包容件(孔)和被包容件(轴)利用过盈来达到紧固连接的连接方法叫过盈连接。过盈连接具有结构简单、对中性好、承受能力强、能承受变载和冲击力等特点。由于过盈配合没有键槽,因而可避免机件强度的削弱,但配合面加工精度要求较高,加工麻烦,装配时要求有正确的相互位置和紧固性,不能损伤零件的强度和精度。
一、过盈连接的装配工艺要求
(1)相配合的表面应有较高的精度和较细的表面粗糙度。
(2)相配合的表面要求十分清洁;经加热或冷却的配合件在装配前要擦拭干净。
(3)装配时配合表面必须用润滑油,以免装配时擦伤表面。
(4)装压过程要保持连续,速度不宜太快,压入时不允许有歪斜现象。
(5)装配后最小的实际过盈量,要能保证两个零件相互之间的准确位置和一定的紧密度。
(6)装配后最大的实际过盈量要保证不会使零件遭到损伤,甚至破裂。
(7)为了便于装配,包容件的孔端和被包容件的进入端都要倒角(一般倒角5°~10°)。
(8)细长的薄壁件(如管件)要特别注意检查其过盈量和形状误差,装配要尽量采用垂直压入,以防变形。
(9)成批生产时,最好选用分组选配法装配,以降低零件加工要求。
二、过盈连接常用的装配方法
1.压装法
1)压装法的常用装配方法
常温下的压装法适用于过盈量较小的几种静配合,是最常用的一种过盈连接装配方法,但因装配过程中配合表面被擦伤,减少了过盈量,降低了连接强度,故不宜多次拆装。压装法常用的装配方法如表3-1-4-1。
表3-1-4-1 压装法的常用装配方法
2)压装法的装配工艺
(1)验收装配的零件;测量实际过盈。
①验收零件的尺寸、几何形状偏差、表面粗糙度、倒角和圆角是否符合图纸要求,是否去掉了毛刺等,以免造成零件装不进去、零件胀裂、配合松动、损伤配合表面、装配不易导正、零件装不到预定的位置等后果。
②一般用千分尺或游标卡尺,在轴颈和轴孔长度上两个或三个截面的几个方向测量零件尺寸和几何形状;其他内容靠样板和目视进行检查。
③根据零件的验收结果,得到相配合零件实际过盈的数据。
(2)压力计算及装配方法选择。
由于各种因素很难准确估计,尤其粗糙度的影响很大,无法准确计算,所以在实际装配工作中,根据实际测量到的过盈量采用经验公式进行压力计算,并选择合适的装配方法。
(3)装配。
①清洁零件装配表面,并涂上润滑油。
②用专用导向工具并均匀加力,以2~4 m/s,不超过10 m/s的压入速度压入轴件,不可过急过猛。
③准确控制压入行程,零件装到预定位置后才可结束装配工作。
④用冲击压装法时,应采用软垫加以保护,防止打坏零件。
⑤装配中,如出现装入力急剧上升或超过预定数值时,应立即停止装配。找出原因,经妥善处理后方可继续装配。
⑥装配时必须保持轴与孔的中心线一致,不允许有倾斜现象。
⑦圆锥面过盈连接的装配方法有螺母压紧装配和液压装配,如图3-1-4-1和图3-1-4-2所示。
图3-1-4-1 靠螺母压紧圆锥面的过盈连接
图3-1-4-2 液压装配圆锥面过盈连接
(a)直接在轴上加工出锥度的圆锥面过盈连接;(b)采用过渡锥套的圆锥面过盈连接
2.热装法
热装法是利用金属材料热胀冷缩的原理,先将包容件(孔)加热,使其直径膨胀到一定数值,然后将被包容件(轴)自由装入到配合位置,待包容件(孔)冷却后,使包容件达到装配要求的一种装配方法。一般适用于大型零件,而且过盈量较大的场合。其装配工艺如下:
(1)验收装配的零件,测量实际过盈。
(2)根据加热温度应使孔的膨胀量达到实际过盈量的2~3倍的原则,采用相关公式计算确定加热温度。
(3)根据具体情况选择合适的加热方法。
①介质加热法。此方法是将机油放在铁盒内加热,再将需加热的零件放入油内即可。对于忌油的连接件,则可采用沸水或蒸汽加热。常用于尺寸及过盈量较小的连接件,如用于加热轴承。
②氧—乙炔焰加热法。这种加热方法简单,但易于过烧,要求有熟练的操作技术。多用于局部加热的中、大型连接件。
③固体燃料加热法。根据零件尺寸大小,临时用砖砌成一个加热炉,或将零件用砖垫上再用木柴或焦炭加热,为了防止热量散失,可在零件表面盖一与零件外形相似的焊接罩子。适用于结构比较简单,要求较低的连接件。固体燃料加热法加热温度不易掌握,零件加热不均匀,而且炉灰飞扬,易发生火灾,故最好不用。
④煤气加热法。此法操作较简单,加热时无煤灰,且温度易于掌握,对大型零件只要将煤气烧嘴布置合理,亦可做到加热均匀。
⑤电阻加热法。用镍—铬电阻丝绕在耐热瓷管上,放入被加热零件的孔里,对镍铬丝通电便可加热。为了防止散热,可用石棉板做一外罩盖在零件上,这种方法适用于特重型和重型过盈配合的中、大型连接件。
⑥电感应加热法。利用交变电流通过铁芯(被加热零件可视为铁芯)外的线圈,产生感应电动势,使铁芯内电能转化为热能,产生热量。此方法操作简单,加热均匀,无炉灰,不会引起火灾,最适合于装有精密设备和有易爆易燃物品的场所。
(4)测定控制加热温度。
加热时,要严格控制加热温度和加热时间,并使孔件均匀加热。加热温度的测定方法有:
①用油类或金属做测试零件加热温度的材料。如机油的闪点、锡的熔点、纯铅的熔点、测温蜡笔、测温纸片等。
②用半导体点接触测温计测温。
③用样杆进行检测,如图3-1-4-3所示。样杆尺寸按比实际过盈量大3倍制作。当样杆刚能放入孔时,表示加热温度正合适。
图3-1-4-3 测定加热温度的样杆
D—加热件孔径;i—过盈量
前两种方法很难测准所需的加热温度,第三种测量较精确。
(5)装配。
①去除零件表面上的灰尘、污物。
②将零件装到预定位置,并将装入件压装在轴肩上,直至零件完全冷却为止。
③不允许用水冷却零件,以免造成内应力,降低零件的强度。
3.冷装法
利用金属材料热胀冷缩的原理,先将被包容件(轴)用低温冷却,使其尺寸缩小,然后迅速将此零件装入到包容件(孔)的配合位置,从而达到装配要求的装配方法。冷装法收缩变形量较大,因而多用于过渡配合,有时也用于轻型静配合。
1)冷装法的常用方法,如表3-1-4-2。
表3-1-4-2 冷装法的常用方法
2)冷装法的装配工艺
(1)准备好操作和检查必需的工具、量具及冷藏运输容器。
(2)精确测量被冷却件的尺寸。
(3)按冷却的工序及要求在常温下进行试装演习,检查操作工艺是否可行。
(4)要特别注意操作安全,以防冻伤人体。
4.液压无键连接装配
液压无键连接是一种先进技术,它对高速重载、拆装频繁的连接件具有操作方便、使用安全可靠等特点。国外普遍应用于重型机械的装配,国内随着加工技术的提高和高压技术的进步,也正得到推广。
1)液压无键连接的原理和基本结构
液压无键连接的原理是利用钢的弹性膨胀和收缩,使套件紧箍在轴上所产生的摩擦力来传递扭矩或轴向力的一种连接方式。
液压无键连接装配过程如图3-1-4-4所示,此例是轧钢机方向联轴器的装配。万向联轴器13与轴4之间有一个过渡锥套3。锥套3的内孔与轴4的配合是圆柱面滑动配合,膨胀油泵1的高压油进入锥套3与联轴器的配合面之间,使联轴器13受轴向推力,产生轴向移动,直至联轴器装到预定位置。当膨胀油泵卸荷时,联轴器13失去油压,产生弹性收缩,紧紧箍在锥套上,并使锥套弹性收缩,紧紧箍在轴上。同样道理,拆卸也十分方便。
图3-1-4-4 液压无键连接示意图
1—膨胀油泵;2,6—放气孔;3—锥套;4—轴;5—螺丝杠;7—缸;8—活塞;9—螺母;10—压力表;11—压入油泵;12—放气阀;13—联轴器;14—迷宫环;15—外罩
2)液压无键连接的装配与拆卸工艺过程
(1)装配前的准备工作。
①检查室温在16℃以上。
②检查连接件的尺寸和几何形状偏差,锥表面一定要光滑清洁,油眼、油沟不能有毛刺。
③锥套、轴颈和联轴器内孔必须用非常干净的油清洗,用干净布擦净,不得用破布和毛织物擦洗。
④用砂布去掉锐棱。
⑤用红丹粉检查配合锥面接触面的程度,接触面应达60%~70%,大头可略差些,但小头一定要保证接触点良好。装配完毕后,接触面应从70%提高到80%。
⑥采用过渡中间锥套时,要按图纸公差要求检查锥套孔和轴之间的间隙。
(2)装配。
①在非常干净的锥套外锥面、联轴器或轴承的内锥面涂以极少许的经过滤的轻质润滑油,以减少装配摩擦阻力。
②将联轴器锥面轻轻推到锥套的外锥面上,并用游标卡尺检查残余尺寸是否与图纸相符。
③接通膨胀油泵出油管,启动压入油泵,从放气孔压出空气。联轴器压入长度很小时,从配合面有极少量的油(或油泡沫)渗出,此为正常现象,可继续升压。如油压已达到规定值而行程尚未到达时,应稍停压入。待包容件逐渐扩大后,继续压入,达到规定行程为止。开始压入时,压入速度要小。
④达到规定行程后,松开膨胀油泵消除径向油压,等待5 min左右消除轴向油压后,再取下压入工具,其目的是防止包容件弹出而造成事故。等待时间与室温有关,室温低,等待时间长。室温为0℃~15℃时,等待10 min以上;寒冷时,等待30 min以上。
⑤最后拆出各种油管接头,用塞头把油孔堵塞。
(3)拆卸。
①拆卸时的油压比安装时要低,每拆卸一次再压入时,压入行程一般稍增加,增加量与配合面锥度及加工精度有关。
②拆卸时,使用同样的膨胀工具。应在拆卸工具端面与联轴器端面间垫一块厚约20mm的橡皮,目的是防止联轴器飞出。
三、过盈配合件的拆卸
拆卸过盈配合件,应视零件配合尺寸和过盈量的大小选择合适的拆卸方法和工具、设备,如拔轮器、压力机等,不允许使用铁锤直接敲击零、部件,以防损坏零、部件。在无专用工具的情况下,可用木槌、铜锤、塑料锤或垫以木棒(块)、铜棒(块)用铁锤敲击。无论使用何种方法拆卸,都要检查有无销钉、螺钉等附加固定或定位装置,若有应先拆下;施力部位必须正确,以使零件受力均匀不歪斜。如对轴类零件,力应作用在受力面的中心;要保证拆卸方向的正确性,特别是带台阶、有锥度的过盈配合件的拆卸。
滚动轴承的拆卸属于过盈配合件的拆卸范畴,它的使用范围较广泛,又有其拆卸特点,所以在拆卸时,除遵循过盈配合件的拆卸要点外,还要考虑到它自身的特殊性。
1.加热拆卸
拆卸尺寸较大的轴承或其他过盈配合件时,为了使轴和轴承免受损害,要利用加热来拆卸,如图3-1-4-5所示。
图3-1-4-5 轴承的加热拆卸
(1)加热前把靠近轴承的那一部分轴用石棉隔离开来,然后在轴上套上一个套圈使零件隔热。
(2)拆卸工具的抓钩抓住轴承的内圈。
(3)迅速将加热到100℃的油倒到轴承内圈上,使轴承内圈加热。
(4)从轴上拆卸轴承。
2.冷却拆卸
齿轮两端装有圆锥滚子轴承,如图3-1-4-6所示。用拔轮器的抓钩抓住轴承的外圈,同时用干冰局部冷却轴承的外圈,然后迅速从齿轮中拉出圆锥滚子轴承的外圈。
3.轴端滚动球轴承的拆卸
拆卸位于轴末端的轴承时,应在轴承内圈上加力拆卸。
(1)用小于轴承内径的铜棒、木棒或软金属抵住轴端,轴承下垫以垫块,再用手锤敲击,如图3-1-4-7(a)所示。
(2)用压力机拆卸位于轴末端的轴承,关键是必须使垫块同时抵住轴承的内、外圈,垫块可用两块等高的方铁、U形或两半圆形垫铁,着力点要正确,如图3-1-4-7(b)所示。
图3-1-4-6 轴承的冷却拆卸
(3)用拔轮器拆卸位于轴末端的轴承,必须使拔钩同时勾住轴承的内、外圈,且着力点也必须正确,如图3-1-4-7(c)所示。
图3-1-4-7 轴端轴承的拆卸
(a)用铜棒、手锤拆卸;(b)压力机拆卸轴承;(c)拔轮器拆卸轴承
4.锥形滚柱轴承的拆卸
一般将内、外圈分别拆卸。如图3-1-4-8(a)所示,将拔轮器张套放入外圈底部,然后施入张杆使张套张开勾住外圈,再扳动手柄,使张套外移,即可拉出外圈。用图3-1-4-8(b)所示的内圈拉头来拆卸内圈,先将拉套套在轴承内圈上,转动拉套,使其收拢后,下端凸缘压入内圈的沟槽,然后转动手柄,拉出内圈。
图3-1-4-8 锥形滚柱轴承的拆卸
(a)用拔轮器拆卸外圈;(b)用内圈拉头拆卸内圈
5.报废轴承的拆卸
如果因轴承内圈过紧或锈死而无法拆卸时,则应破坏轴承内圈而保护轴,采用如图3-1-4-9所示的拆卸方法,但操作时应注意安全。
四、不可拆连接件的拆卸
不可拆连接件有焊接件和铆接件等,焊接、铆接属于永久性连接,在修理时通常不拆卸。
(1)焊接件的拆卸可用锯割、扁錾子切割,或用小钻头钻排孔后再锯、再錾,也可用氧炔焰气割等方法。
(2)铆接件的拆卸可用錾子切割掉铆钉头,或锯割掉铆钉头,或气割掉铆钉头,或用钻头钻掉铆钉等。
(3)操作时,应注意不要损坏基体零件。
图3-1-4-9 报废轴承的拆卸
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