冷装工法在港口机械复合轴套装配中的应用

虞 华 王绪光 廖友辉
上海振华港机重工有限公司 上海 201913

摘 要：从分析复合轴套装配在港口机械中的典型结构入手，通过常用装配工艺的对比，选用冷装法来装配港口机械复合轴套。依据相关理论分析冷装工艺的冷冻温度、时间和压入力，指导该工艺并进行试验。试验后选用冷冻装备，对应用过程进行工艺总结和效果评估。

关键词：港口机械；复合轴套； 过盈配合 ；冷装工艺

中图分类号：TH 162：TB69 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2018）05-0154-03

目前港口机械设备中复合材料轴套的应用越来越多，它以耐磨性好、间歇断油条件下能正常工作、承载能力大、使用寿命长及价格低廉等特点，取代了传统的铜套。复合轴套和孔之间设计为过渡配合，过盈连接的装配方法有许多，复合轴套是一种新型产品，简单地选择一种方法是不恰当的。本文通过理论和试验分析冷装工艺在港口机械轴套装配中的应用。

1 复合轴套装配典型结构
复合轴套通常安装在港口机械的大型结构上，其装配位置主要有滑轮装配、大车行走机构平衡梁中孔以及台车中孔等部位，轴套外径尺寸在55 ～ 200 mm之间，图1、图2 为复合轴套装配在港口机械应用中的典型结构，轴套与结构件上孔的配合大多采用过盈配合, 轴套为复合材料，钢基铜套为整体基体为低碳钢20 号，浇注CSB650 高强度铜合金，铜套内孔镶嵌固体润滑剂（石墨），轴套材料的另一种应用为铝青铜CuAl10Fe3MnNi1。

2 复合轴套冷装工艺方法的初步选定
为选择装配工艺，对几种过盈联接装配方法的特点与复合轴套的装配进行对照比较。

1. 台车销轴与铜套 2. 大车行走机构台车 3. 台车中孔与铜套
图1 大车行走机构台车装配

1）压力机压接 该方法操作简便、效率高，但压力机安装位置必须固定，适合在高效率的流水线上装配，结构件能够自动进入安装位置并找正。轴套种类多采用压力机压装法就不适用。

2）锤击压装法 该方法操作灵活，适应性强，但该方法劳动强度大，装配导向性不好控制，轴套歪斜时会造成报废。

3）热装法 轴套与孔的配合为过渡配合，加热温度需80°～ 170°，根据温差要求应选用介质加热，但对于港口机械的大型结构件，实际上很难进行。

4）冷装法 该法将轴套冷冻，利用金属零件材料在低温条件下线膨胀引起尺寸收缩不同的特性，轴套冷冻收缩后能较易装入结构件孔中，当常温恢复尺寸后可获得所要求的配合。这种方法易于实施，初步选定采用该方法。

1. 滑轮轴 2. 轴承
图2 港口机械的滑轮装配

3 冷装工艺参数的理论分析选定
1）复合轴套冷冻温度计算
采用冷装法时首先应确定冷却温度，按照冷装法的要求，冷却温度为

式中：t c 为冷冻前后的温差，℃；e it 为冷冻件的最大收缩量，mm; a 为冷冻件的线膨胀系数，1/℃；d f 为冷冻件的外圆直径，mm。

冷装时的最小间隙见表1。

轴套的最大收缩量等于配合的最大过盈量和最小间隙之和，复合材料的线膨胀系数为12×10-6，复合材料的线膨胀系数因复合工艺和温度变化区段而有微量变化，其他材料如钢为8.5×10-6，青铜为15×10-6，黄铜为16×10-6。

每一种轴套的配合都有最合适的冷冻温度，以常用配合为例：

冷装时应考虑把冷却的低温控制在合理的范围内，可借助试验和理论分析来进一步探讨适宜
的冷冻温度。

2）复合轴套冷冻时间计算零件的壁厚、长度、直径、材质的物理机械性能等因素都影
响所需冷却时间，冷却时间需考虑这些因素，冷却时间经验为

却件有关的材料综合系数，取1.6，σ 为零件最大冷却臂厚、半径或厚度，mm。

计算t =8.8 h

3）复合轴套冷冻装配时最大压入力最大压入力

式中：P fmax 为轴套表面承受的最大单位压力，N/mm2，d f = 为轴套的外圆直径，mm，L f 为轴套长度，mm , μ 为结合表面摩擦因数。

最大单位压入力

式中：δ max 为配合的最大过盈量，E a 、Ei 分别为包容的结构件与轴套的材料的弹性模量，C a 、C i 为系数，分别与包容件和轴套的外形尺寸和材料泊松比有关。用P 1、P 2 表示采用冷冻措施前后装配时的最大压入力，用δ 1max、δ 2max 表示对应的最大过盈量。采用冷冻措施前后式（2）、式（3）中的Π 、d f、L f、μ 、E a 、Ei，C a 和C i 都不变，所以

以φ 180H6/p6 配合为例，从理论上对降温68℃前后的最大压入力进行对比。
δ 1max=0.068 mm, 降温68℃时轴套的收缩量e = 0.059, 则δ 2max=δ 1max-e =0.009 mm, 代入式（4）可得

即冷冻68℃后，轴套装配的最大压入力只有原来的13.2%。该压入力仅为理论计算，实际应用中与轴套装入深度x 值有关。所以，不少轴套冷冻装配时仍需敲击，但力度很小，劳动强度不大，轴套也不易歪斜损坏。

4 铜套冷冻装配实际应用
选择工业冰柜作冷冻设备，经生产实践验证，控制温度准确，保温性能好，复合轴套冷缩量稳定统一，还可灵活用电时间，最大程度使用谷电节约成本。以下是采用的冷冻设备参数：
型号：CDW-86V460 型低温冰箱
温控范围 ：-40℃～ -86℃
有效容积：458 L
输入功率：550 W
承重：在500 kg 以内
内部尺寸：1 330 mm×500 mm×660 mm
外部尺寸：2 110 mm×885 mm×1 095 mm
通过冷装工艺在港口机械复合轴套装配中的实际应用，结合对冷冻工艺参数的理论分析以及本地区气温及冷冻设备的技术现状，钢基铜套为保证降温差控制在不大于85 ℃，夏季至-65 ℃，冬季至-80 ℃，保证零件整体冻透。

通过应用和试验获得不同材料的冷冻温度所匹配的最优化公差带，原配合为H7/m7, 后优化为H6/p6, 合金铜采用配合为H7/r6, 使装配时压入力减低，效率提升。铜套（钢套）内孔椭圆小于20 um，冻装前需复测图纸尺寸公差要求，作选型配对，防止装入后相应误差需再拆出重装的困难。

做好劳动防护，戴好防护手套，放入冻柜前根据工件尺寸进行合理布置，不宜过密，轴套取出后应迅速装配。所以，提前做好冷冻装配的各项起吊、转运的准备工作。

5 应用效果
冷装工法在港口机械中的应用从开始的部分项目试行到现在项目上逐步推广，提升了装配工艺水平。复合轴套的冷冻装配工艺解决了复合轴套非冷冻装配时受锤击面易损伤、铜套意外碎裂等影响装配质量的问题，提高了操作的安全性，改变了传统的野蛮作业现象。

参考文献
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[4] JB/T 5994—1992 装配用技术要求[S].

来源：起重运输机械