过盈配合加热拆卸方法「大型齿轮拆卸加热方式」

今天带来过盈配合加热拆卸方法「大型齿轮拆卸加热方式」，关于过盈配合加热拆卸方法「大型齿轮拆卸加热方式」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

电加热实现过盈热装齿轮的拆卸方法

摘要：文章根据过盈配合的原理，分析了挤压造粒机同步过盈热装齿轮在检修拆卸过程中存在的问题，并通过过盈配合装配压力的计算，根据热胀冷缩原理，分析对比了三种传统的拆卸方法在使用过程中存在的问题，以及在使用过程中对工件的影响和使用范围的限制。提出了电加热拆卸过盈热装齿轮的方法，并在检修前先采用相同材料的试样进行试验和数据采集和分析，然后在实际检修过程中进行了应用和验证。为大型已装配工件以及现场没有专门拆卸装备的齿轮与轴的拆卸提供了借鉴经验。

关键词 过盈配合 齿轮拆卸 电加热 硬度 热胀冷缩

1引言

某石化公司20×104t/a聚乙烯装置挤压造粒机组采用日本Kobe株式会社1993年出厂的KCM300G型非啮合同向旋转连续混炼机，该机组螺杆和同步齿轮安装轴作为一体（见图2-1），同步齿轮采用键连接和过盈配合相结合的方式安装在螺杆上。该机组自1997年投入使用至2011年，所有部位的滚子轴承都超过设计使用寿命，需要在大修的过程中进行轴承更换。

2过盈热装齿轮拆卸过程存在的问题

过盈配合就是利用材料的热胀冷缩性能将孔胀大，将包容件（孔）安装入被包容件（轴），当包容（孔）件在复原时，对被包容件（轴产生的箍紧力，使两个零件连接，过盈配合在机械装配过程中普遍存在，特别是齿轮与轴的连接。由于挤压造粒机组螺杆承受巨大扭矩且在运行过程中承受冲击载荷，因此驱动同步齿轮与螺杆轴采用同步齿轮采用键连接和过盈配合相结合的方式安装在螺杆上见图1，机组主要参数见表1。同步齿轮基本尺寸见图2和3，螺杆材料SFCM880S，同步齿轮材料及材料力学性能见表2-2。该材料渗碳、淬火、低温回火后有良好的综合力学性能、有较高的淬透性,可用于制造截面较大的零件,用于要求强度高、表面硬度高、韧性高的渗碳件齿轮。

图1齿轮及螺杆组装实物图

表1 挤压造粒机组参数

图2 同步齿轮正视图 图3 同步齿轮侧视图

表2 同步齿轮材料及力学性能参数表

2.1过盈配合齿轮拆卸力学分析

根据图1和2的数据分析，并最终确认两者为过盈配合，过盈量为0.20mm。装配及拆卸需要的最大压力(拉)力F计算公式为③

Pxe=PfmaxπdfLfμ （1）

式中Pxe ----解脱过盈联接过程施加的最大轴向力 N;

Pfmax-----工件结合表面承受的最大单位压力 N/mm2;

df----------结合面的基本直径 mm;

Lf---------结合面的基本长度 mm；

μ---------结合面摩擦系数，钢与钢的无润滑摩擦系数为0.12；

最大单位压力Pmax-计算公式为③

式中

--------最大过盈量 mm；

Cμ---------被包容件的刚性系数;

Ci-----------包容件的刚性系数;

Eμ Ei---分别为包容件和被包容件的材料弹性模量，钢件的弹性模量取230KN/mm2;

系数Cμ Ci的计算公式为

2.2同步过盈热装齿轮拆卸问题分析

2.2.1采用传统的直接压出的方法(图4)，需要9409KN，整个齿轮和螺杆完成装配后尺寸非常大，压出装备要有足够的压力吨位，压出装备吨位约为压出力的1.3～1.5倍③，初步使用90吨液压千斤顶进行拔拉，制作特殊的工装进行拆卸，拉杆出现变形断裂，齿轮配合部位没有任何反应。

图4直接冷拉工装图

2.2.2如果采用普通的冷拉方式直接将齿轮拉出后，螺杆轴表面或同步齿轮内表面会产生很深的划痕，影响到后续的修复及两边轴承的装配，甚至可能将齿轮拉变形而报废，由于该机组整体进口，备件的制造周期10～12个月，将造成重大的经济损失。

2.2.3若采用传统的环形喷嘴多只风焊进行加热的方法拉出，包容件加热时，要避免局部过热，经过热处理的结合体加热温度要低于回火温度③。由于火焰温度无法掌握，极易出现齿轮表面退火、齿轮扭曲变形、硬度减低的风险，从而引起回装后齿轮表面因变形、硬度降低齿轮材料的疲劳强度和配合精度。

2.2.4介质加热槽加热，配合件热胀均匀，可用沸水、蒸汽槽加热温度可达120℃，热油槽温度90～320℃，但包容件与被包容件均受热膨胀，无法拆出。

2.2.5 感应加热，加热温度可达400℃以上，加热时间短，调节温度方便，热效率高，但需要专业制造厂设计制造专门的工装，短期内无法实施。

3同步过盈热装齿轮拆卸解决措施

通过结合图1、图2以及表2分析组合工件的结构特点及材料特性和制造工艺，发现同步齿轮类似于一个薄壁齿圈，而且齿轮与螺杆轴向结合较长。另外根据热胀冷缩的公式

因此若不考虑其他因素的影响，同步齿轮与螺杆轴的过盈配合只需形成82℃的温差即可形成间隙配合，完成拆卸工作。

3.1 加热方式的选择

考虑到同步齿轮的重要性、加工精度、热传导的作用，根据表2的相关信息，同步齿轮材料经过渗碳、双淬火和低温200℃回火的热处理工艺，机组制造商使用这种热处理工艺的渗碳合金钢，是充分利用了齿轮表面渗碳层金相组织主要由马氏体组成，因其具有高的硬度，从而保证了齿轮表面具有高的硬度、耐磨性和高的接触、疲劳、弯曲强度，保证了齿轮零件能够适应机组交变冲击载荷工况和传递大扭矩载荷的需要。鉴于齿轮制造的热处理工艺，在拆卸过程中必须防止齿轮表面硬度降低。根据同步齿轮的与配合方式及温差的计算结果，需要的加热温度处于渗碳钢回火温度150℃～200℃的范围②。为了防止齿轮零件低温回火，采用电阻式或辐射加热，加热温度可达400℃以上，表面洁净，加热温度和速度易于控制③。初步用焊后热处理工装电加热的方式对同步齿轮齿圈进行加热的方式（见图5），由于低温回火热处理的时间一般都在达到目标温度要保温2～3小时②，我们在拆卸过程中必须控制加热时间，避开回火时域，控制热量迅速传到螺杆轴上避免产生螺杆轴的膨胀。在加热过程中使用快速加热自动恒温控制系统控制加热温度，优化加热速度10分钟内升到190℃（图6），并采用图2-7的工装相结合的方式，使用90吨液压千斤顶进行拔拉，发现液压机操作手柄动作困难，无法拉出同步齿轮。根据同步齿轮制造及热处理工艺，决定将加热温度提升至250℃，升温时间8分钟，此时齿轮顺利、轻松的被拉出（图7、图8）。

图5 电加热工装 图6 第一次加热控制温度

图7 第二次加热温度控制 图8 齿轮开始拆除

3.2 防止齿轮加热后硬度变化的措施

为了确保采用电加热方式的可行及可靠，采用表2-1与进口材料相近的国内牌号12CrNi3，并采用相同的淬火和回火工艺的试件并进行试验，用不同的加热温度检测试件的硬度变化，结果如表3，由表可以看出齿轮在250℃时硬度不变，可以对齿轮加热温度不超过250℃。

表3 试件及齿轮加热前后硬度检测数据

4传统拆卸方式与电加热方式对工件的影响

采用传统的冷拉、火焰加热等方式会使齿轮及螺杆结合部位深度损伤、出现齿轮表面退火、齿轮扭曲变形、硬度减低，从而引起回装后齿轮表面因变形、硬度降低齿轮材料的疲劳强度和配合精度降低，导致齿轮及螺杆整体报废，进口整套螺杆需要10～12个月，每套月300万左右，而因此引起的装置停车损失更是令企业无法承受。

本文所使用的新型拆卸方法使用焊后热处理工装，不需要定制专门的设备，拆卸过程至需要消耗部分电力，不到清洁、高效而且对齿轮工件及整个组件没有任何影响。

5结语

对于大过盈量、大型已装配工件以及现场没有专门拆卸装备的齿轮与轴的拆卸，只要注意加热温度和加热速度等关键控制点，使用焊后热处理工装电加热可以将过盈热装齿轮安全可靠地拆卸，且齿轮的表面硬度以及配合面的粗糙度都没有受到影响，满足了多次拆卸装配的要求，同时因焊后热处理工装灵活多变、便于移动、运输的特点可以广泛应用于过盈热装配工件的拆装。