一種軸孔配合結(jié)構(gòu)裝配困難的原因分析及改進

馮夢麗

（陜西法士特齒輪有限公司汽車傳動工程研究院，陜西 西安 710119）

引言

軸孔配合的結(jié)構(gòu)在機械產(chǎn)品中應(yīng)用十分廣泛，在變速器產(chǎn)品上有多處使用。其精度設(shè)計亦是產(chǎn)品設(shè)計中重要的部分。設(shè)計過程是一個發(fā)展的動態(tài)過程，在實際的生產(chǎn)過程中，我們更需要不斷地調(diào)整公差大小與生產(chǎn)成本及產(chǎn)品使用可靠性方面的關(guān)系，科學(xué)進行適應(yīng)性設(shè)計。但是在實際適應(yīng)性設(shè)計中，一些細節(jié)性的選擇同樣后續(xù)的生產(chǎn)使用造成巨大的影響，本文闡述的就是一個典型的精度設(shè)計影響生產(chǎn)使用問題的原因分析和解決方案。

1 問題來源

接裝配現(xiàn)場反饋，變速箱某處軸與孔結(jié)構(gòu)裝配過程中頻頻出現(xiàn)裝配困難的問題，嚴重時無法完成裝配，甚至由于裝配過程中的操作力度過大導(dǎo)致個別零件的損壞報廢。嚴重影響了現(xiàn)場的裝配效率，也造成了一定的經(jīng)濟損失。

此機構(gòu)為變速箱產(chǎn)品上常用的一處結(jié)構(gòu)，使用較為廣泛。工作時，軸應(yīng)可在孔內(nèi)順暢旋轉(zhuǎn)，但應(yīng)盡量避免其軸向竄動過大。軸與孔的配合如不合適不但影響裝配質(zhì)量，亦會影響其正常工作，引起磨損，降低其使用壽命。因此需要對其裝配困難原因進行分析，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對后續(xù)同類結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供參考。

2 原因分析

首先，對多批次零件的軸徑及孔徑進行檢測，確認零件尺寸符合圖紙要求，排除了由于生產(chǎn)加工不合格造成裝配困難的可能。

其次，結(jié)合實際應(yīng)用的需要，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖紙進行研究分析。

此兩個零件屬于典型的軸孔配合結(jié)構(gòu)。同一軸與基本尺寸相同的兩個孔相配合，且配合性質(zhì)相同。應(yīng)用環(huán)境屬于易于轉(zhuǎn)動的支撐用的配合，溫度影響不大。

根據(jù)常規(guī)設(shè)計經(jīng)驗，從工藝上和宏觀經(jīng)濟效益的角度考慮，優(yōu)先選基孔制配。

通常軸孔的配合可分為過盈配合、過渡配合、間隙配合三種。若軸與孔間可相對運動則可選擇過渡配合，介于相對運動和固定之間選擇過盈配合，軸與孔不發(fā)生相對運動則選擇固定連接。此處軸孔配合結(jié)構(gòu)應(yīng)選用間隙配合。

表1

表2

現(xiàn)有設(shè)計軸徑￠25（0、-0.021）、孔徑 ￠25（+0.021、0）。對于孔的結(jié)構(gòu)，同時有“兩孔同心度不大于￠0.1”的幾何公差要求。查詢標準公差數(shù)值表（見表1），可以確認原設(shè)計對此處公稱尺寸選用的公差等級為IT12。即該孔軸的配合狀態(tài)為25H12/h12。查詢同軸度、對稱度、圓跳動和全跳動公差值表（見表2）可知幾何公差的精度等級為10 級。

根據(jù)對產(chǎn)品設(shè)計的分析，我們發(fā)現(xiàn)會影響兩個零件配合質(zhì)量，造成裝配困難原因可能的有以下兩個方面：

（1）產(chǎn)品公差等級及等級配合

可以看到，現(xiàn)有的設(shè)計公差等級符合基本的設(shè)計原則要求，但尺寸精度等級相對偏低。同時在軸孔配合設(shè)計中，一般孔的公差精度等級應(yīng)略低于軸的公差精度等級或持平?，F(xiàn)有設(shè)計中，選擇將軸與孔的公差精度等級設(shè)計為持平。這些因素都會影響到軸與孔配合質(zhì)量。

（2）幾何公差和公差等級的影響

裝配時，撥叉軸需穿過撥叉支架上的兩處軸孔，因此，對于分離撥叉支架上兩軸孔的同軸度需進行一定的約束。而同心度則是同軸度的特殊形式，當被測要素為圓心，或薄型工件上的孔、軸的軸線時，可視作點而不是線，則它們對基準的同軸度可稱為同心度。同軸度誤差直接影響著工件的配合精度和使用情況，而同軸度誤差反應(yīng)在界面上的圓心的不同心即為同心度，同心度誤差只體現(xiàn)圓心的偏移程度。所以原分離撥叉支架圖面上對兩軸孔幾何公差的描述“兩孔同心度不大于￠0.1”不合適。且給出的幾何公差等級同樣偏低。

3 解決/改進措施

根據(jù)上述分析，我們可以通過調(diào)整孔、軸之間的公差配合等級及對兩軸孔的幾何公差進行約束來改善其裝配質(zhì)量。

3.1 調(diào)整孔與軸配合的公差精度等級

保持優(yōu)先考慮基孔制配合設(shè)計的理念，維持孔的極限偏差不變，將軸的極限偏差由原來的h12 調(diào)整為g6。即軸徑尺寸￠25（0、-0.021）變更為￠25（-0.007、-0.020）。

表3

3.2 修正兩軸孔處幾何公差的要求

將分離撥叉支架圖面上兩軸孔處同心度要求更改為同軸度要求。為更好的保證裝配順暢，同時提高其公差等級要求。將“兩孔同心度不大于￠0.1”更改為“兩孔同軸度誤差不大于φ0.05”。

4 改進效果及總結(jié)

改進后，對產(chǎn)品現(xiàn)場試裝，裝配順暢。后經(jīng)過一段時間的觀察，現(xiàn)場撥叉軸裝配困難的問題得到了解決。減少了故障損失，優(yōu)化了裝配質(zhì)量，提高了裝配效率。

孔、軸配合是機械設(shè)計中常用到的一種配合結(jié)構(gòu)。在一般情況下，優(yōu)先選用基孔制配合。如有特殊需要，允許將任一孔、軸公差帶組合成配合。在實際應(yīng)用中，則應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)的應(yīng)用環(huán)境，實際的加工能力，裝配質(zhì)量、生產(chǎn)成本控制等多因素的影響。除公稱尺寸的選擇外，更不可忽視公差精度等級的配合、幾何公差以及表面粗糙度的要求。

本改進看似只是在原設(shè)計的基礎(chǔ)上對公差等級和幾何公差進行了微小調(diào)整，但其內(nèi)在包含的設(shè)計理念卻是非常的重要。機械設(shè)計是機械生產(chǎn)的第一步，是決定機械性能的主要因素。好的設(shè)計，在設(shè)計之初就需要綜合考慮加工、裝配、成本等各項因素。精準而考慮全面的設(shè)計能減少大量試制改進的工作，避免不必要的人力物力損失。“差之毫厘謬以千里”，這句話對于機械設(shè)計工作來說，尤為貼切。