一种高精度密封膨胀定位芯轴设计

2018-12-08赵金龙卢耀堂

汽车零部件 2018年11期

赵金龙，卢耀堂

(陕西法士特齿轮有限责任公司，陕西宝鸡 722409)

0 引言

机械制造业里有许多零部件是回转体，中心有内孔，设计过程中都是以内孔为基准，如某公司变速箱里的齿轮、法兰盘、离合器分离轴承座、轴承支座、输出轴接头等。此类零部件在车、磨工序大部分采用胀套式夹具[1-2](如图1—图2所示)，以内孔为基准定位并夹紧工件。本文作者针对其中的胀套式磨夹具，分析其结构存在的一些优缺点[3]，并进行优化设计。

1 分析

传统的胀套式磨夹具结构简单，理论情况下(如图3所示，忽略工件的形位误差)是完全能满足使用要求的。但实际情况(如图4—图6所示)是工件的定位孔形位误差(由加工设备、刀具、工装结构、操作人员素质等综合因素影响)永远都无法根除，对于高精密的零部件，必须考虑其存在对后续装夹及加工的影响。

此类胀套式磨夹具在工作状态下，胀套可视为完全圆柱体，并与锥度芯轴的法兰支承面完全垂直。胀套提供径向分力定位工件，提供轴向分力(摩擦力)防止工件上浮位移。工件定位孔的不同形位误差，会造成如下几种结果：

(1)实际情况①(如图4所示)时，存在定位孔垂直度误差。优点：胀套能提供相对足够的夹持力；缺点：工件支承面为单点接触，加工后工件端面跳动大，其轴向尺寸偏差较大。

(2)实际情况②③(如图5—图6所示)时，存在定位孔喇叭口。优点：工件支承面可为多点面接触(支承面可认为是平面接触)，加工后工件端面跳动小，其轴向尺寸偏差小；缺点：工件定位面为一侧孔口线接触，胀套外圆局部会长期受压应力，导致夹持力低、磨损较快并影响定位精度。

综合其固有结构特点，其缺点如下：

(1)夹持力不足。工件仅靠轴向摩擦力压紧于锥度芯轴上。

(2)定位不可靠。工件会受加工量及切削振动的影响，逐渐脱离支承面，产生支承失效的情况。

(3)密封性较差。锥度芯轴与胀套之间要有较大位移才能保证工件的装卸顺畅，因此其接触面处容易进杂物。

(4)卸件不利索。卸工件时经常出现卡紧现象，需敲击工

件才能取出。

(5)使用寿命短。胀套受力点位置不理想，磨损快；杂物进入配合锥面后，不容易发现和维护。

2 设计及原理

针对前文所述传统胀套式磨夹具的缺点，本文作者重新优化设计其结构(如图7—图9所示)。

其原理如下：

从图7可知，新式结构定位芯轴1径向膨胀时呈鼓形(小面接触)，定位受力点位置可由设计人员根据工况自行确定，不受工件形位误差的影响。如图8—图9所示，紧钉螺钉3是用于工装制造时，根据被定位孔尺寸辅助精确配作鼓形外径。钢珠保持架10在防转块12的作用下，使钢珠11运动过程中避开缝隙。开口压板7直接作用在工件上，此时支承面为多点面接触，其反作用力通过倒锥螺杆5转化成径向膨胀力。此外，该结构外部装配缝隙处可填充弹性密封橡胶(如图8所示)，防止外部液体或灰尘进入。

综上所述，新结构优点如下：

(1)夹持力好。工件靠开口压板7压紧于定位芯轴1法兰面上，不会受加工量及切削振动的影响脱离支承。

(2)高精度定位。定位芯轴1径向膨胀时鼓形外径是精确加工的，可以精确定位工件。

(3)装卸轻松。卸工件时，在内力作用下收缩，能轻松取下工件。

(4)密封性好。缝隙填充弹性密封橡胶后，形成全密封状态，不进杂物。

(5)使用寿命长。钢珠径向位移位置固定，即使定位芯轴1和倒锥螺杆5磨损，也是均匀磨损，不影响使用；杂物不能进入内部活动机构，可实现免维护。