CN103268394B - 一种机械外挤压锁紧套选配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压缸的机械式外挤压锁紧套与活塞杆间过盈量的选配方法，属于机械、动力与电气工程的机械锁紧领域，本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种机械外挤压锁紧套选配方法，以便能够高合格率地选配出装配压力、锁紧力均合格的锁紧套，为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：从机械式外挤压锁紧型锁紧套的锁紧原理及实际加工入手，分析了影响锁紧套选配的工艺因素，通过确定合理的锁紧套与活塞杆间过盈量、确认锁紧套过盈量与其硬度间的关系、明确选配测量方法等措施，摸索出了最佳选配过盈量方法，本发明提高了锁紧套的选配成功率。

Description

一种机械外挤压锁紧套选配方法

技术领域

本发明涉及一种液压缸的机械式外挤压锁紧套与活塞杆间过盈量的选配方法，属于机械、动力与电气工程的机械锁紧技术领域。

背景技术

外挤压锁紧型液压缸的锁紧副由锁紧套与活塞杆构成，锁紧套是活塞杆上的机械式外挤压锁紧机构，现有的理论是建立在“过盈配合组合厚壁筒”力学模型之上，由材料力学第三强度理论的塑性条件及虎克定律的弹性变形条件可知，过盈配合的组合厚壁筒间的接触面上必将产生相互压紧的装配压力p，形成紧固的静配合，如图1所示。

装配压力p的计算公式为：

$p=\frac{\mathrm{\δ}}{b\[\frac{1}{E_i}(\frac{b^2+a^2}{b^2-a^2}-{\mathrm{\μ}}_i)+\frac{1}{E_e}(\frac{c^2+b^2}{c^2-b^2}+{\mathrm{\μ}}_e)\]}\mathrm{...}\left(1\right)$

式中：

p装配压力(装配压力)；

δ过盈量(半径方向)；

a内筒内径；

b内筒外径，外筒内径；

c外筒外径；

E_i内筒材料的弹性模量；

E_e外筒材料的弹性模量；

μ_i内筒材料的泊松比；

μ_e外筒材料的泊松比；

若E_i＝E_e＝E，μ_i＝μ_e＝μ，则以上公式转化为：

$p=\frac{E\mathrm{\δ}(c^2-b^2)(b^2-a^2)}{2b^3(c^2-a^2)}\mathrm{...}\left(2\right)$

以上理论、模型及公式虽然比较详细，但却有许多不足之处。

a.没有涉及具体的锁紧套选配方法；

b.在锁紧套的实际选配过程中，影响装配压力、锁紧力的因素远不止公式中所涉及的因素。

即按以上理论难以高合格率地选配出装配压力、锁紧力均合格的锁紧套。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种机械外挤压锁紧套选配方法，以便能够高合格率地选配出装配压力、锁紧力均合格的锁紧套。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种机械外挤压锁紧套选配方法，按以下步骤实施：

第一步：初算理论过盈量；

假设装配压力p＝m，利用“过盈配合组合厚壁筒”力学模型，由材料力学第三强度理论的塑性条件及虎克定律的弹性变形条件可知，

装配压力p的计算公式为：

$p=\frac{\mathrm{\δ}}{b\[\frac{1}{E_i}\left(\begin{array}{cc}\frac{b^2+a^2}{\begin{array}{cc}{b}^2& a^2\end{array}}& {\mathrm{\μ}}_i\end{array}\right)+\frac{1}{E_e}(\frac{c^2+b^2}{\begin{array}{cc}{c}^2& b^2\end{array}}+{\mathrm{\μ}}_e)\]}$

式中：

p装配压力；

δ半径方向的过盈量；

a内筒内径；

b内筒外径，外筒内径；

c外筒外径；

E_i内筒材料的弹性模量；

E_e外筒材料的弹性模量；

μ_i内筒材料的泊松比；

μ_e外筒材料的泊松比；

得到半径方向的过盈量

$\mathrm{\δ}=pb\[\frac{1}{E_i}(\frac{b^2+a^2}{b^2-a^2}-{\mathrm{\μ}}_i)+\frac{1}{E_e}(\frac{c^2+b^2}{c^2-b^2}+{\mathrm{\μ}}_e)\]$

即 $\mathrm{\δ}=mb\[\frac{1}{E_i}(\frac{b^2+a^2}{b^2-a^2}-{\mathrm{\μ}}_i)+\frac{1}{E_e}(\frac{c^2+b^2}{c^2-b^2}+{\mathrm{\μ}}_e)\]$

若E_i＝E_e＝E，μ_i＝μ_e＝μ，则装配压力p的计算公式为：

$p=\frac{E\mathrm{\δ}(c^2-b^2)(b^2-a^2)}{2b^3(c^2-a^2)}$

此时半径方向的过盈量

$\mathrm{\δ}=\frac{2{\mathrm{pb}}^3(c^2-a^2)}{E(c^2-b^2)(b^2-a^2)}$

即

第二步：复算过盈量；

用ansys等软件建模，将锁紧套的结构场和温度场耦合后进行计算，也得到一个半径方向的过盈量δ，再将复算与初算结果比较，若复算与初算得到的δ在一个量级上，则得到的锁紧套过盈量范围合理；

第三步：确定过盈量与硬度的关系；

根据试验结果，过盈量与硬度的基本关系为：锁紧套硬度增高，过盈量会降低；锁紧套硬度降低，过盈量会增高；高硬度锁紧套的过盈量一般小于低硬度锁紧套的过盈量；

然后再根据硬度调整所述第一步和第二步得到的过盈量值；

第四步：明确锁紧套和活塞杆尺寸的测量方法；

具体测量方法为：从距一端10mm处向另一端顺序开始测量，相距≤60mm测一个截面，每个截面测8个点，并将测得的数据进行记录。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明中过盈量、硬度、测量方法是影响机械式外挤压锁紧型液压缸锁紧力的几个主要因素，利用理论建模及复算方法可有效定位过盈量数值范围及精度，通过试验摸索出锁紧套的过盈量与硬度之间的合理匹配关系，可以有效地提高锁紧力，而又不会较大的提高装配压力，同时本发明明确选配测量方法，稳定锁紧套与活塞杆尺寸测量的一致性，可以为锁紧套选配提供一致的选配基准，有利于提高锁紧套选配的准确性，故本发明可以高合格率地选配出装配压力、锁紧力均合格的锁紧套。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为过盈配合组合厚壁筒的静配合示意图。

图2为本发明中锁紧套的结构及受力示意图。

图中：1为锁紧套、2为活塞杆、P1为装配压力，即锁紧套与活塞杆过盈挤压的力、P2为锁紧力，即锁紧套阻止活塞杆轴向运动的力；P2＝f×P1×s，其中f为摩擦系数，s为受力面积。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明一种机械外挤压锁紧套选配方法，按以下步骤实施：

第一步：初算理论过盈量；

假设装配压力p＝m，利用“过盈配合组合厚壁筒”力学模型，由材料力学第三强度理论的塑性条件及虎克定律的弹性变形条件可知，

装配压力p的计算公式为：

$p=\frac{\mathrm{\δ}}{b\[\frac{1}{E_i}\left(\begin{array}{cc}\frac{b^2+a^2}{\begin{array}{cc}{b}^2& a^2\end{array}}& {\mathrm{\μ}}_i\end{array}\right)+\frac{1}{E_e}(\frac{c^2+b^2}{\begin{array}{cc}{c}^2& b^2\end{array}}+{\mathrm{\μ}}_e)\]}$

式中：

p装配压力；

δ半径方向的过盈量；

a内筒内径；

b内筒外径，外筒内径；

c外筒外径；

E_i内筒材料的弹性模量；

E_e外筒材料的弹性模量；

μ_i内筒材料的泊松比；

μ_e外筒材料的泊松比；

得到半径方向的过盈量

$\mathrm{\δ}=pb\[\frac{1}{E_i}(\frac{b^2+a^2}{b^2-a^2}-{\mathrm{\μ}}_i)+\frac{1}{E_e}(\frac{c^2+b^2}{c^2-b^2}+{\mathrm{\μ}}_e)\]$

即

若E_i＝E_e＝E，μ_i＝μ_e＝μ，则装配压力p的计算公式为：

$p=\frac{E\mathrm{\δ}(c^2-b^2)(b^2-a^2)}{2b^3(c^2-a^2)}$

此时半径方向的过盈量

$\mathrm{\δ}=\frac{2{\mathrm{pb}}^3(c^2-a^2)}{E(c^2-b^2)(b^2-a^2)}$

即

第二步：复算过盈量；

用ansys等软件建模，将锁紧套的结构场和温度场耦合后进行计算，也得到一个半径方向的过盈量δ，再将复算与初算结果比较，若复算与初算得到的δ在一个量级上，则得到的锁紧套过盈量范围合理；

第三步：确定过盈量与硬度的关系；

根据试验结果，过盈量与硬度的基本关系为：锁紧套硬度增高，过盈量会降低；锁紧套硬度降低，过盈量会增高；高硬度锁紧套的过盈量一般小于低硬度锁紧套的过盈量；

然后再根据硬度调整所述第一步和第二步得到的过盈量值；

第四步：明确锁紧套和活塞杆尺寸的测量方法；

具体测量方法为：从距一端10mm处向另一端顺序开始测量，相距≤60mm测一个截面，每个截面测8个点，并将测得的数据进行记录。

本发明的技术要求如下：

a、锁紧套需满足材质、过盈量、锁紧力、开锁压力等技术性能指标，见表1。

表1锁紧套技术性能指标

序号	项目	指标	备注
				1	材质	45-GB/T699-1999	HB280～320
2	过盈量(mm)	0.09～0.11
				3	锁紧力(KN)	≥270	对应≥22MPa
4	开锁压力(MPa)	≤20

b、工艺分析

根据材质、产品结构、技术要求、锁紧原理、锁紧套选配工艺流程图和以往试验情况等资料进行分析，结果详见表2。

表2工艺分析

c、以往试验情况分析

在第一批次的锁紧套选配工艺试验中，共计选配了13件锁紧套，其中选配合格4件，不合格9件，选配成功率太低。

以下为第一批数控油缸上实施后的试验结果。

表3第一批锁紧套选配试验统计

根据实际选配经验，经分析表3可以看出，在锁紧力、装配压力合格的情况下，锁紧套过盈量与其硬度有很大关系，它们的大致关系详见表4。

表4过盈量与硬度关系

序号	过盈量	硬度
			1	0.115～0.130mm，偏向0.125～0.130mm	HB300～320
2	0.130～0.145mm，偏向0.140～0.145mm	HB280～300

d、明确测量方法

明确活塞杆的尺寸测量方法为：从活塞杆体头部向下20mm处开始测量，相距60mm测一个截面，每个截面测8个点，共测8个截面，并将数据进行记录。

f、改进后试验情况

为了验证本发明在数控油缸锁紧套选配工艺中应用的正确性，将其在第二批锁紧套的选配中进行了实施。按照新工艺实施并修正后，得到了以下结果，详见表5。

表5第二批锁紧套选配试验结果统计

由第二批锁紧套选配试验结果统计表可以看出，只要符合过盈量与硬度间的匹配关系，试验指标一般可以达到。因此，锁紧套选配工艺是合理的。

上面结合实验数据对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种机械外挤压锁紧套选配方法，其特征在于，按以下步骤实施：

第一步：初算理论过盈量；

假设装配压力p＝m，利用“过盈配合组合厚壁筒”力学模型，由材料力学第三强度理论的塑性条件及虎克定律的弹性变形条件可知，

装配压力p的计算公式为：

$p=\frac{\mathrm{\δ}}{b\[\frac{1}{E_i}\left(\begin{array}{cc}\frac{b^2+a^2}{\begin{array}{cc}{b}^2& a^2\end{array}}& {\mathrm{\μ}}_i\end{array}\right)+\frac{1}{E_e}(\frac{c^2+b^2}{\begin{array}{cc}{c}^2& b^2\end{array}}+{\mathrm{\μ}}_e)\]}$

式中：

p装配压力；

δ半径方向的过盈量；

a内筒内径；

b内筒外径，外筒内径；

c外筒外径；

E_i内筒材料的弹性模量；

E_e外筒材料的弹性模量；

μ_i内筒材料的泊松比；

μ_e外筒材料的泊松比；

得到半径方向的过盈量

$\mathrm{\δ}=pb\[\frac{1}{E_i}(\frac{b^2+a^2}{b^2-a^2}-{\mathrm{\μ}}_i)+\frac{1}{E_e}(\frac{c^2+b^2}{c^2-b^2}+{\mathrm{\μ}}_e)\]$

即

若E_i＝E_e＝E，μ_i＝μ_e＝μ，则装配压力p的计算公式为：

$p=\frac{E\mathrm{\δ}(c^2-b^2)(b^2-a^2)}{2b^3(c^2-a^2)}$

此时半径方向的过盈量

$\mathrm{\δ}=\frac{2{\mathrm{pb}}^3(c^2-a^2)}{E(c^2-b^2)(b^2-a^2)}$

即

第二步：复算过盈量；

用ansys软件建模，将锁紧套的结构场和温度场耦合后进行计算，也得到一个半径方向的过盈量δ，再将复算与初算结果比较，若复算与初算得到的δ在一个量级上，则得到的锁紧套过盈量范围合理；

第三步：确定过盈量与硬度的关系；

根据试验结果，过盈量与硬度的基本关系为：锁紧套硬度增高，过盈量会降低；锁紧套硬度降低，过盈量会增高；高硬度锁紧套的过盈量小于低硬度锁紧套的过盈量；

然后再根据硬度调整所述第一步和第二步得到的过盈量值；

第四步：明确锁紧套和活塞杆尺寸的测量方法；

具体测量方法为：从距一端10mm处向另一端顺序开始测量，相距≤60mm测一个截面，每个截面测8个点，并将测得的数据进行记录。