过盈结构的装配方法

过盈结构的装配方法
我公司装配某精密数控机床主轴组件（见图1）时，由于带轮与主轴（材料45钢）采用阶梯圆柱形大过盈联接（经实际测量，最大过盈量为0.152mm，主轴外圆直径d＝95.002mm，带轮内孔直径D＝94.850mm），安装难度较大，主要体现在以下几个方面：①过盈量大且配合距离长（轴向配合距离AB＝80mm）。

②该结构对带轮安装的轴向位置要求严格，如图1所示，该结构后端轴承内圈的内径为1∶12圆锥孔，如果带轮与轴承端面没有紧密贴靠，会使后端轴承的径向游隙过大，直接影响主轴工作精度。

③由于安装带轮前已经将前后轴承装入箱体，安装过程中不允许使前、后轴承受到过大载荷或冲击，以免损坏。

④电动机靠带轮与主轴的过盈传递转矩，因此，安装过程中要避免配合表面受到擦伤或压平而降低联接的紧固性。

图1 主轴组件
1.精密螺母
2.带轮
3.圆柱滚子轴承
4.箱体
5.主轴
装配方法分析
为保证带轮与主轴的过盈结构能够传递足够的转矩，在安装过程中应避免损伤配合表面，因此不能选择压力机直接压入的方法进行安装。

如果采用油压法进行装配，在压入行程上需提供持续的轴向作用力，由于组件结构尺寸以及轴承安装过程中不允许受到过大载荷的限制，在主轴和箱体上都无法找到合适的受力点，而且压入行程过大需设计复杂的液压安装工装，操作工艺严格，安装成本很高，综合考虑，尝试采用加热的方法进行装配，但由于带轮轴向尺寸较大，热装冷却时带轮收缩会与轴承端面产生轴向间隙，必须采取措施消除间隙。

经过分析，初步计划采用以下装配方法：加热带轮进行安装，带轮安装到位后，利用主轴后端伸出的螺纹设计简单的工装，配合液压工具进行轴向施压，同时，通过带轮上的油孔往结合面内注入高压油，
保压至温度恢复至室温，消除轴向间隙。

装配原理分析
在带轮与主轴加工过程中，应保证配合的内孔与外圆表面粗糙度值Ra＝0.8μmm以内，在带轮内孔上加工出10°导向锥便于装配，在主轴阶梯外圆前端加工出倾角α（1°）同时有较高几何公差的密封锥（见图2），根据机械行业标准《过盈配合的油压装卸》（JB/T 6136─2007）可知，主轴的密封锥与带轮内孔形成良好接触，从而获得密封，同时选用运动粘度较高的矿物油避免渗漏，压力油使带轮和主轴变形，形成油膜，当带轮与主轴轴肩产生轴向间隙时，在轴向力的作用下会使带轮发生移动，从而消除轴向间隙。

图2 主轴局部
数值计算
（1）计算热装需要的加热温度，计算方法：
t＝[（δ＋Δ）/（αd）]＋t0
式中，t是工件加热温度（℃）；δ是实际过盈量（mm）；Δ是最小装配间隙（查表得0.069mm）；t0是环境温度（℃）；α是包容件线膨胀系数（1/℃）（查表碳钢件为11.5×10-6℃-1）；d是包容件孔径（mm）。

可得所需加热温度：t＝[（0.152＋0.069）/（11.5×10-6×94.850）]＋20＝223（℃）。

加热温度应略大于理论温度，因此，加热到240℃进行安装。

（2）计算结合面的压力，计算方法：
P＝δ/[d（C1/E1＋C2/E2）]
式中，P是配合面间的径向压力（MPa）；d是配合的公称直径（φ95mm）；E1、E2分别为被包容件与包容件材料的弹性模量（钢E ＝2.1×105MPa）；C1是被包容件的刚性系数，C1＝[（d2＋d12）/（d2－d12）]－μ1（计算得4.84）；C2是包容件的刚性系数，C2＝[（d22＋d2）/（d22－d2）]＋μ2（计算得4.57）；d1、d2分别为被包
容件的内径和包容件的外径（mm）；μ1、μ2分别为被包容件的内径和包容件材料的泊松比（钢μ＝0.3）。

计算结合面径向压力：P＝0.152/｛95×[4.84/（2.1×105）＋4.57/（2.1×105）]｝＝35.7（MPa）。

装配时液压泵的油压应高于结合面的压力，本次装配时径向油压设定为40MPa，轴向油压按径向油压的1/4设定，即10MPa。

装配过程
将带轮放入加热箱加热到240℃，加热并保温规定时间后，推靠到主轴轴承端面；主轴后端安装专用工装螺纹套，安装隔套，旋紧油压螺母使隔套与带轮紧密贴合，连接液压泵到油压螺母上，加压到10MPa；通过带轮上的管接头连接另一液压泵，逐渐加压到40MPa 并保压；由于在保压过程中，在配合面间会有压力油缓慢渗出，且带轮会发生轴向位移，因此两个液压泵压力表示数会缓慢下降，应及时加压；待带轮温度降低到室温且轴向液压泵压力表示数不再发生变化时，证明此时已经安装到位，先将径向液压泵卸压，然后再将油压螺母卸压；将各工装拆下，采用规定力矩紧固圆螺母。

如图3所示。

图3 装配示意
1.隔套
2.螺纹套
3.油压螺母4、5.液压泵
拆卸方法
带轮上安装使用的液压油接口可同时用于拆卸，当需要将带轮拆卸下来时，可通过液压油接口在带轮与轴间持续注入高压油，同时通过专用工具在带轮上施加一定的轴向力，当压力油使两个零件产生变形，形成油膜后，在轴向力的作用下轴开始移动，这时应特别注意，由于阶梯配合，在轴向会产生一个同方向的力，所以在拆卸时，应采取安全措施，防止拆卸结束后，带轮被弹出。

结语
过盈配合结构对装配过程要求较高，在实际生产中，应根据部件
工作特点和具体结构进行针对性分析，采用合理有效的装配工艺方法进行安装，该装配方法在保证主轴精度的同时，节约了制造成本、缩短了制造周期，经实际检验，效果很好。