立式磨輥芯輥套配合面圓錐角公差選擇的探討

張亞華，王澤，葛喆敏，丁浩，丁同華，賁道春,,4

（1.嘉合鑒識技研（江蘇）科技有限公司，江蘇 蘇州，215000；2.江蘇鵬飛集團(tuán)股份有限公司，江蘇 海安 226623；3.江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210007；4.全國建材裝備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC465），北京 100102）

0 引言

立式磨輥系是立式磨關(guān)鍵零部件?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 35167—2017《水泥立式輥磨機(jī)》[1]沒有規(guī)定輥芯輥套配合面的圓錐角公差要求，各設(shè)計(jì)單位根據(jù)各自的設(shè)計(jì)理念選擇圓錐角公差。輥芯輥套配合面圓錐角公差的選擇和控制影響立式磨輥系的裝配質(zhì)量和裝配效果。規(guī)范輥芯輥套配合面的圓錐角公差對于提高立式磨整體質(zhì)量有著重要的意義。

1 輥芯輥套配合面錐角公差現(xiàn)狀

1.1 公差選擇的不規(guī)范性

目前國內(nèi)外幾家制造商的立式磨輥芯輥套配合的典型圓錐角公差見表1。

表1 現(xiàn)有國內(nèi)外輥芯輥套配合的典型圓錐角公差

（1）輥芯輥套配合圓錐角公差的選擇多種多樣，且差異甚大。

（2）除部分圓錐角公差達(dá)到GB/T 11334—2005《產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)圓錐公差》[2]規(guī)定的AT9～AT10外，其他公差均無等級符合可言。雖然無法與標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)，但并不代表產(chǎn)品有質(zhì)量問題。這說明GB/T 11334—2005規(guī)定的等級范圍較窄，不能滿足立式磨輥芯輥套圓錐角公差的選用。

（3）輥芯輥套常規(guī)圓錐角公差為±5′或公差帶更寬。選用GB/T 11334—2005劃分的圓錐角公差等級，要求稍高，實(shí)用性不強(qiáng)。

（4）輥芯輥套配合圓錐錐長和圓錐角公差沒有形成關(guān)聯(lián)。錐長和圓錐角公差的關(guān)系不穩(wěn)定，必然影響裝配效果和裝配質(zhì)量以及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

1.2 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)適用性不強(qiáng)

輥芯輥套配合除形位公差標(biāo)準(zhǔn)外涉及GB/T 11334—2005和GB/T 1800.2—2020《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)極限與配合 第⒉部分:標(biāo)準(zhǔn)公差等級和孔、軸極限偏差表》[3]兩個(gè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

圓錐面的精度保證是依靠線性尺寸保證的，因此GB/T 1800.2-2020是決定圓錐角準(zhǔn)確性的主要依據(jù)，圓錐直徑公差決定所能限制的最大圓錐角最大誤差。GB/T 2—2020適用的最大尺寸為3 150 mm，現(xiàn)階段輥芯輥套配合圓錐的最大尺寸在該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，因此GB/T1800.2—2020對于控制輥芯輥套配合尺寸公差具有實(shí)用性。

GB/T 11334—2005規(guī)定的圓錐面角度公差最低等級為AT12，即便按照公差最低等級控制輥芯輥套配合圓錐角質(zhì)量也是較高的要求。因此GB/T 11 334—2005不能滿足立式磨輥芯輥套配合圓錐角公差等級(AT)的正常選用需要。

2 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用性擴(kuò)展分析

2.1 圓錐公差的實(shí)用性擴(kuò)展基礎(chǔ)

保證角度精度是保證尺寸精度(包括形狀和位置精度)的結(jié)果。鑒于GB/T 11334—2005的圓錐角公差等級范圍不能適用于輥芯輥套配合圓錐角公差(AT)正常選用，為了彌補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)中圓錐角公差選用的不足，可以就標(biāo)準(zhǔn)中附錄A給定的最大圓錐直徑區(qū)間(＞400～500 mm)的圓錐直徑公差等級IT對應(yīng)的公差所能限制的最大圓錐角最大誤差數(shù)據(jù)，擴(kuò)展為對應(yīng)的圓錐角公差（表2）。

表2 大于400 mm至500 mm的圓錐直徑公差所能限制的最大圓錐角最大誤差數(shù)據(jù)擴(kuò)展示例

GB/T 11334—2005中規(guī)定圓錐長度＞63～100 mm和＞100～160 mm的AT10圓錐角公差數(shù)值分別為3′26″和2′45″，可以將中間長度（錐長100 mm）的圓錐角公差數(shù)值量化為3.1′(約±1.6′)，將AT11公差數(shù)值量化為4.9′(約±2.5′)，將AT12公差數(shù)值量化為7.7′(約±3.9′)。

部分通過圓錐直徑公差所能限制的最大圓錐角最大誤差數(shù)據(jù)可量化的圓錐角公差超出了GB/T 11334—2005中規(guī)定的低等級范圍，可根據(jù)線性尺寸公差I(lǐng)T等級自定義圓錐角公差GAT4～GAT15等擴(kuò)展等級。

2.2 尺寸公差對圓錐公差的實(shí)用性擴(kuò)展作用

鑒于上述圓錐角公差的擴(kuò)展基礎(chǔ)，可進(jìn)一步進(jìn)行其他大尺寸的公差輔助圓錐角公差的擴(kuò)展。圓錐直徑公差與圓錐角公差值理論上呈非正比函數(shù)關(guān)系，但是對于較窄的圓錐角公差帶，可以將線性尺寸與角度視為正比關(guān)系。這使通過線性尺寸公差擴(kuò)展圓錐角公差成為可能，為標(biāo)準(zhǔn)外的圓錐角公差完善奠定了基礎(chǔ)。

根據(jù)表2中擴(kuò)展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)圓錐角公差，可以根據(jù)各尺寸區(qū)間的各等級IT的線性尺寸公差數(shù)值TD等比計(jì)算出自定義圓錐角公差GAT。表3列舉了IT6線性尺寸公差對應(yīng)的自定義圓錐角公差GAT11數(shù)值，并形成了圓錐直徑公差所能限制的最大圓錐角誤差對應(yīng)的圓錐角系列公差。

表3 尺寸公差和角度公差等比推算的所能限制的最大圓錐角誤差及公差(尺寸IT6，自定義圓錐角GAT11)

2.3 基本尺寸區(qū)間的劃分分析

雖然常見的立式磨輥芯輥套配合面直徑在1 000～2 500 mm，但特小型立式磨或特大型立式磨有存在的空間和廣闊的市場開發(fā)前景。直徑2 500 mm以上的磨輥可在直徑6 m立式磨上使用，圓錐角公差適用范圍應(yīng)滿足特大型立式磨的設(shè)計(jì)需要。基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)中線性尺寸公差的適用范圍為3 150 mm以下。因此圓錐角的公差可根據(jù)GB/T 1800.2—2020中規(guī)定的線性尺寸區(qū)間劃分，且應(yīng)該保持一致，便于與基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)之間數(shù)據(jù)關(guān)系的對應(yīng)。

2.4 圓錐角公差擴(kuò)展的優(yōu)缺點(diǎn)分析

（1）優(yōu)點(diǎn)

GB/T 11334—2005規(guī)定的圓錐角公差是與錐長關(guān)聯(lián)的角度數(shù)據(jù)，與圓錐直徑無任何關(guān)聯(lián)。常規(guī)的裝配用圓錐長徑比較大，方便拆卸是圓錐配合的主要功能。對于長徑比較小或特別小的圓錐配合除方便拆卸外，軸向裝配的穩(wěn)定性和提高軸向承載能力是主要功能，因此大直徑長徑比較小的圓錐裝配面的圓錐角公差選擇應(yīng)與直徑關(guān)聯(lián)。

表4為圓錐直徑公差所能限制的最大圓錐角誤差對應(yīng)的常用圓錐角公差。GAT與AT相比，內(nèi)涵發(fā)生了重大變化，不可對應(yīng)和等效應(yīng)用。圓錐角公差及等級擴(kuò)展彌補(bǔ)了GB/T 11334—2005在公差等級范圍的不足，顧及了同尺寸公差等級不同直徑的尺寸偏差對圓錐角偏差的影響。通過圓錐直徑和錐長兩個(gè)要素確定各等級的圓錐角公差，因此圓錐角公差確定的因素較為完整，具有一定的先進(jìn)性。

表4 圓錐直徑公差所能限制的最大圓錐角誤差對應(yīng)的常用圓錐角公差(′)

（2）缺點(diǎn)

由于圓錐角公差選擇考慮的因素多于國標(biāo)GB/T 11334—2005，因此擴(kuò)展后的圓錐角等級與國標(biāo)中規(guī)定的等級可能存在一定的差異，不能完全與之形成對應(yīng)。

為了不使擴(kuò)展的圓錐角等級與GB/T 11334—2005中的等級應(yīng)用產(chǎn)生混淆，可將擴(kuò)展的圓錐角等級自成體系進(jìn)行應(yīng)用。因此將其該體系的等級代號“GAT”與GB/T 11334—2005中的等級代號“AT”進(jìn)行了區(qū)分，可理解為輥芯輥套圓錐角專用公差等級。

3 圓錐角公差等級的選擇

3.1 選擇原則

公差選擇應(yīng)將制造可行性和產(chǎn)品性能要求相結(jié)合。一般情況下孔(輥套)圓錐角公差等級可選擇GAT14～GAT15，軸(輥芯)圓錐角公差等級可選擇GAT13～GAT14。其中孔軸公差等級可相同，或軸公差等級可高一級。

從滿足正常使用、制造合格產(chǎn)品角度出發(fā)可選用GAT14～GAT15；從制造中等質(zhì)量產(chǎn)品角度出發(fā)可選用GAT11～GAT13；從制造高質(zhì)量產(chǎn)品角度出發(fā)可選用GAT8～GAT10。大直徑輥芯輥套等級盡量選擇取高。

3.2 現(xiàn)狀圓錐角公差的比較

根據(jù)自定義公差等級分析，中國A廠(輪胎型輥套)選擇輥芯輥套配合的圓錐角公差等級為特低等級GAT16,中國B廠(錐形輥套)選擇的圓錐角公差為中等等級的GAT11～GAT13或較高等級的GAT9，日本宇部選擇的圓錐角公差為較高等級的GAT8～GAT9，德國萊歇選擇的圓錐角公差為較高等級的GAT8。見表5。

表5 國內(nèi)外輥芯輥套配合的典型圓錐角公差等級對照

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)反映出輥芯輥套圓錐角公差要求參差不齊，或因?yàn)椴糠謫挝蝗狈σ?guī)范性文件指導(dǎo)。

3.3 圓錐角公差的簡化選擇

圓錐角公差的簡化是根據(jù)規(guī)律對各等級公差進(jìn)行系統(tǒng)量化，便于實(shí)際應(yīng)用。歸納大致有兩種簡化方法。

（1）代數(shù)表達(dá)法

根據(jù)滿足輥芯輥套配合的正常公差要求等級圓錐角公差值是圓錐直徑的正比函數(shù)，是錐長的反比函數(shù)，因此可將與圓錐直徑和錐長關(guān)聯(lián)的孔軸公差簡化為代數(shù)±(x D/L)′(D為圓錐直徑，L為錐長)，其數(shù)值可精確為0.1′這樣可簡化較復(fù)雜的設(shè)計(jì)查表計(jì)算過程。

只要根據(jù)公差等級調(diào)整公差表達(dá)式±(x D/L)′中的系數(shù)x即可獲得不同產(chǎn)品質(zhì)量等級（即合格品、一等品和優(yōu)等品）的圓錐角公差要求。一般質(zhì)量可?。ǎ?.35～0.45），中等質(zhì)量可取（＞0.20～0.35），高質(zhì)量可取（＞0.10～0.20），與國內(nèi)外現(xiàn)有水平形成一致。

（2）尺寸區(qū)間數(shù)據(jù)法

根據(jù)GB/T 1800.2—2020的線性尺寸段區(qū)間規(guī)定各尺寸區(qū)間的圓錐角公差。見由表4中各公差等級公差值衍生的表6。

表6 輥芯和輥套配合面圓錐角公差(′)

尺寸區(qū)間數(shù)據(jù)法可對區(qū)間范圍內(nèi)尺寸的圓錐角給定具體公差，尺寸發(fā)生較大變化其公差未必變化，或尺寸發(fā)生較小變化其公差發(fā)生較大變化。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)國標(biāo)GB/T 1800.2—2020中500 mm以上線性尺寸(即圓錐直徑)公差，通過等比關(guān)系對GB/T11334—2005中圓錐直徑公差所能限制的最大圓錐角誤差，進(jìn)行較大直徑圓錐角誤差對應(yīng)關(guān)系的擴(kuò)展，得出GB/T 11334—2005中規(guī)定以外的自成體系的圓錐角公差等級，為立式磨輥芯輥套圓錐角公差選擇提供了依據(jù)。

（2）通過對比分析，得出了輥芯輥套圓錐角公差的等級選擇方法和簡化確定方法。

（3）分析研究對立式磨輥芯輥套圓錐角公差的確定具有參考作用。