姜潔

（煙臺(tái)孚信達(dá)雙金屬股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264100）

1 軸承與軸的配合

機(jī)械設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的軸承，那么，與軸的配合問(wèn)題也是有參考的，普通軸承對(duì)應(yīng)的最常見(jiàn)深溝球軸承，輕載荷選用配合可以選k6，屬于過(guò)渡配合。這個(gè)配合也是最常用的，相信很多工程師都有過(guò)實(shí)踐證明是可行的。選用的關(guān)鍵在于輕載荷，這個(gè)概念很多工程師是沒(méi)有深究的，手冊(cè)是這樣描述的，輕載荷P ≤0.07C，中等載荷0.07C ≤P ≤0.15C，重載荷P ≥0.15C。那么，很多工程師只要認(rèn)為載荷不大，都會(huì)選用這個(gè)配合，但是，作為設(shè)計(jì)者要精益求精，很多時(shí)候載荷更小是可以選用h6，甚至大間隙配合，例如，料架上的軸承導(dǎo)向輪，轉(zhuǎn)速低載荷很弱，選用h9 的軸完全沒(méi)有問(wèn)題，裝配簡(jiǎn)單，加工更經(jīng)濟(jì)，但是，這個(gè)配合安裝到鋸切機(jī)主軸，會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)速高而出現(xiàn)問(wèn)題，雖然載荷并不大，因此轉(zhuǎn)速也是影響配合選擇的因素。機(jī)構(gòu)的精度要求也是重要選項(xiàng)，就算低轉(zhuǎn)速，但是結(jié)構(gòu)精度要求高，那也是需要選用過(guò)渡配合的，因?yàn)殚g隙配合的機(jī)構(gòu)精度以及可靠性都是不及過(guò)渡配合的。

2 皮帶輪、鏈輪與軸的配合

對(duì)皮帶輪、鏈輪與軸的配合進(jìn)行分析，皮帶輪一般都是高轉(zhuǎn)速電機(jī)直帶，參考手冊(cè)，工況選用H8/h8 或H7/k6 間隙或過(guò)渡配合都是可以的，為了防止松動(dòng)脫落，采取輔助的頂絲等固定手段完全可以滿足使用需求；有人可能會(huì)想，既然有頂絲等固定手段，那么，我是不是應(yīng)該選用更經(jīng)濟(jì)的配合比如H12/h11 呢？的確低速低精度情況是可行的，但是很遺憾，帶輪一般都工作在高轉(zhuǎn)速下，因此間隙配合定心作用不如過(guò)渡配合，選用間隙配合容易出現(xiàn)跳動(dòng)大、機(jī)械振動(dòng)等問(wèn)題。鏈輪的孔與軸采用基孔制，一般采用H7/h6 或H7/k6。有工程師會(huì)考慮減速機(jī)帶鏈輪，頻繁正反轉(zhuǎn)，載荷又重又復(fù)雜，是不是應(yīng)該采用過(guò)盈配合。鏈輪在某些重載情況下，即使有頂絲或者端蓋，實(shí)踐證明，也是無(wú)法阻擋鏈輪松動(dòng)的事實(shí)。例如，大減速比減速機(jī)通過(guò)鏈輪帶動(dòng)高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的鋼輥，頻繁正反轉(zhuǎn)啟動(dòng)，瞬間的沖擊重載對(duì)于過(guò)渡配合的鏈輪，一般的防松手段是不起作用的，依然會(huì)造成松動(dòng)。然而鏈輪在重載的時(shí)候一般轉(zhuǎn)速低，即使產(chǎn)生松動(dòng)，也不會(huì)對(duì)配合的孔、軸、鍵的壽命產(chǎn)生異常影響，那么，過(guò)渡配合就是允許的，但要采取措施保證軸向定位即可，確保即使松動(dòng)也不會(huì)產(chǎn)生軸向位移，例如，可以采用定位套的辦法解決；如果高轉(zhuǎn)速重載荷，如果配合產(chǎn)生松動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)構(gòu)壽命，只能退而求其次，采用多鍵、花鍵等方式來(lái)改善機(jī)構(gòu)載荷分布，作為易損件進(jìn)行周期更換，如果條件允許能采取過(guò)盈配合，從根本上解決機(jī)構(gòu)壽命問(wèn)題是最好的辦法。具體采用哪種方式，要依據(jù)停機(jī)允許時(shí)間、加工能力、裝配手段來(lái)選擇，比如很多工廠沒(méi)有壓力機(jī)等手段，對(duì)于過(guò)盈配合是沒(méi)有能力裝配的，這種情況需要多結(jié)合實(shí)際情況，否則，極容易造成理論可行、實(shí)際沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)的局面。

3 機(jī)翻鋼機(jī)的夾送驅(qū)動(dòng)裝置

我們以軋機(jī)翻鋼機(jī)的夾送驅(qū)動(dòng)裝置為例，分析孔與軸的配合選用，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。工作要求夾送輪夾緊鋼坯，并轉(zhuǎn)動(dòng)將鋼坯送入軋機(jī)，由軋機(jī)軋輥進(jìn)行軋料，當(dāng)材料軋出軋機(jī)時(shí)，需要夾送輪夾持軋件，牽引軋件，給予一定張力。

圖1

從工作條件要求及相關(guān)參數(shù)計(jì)算判斷，該機(jī)構(gòu)軸承與軸載荷主要為徑向力，且屬于重載中高轉(zhuǎn)速工況，理應(yīng)選過(guò)盈配合，但是，該設(shè)計(jì)配合選用k6，因?yàn)檩S的直徑達(dá)到了60mm，實(shí)際生產(chǎn)中沒(méi)有條件使用壓力機(jī)，只能采用簡(jiǎn)單作業(yè)大錘安裝，如果采用更大的過(guò)盈配合，是很難進(jìn)行拆裝的；同時(shí)也考慮到夾送輪更換周期到期時(shí)，為了可靠性同時(shí)也要更換軸承，保證在更換周期內(nèi)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)即可；為什么不采用間隙配合呢，因?yàn)樵摴r重載且屬于中高轉(zhuǎn)速，間隙配合會(huì)帶來(lái)減速機(jī)處配合問(wèn)題，以及軸承壽命問(wèn)題，所以需要保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定提高壽命就排除了間隙配合。

4 夾送輪與軸的工況分析

夾送輪與軸的工況同樣屬于重載，既有徑向力也有往復(fù)的切向力，按照載荷理論易選用過(guò)渡配合和過(guò)盈配合，但這選用花鍵大徑定心H8/f7，也是受到結(jié)構(gòu)以及裝配條件限制，只能采用間隙配合方便安裝，也因此犧牲了軸的壽命，實(shí)際應(yīng)用中，夾送輪與軸的壽命幾乎是相同的，也證實(shí)了軸的壽命受到了縮減，如果采用過(guò)盈配合，軸是不受磨損的，壽命問(wèn)題幾乎可以忽略。減速機(jī)與輸入軸之間的受力只有切向載荷，理論上徑向載荷已經(jīng)被軸承所分擔(dān)，所以軸承不采用間隙配合，否則，容易出現(xiàn)減速機(jī)受到徑向載荷。在切向方向上則屬于輕載，因此選用H7/h6 的間隙配合即可，應(yīng)用后也證明減速機(jī)與軸的配合沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。在最初的設(shè)計(jì)中，減速機(jī)與軸的配合，按照印象經(jīng)驗(yàn)就應(yīng)該是重載，沒(méi)有仔細(xì)計(jì)算，因此采用了H7/k6 的過(guò)渡配合，由于配合面長(zhǎng)度大，因此造成了裝配的異常困難，經(jīng)過(guò)更改設(shè)計(jì)減小輸入軸尺寸后，才順利裝配。細(xì)心的設(shè)計(jì)師可能會(huì)發(fā)現(xiàn)花鍵配合問(wèn)題，為什么會(huì)選用大徑定心H8/f7？按照機(jī)械手冊(cè)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)不應(yīng)該是小徑定心嗎？這里考慮的主要是加工手段，因?yàn)槭菃渭×可a(chǎn)，作為外花鍵的小徑是很難保證標(biāo)準(zhǔn)尺寸的，需要磨床來(lái)加工，效率低下成本高；如果采用大徑定心，外花鍵采用外圓磨，花鍵孔采用線切割，不僅加工成本低，而且很容易實(shí)現(xiàn)精確配合。

5 關(guān)節(jié)軸承與軸、滑動(dòng)襯套與軸的分析

常見(jiàn)的關(guān)節(jié)軸承與軸、滑動(dòng)襯套與軸，此類(lèi)配合常見(jiàn)于油缸、氣缸桿端關(guān)節(jié)軸承與連接端采用。這類(lèi)配合可以選用7 級(jí)/6 級(jí)的配合公差，也可見(jiàn)到12 級(jí)/11 級(jí)的配合公差，那么，我們什么時(shí)候該選擇何種精度等級(jí)，關(guān)鍵看需求，當(dāng)你對(duì)機(jī)構(gòu)精度沒(méi)有高的要求時(shí)，那就選低精度等級(jí)配合，節(jié)省成本，反之，則選用高精度的滿足精度需求。雖然低精度不利于重載，但機(jī)構(gòu)的壽命是在精度失效的前提下判斷的，在此類(lèi)機(jī)構(gòu)中機(jī)構(gòu)與受力簡(jiǎn)單，一般不存在精度失效。而在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)與受力復(fù)雜，載荷伴隨著存在的旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)磨損，很容易造成機(jī)構(gòu)間隙逐漸擴(kuò)大最終超出范圍導(dǎo)致機(jī)構(gòu)不穩(wěn)定、設(shè)備震動(dòng)等異?，F(xiàn)象而失效，因此，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中一般選用精度高的配合，一旦遇到滑動(dòng)摩擦載荷條件更要嚴(yán)格限制。

載荷是孔與軸的配合選定的關(guān)鍵參數(shù)，很多工程師對(duì)載荷的概念容易出現(xiàn)誤解，認(rèn)為力量大的就是重載，力量小的就是輕載，這是個(gè)錯(cuò)誤的意識(shí)，載荷是相對(duì)的，考究的是單位面積的相對(duì)受力情況。比如，材料強(qiáng)度為10MPa，假設(shè)1MPa 為輕載，5MPa 為重載，那么，如果材料強(qiáng)度為200MPa，5MPa 對(duì)于它也只算得上輕載，所以這里的載荷是相對(duì)的。載荷的認(rèn)定對(duì)配合的選用起主要作用，一旦判斷錯(cuò)誤，很容易造成機(jī)構(gòu)精度失效。例如齒輪與軸的配合就很大程度上依賴(lài)載荷判定，在不需要相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下，輕載選間隙配合也是需要配合頂絲等來(lái)固定，防止配合部位產(chǎn)生松動(dòng)發(fā)生滑動(dòng)摩擦，中載更是要考慮給予一定的過(guò)盈量，如此才能避免配合部位的磨損造成機(jī)構(gòu)失效，在需要滑動(dòng)的配合情況必須采用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑，以此減低配合部位的滑動(dòng)磨損，延長(zhǎng)機(jī)構(gòu)壽命。

6 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)中孔與軸的配合選用，需要考慮載荷、轉(zhuǎn)速、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、潤(rùn)滑條件、機(jī)構(gòu)精度、機(jī)構(gòu)壽命、加工與裝配的經(jīng)濟(jì)性等理論因素，同時(shí)，我們也需要結(jié)合實(shí)際條件，考慮機(jī)構(gòu)的運(yùn)行工況、零部件可以選擇的加工方法、可以選擇的裝配條件以及其他相關(guān)作業(yè)環(huán)境等。只有理論結(jié)合實(shí)際，善于用實(shí)際與理論互相論證其準(zhǔn)確性與可行性，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，才能對(duì)孔與軸的配合選擇思路清晰、得心應(yīng)手，設(shè)計(jì)的相關(guān)機(jī)構(gòu)配合既經(jīng)濟(jì)實(shí)用又穩(wěn)定可靠。