新型冷装工艺在工程机械复合轴套装配中的应用
THE NEW TECHNOLCGY OF FREEZING ASSEMBLE APPLIES TO COMPOSITE SLEEVE IN CONSTRUCTION MACHINERY
摘要 阐明了冷装方法是复合轴套装配的正确方法，通过试验和分析确定了合理的冷冻温度，选择了用低温箱作冷冻设备。
Abstract It has expounded which is a right way to asmble composite sleeve by freezing it in this paper.Through testing and analysis,applicable freezing temperature was found out , and the low-temperature chest was chon as freezing equipment.
关键词： 复合轴套 过盈配合 冷装工艺及设备
Keywords: composite sleeve
interference fit
The technology and equipment of freezing asmble
目前，复合轴套在工程机械中应用得越来越多，它的耐磨性好，在少油或间歇断油条件下能正常工作，承载能力大，使用寿命较长而且价格低廉，已取代了传统的铜套。复合轴套与包容的孔之间的配合常设计为过渡配合，生产实际中多数有小的过盈，过盈连接的装配方法有多种，复合轴套是一种新型技术产品，简单地选择一种方法是不适宜的。如何解决复合轴套装配问题，本文以我公司产品使用的SF-2复合轴套为例进行说明。
一、复合轴套装配结构概述
在工程机械上复合轴套通常装在大型结构件上，装配的位置因结构件的不同有很大差异。我公司产品有装载机、推土机、挖掘机三大系列，轴套外径尺寸在￠55～￠130之间。图1为复合轴套装配的典型结构，轴套与结构件上的孔的配合多数采用，个别采用，安装后轴套外沿至结构件外平面应保持一距离x，该尺寸用于密封圈装配。轴套的材料为复合材料SF-2（最外层为低碳钢板，内圈摩擦层塑料为改性聚甲醛，中间层用青铜粉作结合层）。选择轴套的装配工艺应考虑以上各种因素。
Drawing 1 asmble of composite sleeve Drawing 2 stemping
二、复合轴套冷装工艺的初步选定
为选择装配工艺，现将几种过盈连接装配方法的特点与复合轴套的装配实际进行对照：⑴压力机压装。该方法操作简便、效率高，但压力机安装位置必须固定，它适合于在高效率的流水线上装配，结构件能够自动进入安装位置并找正，而且每台压力机有很具体的分工。我公司产品型号多、轴套种类多，不少结构件采用就件装配法，采用压力机压装法不适用。⑵锤击压装法。这种方法操作灵活、适应性强，锤击时使用图2所示压模可以保证尺寸x，但该方法劳动强度大，装配导向性不好控制，轴套歪斜时会造成报废。⑶热装法。轴套与孔的配合为过渡配合，加热温度约需80～170℃，根据温差要求应选用介质加热，但
对于工程机械的大型结构件，实际上很难进行。⑷冷装法。该法将轴套冷冻，轴套冷冻收缩后能轻易装入结构件的孔中，当常温恢复尺寸后可获得要求的配合。这种方法易于实施，我们初步选定此办法。
3、冷装工艺分析
1.复合轴套需冷冻温度计算
采用冷装法时首先应确定冷却温度，按照冷装法的一般要求，冷却温度用下式计算：
=…… 算式⑴， 式中：—轴套冷冻前后的温差（℃）；
—轴套的最大收缩量（mm）；a—低温时轴套的冷缩系数（1/℃）；
—轴套的外圆直径（mm）。
上式中，轴套的最大收缩量等于配和的最大过盈量和最小间隙（见表
List 1 the least clearance of freezing asmble
1）之和，复合材料民谣歌曲排行榜SF-2的冷缩系数为12×（复合材料的冷缩系数因复合工艺和温度范围而有相应变化，该数据由生产厂提供）。按照该公式计算，每一种轴套的配合都有一个最合适的冷冻温度，我公司产品轴套的配合有近20种，经全部计算，冷冻时温度降低最少的配合为￠130（），==85.9℃，冷冻时温度降低最多的配合为￠55（），==168.2℃。冷装时考虑生产上便于组织，需要把冷却的低温控制在合理的小范围内。以下借助试验和理论分析来进一步探讨适宜的冷冻温度。
2.第一种冷装试验
按最难装配的配合选温度，取=168.2℃进行试验，采用液氮冷却，冷却后装配时发生了以下问题：⑴个别轴套装配时有碎裂和材料复合层破坏现象。理论上的原因为：随温度降低，材料的屈服极限越来越接近强度极限，因此脆性越来越严重；复合材料SF-2外层钢的冷缩系数小、内层塑料的冷缩系数大，温度越低，从结合层处破坏的内应力也越强。⑵部分轴套装配后x值不能很好保证。原因为：冷冻收缩量太大，轴套与孔间缺乏配合阻力。如￠130（）配合，由算式⑴可得： =a=12××130×168.2=0.262mm，孔的上偏差为+0.063mm，轴套下偏差为+0.015mm，可算出最大可能间隙=0.262+0.063-0.015=0.310mm。从以上试验现象分析，偏多温差的冷却方法并不适用。
3.第二种冷装试验
按最易装配的配合选温度，取=85.9℃进行试验，采用低温箱冷却，冷却后再试装，无轴套碎裂和复合层破坏的现象，用图2所示的压模辅助装配，轴套装入深度的x值可以保证。此时不少轴套装配时仍需使用锤击，但锤击的力度很小，劳动强度不大，轴套也不易歪斜损坏。以下以￠55（）配合为例，从理论上对降温85.9℃前后的最大压入力进行对比。
走的英语最大压入力计算公式：p=πμ …… 算式⑵
式中：—轴套表面承受的最大单位压力（N/）；
—轴套的外圆直径（mm）；—轴套长度（mm）；
μ—结合表面摩擦系数。
最大单位压力计算公式： = ……关节分类 算式⑶
式中：为配合的最大过盈量，、分别为包容的结构件与轴套的材料的弹性模量，、为系数，分别与包容件和轴套的外形尺寸和材料有关。
用、表示采用冷冻措施前后装配时的最大压入力，用、表示对应的最大过盈量。采用冷冻措施前后算式⑵、⑶中的π、、、μ、、、、都不变，所以/=/ …… 算式⑷
对￠55， =0.062mm，根据算式⑴，降温85.9℃时轴套的收缩量=a=12××55×85.9=0.057mm，则=硇砂的功效与作用-=0.062-0.057=0.005mm，代入算式⑷：
万马齐喑究可哀的喑是什么意思/=串联电抗器/=0.005/0.062=0.081=8.1%。
即：冷冻85.9℃后轴套装配的最大压入力只有原来的8.1%。
根据以上两种试验可作出结论：选用温差偏少的冷冻方法、配合压装（使用压模），是一种合理的装配方法。这种装配方法适宜的冷冻设备是低温箱。
四、冷冻设备的结构和制冷原理
根据对冷装工艺的分析，结合本地区气温及冷冻设备低温箱的技术现状，我们将低温箱的冷冻温度选定为-80℃～-60℃，夏季采用-60℃，冬季采用-80℃。经一年多的生产实践检验，这样的低温箱能兼顾各种轴套要求，也适应不同季节要求的变化。
1.低温箱结构
Drawing 3 shape of low-temperature chest
低温箱分为上下两部分（见图3），压缩机组设在下部，冷冻工作室在上部。工作室顶部设置有风机，通过特制风道将箱内空气强制循环，保证室内温度场均匀，箱体内外层钢板之间用聚氨脂硬质泡沫塑料填充，实现对箱体外绝热，箱门有紧固装置，可以保证冷冻时室内的密封性。
2.低温箱的制冷系统和原理
Drawing 4 Refrigeration System
低温箱采用两个单级制冷复叠的制冷系统（见图4）。低温制冷系统用R23（三氟甲烷）作制冷剂，R23蒸发从工作室吸热，它的标准沸点为-82.1℃，工作室的-80℃～-60℃的低温即通过R23蒸发吸热获得。中温制冷系统用R22（二氟一氯甲烷）作制冷剂，高压的R22蒸汽液化温度可以高于环境温度，能把热量散发到箱外。两个制冷系统通过蒸发冷凝器连接，它是R23的冷凝器和R22的蒸发器，在这里低温制冷系统向中温制冷系统传递热量，使两个单级制冷系统复叠成统一工作单元。R22的标准沸点为-40.8℃,由于有R22系统可将R23液化的温度设计较低，从而降低制造成本。膨胀容器可以保护R23系统，截止阀、电磁阀可协助控制蒸发和冷凝的平衡、两个单级系统的平衡，使低温箱能按设定参数精确控制工作室的温度。
五、冷装工艺的应用及效果
冷装工艺操作过程为：用低温箱将复合轴套冷冻至-80℃～-60℃（视季节），保证零件整体冷透；用压模压住轴套，把轴套推入或用锤敲击装至结构件孔中，保证尺寸x。低温箱冷冻速度快、控制温度准确、保温性能好、工作室温度场均匀，采用低温箱冷冻，复合轴套冷缩量稳定统一，装配质量有了质的提升，生产效率成倍提高，劳动强度大大下降，生产
噪音大幅降低，再没发生因装配不当造成轴套报废现象，也根除了碎屑飞溅的不安全隐患。复合轴套装配工艺的改进把工程机械装配工艺水平提高了一个层次。
六、 结束语
冷装工艺在工程机械中的应用，不但提升了装配工艺水平，而且提高了操作的安全性，这种实用新型技术在行业上还处于初期发展阶段，有很大的发展空间和推广价值。
参考文献
［办理社保卡需要什么资料1］ JB/T 5994—1992 装配通用技术要求
［2微信二维码生成］ 袁秀玲主编.制冷与空调装置.西安：西安交通大学出版社，2001.25～25
