压装力的计算

摘要介绍了与传统设计不同的轮轴冷压装计算方法，设计员可节省查阅资料时间，应用新型的计算公式，能快速获得准确工艺参数，并量化轮轴设计尺寸。本文的车辆轮轴注油冷压装工艺属国内首例。此方法对机械制造工业价值巨大。

关键词轮轴冷压装轮轴注油冷压装计算公式工艺工装修复技术

一、前言

本文论述的内容，适用于铁路机车车辆、工程机械和机床制造。该技术的特点是：在轮轴冷压装设计中，既节省了查阅设计手册和行业标准所用的大量时间，又能快速获得准确工艺参数和设计量化值。工艺简单、加工方便、能有效避免轮轴配合面被擦伤，与传统的轮轴冷压装工艺设计相比，这是专业技术领域中的新思路。

二、工艺参数计算

在设计轮轴冷压装产品时，如何根据配合直径来求得合理的过盈量及冷压装吨位，这是专业工艺人员极为关注的技术难题。作者通过长期试验论证，运用数学原理推导出了下列理论计算公式，技术难题迎刃而解，现简介如下。

δ1=7×10-4D+0.06 （1）δ2=7.6×10-4D+0.09 （2）

δ3=0.5（δ1+δ2）（3）δ4=δ3-0.02 （4）

δ5=δ3+0.01 （5）δ=δ4～δ5（6）

P1=(3.11D+66)+6 （7） P2=4.88D+101 （8）

P=P1～P2（9）

δ1—粗算轮轴配合过盈量下限值mm；δ2—粗算轮轴配合过盈量上限值mm；δ3—粗算轮轴配合过盈量平均值mm；δ4—精算轮轴配合过盈量下限值mm；δ5—精算轮轴配合过盈量上限值mm；δ—轮轴配合过盈量精确值mm；D—轮轴配合直径mm；P1—轮轴冷压装吨位下限值kN；P2—轮轴冷压装吨位上限值kN；P—轮轴冷压装吨位精确值kN。

三、计算应用实例

计算图1所示的车辆轮轴采用冷压装工艺时，所需配合过盈量及压装吨位。

解：（1）计算过盈量

δ1=7×10-4D+0.06=7×10-4×182+0.06=0.19(mm)

δ2=7.6×10-4D+0.09 =7.6×10-4×182+0.09=0.23(mm)

δ3=0.5（δ1+δ2）=0.5(0.19+0.23)=0.21(mm)

δ4=δ3-0.02=0.21-0.02=0.19(mm)

δ5=δ3+0.01=0.21+0.01=0.22(mm)

δ=δ4～δ5 =0.19~0.22(mm)

（2）计算冷压装吨位

P1=(3.11D+66+6=(3.11×182+66)+6=683(kN)

P2=4.88D+101=4.88×182+101=989(kN)

P=P1～P2=683～989(kN)

以上计算出来的δ值和P值，即为所求车辆轮轴冷压装时，所需的配合过盈量和冷压装吨位。根据δ值，即可量化出车轴配合座部位的精确尺寸和车轮配合孔部位的精确尺寸。

四、轮轴机械加工

轮孔的配合表面是通过镗削加工来实现的，其表面粗糙度可按Ra3.2控制；轴座的配合表面是通过磨削加工来实现的，其表面粗糙度可按Ra1.6控制。为了保证轮轴配合面不被擦伤，轮孔两端应有R3～5mm的过渡圆弧，轴座的压装始端，应有10～13mm圆锥引入段。

五、工艺与操作

1.清洁度、过盈量、轴长中心

轮轴冷压装之前，轮孔和轴座必须用汽油刷洗干净，用量缸表和千分尺分别测量轮孔和轴座的配合直径，并以此确定二者的配合过盈量。

若轮轴配合组件是由一轴两轮组成的轮对，则确定轴长中心是轮轴冷压装配前的重要因素。具体方法是：用划规分别以有一定加工精度的轴两端或适当的对称轴肩作基准，以相同半径分别向轴长中心方向划线，若两线重合，该点即是轴长中心，若两线不重合，则折中线即是轴长中心。图2中的A、B部位即是对称轴肩，时，纵向中心线即是轴长中心。

2.冷压装

轮轴冷压装之前，应把导向套分别安装在轴两端，在导向套外表面和轴座配合表面均匀涂抹纯净的植物油（禁用桐油）之后，把轮分别套装在轴两端的导套上。用起重设备把轮轴组件水平吊起，在油压机的移动小车支架上稳放，用框式水平仪测量轴水平。准备工作就绪后，把轴端保护套安装在轴的受力一端，待压装，见图3所示。

导向套在轮轴配合冷压装中的作用是：引导轮、轴对中，避免配合面被擦伤。制造导向套时，应使其与轮、轴均为间隙配合，Q235A钢和工业尼龙为常用材料。轴端保护套的作用是：避免轴端面直接受力造成塑性变形，这种作用在轴端有螺纹时，尤为重要。

轮轴冷压装时，应使压入力作用在轴端，使用轴长中心样板尺进行同步测量，这样可保证轮内侧端面与轴长中心之间的距离不超限。一端压装完工后，把轮轴组件在油压机的移动小车支架上旋转180°，在受力轴端装好保护套，施行另一端轮轴冷压装，此时可用专用测尺按设计要求检测两轮内侧面之间的距离。压装过程不允许中途停机。

3.压力曲线

轮轴冷压装的压力曲线，是通过油压机上的自动记录仪绘制的，它是衡量轮轴冷压装质量的重要指标，轮轴过盈配合冷压装的压力参数也由此得出。冷压装时，压力曲线应均匀平稳上升，曲线中部不允许存在陡吨（压力曲线不平滑）、降吨（压力曲线朝数值减小的方向变化）等缺陷，合格的压力曲线见图4所示。压力曲线理论长度可按如下公式计算。

S=(L+A-K-r)i

S—压力曲线理论长度；L—轮毂长度；A—伸出轮毂孔外端之轴座长度；K—轮座前端锥形长度；r—压力指示器传达系数，即指示器圆筒行程比鞲鞴冲程缩短系数，可根据压力指示器构造决定。

4.修复技术

对不符合冷压装技术标准的轮轴过盈配合组件，应及时退轮检查配合面是否被擦伤，并进行修复。未能及时退轮的轮轴过盈配合组件，其放置时间不允许超过12小时。对达到压装力要求的轮轴过盈配合组件，允许原轮在原轴上重新压装一次；对压装力不足的轮轴过盈配合组件，不允许原轮在原轴上重新压装，原因是：退轮后，轮轴配合表面看起来粗糙度无变化，实际已经朝粗糙度上升的方向变化了，在这种情况下，若进行重新压装，容易出现假吨（记录仪上显示的压装力数值，比实际压装力数值大）。对压装力超限的轮轴过盈配合组件，必须重新修磨轮轴配合表面，并进行严格测量及过盈量选配后，才能重新进行压装。

六、车辆轮轴注油冷压装工艺

1.简介

车辆轮轴过盈配合注油冷压装与普通轮轴过盈配合冷压装在结构上的不同点是：前者的轮孔中部有一个环形油槽与轮毂件上的注油孔相通，见图5所示。图中各件号代表的含义为：1.车轴；2.车轮；3.高压注油管；4.注油扩压设备。压装过程中，在轮轴配合面之间注入高压油，以使轮孔产生微量扩大，所需轴向压力可随之减小。此方法既能保护轮轴配合面不被擦伤，又能方便的微调轮对内侧距。

2.工艺

轮轴过盈配合注油冷压装与普通轮轴过盈配合冷压装在工艺上的不同点，分别体现在轮轴配合部位加工、轮轴配合过盈量、向轮轴配合面之间注入高压油。其余方面二者相同。

（1）轮轴配合部位加工

车轮的配合孔在加工时，应制成有0.02～0.03mm正锥的配合孔。加工车轮配合孔的注油孔时，应使其轴向中心线与轮孔轴向中心线夹45°角。车轴的轮座在加工时，不允许有任何锥度，应确保轮座的圆柱配合面光滑及轴向平行。

（2）注油冷压装

进行轮轴注油冷压装时，注入高压油之前的压入力应逐渐上升；从过油槽起，向轮轴配合面之间注入高压油，此时的压入力开始下降。注油压装过程中，允许注油压力在100～165MPa