鼓形齿联轴节注油压装及退卸工艺的研究

              鼓形齿联轴节注油压装及退卸工艺的研究
                   郭华胜
       (中国南车集团戚墅堰机车车辆工艺研究所江苏常州)
   1、问题的提出
  电动车组动力转向架传动装置由一级齿轮减速箱和鼓形齿联轴节2部分组成。牵引电机安装在转向架上，动力经鼓形齿联轴节传递给主动齿轮。鼓形齿联轴节组装在主动齿轮轴(或电机轴)上，连接方式有键连接和无键过盈连接。键连接采用热套工艺，组装过程中过盈量不易控制，且随机性较大，拆卸时退卸力很大，经常有退不下来的现象，给维修带来较大的麻烦，而且大大地增加了维修成本。
  为了使联轴节的压装和拆卸更为简便，在联轴节压装和拆卸时采用注油压装、拆卸工艺，运用超高压油泵把机油或液压油注入轴和毂孔表面之间，形成一层油膜把轴和毂孔的表面隔开，使压装和拆卸过程在油膜隔开和润滑的条件下进行。该工艺在国内外铁路机车车辆轮对压装和退卸过程中得到了广泛的应用。注油压装可以有效地避免擦伤配合表面，组装配合的过盈量较易控制，能有效地保证组装过程中的质量。注油拆卸时，在锥度配合的情况下，注入超高压油液(注：要有保护措施)，配合件凭借锥面的轴向力可以自动分离，或者使用工装进行拆卸：
   2、鼓形齿联轴节无键过盈连接的设计计算
  以某型地铁齿轮箱鼓形齿联轴节的设计为例，其牵引电机的额定功率为180 kW；额定转矩为849 N·m；最大转矩为1328 N·m；额定转速为2026 r／min；最大转速为4240 r／min：鼓形齿联轴节的无键过盈连接如图1所示：

             图1：鼓形齿联轴节的无键过盈连接
   2.1 鼓形齿联轴节接合尺寸的计算
  小端直径：

。
中间直径：

，式中：
C--接合锥度(C=1／20)；

--轴大端直径(

=68mm)；L--接合面长度(L=66 mm)
代入公式，计算得出

=64.7mm，

=66.35 mm。
   2.2 鼓形齿联轴节无键过盈连接接合面压强的计算
  根据以上原始数据，计算锥度无键过盈连接的接合面压强P时，应按牵引电机最大转矩计算：

，式中：Tmax--牵引电机最大转矩(N·m)；

--接合直径(中间直径mm)；L--接合长度(mm)；f--摩擦因数(0.09～0.13)，取中间值为0.11。代人公式，计算得出P=132 MPa。
    2.3 鼓形齿联轴节无键过盈连接最小计算过盈量的计算
  (1)最小计算过盈量

式中：E1、E2分别为包容件和被包容件材料的弹性模量，钢的弹性模量为

MPa；μ1、μ2分别为包容件和被包容件材料的泊松比，钢的泊松比为0.3；d1为被包容件内径(齿轴只有1个通油孔，d1近似为0)；d2为包容件外径，d2=91mm。代入公式，计算得出C1=0.7,C2=0.355,δ'min=0.169mm。
(2)最小实际过盈量

，式中：

、

分别为轴和孔的表面粗糙度，均为0.0008。代入公式，计算得出δmin=0.170 mm。根据以上数据，确定鼓形齿联轴节的无键过盈连接过盈量范围为0．17～0．20 mm。
    3、注油压装、注油退卸工装的设计制造
   3.1 注油压强的计算
  联轴节的外齿与主动齿轮轴(电机轴)接合面的接合压强为P=132MPa。代入公式

得

=165 MPa(取中间值)，由此确定鼓形齿联轴节的无键过盈连接注油压强

≤170 MPa。
3.2 注油时的压装力

,式中：μ摩擦因数(油膜情况下)，μ=O.001～0.008，取中间值为0．0045；K--接合锥度，K=C=1／20。代入公式，计算得出

=101.4 KN。
    3.3 工装的设计制造
  (1)工装的设计制造。工装采用空心油缸结构，具体尺寸为大径D=120 mm，小径d=80 mm，行程L=20 mm。油缸体的两端都有螺纹，压装工装如图2(a)所示，活塞杆端螺纹与轴头相连；拆卸工装如图2(b)所示，将注油压装油缸反过来，即油缸体尾端螺纹与轴头相连，将受力简工装罩紧。

注油压装空心油缸工作压强的计算：
将

代入公式

计算得出

=16 MPa。
注油退卸时空心油缸最大退卸力的计算：
设计空心油缸的最大工作压强为50MPa，代人公式

，计算得出F=314 kN。
  (2)锥度主动齿轮轴(电机轴)轴向位移量的控制。将联轴节的外齿套在主动齿轮轴(电机轴)上，测出高差△h，根据△h算出过盈量h△／20，若过盈量不能满足设计要求，则需在联轴节工装上加垫不同厚度的调整垫片。
    3.4 油泵的选定
  低压泵选定压力范围为0～63 MPa，压力可调；高压泵选定压力范围为0～280MPa，压力可调。
    4、应用
  (1)注油压装。注油压装前，应先检查轴注油孔有无异物及毛刺，轴环行油槽有无毛刺，是否平滑过渡，清洗干净，并将孔与轴表面擦干净，涂上干净的液压油或机油，按图2(a)所示装好，各泵连接好，先让高压泵工作，高压泵的工作状态为持续工作或保压，其目的是将联轴节外齿“浮”起来，即在孔与轴锥面接合处，形成高压油膜，将接合面分开；然后低压泵工作，低压泵工作压力在5 MPa时(约31 kN)，高压泵压力在50 MPa左右；然后低压泵继续缓慢加压，以便联轴节外齿压进，高压泵也随着加压，每次加压大约为20MPa，直到高压泵压力不再增加(联轴节外齿再次“浮”起来)；在这些操作过程中，在每次操作之间至少停顿2 min进行观察。直到低压泵工作压力在16 MPa时(约101kN)，高压泵压力在160 MPa左右，联轴节外齿已压到位；然后，让高压泵卸压，低压泵继续保压10 min后卸压，注油压装过程结束。
  (2)注油拆卸。注油拆卸时，必须拧好保护螺母或工装以确保安全。注油拆卸采用280 MPa的超高压泵站，在注油孔里注入超高压油液，注入压力小于280 MPa，锥面过盈配合将自动分离。若在280 MPa时不能自动分离，允许自动保压，保压过程中超高压油膜逐步渗透人锥面过盈接合面处使之自动分离；对某些接合面有拉伤的情况，注油拆卸时，辅以工装，按图2(b)所示装好，各泵连接好，按图2(a)所示装好，各泵连接好，先让高压泵工作，然后低压泵工作，将其拆下。