一种锥面过盈连接液压法装配应用研究与实践
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【摘 要】液压法装配因其工艺可控性较好，目前在电机锥面过盈连接装配过程中普遍采用。论文以一种锥面联轴节的过盈连接为例，介绍了采用液压法装配压力及液压介质的确定方法。
【Abstract】 Hydraulic assembly is widely used in the process of conical interference connection assembly of motors because of its good controllability of process. Taking the interference connection assembly of conical coupling of a motor as an example， the paper introduces the hydraulic assembly method， and the determination of pressure and hydraulic medium.
【关键词】液压介质；温度—粘度系数；影响因素；膨胀压力
【Keywords】 hydraulic medium； temperature-viscosity coefficient； influencing factors； expansion pressure
【中图分类号】TH131.7 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）03-0193-02
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。
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。
Ymax=XmaxC=9.5×（1/30）=0.317mm；
Ymin=XminC=9×（1/30）=0.3mm。
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，實际最小结合压力计算。
[Pfmin]=（Ymin-2×2u）/[dm（Ca/E2+Ci/E1）]=206.3MPa
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：
loglog（vt+0.7）=a+blogT（1）
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：qv=πD？啄3？驻p/（12ηl）（2）
式中：qv——流量（m3/s）；D——接合面直径（m）；？啄——缝隙高度=9.5/30=0.317×10-3（m）；？驻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）。
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。
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。
【参考文献】
【1】李兴虎，赵晓静. 润滑油粘度的影响因素分析[J].润滑油， 2009，（12）24：6.
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