一种锥面过盈连接液压法装配应用研究与实践

王建国，石永进，赵忠，崔桥

（中车永济电机有限公司，山西 永济 044502）

1 引言

电机过盈连接和传动部件装配主要采用压入法、温差法和液压法。压入法工艺简单，但配合表面易损伤；温差法和液压法工艺较压入法复杂，配合表面不易损伤，可重复装卸[1]。但温差法用于锥面过盈连接时，部件装配深度很难控制，而采用液压法就彻底避免了这些问题，故在目前电机锥面过盈连接部件装配中工艺优先采用液压法。本文以一种电机锥面联轴节的装配为例介绍了采用液压法装配，压力及液压介质的确定方法。

2 联轴节装配技术条件

转轴与联轴节过盈配合结构见图1，转轴材料为30CrMo8，联轴节材料为30CrNiMoV9，转轴和联轴节均调质处理。转轴外径da=220mm，接合面最大圆锥直径df=124.759mm，联轴节内径di=31mm，结合长度lf=141.2mm，联轴节与转轴结合面锥度C=1：30，电机转轴和联轴节屈服强度σS2=σS1=785MPa，电机转轴和联轴节的弹性模量E2=E1=2.1 ×105MPa。电机转轴和联轴节泊松比 μ2=μ1=0.3。传递转矩M=9.332kN·m，压入深度X=9~9.5mm。转轴接合面的轮廓算数平均偏差Ra=0.0004mm，联轴节结合面的轮廓算数平均偏差Ra=0.0008mm。

图1 电机转轴与联轴节过盈配合结构图

3 转轴与联轴节圆锥接合面表面结合压强计算

第一，根据联轴节压入深度计算联轴节接合面配合过盈量Y。

第二，轴孔与联轴节实际结合压力计算。

第三，联轴节装卸油压Px。Px=1.1[Pfmax]=247 MPa。

第四，压入力计算。Fxi=PXπdmlf（μ+C/2）=496kN，式中：μ——摩擦因数取0.02。

第五，压出力计算。Fxe=PXπdmlf（μ-C/2）=45kN。

4 不同液压介质在不同温度下的流量

4.1 液压设备对液压介质的性能要求

在液压系统中，液压介质的主要作用是：作为液压系统中的能量控制、转换和传递的工作介质。此外，液压介质还具有一定的其他重要作用：润滑液压元件，减少系统摩擦和磨损；防止液压元件生锈和受腐蚀，冷却液压元件，带走液压系统中磨损产生的粉末、粉屑等。

在本电机联轴节装配中，液压系统膨胀泵采用高压气动液体增压泵，同时考虑管路密封等，按经验液压系统效率η取80%。本电机联轴节装配选择SKF LHMF 300和甘油作为液压介质。

4.2 校核计算

液压介质选定后，需根据连接部件装配后，在该液压介质润滑条件下的摩擦因数，校核传递扭矩。

第一，实际最小结合压力计算。

第二，传递最小载荷（扭矩）。

式中μ为摩擦因数取0.12。不论采用SKF LHMF 300还是甘油，传递扭矩（82.752kN·m.＞9.553kN·m）均能满足要求。

4.3 不同温度对液压油粘度的影响

当液体受剪切外力的作用变形时，液体分子间的内聚力对变形产生某种方式的抵抗，并且在液体层与层间存在分子动量交换。液体分子的粘性主要来源于分子间内聚力。温度升高时，液体分子间距离增大。内聚力随之下降而使粘度下降。根据Walther修正经验公式，其表达式如下所示：

式中：vt为t℃时运动粘度，T为润滑油的绝对温度（=273+t），a，b为常数。

① SKF LHMF 300液压油25℃、30℃、35℃时对应粘度计算：由式（1）和 20℃、40℃联合求得a=1.231；b=-0.367，则由式（1）求得 25℃、30℃、35℃时对应粘度分别为：η25=1120 mPa·s；η30=1080 mPa·s；η35=1043mPa·s。②甘油（丙三醇） 液压油30℃、35℃、40℃时对应粘度计算：由式（1）和 20℃、25℃联合求得a=12.7072；b=-5.2466，则由式（1）求得 30℃、35℃、40℃时对应粘度分别为：η30=40mPa·s；η35=27mPa·s；η40=24mPa·s。

4.4 计算不同液压油不同温度下流量

液压技术中，缝隙中的流体流动，由于缝隙很小，一般总是层流。根据牛顿内摩擦定理导出环形缝隙中的流体流动流量公式如下所示

式中：qv——流量（m3/s）；D——接合面直径（m）；δ——缝隙高度=9.5/30=0.317×10-3（m）；△p——缝隙长度两端的压差（Pa），本电机为将管路出口流量折算到增压泵出口流量等效压力=247/0.8=309MPa；η——流体的动力粘度（Pa·s）；l——缝隙长度（m）。

由式（2）分别计算SKF LHMF 300和甘油在压力309MPa，温度 20~40℃时的流量（见表 1）。

表1 SKF LHMF 300和甘油压力309MPa，温度20~40℃时流量

通过表1可以看出，本电机联轴节装配液压系统泵出口流量为8ml/s，液压介质采用甘油时，在温度高于25℃时，液压设备泵出口流量无法满足要求，要想达到装配要求，需增加液压设备泵出口流量，在采用SKF LHMF 300时，环境温度在20~40℃时，采用该设备液压设备泵出口流量均能满足要求。

5 联轴节装配实例验证

选用任意6台电机进行联轴节装配，装配环境温度为27.3℃，其中2台液压介质采用甘油（序号1、2），测量膨胀压力约240~250MPa左右，推进量约为7mm左右，转轴内孔无法继续膨胀，无法达到装配要求；其余4台液压介质采用SKF LHMF 300，膨胀压力约300~310 MPa，推进量大于9mm，推进压力约475~495kN。具体数据见表2。

表2 装配结果统计数据

6 结论

①在锥面过盈连接采用液压法装配，液压介质应具有合适的粘度和良好的粘温特性。②对于锥面过盈连接传动部件，采用液压法装配，在选用液压设备时，需考虑液压设备泵出口流量。③对于锥面过盈连接传动部件，采用液压法装配，需考虑该液压介质对部件配合面传递扭矩的影响（可虑介质摩擦因数）；同时应根据液压设备泵出口流量，确定液压介质和液压介质使用温度范围。