機(jī)械產(chǎn)品過盈配合聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝分析

曹秀鴿，祁富燕，鄭隆舉

（蘭州城市學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

過盈配合聯(lián)接是利用零件的配合過盈來達(dá)到聯(lián)接的目的。過盈聯(lián)接常用于精密定位與傳遞載荷，過盈聯(lián)接具有這些功能的原因在于零件具有彈性及聯(lián)接具有裝配過盈。因?yàn)檠b配過盈使配合面間產(chǎn)生壓力，所以工作時載荷就靠著相伴而產(chǎn)生的摩擦力來傳遞。載荷可以是軸向力、扭矩或兩者的組合，有時也可是以彎矩。

1 裝配工藝

過盈配合聯(lián)接當(dāng)用于可拆卸聯(lián)接時，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)過盈量的控制。其裝配工藝，包括：

（1）機(jī)械壓入法：被包容件從軸向壓入。

（2）縮脹法：加熱包容件，裝配后在常溫下縮緊。

（3）脹緊法：將被包容件冷卻，裝配后在常溫下因膨脹而脹緊。

（4）油壓法：如圖1所示，將壓力油壓入包容件或被包容件，利用注壓擴(kuò)徑，卸去油后抱緊。

圖1 利用油壓擴(kuò)徑

2 過盈配合聯(lián)接件結(jié)構(gòu)的合理性

2.1 過盈配合面配合長度的設(shè)置

過盈配合面應(yīng)有足夠的配合長度，使軸件不致晃動，以保證其能可靠地工作。如圖2所示的結(jié)構(gòu)，若配合直徑為d（mm），配合面部分的長度為L（mm），推薦L的最小值為Lmin=4d2/3。也可從圖3中給出過盈配合的最小長度。

圖2 過盈配合面

圖3 過盈配合的最小長度Lmin與直徑d的關(guān)系

2.2 配合長度的控制

當(dāng)配合長度L較大（L>16d，d為配合直徑）時，應(yīng)配合面應(yīng)制成階梯形，以改善加工工藝與裝配工藝過程中的難度。

2.3 配合面應(yīng)的合理配置

（1）要避免裝配中同時壓入兩個配合面。

當(dāng)兩個過盈配合面是同時壓入或幾乎是同時壓入時，這樣的裝配是比較困難的，應(yīng)設(shè)計(jì)成兩配合面能逐個壓入，如圖4所示的結(jié)構(gòu)。使得第一個配合面壓入后，第二個配合面能夠看得見，以便于操作。即使沒有兩個過盈面，也應(yīng)做到在一配合件到達(dá)配合位置時，其他表面與其配合表面不接觸。

（2）要避免在一根等直徑的軸上用過盈配合安裝多個零件。

因?yàn)樗鼈兊陌惭b、定位、拆卸都是較困難的，并且因配合距離很長，安裝、拆卸都易損傷配合面。因此多個過盈配合件應(yīng)設(shè)計(jì)成如圖5所示的階梯式安裝結(jié)構(gòu)或采用錐形緊固套聯(lián)接的方法。

（3）要避免使兩個同一直徑的孔做過盈配合。

在同一軸線上等徑軸壓入兩等徑孔時，當(dāng)軸壓入第一個孔后，難免有些歪斜或表面損傷，再壓入第二個孔時就比較困難。因此，在這種情況下，應(yīng)設(shè)計(jì)成如圖6所示的結(jié)構(gòu)，兩孔直徑應(yīng)不同，并且不應(yīng)同時壓入。

（4）錐面配合的錐度不宜過小。

當(dāng)錐度很小時，為產(chǎn)生必要的壓緊力以消除加工誤差所產(chǎn)生的間隙，要在軸向移動較大距離。此外，在錐度小時，因具有大的自鎖力而易發(fā)生咬入現(xiàn)象，因此，鋁合金件不宜用錐面配合。

圖4 兩配合面逐次壓入

圖5 多個過盈件的配合設(shè)計(jì)

圖6 同一零件兩處過盈面的合理結(jié)構(gòu)

2.4 配合面的表面粗糙度控制

配合面的表面粗糙度一般不大于Ra3.2 um。

2.5 改善零件受力情況，減輕零件配合面端的應(yīng)力集中

應(yīng)改善零件的受力情況，減輕零件配合面端的應(yīng)力集中。為此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，可采用下列措施：

（1）使非配合表面部分的直徑小于配合表面部分的直徑，如圖7-（a）所示，并以較大圓弧過渡。通常取配合面直徑df與非配合面直徑d'之比df/d'≥1.05，圓弧半徑可取 r≥（0.1～0.2）df。

（2）在被包容件上加工出卸載槽，如圖7-（b）所示。在必要時，卸載槽應(yīng)經(jīng)滾壓處理，以提高疲勞強(qiáng)度。

（3）在包容件的端面加工出卸載槽，如圖7-（c）所示或如圖7-（d）所示，減小包容件端部的厚度，其中前者的結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較廣。

圖7 減少應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)措施（a）使df/d≥1.05；（b）、（c）加工出卸載槽；（d）減小包容件端部厚度

2.6 過盈配合件應(yīng)裝拆方便

（1）相配合的零件壓入端應(yīng)具有合理的結(jié)構(gòu)形狀，以使相配合的零件容易裝配。過盈配合零件開始裝入時不易很順利，因此，相配兩零件入口處都應(yīng)做出倒角，或做出有引導(dǎo)作用的錐面，如圖8所示。

軸的倒角應(yīng)準(zhǔn)確同心，倒角為5°～10°。注意倒角45°是錯誤的，因?yàn)榻嵌忍?，將會刮削孔的表面?/p>

圖8 過盈聯(lián)接零件壓入端的合理結(jié)構(gòu)

（2）當(dāng)包容件的孔不是通孔時，應(yīng)使孔中的空氣在壓入軸銷時能夠排出。排氣方法如圖9所示，或在軸上開槽，或在軸上打軸向孔，還可在包容件上鉆孔。

圖9 盲孔中裝入過盈配合軸的排氣結(jié)構(gòu)

（3）零件應(yīng)有如圖10所示的有便于拆卸時加力的合理支承結(jié)構(gòu)。

（4）在過盈配合與鍵同時運(yùn)用時，鍵應(yīng)先裝入鍵槽。若軸壓入一段后再插入鍵，很可能與鍵槽無法對準(zhǔn)，又無法進(jìn)行調(diào)整，致使鍵不能插入鍵槽。

（5）過盈配合件應(yīng)有明確而合理的定位結(jié)構(gòu)。過盈配合用壓入法或用溫差法裝配時，不易控制零件位置；裝配后，又不便調(diào)整，所以須有明確的定位結(jié)構(gòu)，如采用軸肩、軸環(huán)、凸臺等定位結(jié)構(gòu)。裝入零件靠在定位面上，即為安裝到位，如圖11所示的結(jié)構(gòu)。

如不便做出軸肩、軸環(huán)、凸臺時，可用套筒、定位塊定位，甚至可以在安裝到位后，再把為安裝方便設(shè)置的臨時定位結(jié)構(gòu)拆除。

應(yīng)注意的是，錐面配合不能用軸肩定位，應(yīng)采用圖12所示的結(jié)構(gòu)，否則可能得不到預(yù)期的壓緊力。

圖10 應(yīng)有拆卸支承面

圖11 過盈聯(lián)接應(yīng)有定位結(jié)構(gòu)

圖12 錐面配合的定位結(jié)構(gòu)

（6）對于采用壓力油的方法拆卸過盈配合的結(jié)構(gòu)，應(yīng)通過軸或輪轂上的孔，將壓力達(dá)150～200 MPa的油壓入配合面，使得被聯(lián)接的軸與孔產(chǎn)生利于拆卸的彈性變形；潤滑油還有減摩作用，使被聯(lián)接件更易順利分離。

3 對過盈配合緊固力的影響因素

3.1 工作溫度的影響

當(dāng)過盈配合的兩個零件由不同的材料制造時，如果工作溫度較高，則由于材料的線膨脹系數(shù)不同，會使實(shí)際過盈量減小而產(chǎn)生松動。在設(shè)計(jì)時須考慮采取適當(dāng)措施。

聯(lián)接的工作溫度與裝配時溫度相差過大時，也會影響到實(shí)際過盈量的大小，在規(guī)范過盈裝配時，應(yīng)予以考慮。

3.2 離心力對過盈配合的影響

過盈配合聯(lián)接的零件在高速旋轉(zhuǎn)的情況下，由于離心力的作用致使孔的直徑增大，而使過盈量減小，降低了過盈使命的可靠性，因此，在設(shè)計(jì)時必須考慮。

3.3 加用銷或鍵對過盈配合的影響

利用過盈熱壓配合而緊固的配合面上，不應(yīng)加用銷或鍵，如果加用銷或鍵就會切斷環(huán)箍張緊面而使緊固力顯著降低，喪失過盈熱壓配合的作用。

3.4 零件幾何精度對聯(lián)接品質(zhì)的影響

例如，孔的橢圓度會降低聯(lián)接品質(zhì)，用塞尺檢查直徑不能反映孔的橢圓度。因此，應(yīng)測量出孔的平均直徑（dmax+dmin）/2，如果以這個值計(jì)算出過盈量，便可以得到可靠聯(lián)接。要注意軸的頸縮或錐度對圓柱摩擦聯(lián)接是十分有害的。

4 結(jié)束語

零件過盈配合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，直接影響到機(jī)構(gòu)聯(lián)接處的裝配與拆卸，而結(jié)構(gòu)的可拆性又被列入綠色設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。因此，應(yīng)更加很好地掌握和應(yīng)用。

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