無(wú)鍵軸套配合新型拆裝方式的

1、鑒定材料無(wú)鍵軸套配合新型拆裝方式的研究與實(shí)施負(fù)責(zé)單位：攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司維修中心 二一六年十月目錄1前言12試驗(yàn)12.1 利用液氮作為深度制冷劑，得出冷縮曲線系數(shù)表的試驗(yàn)方法和技術(shù)路線12.2 采用高壓油泵軸套內(nèi)部注壓，得出膨脹曲線系數(shù)表的試驗(yàn)方法和技術(shù)路線52.3 液壓輔助拆裝機(jī)構(gòu)試驗(yàn)方法和技術(shù)路線83工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐情況94效益分析94.1經(jīng)濟(jì)效益95.2社會(huì)效益105項(xiàng)目的突破及創(chuàng)新點(diǎn)106結(jié)論10參考文獻(xiàn)10鑒定材料：無(wú)鍵軸套配合新型拆裝方式的研究與實(shí)施1.前言無(wú)鍵軸套配合是一種傳動(dòng)機(jī)械部件，即一種適用于軸孔連接的無(wú)鍵連接緊固裝置，通過(guò)過(guò)盈配合達(dá)到傳達(dá)扭矩的目的，工作中傳遞較大扭矩時(shí)

2、，不容易損壞部件。目前較精密的連續(xù)生產(chǎn)工藝設(shè)備中采用此類部件傳遞扭矩已經(jīng)普及化，無(wú)鍵軸套配合的裝配采用熱膨脹傳統(tǒng)方式裝配較為普遍，但熱拆裝已滿足不了特種設(shè)備的拆裝要求，拆除時(shí)受到較多的約束條件限制，目前國(guó)內(nèi)外主要推行冷拆、液壓方式拆裝，拆除成功率得到很大的提高，而且不損壞機(jī)械部件內(nèi)部接觸部位。2、現(xiàn)狀無(wú)鍵軸套配合運(yùn)用在軋鋼系統(tǒng)較為普遍，輥道系統(tǒng)、步進(jìn)梁銷軸、開(kāi)卷機(jī)組聯(lián)軸器、活套電機(jī)接手、吊車車輪等多個(gè)部位，連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)檢修模式多為定修模式，需要定期更換輥道輥?zhàn)?、步進(jìn)梁銷軸、開(kāi)卷機(jī)開(kāi)蓋、電機(jī)解體、車輪更換等作業(yè)任務(wù)，勢(shì)必進(jìn)行的工作就是對(duì)以上配合部位的軸、套進(jìn)行拆裝。長(zhǎng)期實(shí)踐證明，常規(guī)的錘擊、加熱

3、、頂升等方式拆除成功率較低，以至于進(jìn)行破壞性拆除，破壞性拆除恢復(fù)困難，極大的制約恢復(fù)生產(chǎn)所具備的條件，而且購(gòu)置加急備件費(fèi)用成本較高。西昌鋼釩維修中心對(duì)此成立技術(shù)攻關(guān)組，對(duì)軋鋼系統(tǒng)無(wú)鍵軸套配合部位歸納，總結(jié)形成一套適合于各個(gè)配合部位的施工拆裝方法，以便快速針對(duì)相關(guān)部位實(shí)施拆除。2、液氮組裝方式研究與實(shí)施2.1液氮性能研究冷拆裝工藝是指在進(jìn)行拆裝作業(yè)時(shí)，將軸類零件冷卻至低于室溫的某一溫度后，再與處于室溫的孔類零件進(jìn)行拆裝的一種拆裝工藝。采用冷拆裝工藝對(duì)過(guò)盈配合進(jìn)行拆裝，必須保證軸徑尺寸在經(jīng)過(guò)冷卻介質(zhì)冷卻后小于處于室溫狀態(tài)下的孔徑尺寸，同時(shí)還要保證軸件在冷卻過(guò)程中其內(nèi)部組織不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化。實(shí)際生產(chǎn)

4、中，冷卻介質(zhì)常使用液氮或干冰，其原因是容易得到，價(jià)格便宜，生產(chǎn)成本低，另外氮?dú)馐嵌栊詺怏w，揮發(fā)后沒(méi)有危險(xiǎn)性；干冰揮發(fā)后為二氧化碳，也沒(méi)有任何危害性。干冰的冷卻溫度為-75，而液氮的冷卻溫度-196，當(dāng)采用的冷卻介質(zhì)溫度越低時(shí)，拆裝配件產(chǎn)生間隙就越大。目前，市場(chǎng)上常用液氮作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷拆裝工藝，因?yàn)橛靡旱鳛槔鋮s介質(zhì)進(jìn)行冷拆裝工藝時(shí)，液氮既可以保證軸件的機(jī)械性能，又能保證軸件的拆裝要求，液氮的汽化溫度為-196，當(dāng)液氮與高于其汽化溫度的物件接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生快速汽化，而且將其置于空氣中時(shí)也會(huì)很快速揮發(fā)，工藝流程簡(jiǎn)單，易于操作。多數(shù)零件在液氮中冷卻達(dá)到-120以下，收縮變化量大，零件可輕松地出入基

5、孔，小尺寸的零件。只需一人就可以完成整個(gè)拆裝。冷拆裝相當(dāng)于對(duì)零件進(jìn)行了一次深冷處理(深冷處理又稱超低溫處理，是指在-130以下對(duì)材料進(jìn)行處理的一種方法，使鋼鐵的組織中所殘留的奧氏體變化為麻田散鐵的過(guò)程)，零件經(jīng)深冷處理后可獲得下列優(yōu)點(diǎn):A、奧氏體降低，可使產(chǎn)品長(zhǎng)久不變形；B、硬度增加及其平均化；C、提升機(jī)械的性能；D、尺寸安定化；E、增加著磁性；F、耐磨性增強(qiáng)。注：參照維修中心冷拆、冷裝檢修技術(shù)（液氮）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2.2研究重點(diǎn)從2.1中可以得知液氮能夠使金屬在超低溫狀態(tài)下內(nèi)部組織不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，且尺寸會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象，鑒于液氮的該種性能，將其運(yùn)用到無(wú)鍵配合的軸套拆裝中研究的意義重大?，F(xiàn)場(chǎng)拆除

6、過(guò)程，軸套配合緊密，外部液氮深度冷卻的同時(shí)，軸套尺寸都發(fā)生相應(yīng)變化，拆卸達(dá)不到預(yù)期的效果，實(shí)踐中常運(yùn)用液氮冷卻軸對(duì)部件進(jìn)行組裝。2.3液氮組裝2.4實(shí)踐結(jié)論3、高壓拆除方式研究與實(shí)施3.13.2.4、液壓機(jī)具的研究與實(shí)施4.14.25、2.1 利用液氮作為深度制冷劑，得出冷縮曲線系數(shù)表的試驗(yàn)方法和技術(shù)路線2.1.1 試驗(yàn)方法原理冷拆裝相當(dāng)于對(duì)零件進(jìn)行了一次深冷處理(深冷處理又稱超低溫處理，是指在-130以下對(duì)材料進(jìn)行處理的一種方法，使鋼鐵的組織中所殘留的奧氏體變化為麻田散鐵的過(guò)程)，零件經(jīng)深冷處理后可獲得下列優(yōu)點(diǎn):奧氏體降低，可使產(chǎn)品長(zhǎng)久不變形；硬度增加及其平均化；提升機(jī)械的性能；尺寸安定化；

7、耐磨性增強(qiáng)。2.1.2 操作流程1）液氮準(zhǔn)備；2）將需拆裝的套和軸放入準(zhǔn)備好的容器內(nèi)，用鐵絲將零件捆綁固定置于保溫桶內(nèi)，為保證冷卻介質(zhì)在零件內(nèi)外壁的良好流動(dòng)性，零件不得與桶壁直接接觸；3）將液氮緩慢倒入保溫桶內(nèi)，傾倒時(shí)液氮應(yīng)順保溫桶邊緣注入，當(dāng)液面高于軸件時(shí)可停止；4）合蓋后待液氮全部汽化，觀察容器中零件的冷卻狀況，當(dāng)零件周圍無(wú)氣泡產(chǎn)生時(shí)，說(shuō)明容器內(nèi)零件和液氮之間已經(jīng)達(dá)到熱平衡；5）持破布將冷凍的零件小心放入已清理干凈的拆裝孔內(nèi)，讓零件在空氣中自然升溫，等待幾分鐘后即可完成拆裝。2.1.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論 1）試驗(yàn)溫度計(jì)算公式：T=T0（+b）/a·d(得到溫度為負(fù)值)式中：T0室溫

8、最大過(guò)盈量（mm）b冷凍時(shí)需要的間隙，一般取配合直徑的0.05%0.1%d被包容件外徑（mm）a零件線膨脹系數(shù)表:裝配間隙b配合直徑d（mm）50-100100-200200-300300-400400-500裝配間隙b(mm)0.050.10.150.20.25表:零件線膨脹系數(shù)金屬名稱元素符號(hào)線性熱膨脹系數(shù)金Au14.2銀Ag19.5銅Cu17.5鐵Fe12.2鉻Cr6.2錳Mn23.02）試驗(yàn)冷凍時(shí)間確定：h=k·+（68）min式中：k同材料有關(guān)的綜合系數(shù)被凍零件的特性尺寸，即零件的最大斷面半徑或壁厚尺寸（mm）常用材料的綜合系數(shù)k(min/mm)零件材料黃銅青銅鋼鑄鐵液態(tài)氮

9、0.80.91.21.2冷凍時(shí)間是零件完全冷凍的時(shí)間，實(shí)際操作過(guò)程中由于零件配合的過(guò)盈量和冷卻劑的不同，不必要完全冷凍，可能和計(jì)算的時(shí)間不完全相同。3）實(shí)際測(cè)量結(jié)果假設(shè)在軸件冷卻操作時(shí)， 軸件冷卻后與液氮汽化溫度相同（-196），則根據(jù)物體熱脹冷縮的尺寸變化量的計(jì)算公式，實(shí)測(cè)直徑收縮量 mm。L=×T×L （公式）其中：物體材料的線膨脹系數(shù)。L：物體經(jīng)過(guò)熱脹冷縮后的尺寸變化量。L：物體某一尺寸在室溫時(shí)的實(shí)際尺寸，mm。T：即T=T1-T2，T1物體加熱或冷卻后的溫度，取軸件冷卻溫度為-196，T2室溫，室溫為20。表：冷卻曲線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表試件號(hào)冷卻前直徑 mm冷卻到 - 30

10、 時(shí)直徑收縮量 mm冷卻到 - 80 時(shí)直徑收縮量 mm冷卻到 - 196 時(shí)直徑收縮量 mm1600.030.060.132800.040.080.1731200.060.120.2641600.080.160.3551800.090.180.39根據(jù)冷卻曲線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表繪制冷卻曲線圖圖：冷卻曲線圖在軸件冷卻操作時(shí)， 軸件冷卻后與液氮汽化溫度相同（-196），則根據(jù)物體熱脹冷縮實(shí)測(cè)直徑收縮量基本滿足=T×L/ L，由于室溫、環(huán)境變化等客觀因素，冷卻成近直線型曲線，但在實(shí)際對(duì)軸的冷卻安裝中完全能夠運(yùn)用。2.2 采用高壓油泵軸套內(nèi)部注壓，得出膨脹曲線系數(shù)表的試驗(yàn)方法和技術(shù)路線2.2.1

11、試驗(yàn)方法原理軸套內(nèi)部注壓相當(dāng)于對(duì)零件進(jìn)行了一次膨脹處理，高壓油在軸與套油槽線內(nèi)部形成高壓區(qū)，高壓力作用在軸的外表及套的內(nèi)孔面上，以達(dá)到套膨脹的目的。得下列優(yōu)點(diǎn):圓周內(nèi)整體膨脹，部件不變形；（2）實(shí)現(xiàn)軸套快速分離； 人員安全得到保證。2.2.2 操作流程1） 器具準(zhǔn)備到位：2） 高壓手動(dòng)油泵及其附件準(zhǔn)備到位；3） 高壓油泵與軸套接口的連接；4） 搖動(dòng)高壓油泵，將壓力油注入到軸套內(nèi)部油槽內(nèi)；5） 使用液壓拉馬、敲擊的等方式將軸、套分離，拆卸完成。2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論 1）根據(jù)軸、孔材質(zhì)為鋼件的壓入力計(jì)算公式P=28(Dd)2-1iL(Dd)2式中：P為壓入力，i為過(guò)盈量，L為配合面長(zhǎng)度（mm

12、）, D為孔的外徑，d為軸的外徑。 注：P壓出力=1.31.5壓入力當(dāng)注入高壓油時(shí)，高壓油在軸與套油槽線內(nèi)部形成高壓區(qū)，高壓力作用在軸的外表及套的內(nèi)孔面上，其膨脹值i公式如下：i=P(Dd)228(Dd)2-1L/1.5式中：i為直徑膨脹量，P為壓力， L為配合面長(zhǎng)度（mm）, D為孔的外徑，d為軸的外徑。表：測(cè)量出不同壓力對(duì)軸、孔材質(zhì)為鋼件的軸套直徑膨脹量試件號(hào)軸直徑（mm）孔外徑(mm)配合長(zhǎng)度(mm)500KN 直徑膨脹量1000KN 直徑膨脹量2000KN 直徑膨脹量1901301500.150.30.621001402000.120.240.4831101702000.110.220

13、.4441502102400.10.210.4251802602400.090.190.38根據(jù)軸套直徑膨脹量繪制膨脹系數(shù)圖試驗(yàn)結(jié)果幾乎完全滿足于i=P(Dd)228(Dd)2-1L/1.5，其圖形基本成線性。即注入高壓油時(shí)，高壓油在軸與套油槽線內(nèi)部形成高壓區(qū)，高壓力作用在軸的外表及套的內(nèi)孔面上，其膨脹值i與壓力P成一次曲線，其膨脹曲線系數(shù)（斜率）為(Dd)228(Dd)2-1L/1.5式中L為配合面長(zhǎng)度（mm）,D為孔的外徑，d為軸的外徑。在實(shí)際無(wú)鍵軸套拆除過(guò)程中，根據(jù)過(guò)盈量，可以求出壓出力P，即為拆裝夾具用千斤頂壓出力和高壓注油壓力之和。要考慮的是高壓注油壓力局限于壓力油環(huán)面，當(dāng)其持續(xù)增大

14、時(shí)，也不能達(dá)到理想中的間隙配合。 2）根據(jù)軸、孔材質(zhì)為鋼件的壓入力計(jì)算公式P=42(Dd+0.3)iLDd+6.5式中：P為壓入力，i為過(guò)盈量，L為配合面長(zhǎng)度（mm）, D為孔的外徑，d為軸的外徑。 注：P壓出力=1.31.5壓入力當(dāng)注入高壓油時(shí)，高壓油在軸與套油槽線內(nèi)部形成高壓區(qū)，高壓力作用在軸的外表及套的內(nèi)孔面上，其膨脹值i公式如下，對(duì)常用規(guī)格的軸套進(jìn)行實(shí)際測(cè)量如表:i=P（Dd+6.5）42(Dd+0.3)L/1.5式中：i為直徑膨脹量，P為壓力， L為配合面長(zhǎng)度（mm）, D為孔的外徑，d為軸的外徑。表：測(cè)量出不同壓力對(duì)軸、孔材質(zhì)為鋼件的軸套直徑膨脹量試件號(hào)軸直徑（mm）孔外徑(mm)

15、配合長(zhǎng)度(mm)500KN 直徑膨脹量1000KN 直徑膨脹量2000KN 直徑膨脹量1901301500.240.48/21001402000.180.360.7231101702000.170.350.7041502102400.150.300.6251802602400.150.300.60根據(jù)軸套直徑膨脹量繪制膨脹系數(shù)圖試驗(yàn)結(jié)果幾乎完全滿足于i=P（Dd+6.5）42(Dd+0.3)L/1.5，其圖形成線性。即注入高壓油時(shí)，高壓油在軸與套油槽線內(nèi)部形成高壓區(qū)，高壓力作用在軸的外表及套的內(nèi)孔面上，其膨脹值i與壓力P成一次曲線，其膨脹曲線系數(shù)（斜率）為(Dd)228(Dd)2-1L/1.5

16、式中L為配合面長(zhǎng)度（mm）,D為孔的外徑，d為軸的外徑。在實(shí)際無(wú)鍵軸套拆除過(guò)程中，根據(jù)過(guò)盈量，可以求出壓出力P，即為拆裝夾具用千斤頂壓出力和高壓注油壓力之和。要考慮的是高壓注油壓力局限于壓力油環(huán)面，當(dāng)其持續(xù)增大時(shí)，也不能達(dá)到理想中的間隙配合。2.3、液壓輔助拆裝機(jī)構(gòu)試驗(yàn)方法和技術(shù)路線2.3.1 機(jī)構(gòu)車拆裝試驗(yàn)方法原理1）液壓輔助拆裝機(jī)構(gòu)車體設(shè)計(jì)盡可能方便移動(dòng)、吊裝；2）能夠在空間方位上實(shí)現(xiàn)調(diào)整控制。需要設(shè)置3-6個(gè)可移動(dòng)部位及可旋轉(zhuǎn)部位；3）夾持工件部位穩(wěn)定性強(qiáng)，張緊力可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整。2.3.2 操作流程1）啟動(dòng)電源，實(shí)現(xiàn)相關(guān)動(dòng)作；2）調(diào)整液壓輔助裝置，運(yùn)動(dòng)至相應(yīng)位置，夾持工件穩(wěn)妥，完成拆卸、組

17、裝所需的動(dòng)作。3）液壓機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)圖2.3.1圖2.3.1壓機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)原理圖3工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐情況液壓輔助拆裝機(jī)構(gòu)車體設(shè)計(jì)盡可能方便移動(dòng)、吊裝，能夠在空間方位上實(shí)現(xiàn)調(diào)整控制。圖4.1為開(kāi)卷機(jī)、卷取機(jī)卷筒制作的液壓輔助拆裝機(jī)構(gòu)。圖4.1 液壓機(jī)械裝置實(shí)際運(yùn)用實(shí)例壓車輪+張力輥圖4效益分析4.1經(jīng)濟(jì)效益 5.2社會(huì)效益通過(guò)無(wú)鍵軸套配合新型拆裝方式的研究與實(shí)施，推動(dòng)了冶金企業(yè)維檢產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，對(duì)攀鋼維修技術(shù)具有直接的指導(dǎo)作用。對(duì)于我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程，無(wú)鍵連接依靠摩擦力傳遞扭矩技術(shù)高速發(fā)展，對(duì)維修技術(shù)同步發(fā)展具有積極的推動(dòng)，因此其推廣應(yīng)用前景良好。5項(xiàng)目的突破及創(chuàng)新點(diǎn)5.1 利用液氮作為深度制冷劑，得出冷縮曲線系數(shù)表，利用軸套內(nèi)部加壓槽，采用高壓油泵軸套內(nèi)部注壓，得出膨脹曲線系數(shù)表，液壓拆裝機(jī)構(gòu)輔