pulleys工装设计
圆锥过盈配合连接皮带轮的设计制造
董雯霞
（中车四方车辆有限公司，山东 青岛 266000）
摘 要：轴是机械装置中用于支撑传动件和其它零件的一种重要零组件，其它零部件通过与轴的连接、紧固、装配等关系共同向从动件传递运动和动力，其中，轴上包容件与锥轴的过盈配合连接兼具良好的轴向、径向自定位特点，是一种十分可靠的连接方式。本文以某机车项目中发电机轴和皮带轮的连接为例，阐述圆锥面过盈配合连接的设计、加工及安装方法和实际使用中出现的问题。
关键词：轴；皮带轮；圆锥面；过盈配合
Abstract： As an important part of mechanical equipment， axle can be used to support both transmission parts and other parts on it. By connecting to， fastening on， or assembling with axis， different parts can work together to transport power and motion to followers. As a very reliable way of connection， the interference fit of female members and cone-shaped axis can make the axial loading more accu
rate and the radial direction can locating its position automatically.Taking the connection of the axle of the main generator and the pulleys in a locomotive project for an example， this article analyzes the design， manufacture， and mounting of the interference fit， and discusses the problems in the practical use.
Keywords： Axle， Pulleys，Conical surface，Interference fit
1. 序言
轴是组成各种机械装置的重要零部件之一，它用于支撑传动件和轴上其它零件，并传递运动和动力[1]。轴与轴之间的连接大多依赖轴端上的不同包容件，如链轮、齿轮、法兰、皮带轮和半联轴器等。轴与这些被包容件之间连接方式的选取和设计主要取决于其功能要求，若要求既能传递转矩且包容件需承受一定轴向力，则需采用过盈连接、型面连接、胀紧连接等型式[2]。除了功能要求，在实际生产中，包容件的设计往往取决于一些外购成熟产品的轴伸型式，连接方式也就随之确定。
本文以某机车发电机一侧的1：10锥度轴为例，简要叙述圆锥面过盈配合连接包容件的设计、加工及安装方法。
2. 设计计算
根据总体布置和设计，发电机轴作为驱动端，需输出动力前通风机，根据部件的位置关系和传动比关系，设计使用一组V型皮带传动作为传动机构。根据传动比关系和国家标准设计皮带轮外部尺寸的过程本文不进行详述，本文根据发电机轴伸型式对带轮圆锥孔进行分析与设计计算。
2..1过盈量的确定
根据机械设计手册进行计算后，确定皮带轮大端直径为101.38（0，-0.05）mm，得到理论过盈量为140~270μm，即任一尺寸合格的发电机轴和皮带轮随机装配理论上都能达到设计过盈量。这种过盈量范围较小且过盈量偏大的设计正适用于产品无法量产而无法选配零件的生产情况，并保证连接性能的稳定，但对零件的加工质量要求较为严格，如皮带轮大径尺寸公差仅50μm。
3. 加工及安装方法
对于具有圆锥面孔的包容件，传统机械加工方法有钻削后铰孔、镗削、铣削等，特种加工方法中线切割加工具有加工精度高、质量稳定、加工周期短等优势[3]。本文皮带传动所用到的皮带轮及张紧轮均使用了线切割方法进行加工，经标准塞规检测表明锥面表面粗糙度低，锥度标准，质量一致性好，使用红丹粉涂抹测试其锥面接触面积达到80%以上。
适用于圆锥过盈配合的装配方法有机械压入法、胀缩法、油压法和螺母压紧法四大类。其中，机械压入
法较容易擦伤结合表面且适用于小或中等过盈量的场合，并不适用于本文示例。胀缩法装配需要专门的加热或者冷缩设备，来使零件均匀集中地升温或者降温而改变基准尺寸，在大批量的转向架轴箱中轴承的装配过程中常用热胀法。油压法便于安装和拆卸，不易擦伤结合面，且适用于过盈量较大或者需经常拆卸的连接件。所需油压装置较为通用，但需要轴及包容件上有允许高压油流通的孔槽结构。本例中，发电机轴中间有油槽和注油孔，可使用油压法装配。
装配时，先将皮带轮套在轴端上，再将高压油压入配合面之间，以胀大孔内径和缩小轴外径，同时施加一定的轴向力将皮带轮推到预定的位置，高压油从结合面边缘流出，即构成过盈连接。压装后需保持轴向压力15~30分钟，以免皮带轮脱出。拆卸时，在轴端的注油孔内压入高压油轴和皮带轮即可分离。
机械行业常用锥面锥度由大到小依次为1：10、1：20、1：30和1：50。本文示例锥度为1：10，而锥度这个指标则影响轴向压入行程量和装拆时的压入压出力，对于相同的径向过盈量，锥度越大，则轴向压入行程距离越短，两者成反比关系；锥度越大，装配时的压入力越大，而锥度大的过盈连接件，在油压下脱开时有自卸能力，即油压对包容件产生向轴小端的轴向分力。此种情况下必须采取防护措施方可进行拆卸，本例1：10锥度连接即有自卸能力。
4. 结论
综上所述，在圆锥过盈配合连接的实际应用中，应根据实际运行工况、使用要求、产品批量、生产成本
、实际加工制造水平和装配工装等来进行设计工作。
参考文献：
[1]王黎钦，陈铁鸣.机械设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，
2010.
[2]成大先.机械设计手册第五版[M].北京：化学工业出版社，
2007.
[3]白基成，郭永丰，杨晓东.特种加工技术[M].哈尔滨：哈尔滨
工业大学出版社，2015.
作者简介：
董雯霞，硕士研究生，哈尔滨工业大学，工程师，现于中车四方车辆有限公司任设计师，从事轨道交通装备设计工作。
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