液压套装法在滑块式万向接轴装配的应用

张发平，丁 飞，肖士喜

引言

滑块式万向接轴具有传递扭矩大、可靠性高，广泛应用于大型宽厚板轧机、管轧机等轧制力矩大，震动剧烈的轧机主传动装置中。滑块式万向接轴的轴套与中间轴之间一般采用过盈连接，这种连接的结构简单、同心度好、承载能力强，能承受变载和冲击力，可避免零件因加工出键槽等而削弱强度，但配合加工精度要求较高。过盈连接的配合面有圆柱面和圆锥面，圆柱面过盈连接采用热胀配合法装配，装拆不便。圆锥面过盈连接压合距离短，装拆方便；该种连接有带中间套和不带中间套两种型式，不带中间套的连接用于中小尺寸的连接，或不需要多次装拆的连接；对于大型、重载和需要多次装拆的场合，多使用带中间套的圆锥面过盈连接，采用液压套装法装拆。

使用液压套装法时，高压油经管路和油孔进入包容件的环形槽中，使环形槽形成一个密封空间，当进入的高压油的油压达到一定数值时，配合面间的压力将使包容件内径胀大，被包容件外径减小，配合表面被一层高压油膜分开，此时施加一定的轴向力，即可实现过盈配合的装、拆。

1 现场情况

我公司为某钢厂4300轧机主传动制作的一种圆锥过盈连接的滑块式万向接轴，图1为该接轴轧辊侧轴套圆锥过盈连接示意图，该接轴的轴套材料为 30Cr2Ni2Mo，内孔锥度1：30，最大锥圆直径Ø586，锥面配合长度675，锥面分布螺旋油槽；外圆有三处加油孔，其中两个加油孔与锥面螺旋油槽相通，用于装拆时加高压油使内孔胀大形成间隙；另一个加油孔在拆卸时加压力油产生轴向推力。锥孔和中间轴之间采用了带外锥面的中间套，中间套内孔与中间轴为圆柱面配合，圆柱面直径Ø545 mm，配合间隙0.04～0.13 mm，中间套材料为45钢；中间轴材料为34CrNi1Mo，端面加工螺纹孔，用于安装时装螺杆拉伸。圆锥结合面装配时压合行程38.6 mm。

2 计算油压装拆参数

为合理地选用拆装设备，装配前需初步计算油压装拆参数，对带中间套的圆锥过盈连接可按以下公式进行计算：

中间套变形所需压强（MPa）：

实际最大结合压强（MPa）：

需要的装拆油压（MPa）：PX=1.1[Pfmax]

图1 滑块式万向接轴轧辊侧轴套圆锥过盈连接示意图

式中：E——中间套材料的弹性模量，MPa；

Xmax——中间套与相关圆柱面最大配合间隙，mm；

d——中间套圆柱面直径，mm；

dm——圆锥面结合平均直径，mm，；

[δmax]——满足连接要求的最大过盈量，mm；

Ca、Ci——系数，由国家标准GB/T5371-2004《极限与配合 过盈配合计算和选用》表4中查出；

Ea、Ei——包容件、被包容件材料的弹性模量，MPa；

lf——圆锥面配合长度；

μ1——油压装配时的摩擦因数；

C——圆锥面锥度。

计算时的相关数据如下：E=206000 MPa，Xmax=0.13 mm，d=545 mm，dm=574.75 mm，[δmax]=1.28 mm，Ca=2.26，Ci=0.7，Ea=Ei=206000 MPa，lf=675 mm，μ1=0.02，C=1/30。将以上数据代入公式，经计算可得需要的装拆油压PX=173.33 MPa，需要的压入力PXi=7746 kN，需要的压出力PXe=704.2 kN。

3 装配设备及装配工艺

3.1 装配设备

根据计算的油压装拆参数，选用适当的液压设备及工具，具体如下：

径向液压泵：手动或电动液压泵2台，工作压力200～280 MPa；

轴向拉伸设备：液压螺栓拉伸器M180×6，1件，最大拉伸力11545 kN，最大工作压力50 MPa，行程40 mm；

轴向液压泵：手动或电动液压泵1台，工作压力50 MPa；

螺杆：M180×6螺杆1件，表面氮化处理；

管路：耐压300 MPa液压软管总成3件，每件长度8 m以上，并配备管接头；

压力表：量程300 MPa压力表2件，量程100 MPa压力表1件；

压力油：运动黏度为46～68（40℃时）的矿物油；

其余：限位块2件，润滑油、装配需要使用的专用扳手、生胶带以及其他装配常用工具；

3.2 装配前准备

（1）清洗去毛刺——装配前检查所有接合面，不得有裂纹、划痕和缺陷；所有油孔及油槽，不得有毛刺和切屑；所有接合面及油孔用干净的NY-190号溶剂油彻底清洗；清洗中间轴端螺孔及螺杆两端螺纹，注意清洗时不得使用棉纱。

（2）试装中间套——中间套圆锥面涂红丹粉，与轴套圆锥孔配合，左右转动30°后检查接触面积，接触面积需保证在80%以上；为了检验接触面是否漏油，需压力油加压检验；清洁表面后涂润滑油，将圆锥面配合，向与螺旋油槽相通的油孔加3 MPa的压力油，观察压力表指针的变化，当油压下降速度不大于0.2 MPa/min时视为密封合格，否则返工圆锥面。

3.3 装配步骤

（1）装螺杆——如图2所示，中间接轴卧放，两端用V型块支撑平稳，相位标记水平，且使操作人员便于观察。吊起螺杆并将其一端螺纹拧入中间轴端面螺孔内；螺纹旋合时应灵活自如，不得有卡阻；为防止过盈装配后螺纹孔收缩，螺纹抱死，螺纹加工时配合间隙可加大0.2～0.3 mm。

图2 滑块式万向接轴液压套装法装配示意图

（2）装中间套、轴套——将中间套套入中间轴外圆，吊装轴套，将锥孔缓慢装入中间套，接合面均匀涂抹润滑油。

（3）点焊限位块——圆锥过盈连接件压入行程允差一般为±0.2 mm，为控制压入行程，在中间套外圆对称点焊两处限位块，限位块一侧面与中间轴台阶端面紧贴，用以装配定位25尺寸，装配完毕打磨去除。

（4）安装液压螺栓拉伸器——吊装液压螺栓拉伸器，液压缸的下方支撑平稳，将液压拉伸器的螺母旋入螺杆逐步排除轴向间隙，间隙排除后回转1/4圈。

（5）连接轴向油路——将液压螺栓拉伸器油压接口通过管接头、液压软管与轴向液压泵相连拧紧，在油路上安装量程为100 MPa的压力表，加入适量46#液压油排除系统内部空气。

（6）连接径向油路——将轴套上与螺旋油槽相通的两处油孔通过管接头、液压软管与轴向液压泵相连拧紧，在油路上安装量程为300 MPa的压力表。

（7）加压——启动径向液压泵，向轴套圆锥孔螺旋槽内注油，当圆锥结合面有油渗出，油路及螺旋槽内气体被排出，启动轴向液压泵，排除轴向间隙，使圆锥面贴合，环形槽形成一个密封空间。将各油路加压至5 MPa，确认油路无泄漏；继续缓慢增加径向油压，同时施加轴向油压缓慢压入，开始时，轴向压力不能过大，随着径向压力的加大而逐步提高，但不能超过最大轴向压力。当油压达到理论计算值而行程未达到时，应暂停压入，待轴套锥孔逐渐扩大后再继续压入至规定行程。

（8）卸压——轴套端面与限位块接触表明装配已达到规定的行程，可以卸压；应先去除径向油压，放置15～30 min后再去除轴向油压，以防止轴套回弹。打磨去除限位块，拆除管接头、液压软管、螺杆及液压螺栓拉伸器，轴套外圆上加油孔用螺塞闷堵，防止杂物进入，影响后期拆卸。

3.4 拆卸

拆卸前，先将轴套中间螺纹孔上的螺纹堵头旋紧，装孔用挡圈压紧螺纹堵头，防止拆卸加压时松动。轴套上与螺旋槽相通的两油孔接径向液压泵，另一油孔接轴向液压泵。先加轴向油压，后加径向油压。拆卸时的油压一般不超过理论计算值，当拆卸困难时，可适当提高油压，但最大不超过计算值的10%。为保证安全，安装和拆卸加压时，操作人员不得在轴套的轴向，应在轴的侧面且距离4 m以上操作。

4 结束语

液压套装法装配时不需要很大的轴向力，接合面不易损伤，拆装方便，多用于承载较大且需多次装拆的场合。该方法将在轧钢机械、机车车辆和船舶机械中得到广泛应用。

[1]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]成大先.机械设计手册（第5版）[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3]王先逵.机械装配工艺[M].北京：机械工业出版社，2008.