冷裝工藝在減速機裝配中的應(yīng)用研究

楊平，馬馳

（1.陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，西安 710077；2.山東魚臺縣職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，山東 濟寧 272300）

0 引言

在裝配生產(chǎn)過程中，經(jīng)常遇見軸類零件與孔類零件過渡和過盈配合裝配問題。傳統(tǒng)的裝配工藝多采用熱裝配（簡稱：熱裝）或者冷壓的方式，熱裝配是通過明火、油煮、電磁加溫的方法，將工件溫度升至180℃附近，基于裝配基孔受熱膨脹，把軸類工件熱套入基孔中，等工件冷卻后抱死，從而達(dá)到套和齒輪類工件的裝配作業(yè)。冷壓裝配則是在常溫條件下，通過對工件施加外部壓力使零件產(chǎn)生局部微量變形，從而達(dá)到裝配的目的。以上兩種裝配方式是現(xiàn)在制造業(yè)企業(yè)普遍應(yīng)用的裝配方式。

本文要解決的是減速機殼體和二級行星內(nèi)齒圈漸開線花鍵過盈配合的裝配問題，如圖1 所示，減速機殼體1為鑄造件，體積大，內(nèi)壁上有內(nèi)漸開線花鍵，齒數(shù)多，齒形??；減速機大齒圈2 為薄壁件，尺寸大，外壁上有花鍵。

圖1 零件圖

1 工藝分析

通常在過盈配合裝配過程中我們會采用熱裝和壓裝的裝配方式，由于熱裝配的基本原理是熱脹冷縮，通過加熱帶基孔的工件，使基孔直徑通過熱膨脹而增大，套入常溫軸類零件上實現(xiàn)的。然而帶孔工件普遍幾何尺寸和體積較大，要到達(dá)孔徑膨脹的目的，需要加熱耗時較長，由于金屬類工件較小的熱膨脹系數(shù)，即使溫度升至180℃左右，孔徑尺寸也只會膨脹有限的尺寸，再加上加熱時間不足，間隙量過小、環(huán)境溫度較低，冷卻速度快、裝配速度不及時等都可能造成裝配過程中軸類零件和孔類零件在尚未到位時，孔徑便已經(jīng)產(chǎn)生收縮，出現(xiàn)抱緊卡死而進(jìn)退兩難的情況，從而對零件造成損傷，給裝配作業(yè)帶來不便。

減速機的齒圈和減速機殼體的過盈配合，由于齒圈尺寸大，如果采用熱裝，必須對減速機殼體進(jìn)行加熱，但減速機殼體體積龐大，而且屬于薄壁零件，沒有適合的加熱設(shè)備，且容易引起零件因為加熱而產(chǎn)生的變形，并且加熱會放大鑄造件的鑄造缺陷，降低材料壽命，故不能采用熱裝方式。

同理，采用壓裝的方式也不甚合理，由于殼體尺寸過大，現(xiàn)有壓機量程不足，需要定制專機，且工裝設(shè)計難度較大，容易造成配合件齒牙的破壞，故冷壓裝配方式不易實現(xiàn)。

采用冷裝工藝進(jìn)行裝配，則只需要將二級行星內(nèi)齒圈進(jìn)行冷卻，零件體積較小，容易冷卻，且冷裝工藝為無損裝配，不會對零件產(chǎn)生損傷，所以通過分析，本文將通過冷裝的方式實現(xiàn)減速機齒圈和減速機殼體的裝配。

2 理論計算

二級行星內(nèi)齒圈冷卻的尺寸可以采用以下熱膨脹（冷縮）公式計算得出：λ=k×（T1-T2）×d。

式中：λ 為二級行星內(nèi)齒圈冷卻前后變化量，mm；k 為鋼的線膨脹（冷縮）系數(shù)，取為0.000 012℃-1；T1為室溫，取25℃；T2為最低冷凍溫度，取-50℃、-10℃；d 為二級行星內(nèi)齒圈的最大外徑，mm。

取d=387.7 mm，代入公式，計算得λ=0.35 mm 或λ=0.16 mm，如果按照該公式，冷縮量為λ=0.35 mm 或λ=0.16 mm，而減速機殼體和二級行星內(nèi)齒圈漸開線花鍵的過盈量約為0.1 mm，故冷卻溫度設(shè)置為-50～-10℃之間能夠滿足現(xiàn)場的安裝需要。

3 工藝試驗

冷裝配（簡稱冷裝）是對需裝入基孔內(nèi)的零件先進(jìn)行冷卻，使其外形尺寸收縮，在裝配面之間產(chǎn)生裝配間隙，以便于零件進(jìn)行裝配的一種裝配方法。在減速機的裝配過程中，采取冷裝配的方式進(jìn)行裝配。為了驗證結(jié)論本文做了以下實驗：

1）試驗器材：冷凍機，跨球距檢具，減速機二級行星內(nèi)齒圈，測溫儀。

2）試驗方法和原理：將大齒圈放入冷凍機中，分別將冷凍溫度設(shè)置為-10℃，-20℃，-30℃，-40℃，-50℃進(jìn)行冷凍，測量齒圈大徑、小徑和內(nèi)跨棒距并記錄齒圈實際溫度。

圖2 裝配圖

表1 二級行星內(nèi)齒圈冷裝后大徑尺寸 mm

表2 二級行星內(nèi)齒圈冷裝后小徑尺寸 mm

表3 內(nèi)齒跨棒距 mm

表4 冷縮量 mm

3）試驗數(shù)據(jù)（如表1～表4）。

根據(jù)表4 可知將冷卻溫度設(shè)置在-50～-10℃之間即可滿足裝配需求，為了節(jié)約成本和輕松完成裝配作業(yè)，在以后的裝配作業(yè)中可將冷卻溫度設(shè)置在-30℃左右。

4 結(jié)語

本文通過對減速機殼體和二級行星內(nèi)齒圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以及對熱裝技術(shù)和壓裝技術(shù)在本零件裝配作業(yè)中的缺點進(jìn)行分析，找到了冷裝配這種新型裝配工藝，本文通過理論計算和實驗論證相結(jié)合的方式證明了冷裝技術(shù)在減速機裝配中應(yīng)用的可行性和合理性。

根據(jù)理論計算及實驗驗證兩種方式的論證，可知將冷卻溫度設(shè)置在-50～-10℃之間即可滿足裝配需求，將冷卻溫度設(shè)置在-30℃可以輕松地完成減速機殼體和二級行星內(nèi)齒圈的裝配作業(yè)，打通了減速機裝配過程中的瓶頸工序，完成了減速機的試制裝配工作，在以后的批量生產(chǎn)中，可以將冷凍機改換成液氮冷卻，從而提高生產(chǎn)效率，達(dá)到批量裝配生產(chǎn)的目的。

［1］梁忠.冷裝配工藝在設(shè)備檢修中的應(yīng)用［J］.四川有色金屬，2006，3（1）：29-30.

［2］包永剛.液氮冷縮裝配的應(yīng)用［J］.裝備技術(shù)，2004（2）：44.