JD142A電機(jī)轉(zhuǎn)軸和工藝芯軸壓裝時(shí)漏油與拉傷問(wèn)題的分析及對(duì)策

摘 要 本文針對(duì)JD142A電機(jī)轉(zhuǎn)軸在壓裝工藝芯軸時(shí)出現(xiàn)的注油孔漏油和工藝芯軸拉傷問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了處置措施。

關(guān)鍵詞 內(nèi)錐孔 工藝芯軸 漏油 拉傷

中圖分類號(hào)：TM305 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 問(wèn)題的提出

JD142A電機(jī)為出口澳大利亞交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的配套牽引電機(jī)。該電機(jī)設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔與小齒輪過(guò)盈配合結(jié)構(gòu)，而轉(zhuǎn)軸外圓的磨削需要借助工藝芯軸的壓入才可完成。在試制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，工藝芯軸被壓入一定深度后，隨著徑向液壓泵壓力的上升，工藝芯軸端面的注油孔有甘油不斷流出，壓力表顯示壓力同時(shí)停止上升，芯軸無(wú)法繼續(xù)壓入到要求深度。在退出工藝芯軸后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔和工藝芯軸的錐度面小端均產(chǎn)生了嚴(yán)重的條紋狀拉傷。

2 原因分析

2.1 轉(zhuǎn)軸和工藝芯軸結(jié)構(gòu)說(shuō)明

JD142A電機(jī)轉(zhuǎn)軸材料為40CrNi2MoA，傳動(dòng)端設(shè)計(jì)有錐度比1：50的內(nèi)錐孔，錐度面長(zhǎng)180mm。精加工工序安排： 精車和精磨轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔→壓裝工藝芯軸→精磨轉(zhuǎn)軸外圓。工藝芯軸為電機(jī)配套產(chǎn)品部件，要求在壓裝小齒輪時(shí)才可拆除，材料與轉(zhuǎn)軸相同，錐度面長(zhǎng)183mm，中心位置設(shè)計(jì)有€%O27通孔，大端面設(shè)計(jì)有M16€？.5的注油螺紋孔，內(nèi)部€%O10通油孔與錐度面上的€%O4通油孔貫通。轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔和工藝芯軸的結(jié)構(gòu)及配合見(jiàn)圖1。

轉(zhuǎn)軸與工藝芯軸需使用液壓泵達(dá)到過(guò)盈配合，軸向壓入量10€？.1mm。

2.2 注油孔漏油原因分析

從工藝芯軸和注油嘴的接觸位置來(lái)看，密封方式為圓周密封，同時(shí)又屬于高壓靜密封。通過(guò)擰緊注油嘴使兩個(gè)平面達(dá)到過(guò)盈配合產(chǎn)生足夠的接觸壓力，接觸面產(chǎn)生較大的彈性變形而實(shí)現(xiàn)密封。然而，由于圓周密封面的加工不可能是理想光滑，接觸面不可能完全貼合，微觀紋路間存在間隙。在開(kāi)始注油后，液壓油進(jìn)入凹凸不平的間隙內(nèi)形成壓力腔，對(duì)注油嘴形成軸向推力，從而促使螺紋發(fā)生塑性變形，液壓油沿螺紋間隙露出，見(jiàn)圖2。壓力腔容積的逐漸變大，導(dǎo)致密封面接觸壓力被逐步抵消、削弱，這樣進(jìn)一步加劇了螺紋的塑性變形，使得漏油情況越來(lái)越嚴(yán)重。文獻(xiàn)【1】敘述了密封面微觀質(zhì)量對(duì)密封效果的影響。

另外，通油孔的直徑€%O10與注油嘴的通油孔€%O3相差較大，注油嘴的端面受流體壓力面積較大，同樣抵消了部分接觸壓力，加速了螺紋的塑性變形。根據(jù)文獻(xiàn)【2】中所述，結(jié)合本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和密封方式，工藝芯軸的壓裝應(yīng)該采取接觸寬度盡可能窄的線性密封。

由此可見(jiàn)，通油路徑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理是導(dǎo)致注油孔漏油的主要原因。

2.3 錐度面拉傷的原因分析

（1）在工藝芯軸的壓入量達(dá)到10€？.1mm時(shí)，轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔和工藝芯軸的單邊過(guò)盈量將達(dá)到0.1mm。工藝芯軸的壓入是在轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔充分漲開(kāi)的前提下才能完成的，被包容范圍內(nèi)由一定厚度的油膜分離。從圖1所示的轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔和工藝芯軸的配合來(lái)看，工藝芯軸壓裝到位后有大約7mm越過(guò)了轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔最小直徑處，成為被“勒緊”的不被包容部分。在注油孔出現(xiàn)漏油時(shí)，徑向壓力不足導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔無(wú)法充分漲開(kāi)，油膜無(wú)法形成。但工藝芯軸在軸向壓力的強(qiáng)迫下繼續(xù)伸入內(nèi)錐孔。在越過(guò)內(nèi)錐孔最小直徑時(shí)，工藝芯軸和內(nèi)錐孔直接接觸，相互擠壓，產(chǎn)生了高應(yīng)力的滑動(dòng)摩擦，從而導(dǎo)致了拉傷，見(jiàn)圖3。

因此，工藝芯軸和內(nèi)錐孔的高應(yīng)力接觸是造成拉傷的主要原因之一。

（2）轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔邊緣處沒(méi)有倒角要求，精車后殘留的尖棱、毛刺會(huì)在工藝芯軸壓裝和拆卸過(guò)程中進(jìn)入配合面，導(dǎo)致拉傷進(jìn)一步加重。

（3）根據(jù)文獻(xiàn)【3】中所述，當(dāng)同種材料的工件進(jìn)行過(guò)盈聯(lián)接時(shí)，為避免壓入時(shí)發(fā)生粘著現(xiàn)象，包容面與被包容面應(yīng)有不同的硬度。而JD142A電機(jī)配套工藝芯軸的毛坯是從轉(zhuǎn)軸毛坯上切下來(lái)的，材料以及熱處理?xiàng)l件相同，硬度要求均在HB293～332范圍內(nèi)。因此，材料相同但硬度不匹配是產(chǎn)生拉傷的另一主要原因。

3 解決方案

3.1 工藝芯軸注油孔漏油的改進(jìn)措施

（1）將工藝芯軸通油孔的直徑由€%O10減小到€%O5，以減小注油嘴承受的軸向壓力，同時(shí)保證通油孔的較好的加工工藝性；另外，提高M(jìn)16螺紋孔底部平面的加工要求，增加與端面的平行度要求，并將粗糙度要求從Ra3.2提高到Ra1.6，見(jiàn)圖4。

（2）將注油嘴的頭部由平面更改為圓頭。通過(guò)圓頭與通孔的線性接觸將密封位置設(shè)定在最小直徑處，避免壓力腔的形成，見(jiàn)圖5。

3.2 錐度面拉傷的改進(jìn)措施

（1）在工藝芯軸小頭端12mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)的錐度比加大到1：30，避免工藝芯軸與轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔產(chǎn)生高應(yīng)力接觸；另外，將2€？5€暗牡菇歉奈猂2圓角，消除尖銳棱邊與內(nèi)錐面的刮擦風(fēng)險(xiǎn)，見(jiàn)圖4。

（2）局部?jī)?yōu)化轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔的設(shè)計(jì)方案，在錐度面的最小直徑處增加倒角要求，去除精車后產(chǎn)生的尖棱和毛刺，見(jiàn)圖6。

（3）增加工藝芯軸高頻淬火處理的技術(shù)條件，要求工藝芯軸錐面硬度不小于HB350，保證比轉(zhuǎn)軸硬度值至少高出約HB20。

（4）在壓裝工藝方面，先逐步增大徑向壓力，再提高軸向壓力。在工藝芯軸達(dá)到壓裝深度后應(yīng)進(jìn)行充足時(shí)間的保壓。待錐面間的液壓油大部分溢出轉(zhuǎn)軸錐孔部分收縮后，再將軸向壓力卸壓，并在卸壓后注意監(jiān)測(cè)工藝芯軸是否有滑出的趨勢(shì)。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)采取以上所述的改進(jìn)措施后，注油孔漏油和錐度面拉傷問(wèn)題再無(wú)發(fā)生，工藝芯軸成功壓裝到位。同時(shí)，這對(duì)具有類似結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、加工過(guò)程中的注意事項(xiàng)提供了參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 申昭熙，王鵬，李磊.特殊螺紋接頭密封可靠性數(shù)值分析.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2012.1.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.聯(lián)接與緊固.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1.

[3] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（新版第2卷）.機(jī)械工業(yè)出版社.2004.8.

[4] GB/T 15755-1995，圓錐過(guò)盈配合的計(jì)算和選用.