孔轴过盈装配技术实践

张志江

一、过盈配合与热装

孔、轴过盈配合安装是机械设备在维修和安装中经常遇到的操作问题，从理论上讲，对于过盈配合的安装，可以选择压入装配法、低温装配法（或称冷装配法、冷装法）和加热装配法（或称热装配法、热装法）几种办法。其中，压入装配法是利用压力机械（如机械压力机、液压机等）产生的巨大工作压力，将相互配合的轴与孔按设计图纸上的装配基准压装到一起的一种装配方法。压入装配法可与加热装配法或低温装配法配合使用，安装的公差范围较广，可靠性强。但由于使用压入装配法需要专用的压力设备和配合使用胎具，使其使用范围受到一定限制，生产现场不具备压入法装配条件。低温和加热装配是利用热胀冷缩的原理，将过盈配合的轴降到一定低温或者是将孔件加热到一定温度，从而消除孔与轴的过盈量，然后快速将轴、孔按设计要求装配到一起的装配方法。实际中加热的办法比制冷的办法较易实现，所以热装配在生产实践中是使用较广泛的装配工艺。在选择热装配时，必须按照工序分步进行，否则由于选择的装配工艺不当，往往会引发安装困难、安装不到位或者损坏被装配的零部件，造成安装失败。

选择热装法时，要考虑的首要问题是被装配件是否符合热装的要求，主要有两个方面的问题。一是工件加热后应能消除其配合的过盈量并产生一定间隙，确保工件加热后能够按设计要求装配到一起。二是要考虑工件加热的温度不足以引起工件金相组织发生改变，否则会影响到装配零部件的力学性能。在考虑加热温度问题时，可以用经验公式（1）进行计算。

式中 t 加热温度，℃

t0环境温度，℃

δ 轴与孔的过盈量，mm

δ0加热后孔与轴的间隙量，通常可取δ0=（1～2）δ，mm

α 加热时工件的线膨胀系数，钢取20～200℃内的较小系数11×10-6

l 被加热孔的直径，mm

二、热装配实例

1.10t桥式起重机大车被动车轮

10t桥式起重机大车被动车轮，车轮两轴端装配4套32224圆锥滚子轴承。安装前，测量4套轴承的内径分别为：120.02mm、120.00mm、120.04mm、120.02mm，与其配合的轴，一端外径为120.08mm，另一端外径120.10mm。根据测量结果，可以初步判断，可将内径120.02mm和120.00mm的轴承装配到外径为120.08mm的轴端，将120.04mm和120.02mm的轴承装配到120.10mm的轴端。根据热装配加热经验公式（1），只要计算出较小内径的轴承的最低加热温度，将其他轴承统一加热到这一温度即可进行装配。当时环境温度为19℃，具体计算过程如下。

因t1＞t2，故将4套轴承加热到171℃即可进行顺利装配。选定需要加热的温度后，根据设备情况、作业环境、工件形状及尺寸大小，通常使用的加热方法有3种。

（1）介质加热法。借助水、水蒸气、油等介质，将工件浸入介质中进行加热。这种加热法不需要专用设备，使用方便，工件受热均匀，不会因加热温度过高而改变工件材料的金相结构。沸水加热的温度在80～100℃，水蒸气的加热温度可达120℃或更高，热油的温度可达到320℃，多用于过盈量较小、配合要求严格的轴承类工件。

（2）火焰加热法。利用火焰进行加热，实际中使用氧炔焰进行加热时较多，加热温度在350℃以上，是装配较小工件常用的方法。对于较大的工件，可用多套割炬同时进行加热，缺点是温度不易掌握。

（3）燃料燃烧加热法。以木柴或煤、焦炭等为原料，使燃料在火炉内燃烧或直接燃烧烘烤工件加热，加热温度可达350℃或更高。这种方法不需要专门设备，操作简单，成本低，但工件受热不均匀，需要经常翻转工件，如果是直接烘烤加热，灰尘太多，易积炭。一般是在加热不太重要的工件或者没有其他加热条件的情况下使用。

上述安装中加热的温度较低，所以选择普通机械油作介质进行加热，测量温度达到要求加热的温度时，立即进行安装。

2.联轴器外齿套与轴的装配

一个新加工的齿式联轴器的外齿套与现有设备的轴进行装配，经测量外齿套内孔直径48.04mm，轴的直径48.26mm，键与键槽的装配符合正常装配要求。选用热装法进行装配，首先计算加热温度，由已知条件可求得，δ=48.26-48.04=0.22mm，δ0=1.5，δ=1.5×0.22=0.33mm。当时环境温度为21℃，工件均为钢材料，将已知数据代入公式计算后得t≈1062℃，即进行热装配时需要加热温度为1062℃。遇到这种情况，需要考虑两个关键问题，一是用什么方法加热能达到如此高温；二是如果加热到这一温度，工件材料的金相组织和力学性能是否发生改变。对于这一装配，如果直接选用热装法，由铁碳相图可以确定其加热温度在1062℃时，会引起工件材料金相组织发生改变，故不可选用热装配法。但现场不具备使用其他装配方法的条件，仍然考虑使用热装工艺，但必须对工件进行进一步加工后才能进行热装。

这次选择反计算的办法，即先选定加热温度为350℃，然后计算外齿套孔的尺寸，求得内径为48.20mm。即把孔的直径由48.04mm扩大到48.20mm。经对外齿套孔进行磨削加工后，测量其内径为48.22mm，再计算选用热装配需要的加热温度，δ=48.26-48.22=0.04mm，δ0=1.5，δ=1.5×0.04=0.06mm。环境温度21℃，工件为钢材料，代入公式后得t=210℃，即热装配时需要加热温度为210℃。由于工件的材料为普通碳素结构钢Q235A，没有特殊热处理要求，由铁碳相图可知，210℃的加热温度不会引起工件材料金相组织发生改变，故可选用热装配法。使用火焰加热，工件得到顺利安装。

三、总结

热装配法是安装过盈配合工件的一种行之有效的方法，在保证安装质量的同时，可以提高装配效率，方法易于掌握、操作简便。但同时也必须认识到，热装配法并不是可以无条件使用，为了便于加热、保证加热质量，防止工件材料金相组织发生改变，一般应将加热温度控制在350℃以内。对于过盈量较大、经测算加热温度较高的工件，可以将过盈量适当减小到便于操作和控制的加热温度范围内，然后重新计算加热温度。将过盈量控制好，是进行热装配时的关键步骤。

W 11.12-13