一種錐面過盈連接液壓法裝配應(yīng)用研究與實(shí)踐

王建國(guó) 石永進(jìn) 趙忠 崔橋

【摘 要】液壓法裝配因其工藝可控性較好，目前在電機(jī)錐面過盈連接裝配過程中普遍采用。論文以一種錐面聯(lián)軸節(jié)的過盈連接為例，介紹了采用液壓法裝配壓力及液壓介質(zhì)的確定方法。

【Abstract】 Hydraulic assembly is widely used in the process of conical interference connection assembly of motors because of its good controllability of process. Taking the interference connection assembly of conical coupling of a motor as an example， the paper introduces the hydraulic assembly method， and the determination of pressure and hydraulic medium.

【關(guān)鍵詞】液壓介質(zhì)；溫度—粘度系數(shù)；影響因素；膨脹壓力

【Keywords】 hydraulic medium； temperature-viscosity coefficient； influencing factors； expansion pressure

【中圖分類號(hào)】TH131.7 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）03-0193-02

1 引言

電機(jī)過盈連接和傳動(dòng)部件裝配主要采用壓入法、溫差法和液壓法。壓入法工藝簡(jiǎn)單，但配合表面易損傷；溫差法和液壓法工藝較壓入法復(fù)雜，配合表面不易損傷，可重復(fù)裝卸[1]。但溫差法用于錐面過盈連接時(shí)，部件裝配深度很難控制，而采用液壓法就徹底避免了這些問題，故在目前電機(jī)錐面過盈連接部件裝配中工藝優(yōu)先采用液壓法。本文以一種電機(jī)錐面聯(lián)軸節(jié)的裝配為例介紹了采用液壓法裝配，壓力及液壓介質(zhì)的確定方法。

2 聯(lián)軸節(jié)裝配技術(shù)條件

轉(zhuǎn)軸與聯(lián)軸節(jié)過盈配合結(jié)構(gòu)見圖1，轉(zhuǎn)軸材料為30CrMo8，聯(lián)軸節(jié)材料為30CrNiMoV9，轉(zhuǎn)軸和聯(lián)軸節(jié)均調(diào)質(zhì)處理。轉(zhuǎn)軸外徑da=220mm，接合面最大圓錐直徑df=124.759mm，聯(lián)軸節(jié)內(nèi)徑di=31mm，結(jié)合長(zhǎng)度lf=141.2mm，聯(lián)軸節(jié)與轉(zhuǎn)軸結(jié)合面錐度C=1：30，電機(jī)轉(zhuǎn)軸和聯(lián)軸節(jié)屈服強(qiáng)度σS2=σS1=785MPa，電機(jī)轉(zhuǎn)軸和聯(lián)軸節(jié)的彈性模量E2=E1=2.1×105MPa。電機(jī)轉(zhuǎn)軸和聯(lián)軸節(jié)泊松比μ2=μ1=0.3。傳遞轉(zhuǎn)矩M=9.332kN·m，壓入深度X=9～9.5mm。轉(zhuǎn)軸接合面的輪廓算數(shù)平均偏差Ra=0.0004mm，聯(lián)軸節(jié)結(jié)合面的輪廓算數(shù)平均偏差Ra=0.0008mm。

3 轉(zhuǎn)軸與聯(lián)軸節(jié)圓錐接合面表面結(jié)合壓強(qiáng)計(jì)算

第一，根據(jù)聯(lián)軸節(jié)壓入深度計(jì)算聯(lián)軸節(jié)接合面配合過盈量Y。

Ymax=XmaxC=9.5×（1/30）=0.317mm；

Ymin=XminC=9×（1/30）=0.3mm。

第二，軸孔與聯(lián)軸節(jié)實(shí)際結(jié)合壓力計(jì)算。

第三，聯(lián)軸節(jié)裝卸油壓Px。Px=1.1[Pfmax]=247 MPa 。

第四，壓入力計(jì)算。Fxi=PXπdmlf（μ+C/2）=496kN， 式中：μ——摩擦因數(shù)取0.02。

第五，壓出力計(jì)算。Fxe=PXπdmlf（μ-C/2）=45kN。

4 不同液壓介質(zhì)在不同溫度下的流量

4.1 液壓設(shè)備對(duì)液壓介質(zhì)的性能要求

在液壓系統(tǒng)中，液壓介質(zhì)的主要作用是：作為液壓系統(tǒng)中的能量控制、轉(zhuǎn)換和傳遞的工作介質(zhì)。此外，液壓介質(zhì)還具有一定的其他重要作用：潤(rùn)滑液壓元件，減少系統(tǒng)摩擦和磨損；防止液壓元件生銹和受腐蝕，冷卻液壓元件，帶走液壓系統(tǒng)中磨損產(chǎn)生的粉末、粉屑等。

在本電機(jī)聯(lián)軸節(jié)裝配中，液壓系統(tǒng)膨脹泵采用高壓氣動(dòng)液體增壓泵，同時(shí)考慮管路密封等，按經(jīng)驗(yàn)液壓系統(tǒng)效率η取80%。

本電機(jī)聯(lián)軸節(jié)裝配選擇SKF LHMF 300和甘油作為液壓介質(zhì)。

4.2 校核計(jì)算

液壓介質(zhì)選定后，需根據(jù)連接部件裝配后，在該液壓介質(zhì)潤(rùn)滑條件下的摩擦因數(shù)，校核傳遞扭矩。

第一，實(shí)際最小結(jié)合壓力計(jì)算。

[Pfmin]=（Ymin-2×2u）/[dm（Ca/E2+Ci/E1）]=206.3MPa

第二，傳遞最小載荷（扭矩）。

式中μ為摩擦因數(shù)取0.12。不論采用SKF LHMF 300還是甘油，傳遞扭矩（82.752kN·m.>9.553kN·m）均能滿足要求。

4.3 不同溫度對(duì)液壓油粘度的影響

當(dāng)液體受剪切外力的作用變形時(shí)，液體分子間的內(nèi)聚力對(duì)變形產(chǎn)生某種方式的抵抗，并且在液體層與層間存在分子動(dòng)量交換。液體分子的粘性主要來源于分子間內(nèi)聚力。溫度升高時(shí)，液體分子間距離增大。內(nèi)聚力隨之下降而使粘度下降。根據(jù)Walther修正經(jīng)驗(yàn)公式，其表達(dá)式如下所示：

loglog（vt+0.7）=a+blogT（1）

式中：vt為t℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度，T為潤(rùn)滑油的絕對(duì)溫度（=273+t），a，b為常數(shù)。

① SKF LHMF 300液壓油25℃、30℃、35℃時(shí)對(duì)應(yīng)粘度計(jì)算：由式（1）和20℃、40℃聯(lián)合求得 a=1.231；b=-0.367，則由式（1）求得25℃、30℃、35℃時(shí)對(duì)應(yīng)粘度分別為：η25=1120 mPa·s；η30=1080 mPa·s；η35=1043mPa·s。②甘油（丙三醇）液壓油30℃、35℃、40℃時(shí)對(duì)應(yīng)粘度計(jì)算：由式（1）和20℃、25℃聯(lián)合求得 a=12.7072；b=-5.2466，則由式（1）求得30℃、35℃、40℃時(shí)對(duì)應(yīng)粘度分別為：η30=40mPa·s；η35=27mPa·s；η40=24mPa·s。

4.4 計(jì)算不同液壓油不同溫度下流量

液壓技術(shù)中，縫隙中的流體流動(dòng)，由于縫隙很小，一般總是層流。根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定理導(dǎo)出環(huán)形縫隙中的流體流動(dòng)流量公式如下所示：qv=πD？啄3？駐p/（12ηl）（2）

式中：qv——流量（m3/s）；D——接合面直徑（m）；？啄——縫隙高度=9.5/30=0.317×10-3（m）；？駐p——縫隙長(zhǎng)度兩端的壓差（Pa），本電機(jī)為將管路出口流量折算到增壓泵出口流量等效壓力=247/0.8=309MPa；η——流體的動(dòng)力粘度（Pa·s）；l——縫隙長(zhǎng)度（m）。

由式（2）分別計(jì)算SKF LHMF 300和甘油在壓力309MPa，溫度20～40℃時(shí)的流量（見表1）。

通過表1可以看出，本電機(jī)聯(lián)軸節(jié)裝配液壓系統(tǒng)泵出口流量為8ml/s，液壓介質(zhì)采用甘油時(shí)，在溫度高于25℃時(shí)，液壓設(shè)備泵出口流量無法滿足要求，要想達(dá)到裝配要求，需增加液壓設(shè)備泵出口流量，在采用SKF LHMF 300時(shí)，環(huán)境溫度在20～40℃時(shí)，采用該設(shè)備液壓設(shè)備泵出口流量均能滿足要求。

5 聯(lián)軸節(jié)裝配實(shí)例驗(yàn)證

選用任意6臺(tái)電機(jī)進(jìn)行聯(lián)軸節(jié)裝配，裝配環(huán)境溫度為27.3℃，其中2臺(tái)液壓介質(zhì)采用甘油（序號(hào)1、2），測(cè)量膨脹壓力約240～250MPa左右，推進(jìn)量約為7mm左右，轉(zhuǎn)軸內(nèi)孔無法繼續(xù)膨脹，無法達(dá)到裝配要求；其余4臺(tái)液壓介質(zhì)采用SKF LHMF 300，膨脹壓力約300～310 MPa，推進(jìn)量大于9mm，推進(jìn)壓力約475 ～495kN。

6 結(jié)論

①在錐面過盈連接采用液壓法裝配，液壓介質(zhì)應(yīng)具有合適的粘度和良好的粘溫特性。②對(duì)于錐面過盈連接傳動(dòng)部件，采用液壓法裝配，在選用液壓設(shè)備時(shí)，需考慮液壓設(shè)備泵出口流量。③對(duì)于錐面過盈連接傳動(dòng)部件，采用液壓法裝配，需考慮該液壓介質(zhì)對(duì)部件配合面?zhèn)鬟f扭矩的影響（可慮介質(zhì)摩擦因數(shù)）；同時(shí)應(yīng)根據(jù)液壓設(shè)備泵出口流量，確定液壓介質(zhì)和液壓介質(zhì)使用溫度范圍。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李興虎，趙曉靜. 潤(rùn)滑油粘度的影響因素分析[J].潤(rùn)滑油， 2009，（12）24：6.