无键轴套配合新型拆装方式

1、鉴定材料无键轴套配合新型拆装方式的研究与实施负责单位：攀钢集团西昌钢钒有限公司维修中心 二一六年十月目录1前言12试验12.1 利用液氮作为深度制冷剂，得出冷缩曲线系数表的试验方法和技术路线12.2 采用高压油泵轴套内部注压，得出膨胀曲线系数表的试验方法和技术路线52.3 液压辅助拆装机构试验方法和技术路线83工业现场实践情况94效益分析94.1经济效益95.2社会效益105项目的突破及创新点106结论10参考文献10鉴定材料：无键轴套配合新型拆装方式的研究与实施1.前言无键轴套配合是一种传动机械部件，即一种适用于轴孔连接的无键连接紧固装置，通过过盈配合达到传达扭矩的目的，工作中传递较大扭矩时

2、，不容易损坏部件。目前较精密的连续生产工艺设备中采用此类部件传递扭矩已经普及化，无键轴套配合的装配采用热膨胀传统方式装配较为普遍，但热拆装已满足不了特种设备的拆装要求，拆除时受到较多的约束条件限制，目前国内外主要推行冷拆、液压方式拆装，拆除成功率得到很大的提高，而且不损坏机械部件内部接触部位。2、现状无键轴套配合运用在轧钢系统较为普遍，辊道系统、步进梁销轴、开卷机组联轴器、活套电机接手、吊车车轮等多个部位，连续生产系统检修模式多为定修模式，需要定期更换辊道辊子、步进梁销轴、开卷机开盖、电机解体、车轮更换等作业任务，势必进行的工作就是对以上配合部位的轴、套进行拆装。长期实践证明，常规的锤击、加热

3、、顶升等方式拆除成功率较低，以至于进行破坏性拆除，破坏性拆除恢复困难，极大的制约恢复生产所具备的条件，而且购置加急备件费用成本较高。西昌钢钒维修中心对此成立技术攻关组，对轧钢系统无键轴套配合部位归纳，总结形成一套适合于各个配合部位的施工拆装方法，以便快速针对相关部位实施拆除。2、液氮组装方式研究与实施2.1液氮性能研究冷拆装工艺是指在进行拆装作业时，将轴类零件冷却至低于室温的某一温度后，再与处于室温的孔类零件进行拆装的一种拆装工艺。采用冷拆装工艺对过盈配合进行拆装，必须保证轴径尺寸在经过冷却介质冷却后小于处于室温状态下的孔径尺寸，同时还要保证轴件在冷却过程中其内部组织不会发生质的变化。实际生产

4、中，冷却介质常使用液氮或干冰，其原因是容易得到，价格便宜，生产成本低，另外氮气是惰性气体，挥发后没有危险性；干冰挥发后为二氧化碳，也没有任何危害性。干冰的冷却温度为-75，而液氮的冷却温度-196，当采用的冷却介质温度越低时，拆装配件产生间隙就越大。目前，市场上常用液氮作为冷却介质进行冷拆装工艺，因为用液氮作为冷却介质进行冷拆装工艺时，液氮既可以保证轴件的机械性能，又能保证轴件的拆装要求，液氮的汽化温度为-196，当液氮与高于其汽化温度的物件接触时，会发生快速汽化，而且将其置于空气中时也会很快速挥发，工艺流程简单，易于操作。多数零件在液氮中冷却达到-120以下，收缩变化量大，零件可轻松地出入基

5、孔，小尺寸的零件。只需一人就可以完成整个拆装。冷拆装相当于对零件进行了一次深冷处理(深冷处理又称超低温处理，是指在-130以下对材料进行处理的一种方法，使钢铁的组织中所残留的奥氏体变化为麻田散铁的过程)，零件经深冷处理后可获得下列优点:A、奥氏体降低，可使产品长久不变形；B、硬度增加及其平均化；C、提升机械的性能；D、尺寸安定化；E、增加著磁性；F、耐磨性增强。注：参照维修中心冷拆、冷装检修技术（液氮）的技术标准。2.2研究重点从2.1中可以得知液氮能够使金属在超低温状态下内部组织不会发生质的变化，且尺寸会发生收缩现象，鉴于液氮的该种性能，将其运用到无键配合的轴套拆装中研究的意义重大。现场拆除

6、过程，轴套配合紧密，外部液氮深度冷却的同时，轴套尺寸都发生相应变化，拆卸达不到预期的效果，实践中常运用液氮冷却轴对部件进行组装。2.3液氮组装2.4实践结论3、高压拆除方式研究与实施3.13.2.4、液压机具的研究与实施4.14.25、2.1 利用液氮作为深度制冷剂，得出冷缩曲线系数表的试验方法和技术路线2.1.1 试验方法原理冷拆装相当于对零件进行了一次深冷处理(深冷处理又称超低温处理，是指在-130以下对材料进行处理的一种方法，使钢铁的组织中所残留的奥氏体变化为麻田散铁的过程)，零件经深冷处理后可获得下列优点:奥氏体降低，可使产品长久不变形；硬度增加及其平均化；提升机械的性能；尺寸安定化；

7、耐磨性增强。2.1.2 操作流程1）液氮准备；2）将需拆装的套和轴放入准备好的容器内，用铁丝将零件捆绑固定置于保温桶内，为保证冷却介质在零件内外壁的良好流动性，零件不得与桶壁直接接触；3）将液氮缓慢倒入保温桶内，倾倒时液氮应顺保温桶边缘注入，当液面高于轴件时可停止；4）合盖后待液氮全部汽化，观察容器中零件的冷却状况，当零件周围无气泡产生时，说明容器内零件和液氮之间已经达到热平衡；5）持破布将冷冻的零件小心放入已清理干净的拆装孔内，让零件在空气中自然升温，等待几分钟后即可完成拆装。2.1.3 试验结果与讨论 1）试验温度计算公式：T=T0（+b）/a·d(得到温度为负值)式中：T0室温

8、最大过盈量（mm）b冷冻时需要的间隙，一般取配合直径的0.05%0.1%d被包容件外径（mm）a零件线膨胀系数表:装配间隙b配合直径d（mm）50-100100-200200-300300-400400-500装配间隙b(mm)0.050.10.150.20.25表:零件线膨胀系数金属名称元素符号线性热膨胀系数金Au14.2银Ag19.5铜Cu17.5铁Fe12.2铬Cr6.2锰Mn23.02）试验冷冻时间确定：h=k·+（68）min式中：k同材料有关的综合系数被冻零件的特性尺寸，即零件的最大断面半径或壁厚尺寸（mm）常用材料的综合系数k(min/mm)零件材料黄铜青铜钢铸铁液态氮

9、0.80.91.21.2冷冻时间是零件完全冷冻的时间，实际操作过程中由于零件配合的过盈量和冷却剂的不同，不必要完全冷冻，可能和计算的时间不完全相同。3）实际测量结果假设在轴件冷却操作时， 轴件冷却后与液氮汽化温度相同（-196），则根据物体热胀冷缩的尺寸变化量的计算公式，实测直径收缩量 mm。L=×T×L （公式）其中：物体材料的线膨胀系数。L：物体经过热胀冷缩后的尺寸变化量。L：物体某一尺寸在室温时的实际尺寸，mm。T：即T=T1-T2，T1物体加热或冷却后的温度，取轴件冷却温度为-196，T2室温，室温为20。表：冷却曲线实测数据表试件号冷却前直径 mm冷却到 - 30

10、 时直径收缩量 mm冷却到 - 80 时直径收缩量 mm冷却到 - 196 时直径收缩量 mm1600.030.060.132800.040.080.1731200.060.120.2641600.080.160.3551800.090.180.39根据冷却曲线实测数据表绘制冷却曲线图图：冷却曲线图在轴件冷却操作时， 轴件冷却后与液氮汽化温度相同（-196），则根据物体热胀冷缩实测直径收缩量基本满足=T×L/ L，由于室温、环境变化等客观因素，冷却成近直线型曲线，但在实际对轴的冷却安装中完全能够运用。2.2 采用高压油泵轴套内部注压，得出膨胀曲线系数表的试验方法和技术路线2.2.1

11、试验方法原理轴套内部注压相当于对零件进行了一次膨胀处理，高压油在轴与套油槽线内部形成高压区，高压力作用在轴的外表及套的内孔面上，以达到套膨胀的目的。得下列优点:圆周内整体膨胀，部件不变形；（2）实现轴套快速分离； 人员安全得到保证。2.2.2 操作流程1） 器具准备到位：2） 高压手动油泵及其附件准备到位；3） 高压油泵与轴套接口的连接；4） 摇动高压油泵，将压力油注入到轴套内部油槽内；5） 使用液压拉马、敲击的等方式将轴、套分离，拆卸完成。2.2.3 试验结果与讨论 1）根据轴、孔材质为钢件的压入力计算公式P=28(Dd)2-1iL(Dd)2式中：P为压入力，i为过盈量，L为配合面长度（mm

12、）, D为孔的外径，d为轴的外径。 注：P压出力=1.31.5压入力当注入高压油时，高压油在轴与套油槽线内部形成高压区，高压力作用在轴的外表及套的内孔面上，其膨胀值i公式如下：i=P(Dd)228(Dd)2-1L/1.5式中：i为直径膨胀量，P为压力， L为配合面长度（mm）, D为孔的外径，d为轴的外径。表：测量出不同压力对轴、孔材质为钢件的轴套直径膨胀量试件号轴直径（mm）孔外径(mm)配合长度(mm)500KN 直径膨胀量1000KN 直径膨胀量2000KN 直径膨胀量1901301500.150.30.621001402000.120.240.4831101702000.110.220

13、.4441502102400.10.210.4251802602400.090.190.38根据轴套直径膨胀量绘制膨胀系数图试验结果几乎完全满足于i=P(Dd)228(Dd)2-1L/1.5，其图形基本成线性。即注入高压油时，高压油在轴与套油槽线内部形成高压区，高压力作用在轴的外表及套的内孔面上，其膨胀值i与压力P成一次曲线，其膨胀曲线系数（斜率）为(Dd)228(Dd)2-1L/1.5式中L为配合面长度（mm）,D为孔的外径，d为轴的外径。在实际无键轴套拆除过程中，根据过盈量，可以求出压出力P，即为拆装夹具用千斤顶压出力和高压注油压力之和。要考虑的是高压注油压力局限于压力油环面，当其持续增大

14、时，也不能达到理想中的间隙配合。 2）根据轴、孔材质为钢件的压入力计算公式P=42(Dd+0.3)iLDd+6.5式中：P为压入力，i为过盈量，L为配合面长度（mm）, D为孔的外径，d为轴的外径。 注：P压出力=1.31.5压入力当注入高压油时，高压油在轴与套油槽线内部形成高压区，高压力作用在轴的外表及套的内孔面上，其膨胀值i公式如下，对常用规格的轴套进行实际测量如表:i=P（Dd+6.5）42(Dd+0.3)L/1.5式中：i为直径膨胀量，P为压力， L为配合面长度（mm）, D为孔的外径，d为轴的外径。表：测量出不同压力对轴、孔材质为钢件的轴套直径膨胀量试件号轴直径（mm）孔外径(mm)

15、配合长度(mm)500KN 直径膨胀量1000KN 直径膨胀量2000KN 直径膨胀量1901301500.240.48/21001402000.180.360.7231101702000.170.350.7041502102400.150.300.6251802602400.150.300.60根据轴套直径膨胀量绘制膨胀系数图试验结果几乎完全满足于i=P（Dd+6.5）42(Dd+0.3)L/1.5，其图形成线性。即注入高压油时，高压油在轴与套油槽线内部形成高压区，高压力作用在轴的外表及套的内孔面上，其膨胀值i与压力P成一次曲线，其膨胀曲线系数（斜率）为(Dd)228(Dd)2-1L/1.5

16、式中L为配合面长度（mm）,D为孔的外径，d为轴的外径。在实际无键轴套拆除过程中，根据过盈量，可以求出压出力P，即为拆装夹具用千斤顶压出力和高压注油压力之和。要考虑的是高压注油压力局限于压力油环面，当其持续增大时，也不能达到理想中的间隙配合。2.3、液压辅助拆装机构试验方法和技术路线2.3.1 机构车拆装试验方法原理1）液压辅助拆装机构车体设计尽可能方便移动、吊装；2）能够在空间方位上实现调整控制。需要设置3-6个可移动部位及可旋转部位；3）夹持工件部位稳定性强，张紧力可以实现调整。2.3.2 操作流程1）启动电源，实现相关动作；2）调整液压辅助装置，运动至相应位置，夹持工件稳妥，完成拆卸、组

17、装所需的动作。3）液压机械装置的设计原理图见图2.3.1图2.3.1压机械装置的设计原理图3工业现场实践情况液压辅助拆装机构车体设计尽可能方便移动、吊装，能够在空间方位上实现调整控制。图4.1为开卷机、卷取机卷筒制作的液压辅助拆装机构。图4.1 液压机械装置实际运用实例压车轮+张力辊图4效益分析4.1经济效益 5.2社会效益通过无键轴套配合新型拆装方式的研究与实施，推动了冶金企业维检产业化的进程，对攀钢维修技术具有直接的指导作用。对于我国工业化进程，无键连接依靠摩擦力传递扭矩技术高速发展，对维修技术同步发展具有积极的推动，因此其推广应用前景良好。5项目的突破及创新点5.1 利用液氮作为深度制冷剂，得出冷缩曲线系数表，利用轴套内部加压槽，采用高压油泵轴套内部注压，得出膨胀曲线系数表，液压拆装机构辅