(shù)，鋼取20～200℃內(nèi)的較小系數(shù)11×10-6

l 被加熱孔的直徑，mm

二、熱裝配實(shí)例

1.10t橋式起重機(jī)大車被動(dòng)車輪

10t橋式起重機(jī)大車被動(dòng)車輪，車輪兩軸端裝配4套32224圓錐滾子軸承。安裝前，測(cè)量4套軸承的內(nèi)徑分別為：120.02mm、120.00mm、120.04mm、120.02mm，與其配合的軸，一端外徑為120.08mm，另一端外徑120.10mm。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，可以初步判斷，可將內(nèi)徑120.02mm和120.00mm的軸承裝配到外徑為120.08mm的軸端，將120.04mm和120.02mm的軸承裝配到120.10mm的軸端。根據(jù)熱裝配加熱經(jīng)驗(yàn)公式（1），只要計(jì)算出較小內(nèi)徑的軸承的最低加熱溫度，將其他軸承統(tǒng)一加熱到這一溫度即可進(jìn)行裝配。當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度為19℃，具體計(jì)算過(guò)程如下。

因t1＞t2，故將4套軸承加熱到171℃即可進(jìn)行順利裝配。選定需要加熱的溫度后，根據(jù)設(shè)備情況、作業(yè)環(huán)境、工件形狀及尺寸大小，通常使用的加熱方法有3種。

（1）介質(zhì)加熱法。借助水、水蒸氣、油等介質(zhì)，將工件浸入介質(zhì)中進(jìn)行加熱。這種加熱法不需要專用設(shè)備，使用方便，工件受熱均勻，不會(huì)因加熱溫度過(guò)高而改變工件材料的金相結(jié)構(gòu)。沸水加熱的溫度在80～100℃，水蒸氣的加熱溫度可達(dá)120℃或更高，熱油的溫度可達(dá)到320℃，多用于過(guò)盈量較小、配合要求嚴(yán)格的軸承類工件。

（2）火焰加熱法。利用火焰進(jìn)行加熱，實(shí)際中使用氧炔焰進(jìn)行加熱時(shí)較多，加熱溫度在350℃以上，是裝配較小工件常用的方法。對(duì)于較大的工件，可用多套割炬同時(shí)進(jìn)行加熱，缺點(diǎn)是溫度不易掌握。

（3）燃料燃燒加熱法。以木柴或煤、焦炭等為原料，使燃料在火爐內(nèi)燃燒或直接燃燒烘烤工件加熱，加熱溫度可達(dá)350℃或更高。這種方法不需要專門設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，成本低，但工件受熱不均勻，需要經(jīng)常翻轉(zhuǎn)工件，如果是直接烘烤加熱，灰塵太多，易積炭。一般是在加熱不太重要的工件或者沒(méi)有其他加熱條件的情況下使用。

上述安裝中加熱的溫度較低，所以選擇普通機(jī)械油作介質(zhì)進(jìn)行加熱，測(cè)量溫度達(dá)到要求加熱的溫度時(shí)，立即進(jìn)行安裝。

2.聯(lián)軸器外齒套與軸的裝配

一個(gè)新加工的齒式聯(lián)軸器的外齒套與現(xiàn)有設(shè)備的軸進(jìn)行裝配，經(jīng)測(cè)量外齒套內(nèi)孔直徑48.04mm，軸的直徑48.26mm，鍵與鍵槽的裝配符合正常裝配要求。選用熱裝法進(jìn)行裝配，首先計(jì)算加熱溫度，由已知條件可求得，δ=48.26-48.04=0.22mm，δ0=1.5，δ=1.5×0.22=0.33mm。當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度為21℃，工件均為鋼材料，將已知數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算后得t≈1062℃，即進(jìn)行熱裝配時(shí)需要加熱溫度為1062℃。遇到這種情況，需要考慮兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，一是用什么方法加熱能達(dá)到如此高溫；二是如果加熱到這一溫度，工件材料的金相組織和力學(xué)性能是否發(fā)生改變。對(duì)于這一裝配，如果直接選用熱裝法，由鐵碳相圖可以確定其加熱溫度在1062℃時(shí)，會(huì)引起工件材料金相組織發(fā)生改變，故不可選用熱裝配法。但現(xiàn)場(chǎng)不具備使用其他裝配方法的條件，仍然考慮使用熱裝工藝，但必須對(duì)工件進(jìn)行進(jìn)一步加工后才能進(jìn)行熱裝。

這次選擇反計(jì)算的辦法，即先選定加熱溫度為350℃，然后計(jì)算外齒套孔的尺寸，求得內(nèi)徑為48.20mm。即把孔的直徑由48.04mm擴(kuò)大到48.20mm。經(jīng)對(duì)外齒套孔進(jìn)行磨削加工后，測(cè)量其內(nèi)徑為48.22mm，再計(jì)算選用熱裝配需要的加熱溫度，δ=48.26-48.22=0.04mm，δ0=1.5，δ=1.5×0.04=0.06mm。環(huán)境溫度21℃，工件為鋼材料，代入公式后得t=210℃，即熱裝配時(shí)需要加熱溫度為210℃。由于工件的材料為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235A，沒(méi)有特殊熱處理要求，由鐵碳相圖可知，210℃的加熱溫度不會(huì)引起工件材料金相組織發(fā)生改變，故可選用熱裝配法。使用火焰加熱，工件得到順利安裝。

三、總結(jié)

熱裝配法是安裝過(guò)盈配合工件的一種行之有效的方法，在保證安裝質(zhì)量的同時(shí)，可以提高裝配效率，方法易于掌握、操作簡(jiǎn)便。但同時(shí)也必須認(rèn)識(shí)到，熱裝配法并不是可以無(wú)條件使用，為了便于加熱、保證加熱質(zhì)量，防止工件材料金相組織發(fā)生改變，一般應(yīng)將加熱溫度控制在350℃以內(nèi)。對(duì)于過(guò)盈量較大、經(jīng)測(cè)算加熱溫度較高的工件，可以將過(guò)盈量適當(dāng)減小到便于操作和控制的加熱溫度范圍內(nèi)，然后重新計(jì)算加熱溫度。將過(guò)盈量控制好，是進(jìn)行熱裝配時(shí)的關(guān)鍵步驟。

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