一種高精度密封膨脹定位芯軸設(shè)計(jì)

趙金龍，盧耀堂

(陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西寶雞 722409)

0 引言

機(jī)械制造業(yè)里有許多零部件是回轉(zhuǎn)體，中心有內(nèi)孔，設(shè)計(jì)過(guò)程中都是以內(nèi)孔為基準(zhǔn)，如某公司變速箱里的齒輪、法蘭盤、離合器分離軸承座、軸承支座、輸出軸接頭等。此類零部件在車、磨工序大部分采用脹套式夾具[1-2](如圖1—圖2所示)，以內(nèi)孔為基準(zhǔn)定位并夾緊工件。本文作者針對(duì)其中的脹套式磨夾具，分析其結(jié)構(gòu)存在的一些優(yōu)缺點(diǎn)[3]，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 分析

傳統(tǒng)的脹套式磨夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，理論情況下(如圖3所示，忽略工件的形位誤差)是完全能滿足使用要求的。但實(shí)際情況(如圖4—圖6所示)是工件的定位孔形位誤差(由加工設(shè)備、刀具、工裝結(jié)構(gòu)、操作人員素質(zhì)等綜合因素影響)永遠(yuǎn)都無(wú)法根除，對(duì)于高精密的零部件，必須考慮其存在對(duì)后續(xù)裝夾及加工的影響。

此類脹套式磨夾具在工作狀態(tài)下，脹套可視為完全圓柱體，并與錐度芯軸的法蘭支承面完全垂直。脹套提供徑向分力定位工件，提供軸向分力(摩擦力)防止工件上浮位移。工件定位孔的不同形位誤差，會(huì)造成如下幾種結(jié)果：

(1)實(shí)際情況①(如圖4所示)時(shí)，存在定位孔垂直度誤差。優(yōu)點(diǎn)：脹套能提供相對(duì)足夠的夾持力；缺點(diǎn)：工件支承面為單點(diǎn)接觸，加工后工件端面跳動(dòng)大，其軸向尺寸偏差較大。

(2)實(shí)際情況②③(如圖5—圖6所示)時(shí)，存在定位孔喇叭口。優(yōu)點(diǎn)：工件支承面可為多點(diǎn)面接觸(支承面可認(rèn)為是平面接觸)，加工后工件端面跳動(dòng)小，其軸向尺寸偏差小；缺點(diǎn)：工件定位面為一側(cè)孔口線接觸，脹套外圓局部會(huì)長(zhǎng)期受壓應(yīng)力，導(dǎo)致夾持力低、磨損較快并影響定位精度。

綜合其固有結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其缺點(diǎn)如下：

(1)夾持力不足。工件僅靠軸向摩擦力壓緊于錐度芯軸上。

(2)定位不可靠。工件會(huì)受加工量及切削振動(dòng)的影響，逐漸脫離支承面，產(chǎn)生支承失效的情況。

(3)密封性較差。錐度芯軸與脹套之間要有較大位移才能保證工件的裝卸順暢，因此其接觸面處容易進(jìn)雜物。

(4)卸件不利索。卸工件時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)卡緊現(xiàn)象，需敲擊工

件才能取出。

(5)使用壽命短。脹套受力點(diǎn)位置不理想，磨損快；雜物進(jìn)入配合錐面后，不容易發(fā)現(xiàn)和維護(hù)。

2 設(shè)計(jì)及原理

針對(duì)前文所述傳統(tǒng)脹套式磨夾具的缺點(diǎn)，本文作者重新優(yōu)化設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)(如圖7—圖9所示)。

其原理如下：

從圖7可知，新式結(jié)構(gòu)定位芯軸1徑向膨脹時(shí)呈鼓形(小面接觸)，定位受力點(diǎn)位置可由設(shè)計(jì)人員根據(jù)工況自行確定，不受工件形位誤差的影響。如圖8—圖9所示，緊釘螺釘3是用于工裝制造時(shí)，根據(jù)被定位孔尺寸輔助精確配作鼓形外徑。鋼珠保持架10在防轉(zhuǎn)塊12的作用下，使鋼珠11運(yùn)動(dòng)過(guò)程中避開縫隙。開口壓板7直接作用在工件上，此時(shí)支承面為多點(diǎn)面接觸，其反作用力通過(guò)倒錐螺桿5轉(zhuǎn)化成徑向膨脹力。此外，該結(jié)構(gòu)外部裝配縫隙處可填充彈性密封橡膠(如圖8所示)，防止外部液體或灰塵進(jìn)入。

綜上所述，新結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)夾持力好。工件靠開口壓板7壓緊于定位芯軸1法蘭面上，不會(huì)受加工量及切削振動(dòng)的影響脫離支承。

(2)高精度定位。定位芯軸1徑向膨脹時(shí)鼓形外徑是精確加工的，可以精確定位工件。

(3)裝卸輕松。卸工件時(shí)，在內(nèi)力作用下收縮，能輕松取下工件。

(4)密封性好。縫隙填充彈性密封橡膠后，形成全密封狀態(tài)，不進(jìn)雜物。

(5)使用壽命長(zhǎng)。鋼珠徑向位移位置固定，即使定位芯軸1和倒錐螺桿5磨損，也是均勻磨損，不影響使用；雜物不能進(jìn)入內(nèi)部活動(dòng)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

新式膨脹定位芯軸結(jié)構(gòu)有較理想的受力狀態(tài)和使用壽命，但其也存在零部件數(shù)量多，加工成本高等缺點(diǎn)。此方案只是為設(shè)計(jì)人員提供一種思路參考，具體可根據(jù)待加工產(chǎn)品的精度、工況等因素綜合考慮，取長(zhǎng)補(bǔ)短。