红套装配工艺在船用低速发动机上的应用

1概述

在船用发动机装配过程中,零部件之间的装配间隙一般有间隙配合、过盈配合及过渡配合3种,其中过盈配合是指依靠轴与孔的过盈值,装配后使零件表面间产生弹性压力,从而获得紧固的联接。过盈配合在船用发动机的装配过程中有着十分广泛的应用,如曼恩低速发动机凸轮与凸轮轴的装配、链轮与凸轮轴的装配、燃油泵滚轮销轴与套筒的装配等。

过盈装配的贴合面一般为柱面。选用柱面过盈配合装配时,若过盈量偏小或零件外形尺寸偏小,通常选择压入法安装:当过盈量偏大或零件外形尺寸偏大时,通常选择温差法装配。温差法有两种方式:通过加热孔或冷却轴,从而产生配合间隙便于安装。热过盈装配是指通过加热孔使之尺寸变大后进行装配的一种工艺,这种工艺亦称为红套。

2热过盈装配的温度计算

选择热过盈工艺装配时,孔加热后的温度应保证装配间隙满足要求。通常热过盈的装配间隙计算公式为:

式中,A为热过盈装配间隙(mm）:6为孔与轴配合的过盈量(mm）:D为轴径(mm）。

根据零件红套后圆周方向的增量等于红套加热温度的热胀量,推导出公式:

红套时的加热温度为:

式中,A为加热孔的线膨胀系数,钢的线膨胀系数A=1=1×10-5(1/.）:A1为加热孔的温度增量:10为环境温度。

以曼恩的6s42MC7曲轴链轮安装为例:链轮孔径为对应曲轴法兰轴直径为6984s6装配过盈量6=0=38～0=526mm,热过盈装配间隙取A=0=45mm,过盈量取最大值6=0=526mm,环境温度10=20℃,则热过盈时孔的加热温度为:

图纸上推荐温度为100℃,偏差主要受装配间隙取值、环境温度的影响,同时零件在加热后到安装前停留的时间也是影响因素之一。

3热过盈装配的工艺要求

3.1温度控制

选择热过盈工艺装配时,加热速度要均匀,同时应防止零件磕碰、变形。目前国内主机厂大多采用电热箱对零件加热,为使零件受热均匀,在加热到红套温度后,建议保温10min再进行装配。对于尺寸较大的零件,为避免受热不均,可提高加热温度约3%。

3.2装配间隙检查

为保证装配质量,应在加热后检查热过盈装配间隙,可定制专用的量棒进行检验,零件加热后用量棒检验孔径,确保装配间隙符合要求。量棒可根据量程选用直径8～16mm的不锈钢制作,量程为孔径的理论膨胀尺寸。只有当量棒能通过孔径时方可以进行装配,注意在用量棒检验时,量棒要与柱面保持垂直。

3.3热过盈装配时的注意事项

热过盈装配时应做好保护,零件在转移和装配过程中,工人应佩戴隔热手套:装配前需检验装配间隙,检验和装配要迅速,防止温度降低后装配间隙变小。

4案例分析

某主机厂6s50MCC机的凸轮轴与链轮装配时,链轮与凸轮轴均被明显划伤。下面就该设备的装配工艺及产生划伤的原因进行分析。

4.1装配工艺分析

(1）加热方式:该主机厂链轮采用电磁加热,链轮放在加热器上后,主要对链轮内圈进行加热,且由于加热速度较快,当内圈温度达到要求的红套加热温度时,外圈温度并未达到该点温度值。

(2）安装方式:该主机凸轮轴链轮安装时采用固定链轮,凸轮轴垂直向下安装的方式,因链轮水平未调到位,凸轮轴与链轮的找中也没做好,因此当凸轮轴伸进链轮时,操作人员发现不能顺利安装,硬性将凸轮轴向上吊起,导致凸轮轴与链轮均被划伤。由于划痕尺寸较大,为确保产品质量,只能重新紧急制作一件凸轮轴。

4.2原因分析

(1）加热温度不均匀:红套加热时温度要均匀,而该主机厂的加热器不具备这样的特性,加热时加热器主要对链轮内圈加热,链轮受热不均。安装时,工人只测量了内圈温度,此时虽然内圈温度达到了要求,但链轮外圈温度可能并未达到要求,由于内外圈受热不均,链轮内圈的热膨胀受到外圈的影响,导致整体的热膨胀量不够,工人在用量棒测量间隙时,量棒未与内圈柱面垂直,此时的装配间隙并没有达到要求,导致事故发生。

(2）无法保证凸轮轴垂直度:由于凸轮轴重量较大且外形较长,其装配时垂直度很难保证,即使链轮热膨胀量达到了要求,也容易因为对中不好导致凸轮轴与链轮划伤。

5解决方案

上述装配事故发生的主要原因是温度控制及零件对中无法得到保证,要避免该类情况再次出现,需要解决加热温度控制及对中问题。

（1）温度控制:由于加热器很难保证加热的均匀性,因此在链轮加热时要采取一定的措施,以保证链轮尽可能均匀受热。一方面,调整加热时间,将链轮加热一会,停几分钟,待热量外扩后再继续加热,重复几次,以保证链轮受热均匀,具体加热时间及停歇间隔要根据加热器的特性及链轮温度外扩的速度决定。另一方面,在加热链轮时可将链轮外部包覆起来,以避免热量损失,减缓外圈温度散失。要注意的是,链轮加热温度不可过高,否则零件表面将出现氧化脱皮现象,影响链轮的机械性能。

(2）采用水平安装方式:垂直安装时,凸轮轴的垂直度很难控制,因此可以采用水平安装方式,凸轮轴的水平度相对容易调整一些。

此外,还可以通过改进量棒以及链轮定位等保证装配的准确性。注意在加热后要快速安装,以避免时间过长导致链轮尺寸收缩。如果安装需要更长的时间间隔,要适当提高红套温度。

6结语

红套装配工艺在实际生产中应用广泛,但通常因各个厂家实际的安装工艺水平不同而存在各种各样的问题。红套装配时,只有保证零件加热均匀,有效进行温度控制以及保证安装时的对中等,才能保证红套装配的顺利进行。