轮轴几何参数对压装合格率的影响研究

康东　李越　杨永伟　范丽

摘 要：在轮轴压装时，相关单位应分析轮轴自身圆柱度、过盈量等几何参数的变化对产品合格率的影响。本文通过对轮轴压装整个过程中车轮与车轴的受力分析，找出有关轮轴压装应力曲线的影响因素，同时针对这些影响因素提出合理性建议，防止出现曲线末端平直的现象，提高轮轴压装的合格率。

关键词：几何参数;表面粗糙度;压装合格率;压装曲线

Abstract： In the wheel pair pressing， the relevant unit should analyze the influence of the change of geometric parameters such as the cylindrical degree and the excess amount of the axle on the product qualification. This paper analyzed the force of the wheel and axle during the whole process of axle pressing， found out the influencing factors of the stress curve of wheel to press， and put forward some reasonable suggestions for these influencing factors， so as to prevent the phenomenon of straight curve end straightening and reducing ton， and improve the pass rate of wheel to pressing.

Keywords： geometric parameters; surface roughness; pass rate of fitting; press-fit curve

随着矿车运输向大运载量发展，相关单位对矿车轮对的安全质量等要求越来越高。对压装过程进行多次调查发现，造成矿车轮轴不合格的主要原因与车轮与车轴结合部位的应力分布状态以及轮轴压装质量[1]有关。因此，相关单位应对轮轴压装时轮轴结合位置的受力状态与所受压装应力曲线进行研究，分析车轮和车轴的几何参数对压装合格率的影响，让相应生产厂家改进相应加工工艺流程，提高轮对质量，提高轮轴压装合格率，减少人工成本。

1 轮轴压装原理分析

从川煤集团的广旺轮轴车间采用冷压装工艺进行轮轴压装来看，轮对的整个生产过程采用基孔制配合，车轴部位主要采用磨削和滚压加工，以此得到相应要求的尺寸和表面粗糙度，车轮使用坐标镗床加工轮毂的理想压装力曲线如图1所示，每月合格率达到98%以上。经过压装后，部分轮轴压装曲线被判定为不合格的原因主要是曲线末端平直[2]。通过使用ABAQUS软件对轮轴压装的压力曲线进行仿真研究[3]，通过仿真轮轴压装的压装曲线与实际生产中得到的结果相对比可知，轮轴压装应力与位移关系曲线末端的平直现象十分普遍，未超过《窄轨矿车轮的技術条件》（MT 307—92）中的规定限度。

在实际生产过程中，车轴被压入车轮时会产生一个正向压力p，同时，轮轴过盈配合接触面会产生一个径向正压力p1以及正压力F，二者的关系如图2所示。

通过现场实际生产采集的轮轴压装曲线（见图3）可以发现，在压装过程中，压装应力随压入长度增加而增加，且曲线在前面一部分始终保持斜直线，而在后面一部分，随着压入长度的增加，斜率开始慢慢减小为0，曲线末端呈现出一种平直的趋势。由于轮轴车间采用冷压装，压装过程中孔和轴材料质地可以看成不变，同时摩擦因数与弹性模量变化微小，可认为二者对压装力的影响特别小，可忽略不计，因此，车轴与轮毂孔的过盈配合时，由接触面变化引起的过盈量比发生改变就成为影响压装力变化的重要因素。

通过相关弹性力学理论可知，在孔与轴的过盈配合过程中，空心孔壁的厚度对过盈配合后的接触面应力分布有一定影响[4]。结合轮毂的结构与公式（2）可知，在压入过程中，随着接触面长度增加，摩擦因数、弹性模量K等的变化十分微小，可忽略不计，但在压装过后，轮毂壁变薄致使过盈量比相应减小，这是造成整个压装应力曲线斜率发生改变的主要原因。

2 轮轴压装的生产建议

通过对轮轴压装的过程进行分析可以发现，压装应力与压入长度之间的初始部分表现为线性关系，为了消除曲线末端的平直现象，相关单位主要通过增加斜率的方式来实现压装过程中的理想曲线。在实际压装过程中，材料的弹性模量不会改变，改变斜率的途径可通过以下两种方式实现：①增加接触面的过盈量，在轮对生产符合国家安全标准的前提下，增大车轴与轮毂孔的过盈配合面;②提高摩擦因数，在生产中可通过磨削和滚压等方式来改变轮毂孔内表面的表面粗糙度，进一步提高轮轴之间的摩擦因数。

参考文献：

[1]张忠.过盈量在轮轴压装中的重要性分析[J].机械工程师，2010（1）：148-149.

[2]张元涛，张顺启.关于轮轴压装工艺参数优化设计的探讨[J].铁道车辆，2006（7）：29-30.

[3]董洁.轮轴过盈配合面的有限元分析[D].成都：西南交通大学，2010.

[4]姜长明，田威，卢虓宇，等.铁路车辆轮轴压装工艺分析及优化[J].机械制造，2013（11）73-76.