一种压装衬套的简便方法

冯文慧

摘要：在机械制造行业中压装技术被广泛应用，它属于过盈连接范畴。为了提高衬套压装工序的生产效率，并降低劳动强度，介绍一种简便的压装方法，使用气动冲击扳手和简易工装，就能完成衬套的压装。该方法具有移动方便、操作简单、降低劳动效率和提高产品质量的优点。从机械原理和理论的角度，对该方法做了简单介绍和证明。

关键词：衬套压装；简便方法；机械原理；理论

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2014）07018801

1前言

机器质量最终是通过装配保证的，装配质量在很大程度上决定了机器的最终质量，装配工艺过程在机械制造中占有重要地位。在制动器装配工艺过程中，制动臂上的承载孔需要镶入自润滑衬套。这种衬套属于卷制轴承，并与装配孔属于过盈连接。在装配时，通常采用传统装配工艺，工人将衬套带在工装上，用锤子敲入孔中。采用这种工艺，通常存在打断原有生产流程、辅助设备多、效率低且安全隐患多等问题，不仅降低了产品质量，而且劳动强度大，而且对于大质量的衬套，则更难以安装。经过对文献分析，固定式工作台装配方式也应用广泛，如为制动臂承载孔镶套，使用固定式压装设备，首先工人要把工件搬到工装台上；然后操作压装设备，将衬套压入孔中；最后把工件搬走；再进行下一个工件的装配。然而工件质量基本上在16kg到25kg之间，同时一次装配过程至少有两个不同尺寸的孔需要镶入衬套，工作量大。这种工作台，虽然能提高装配质量，但劳动强度依然很大，工作效率未得到提高。因此在工件质量大、数量多，并且加工一个工件需要更换两次以上工装压头的场合下，使用固定式工装设备不可行。为了解决目前零件衬套压装存在的问题，迫切需要设计一套便捷的压装设备，增强压装设备的通用性，并提高生产效率，降低劳动强度，对改变现有的衬套压装工艺具有重要的现实意义。

2结构与原理介绍

根据现有背景和技术条件，设计出一种装配方法如图1所示：

1.工装台；2.工件；3.衬套4.工装压头；5.止推轴承；6传动螺杆

图1装配图这种装配结构由工装台、工件、衬套、工装压头、止推轴承和传动螺杆组成。在装配前，先将各个部分按照图示顺序摆好；在装配时，配合气动冲击扳手，将气枪头插入传动螺杆端部的内四方孔中；连接好后，扣动气枪扳机，传动螺杆会随气枪一起做旋转运动，由于工装台上的孔内攻有传动螺纹，于是工装台与传动螺杆头部的距离逐渐变小；同时也推动着止推轴承、工装压头和衬套向工件内孔移动，直至将衬套挤入工件的孔内。

这种方法的机械原理，就是将螺栓在螺旋传动时的扭矩变为轴套向孔内运动的轴向力。

3压装力计算

压装属于过盈连接，参考过盈连接的理论计算。即：

F=fπdlpmax（1）

式中：F：所需压入力，N；pmax：结合表面承受的压强，N/mm2；d：配合的公称直径，mm；L：结合长度，mm；f：结合表面摩擦系数。

pmax=δmax1d（C11E1+C21E2）×103（2）

式中：δmax：最大过盈量，μm；E1：被包容件材料的弹性模量，MPa；E2：包容件材料的弹性模量，MPa。C1：被包容件刚性系数，C1=d2+d211d2-d21-μ1；

C2：包容件刚性系数，C2=d2+d211d2-d21+μ2；

d1：被包容件的内径，mm；d2：包容件的外径，mm；

4计算最大压入扭矩

通过公式（1）、（2），能计算出压入力F。

在压入轴套时，只要能对它施加一个大于F的外力，那么就能将轴套压入孔中。本文介绍的压装方法，就是借助螺栓在螺旋传动时的扭矩变为轴套向孔内运动的轴向力。同时这个轴向力也是传动螺栓在拧紧时，需要达到的预紧力。即F=预紧力。

在拧紧螺栓时，气动冲击扳手输出扭矩，决定了预紧力的大小，通过公式（3）就能计算出将衬套压入孔中所需要的扭矩。

M=kFd（3）

式中：M：所需要的扭矩，N·mm；k：拧紧系数；F：压入力，N；d：传动螺栓公称直径，mm。根据M，选择合适的气动扳手。

5应用举例

以4520-50卷制轴承为例。

首先，计算结合表面所承受的压强pmax。d1=45mm、d2=90mm；装配长度L=20mm；配合公称直径d=50mm；μ1=0.25与μ2=0.3，E1=2.35×105MPa与E2=2.06×105MPa的取值均可在文献[2]中查出；配合公差为H8/y9，δmax=98μm，通过公式（2）得pmax=1993 N/mm2。

通过公式（1），得压入力F=25033N。通常在计算压入力时，往往取求得数值的两倍以上的力。在这里取2.5F，即压头应该能施加大于62582.5N的力。

最后，取拧紧系数k=0.2，通过公式（3），得M=25033N·m。于是只要启动冲击扳手的输出扭矩大于160 N·m，那么就符合在安装时，对压入力的要求。

6压装过程的模拟

为了确保新方案切实可行，利用ABAQUS/CAE，对本文介绍的方法进行过盈装配模拟。并能直接计算出在压装时，压头与衬套最大的接触力。直接利用ABAQUS，对孔和衬套进行建模，并赋予材料属性。

图2、3、4是衬套被压入孔中的整个过程图。

如图5所示，当位移量达到最大时，压入力也相应的达到最大值，即50370.4N。与上文计算所得的数据相比较可知，这样的方法可以满足压入力的要求。

7总结

本厂装配所用的衬套是卷制自润滑轴承，而非整体式自润滑轴承；同时装配所用的衬套尺寸较小，所以在配合气动冲击扳手的情况下，可以将衬套压入孔中。但本方法使用范围有限，一些大型设备和安装精度要求较高的场合不适宜使用。

参考文献

[1]熊良山，严晓光，张福润等编.机械制造技术基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2000，（2）.

[2]吕少力.衬套压装液压缸的设计[J].液压与气动，2008，（4）：6263.

[3]鞠丽艳，耿文艺.汽车衬套压装工装设计[J].汽车工艺与材料，2005，（9）：35.

[4]周卫兵，杨虎，张晋伟.一种衬套压装装置的设计及应用[J].制造技术与机床，2012，（9）：9597.

[5]崔节国，王中升，滕占刚.一种水泵轴承体的压装新工艺[J].通用机械制造，2012，（3）：9697.

[6]蒋波.谈机械制造工艺中的圆柱过盈压装技术[J].科学之友，2010，（8）：34.

摘要：在机械制造行业中压装技术被广泛应用，它属于过盈连接范畴。为了提高衬套压装工序的生产效率，并降低劳动强度，介绍一种简便的压装方法，使用气动冲击扳手和简易工装，就能完成衬套的压装。该方法具有移动方便、操作简单、降低劳动效率和提高产品质量的优点。从机械原理和理论的角度，对该方法做了简单介绍和证明。

关键词：衬套压装；简便方法；机械原理；理论

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2014）07018801

1前言

机器质量最终是通过装配保证的，装配质量在很大程度上决定了机器的最终质量，装配工艺过程在机械制造中占有重要地位。在制动器装配工艺过程中，制动臂上的承载孔需要镶入自润滑衬套。这种衬套属于卷制轴承，并与装配孔属于过盈连接。在装配时，通常采用传统装配工艺，工人将衬套带在工装上，用锤子敲入孔中。采用这种工艺，通常存在打断原有生产流程、辅助设备多、效率低且安全隐患多等问题，不仅降低了产品质量，而且劳动强度大，而且对于大质量的衬套，则更难以安装。经过对文献分析，固定式工作台装配方式也应用广泛，如为制动臂承载孔镶套，使用固定式压装设备，首先工人要把工件搬到工装台上；然后操作压装设备，将衬套压入孔中；最后把工件搬走；再进行下一个工件的装配。然而工件质量基本上在16kg到25kg之间，同时一次装配过程至少有两个不同尺寸的孔需要镶入衬套，工作量大。这种工作台，虽然能提高装配质量，但劳动强度依然很大，工作效率未得到提高。因此在工件质量大、数量多，并且加工一个工件需要更换两次以上工装压头的场合下，使用固定式工装设备不可行。为了解决目前零件衬套压装存在的问题，迫切需要设计一套便捷的压装设备，增强压装设备的通用性，并提高生产效率，降低劳动强度，对改变现有的衬套压装工艺具有重要的现实意义。

2结构与原理介绍

根据现有背景和技术条件，设计出一种装配方法如图1所示：

1.工装台；2.工件；3.衬套4.工装压头；5.止推轴承；6传动螺杆

图1装配图这种装配结构由工装台、工件、衬套、工装压头、止推轴承和传动螺杆组成。在装配前，先将各个部分按照图示顺序摆好；在装配时，配合气动冲击扳手，将气枪头插入传动螺杆端部的内四方孔中；连接好后，扣动气枪扳机，传动螺杆会随气枪一起做旋转运动，由于工装台上的孔内攻有传动螺纹，于是工装台与传动螺杆头部的距离逐渐变小；同时也推动着止推轴承、工装压头和衬套向工件内孔移动，直至将衬套挤入工件的孔内。

这种方法的机械原理，就是将螺栓在螺旋传动时的扭矩变为轴套向孔内运动的轴向力。

3压装力计算

压装属于过盈连接，参考过盈连接的理论计算。即：

F=fπdlpmax（1）

式中：F：所需压入力，N；pmax：结合表面承受的压强，N/mm2；d：配合的公称直径，mm；L：结合长度，mm；f：结合表面摩擦系数。

pmax=δmax1d（C11E1+C21E2）×103（2）

式中：δmax：最大过盈量，μm；E1：被包容件材料的弹性模量，MPa；E2：包容件材料的弹性模量，MPa。C1：被包容件刚性系数，C1=d2+d211d2-d21-μ1；

C2：包容件刚性系数，C2=d2+d211d2-d21+μ2；

d1：被包容件的内径，mm；d2：包容件的外径，mm；

4计算最大压入扭矩

通过公式（1）、（2），能计算出压入力F。

在压入轴套时，只要能对它施加一个大于F的外力，那么就能将轴套压入孔中。本文介绍的压装方法，就是借助螺栓在螺旋传动时的扭矩变为轴套向孔内运动的轴向力。同时这个轴向力也是传动螺栓在拧紧时，需要达到的预紧力。即F=预紧力。

在拧紧螺栓时，气动冲击扳手输出扭矩，决定了预紧力的大小，通过公式（3）就能计算出将衬套压入孔中所需要的扭矩。

M=kFd（3）

式中：M：所需要的扭矩，N·mm；k：拧紧系数；F：压入力，N；d：传动螺栓公称直径，mm。根据M，选择合适的气动扳手。

5应用举例

以4520-50卷制轴承为例。

首先，计算结合表面所承受的压强pmax。d1=45mm、d2=90mm；装配长度L=20mm；配合公称直径d=50mm；μ1=0.25与μ2=0.3，E1=2.35×105MPa与E2=2.06×105MPa的取值均可在文献[2]中查出；配合公差为H8/y9，δmax=98μm，通过公式（2）得pmax=1993 N/mm2。

通过公式（1），得压入力F=25033N。通常在计算压入力时，往往取求得数值的两倍以上的力。在这里取2.5F，即压头应该能施加大于62582.5N的力。

最后，取拧紧系数k=0.2，通过公式（3），得M=25033N·m。于是只要启动冲击扳手的输出扭矩大于160 N·m，那么就符合在安装时，对压入力的要求。

6压装过程的模拟

为了确保新方案切实可行，利用ABAQUS/CAE，对本文介绍的方法进行过盈装配模拟。并能直接计算出在压装时，压头与衬套最大的接触力。直接利用ABAQUS，对孔和衬套进行建模，并赋予材料属性。

图2、3、4是衬套被压入孔中的整个过程图。

如图5所示，当位移量达到最大时，压入力也相应的达到最大值，即50370.4N。与上文计算所得的数据相比较可知，这样的方法可以满足压入力的要求。

7总结

本厂装配所用的衬套是卷制自润滑轴承，而非整体式自润滑轴承；同时装配所用的衬套尺寸较小，所以在配合气动冲击扳手的情况下，可以将衬套压入孔中。但本方法使用范围有限，一些大型设备和安装精度要求较高的场合不适宜使用。

参考文献

[1]熊良山，严晓光，张福润等编.机械制造技术基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2000，（2）.

[2]吕少力.衬套压装液压缸的设计[J].液压与气动，2008，（4）：6263.

[3]鞠丽艳，耿文艺.汽车衬套压装工装设计[J].汽车工艺与材料，2005，（9）：35.

[4]周卫兵，杨虎，张晋伟.一种衬套压装装置的设计及应用[J].制造技术与机床，2012，（9）：9597.

[5]崔节国，王中升，滕占刚.一种水泵轴承体的压装新工艺[J].通用机械制造，2012，（3）：9697.

[6]蒋波.谈机械制造工艺中的圆柱过盈压装技术[J].科学之友，2010，（8）：34.

摘要：在机械制造行业中压装技术被广泛应用，它属于过盈连接范畴。为了提高衬套压装工序的生产效率，并降低劳动强度，介绍一种简便的压装方法，使用气动冲击扳手和简易工装，就能完成衬套的压装。该方法具有移动方便、操作简单、降低劳动效率和提高产品质量的优点。从机械原理和理论的角度，对该方法做了简单介绍和证明。

关键词：衬套压装；简便方法；机械原理；理论

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2014）07018801

1前言

机器质量最终是通过装配保证的，装配质量在很大程度上决定了机器的最终质量，装配工艺过程在机械制造中占有重要地位。在制动器装配工艺过程中，制动臂上的承载孔需要镶入自润滑衬套。这种衬套属于卷制轴承，并与装配孔属于过盈连接。在装配时，通常采用传统装配工艺，工人将衬套带在工装上，用锤子敲入孔中。采用这种工艺，通常存在打断原有生产流程、辅助设备多、效率低且安全隐患多等问题，不仅降低了产品质量，而且劳动强度大，而且对于大质量的衬套，则更难以安装。经过对文献分析，固定式工作台装配方式也应用广泛，如为制动臂承载孔镶套，使用固定式压装设备，首先工人要把工件搬到工装台上；然后操作压装设备，将衬套压入孔中；最后把工件搬走；再进行下一个工件的装配。然而工件质量基本上在16kg到25kg之间，同时一次装配过程至少有两个不同尺寸的孔需要镶入衬套，工作量大。这种工作台，虽然能提高装配质量，但劳动强度依然很大，工作效率未得到提高。因此在工件质量大、数量多，并且加工一个工件需要更换两次以上工装压头的场合下，使用固定式工装设备不可行。为了解决目前零件衬套压装存在的问题，迫切需要设计一套便捷的压装设备，增强压装设备的通用性，并提高生产效率，降低劳动强度，对改变现有的衬套压装工艺具有重要的现实意义。

2结构与原理介绍

根据现有背景和技术条件，设计出一种装配方法如图1所示：

1.工装台；2.工件；3.衬套4.工装压头；5.止推轴承；6传动螺杆

图1装配图这种装配结构由工装台、工件、衬套、工装压头、止推轴承和传动螺杆组成。在装配前，先将各个部分按照图示顺序摆好；在装配时，配合气动冲击扳手，将气枪头插入传动螺杆端部的内四方孔中；连接好后，扣动气枪扳机，传动螺杆会随气枪一起做旋转运动，由于工装台上的孔内攻有传动螺纹，于是工装台与传动螺杆头部的距离逐渐变小；同时也推动着止推轴承、工装压头和衬套向工件内孔移动，直至将衬套挤入工件的孔内。

这种方法的机械原理，就是将螺栓在螺旋传动时的扭矩变为轴套向孔内运动的轴向力。

3压装力计算

压装属于过盈连接，参考过盈连接的理论计算。即：

F=fπdlpmax（1）

式中：F：所需压入力，N；pmax：结合表面承受的压强，N/mm2；d：配合的公称直径，mm；L：结合长度，mm；f：结合表面摩擦系数。

pmax=δmax1d（C11E1+C21E2）×103（2）

式中：δmax：最大过盈量，μm；E1：被包容件材料的弹性模量，MPa；E2：包容件材料的弹性模量，MPa。C1：被包容件刚性系数，C1=d2+d211d2-d21-μ1；

C2：包容件刚性系数，C2=d2+d211d2-d21+μ2；

d1：被包容件的内径，mm；d2：包容件的外径，mm；

4计算最大压入扭矩

通过公式（1）、（2），能计算出压入力F。

在压入轴套时，只要能对它施加一个大于F的外力，那么就能将轴套压入孔中。本文介绍的压装方法，就是借助螺栓在螺旋传动时的扭矩变为轴套向孔内运动的轴向力。同时这个轴向力也是传动螺栓在拧紧时，需要达到的预紧力。即F=预紧力。

在拧紧螺栓时，气动冲击扳手输出扭矩，决定了预紧力的大小，通过公式（3）就能计算出将衬套压入孔中所需要的扭矩。

M=kFd（3）

式中：M：所需要的扭矩，N·mm；k：拧紧系数；F：压入力，N；d：传动螺栓公称直径，mm。根据M，选择合适的气动扳手。

5应用举例

以4520-50卷制轴承为例。

首先，计算结合表面所承受的压强pmax。d1=45mm、d2=90mm；装配长度L=20mm；配合公称直径d=50mm；μ1=0.25与μ2=0.3，E1=2.35×105MPa与E2=2.06×105MPa的取值均可在文献[2]中查出；配合公差为H8/y9，δmax=98μm，通过公式（2）得pmax=1993 N/mm2。

通过公式（1），得压入力F=25033N。通常在计算压入力时，往往取求得数值的两倍以上的力。在这里取2.5F，即压头应该能施加大于62582.5N的力。

最后，取拧紧系数k=0.2，通过公式（3），得M=25033N·m。于是只要启动冲击扳手的输出扭矩大于160 N·m，那么就符合在安装时，对压入力的要求。

6压装过程的模拟

为了确保新方案切实可行，利用ABAQUS/CAE，对本文介绍的方法进行过盈装配模拟。并能直接计算出在压装时，压头与衬套最大的接触力。直接利用ABAQUS，对孔和衬套进行建模，并赋予材料属性。

图2、3、4是衬套被压入孔中的整个过程图。

如图5所示，当位移量达到最大时，压入力也相应的达到最大值，即50370.4N。与上文计算所得的数据相比较可知，这样的方法可以满足压入力的要求。

7总结

本厂装配所用的衬套是卷制自润滑轴承，而非整体式自润滑轴承；同时装配所用的衬套尺寸较小，所以在配合气动冲击扳手的情况下，可以将衬套压入孔中。但本方法使用范围有限，一些大型设备和安装精度要求较高的场合不适宜使用。

参考文献

[1]熊良山，严晓光，张福润等编.机械制造技术基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2000，（2）.

[2]吕少力.衬套压装液压缸的设计[J].液压与气动，2008，（4）：6263.

[3]鞠丽艳，耿文艺.汽车衬套压装工装设计[J].汽车工艺与材料，2005，（9）：35.

[4]周卫兵，杨虎，张晋伟.一种衬套压装装置的设计及应用[J].制造技术与机床，2012，（9）：9597.

[5]崔节国，王中升，滕占刚.一种水泵轴承体的压装新工艺[J].通用机械制造，2012，（3）：9697.

[6]蒋波.谈机械制造工艺中的圆柱过盈压装技术[J].科学之友，2010，（8）：34.