一種高精度密封膨脹定位芯軸設計

趙金龍，盧耀堂

(陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西寶雞 722409)

0 引言

機械制造業里有許多零部件是回轉體，中心有內孔，設計過程中都是以內孔為基準，如某公司變速箱里的齒輪、法蘭盤、離合器分離軸承座、軸承支座、輸出軸接頭等。此類零部件在車、磨工序大部分采用脹套式夾具[1-2](如圖1—圖2所示)，以內孔為基準定位并夾緊工件。本文作者針對其中的脹套式磨夾具，分析其結構存在的一些優缺點[3]，并進行優化設計。

1 分析

傳統的脹套式磨夾具結構簡單，理論情況下(如圖3所示，忽略工件的形位誤差)是完全能滿足使用要求的。但實際情況(如圖4—圖6所示)是工件的定位孔形位誤差(由加工設備、刀具、工裝結構、操作人員素質等綜合因素影響)永遠都無法根除，對于高精密的零部件，必須考慮其存在對后續裝夾及加工的影響。

此類脹套式磨夾具在工作狀態下，脹套可視為完全圓柱體，并與錐度芯軸的法蘭支承面完全垂直。脹套提供徑向分力定位工件，提供軸向分力(摩擦力)防止工件上浮位移。工件定位孔的不同形位誤差，會造成如下幾種結果：

(1)實際情況①(如圖4所示)時，存在定位孔垂直度誤差。優點：脹套能提供相對足夠的夾持力；缺點：工件支承面為單點接觸，加工后工件端面跳動大，其軸向尺寸偏差較大。

(2)實際情況②③(如圖5—圖6所示)時，存在定位孔喇叭口。優點：工件支承面可為多點面接觸(支承面可認為是平面接觸)，加工后工件端面跳動小，其軸向尺寸偏差小；缺點：工件定位面為一側孔口線接觸，脹套外圓局部會長期受壓應力，導致夾持力低、磨損較快并影響定位精度。

綜合其固有結構特點，其缺點如下：

(1)夾持力不足。工件僅靠軸向摩擦力壓緊于錐度芯軸上。

(2)定位不可靠。工件會受加工量及切削振動的影響，逐漸脫離支承面，產生支承失效的情況。

(3)密封性較差。錐度芯軸與脹套之間要有較大位移才能保證工件的裝卸順暢，因此其接觸面處容易進雜物。

(4)卸件不利索。卸工件時經常出現卡緊現象，需敲擊工

件才能取出。

(5)使用壽命短。脹套受力點位置不理想，磨損快；雜物進入配合錐面后，不容易發現和維護。

2 設計及原理

針對前文所述傳統脹套式磨夾具的缺點，本文作者重新優化設計其結構(如圖7—圖9所示)。

其原理如下：

從圖7可知，新式結構定位芯軸1徑向膨脹時呈鼓形(小面接觸)，定位受力點位置可由設計人員根據工況自行確定，不受工件形位誤差的影響。如圖8—圖9所示，緊釘螺釘3是用于工裝制造時，根據被定位孔尺寸輔助精確配作鼓形外徑。鋼珠保持架10在防轉塊12的作用下，使鋼珠11運動過程中避開縫隙。開口壓板7直接作用在工件上，此時支承面為多點面接觸，其反作用力通過倒錐螺桿5轉化成徑向膨脹力。此外，該結構外部裝配縫隙處可填充彈性密封橡膠(如圖8所示)，防止外部液體或灰塵進入。

綜上所述，新結構優點如下：

(1)夾持力好。工件靠開口壓板7壓緊于定位芯軸1法蘭面上，不會受加工量及切削振動的影響脫離支承。

(2)高精度定位。定位芯軸1徑向膨脹時鼓形外徑是精確加工的，可以精確定位工件。

(3)裝卸輕松。卸工件時，在內力作用下收縮，能輕松取下工件。

(4)密封性好。縫隙填充彈性密封橡膠后，形成全密封狀態，不進雜物。

(5)使用壽命長。鋼珠徑向位移位置固定，即使定位芯軸1和倒錐螺桿5磨損，也是均勻磨損，不影響使用；雜物不能進入內部活動機構，可實現免維護。

3 結束語

新式膨脹定位芯軸結構有較理想的受力狀態和使用壽命，但其也存在零部件數量多，加工成本高等缺點。此方案只是為設計人員提供一種思路參考，具體可根據待加工產品的精度、工況等因素綜合考慮，取長補短。