壓力—位移曲線在壓裝工藝中的應(yīng)用研究

鄧禮均　朱三江

摘 要：基于圓柱面過盈聯(lián)接的計算公式，對雙金屬卷制襯套壓裝過程的壓力變化規(guī)律進(jìn)行了研究，提出了一種通過監(jiān)控壓力-位移曲線來實(shí)現(xiàn)壓裝防錯的方法。

關(guān)鍵詞：壓入力；位移；壓力-位移曲線

1 概述

過盈連接是利用零件間的配合過盈來實(shí)現(xiàn)連接，這種連接結(jié)構(gòu)簡單，定心精度高，可承受轉(zhuǎn)矩、軸向力或兩者復(fù)合的載荷[1]，因此廣泛應(yīng)用于汽車零部件的裝配設(shè)計中。

在自動變速器油泵中，大量使用了雙金屬卷制襯套作為滑動軸承，卷制襯套通過與底孔之間的過盈配合實(shí)現(xiàn)連接，卷制襯套與底孔結(jié)合面的連接能力直接影響到油泵的正常工作。本文對卷制襯套的壓裝過程進(jìn)行研究，提出一種通過壓力-位移曲線監(jiān)控卷制襯套壓裝過程的方法，實(shí)現(xiàn)壓裝過程的防錯。

2 壓入力理論計算

卷制襯套壓裝是典型的圓柱面過盈聯(lián)接方式，其壓入力F可按式（1）進(jìn)行計算[2]。

F=πdlμp （1）

其中：d-配合直徑（mm）；l-壓入后配合長度（mm）；μ-配合面的摩擦因數(shù)，與配合面的材質(zhì)和表面粗糙度有關(guān)；p-配合面之間的壓強(qiáng)（MPa），根據(jù)式（2）計算得出：

其中：δ-配合面的實(shí)際過盈量（mm）；Ra1-底孔內(nèi)表面的輪廓算數(shù)平均偏差（μm）；Ra2-卷制襯套外表面的輪廓算數(shù)平均偏差（μm）；d1-底孔內(nèi)徑（mm）；d2-卷制襯套外徑（mm）；ν1-底孔材料的泊松比；ν2-卷制襯套外表面材料的泊松比；E1-底孔材料的彈性模量（MPa）；E2-卷制襯套外表面材料的彈性模量（MPa）。

從式（1）和式（2）可以得出結(jié)論，卷制襯套壓裝到底孔的過程中，理論上其壓入力F與壓入后配合長度l成線性關(guān)系，隨著配合長度l的增加，壓入力F逐漸增大，如圖1所示。

3 壓力-位移曲線的生成

圖1是卷制襯套壓裝到底孔的壓裝過程示意圖：壓力傳感器、位移傳感器和壓頭均固連在固定板上，在壓裝過程中，壓力傳感器將采集的實(shí)時壓力信號通過通訊線路傳輸?shù)焦た貦C(jī)上，同時位移傳感器將采集的實(shí)時位移信號通過通訊線路傳輸?shù)焦た貦C(jī)上，工控機(jī)將實(shí)時的壓力和位移信號處理后就可以得到壓力-位移曲線。

將圖2中初始位置的位移量設(shè)置為原點(diǎn)，則得到的壓力-位移曲線如圖3所示。

3 壓力-位移曲線的應(yīng)用

3.1 壓力-位移曲線的防錯原理

由式（1）和式（2）可知，對于材質(zhì)、外形尺寸已經(jīng)確定的卷制襯套和底孔，其壓裝過程中的壓入力與配合長度、過盈量以及配合面的表面粗糙度有關(guān)，根據(jù)實(shí)際的壓裝經(jīng)驗(yàn)，相同條件下，過盈量越大、配合面越粗糙則壓入力將越大。

基于上述原理，可以通過一定的途徑分別得到過盈量最小、配合面粗糙度最好以及過盈量最大、配合面粗糙度最差情況下的壓力-位移曲線，稱為壓力-位移曲線下控制限和上控制限，如圖4，然后將下控制限和上控制限的曲線輸入到壓裝系統(tǒng)的工控機(jī)中，實(shí)現(xiàn)對所有卷制襯套壓裝過程的監(jiān)控。只有當(dāng)實(shí)際壓力-位移曲線處于上控制限和下控制限之間時，工控機(jī)才判定壓裝過程為合格，否則說明卷制襯套或底孔尺寸存在超差情況，工控機(jī)會判定壓裝過程為不合格，這就是應(yīng)用壓力-位移曲線實(shí)現(xiàn)防錯的原理。

3.2 壓力-位移曲線的窗口設(shè)置

壓力-位移曲線下控制限和上控制限一般是根據(jù)極限樣件的實(shí)際壓裝過程的壓力-位移曲線設(shè)置而成，下控制限極限樣件的過盈量和配合面粗糙度均按最小值為目標(biāo)進(jìn)行制造，上控制限極限樣件的過盈量和配合面粗糙度均按最大值為目標(biāo)進(jìn)行制造，為了避免制造誤差的影響，下控制限極限樣件和上控制限極限樣件的數(shù)量一般為各20～30套。將所有下控制限極限樣件的實(shí)際壓力-位移曲線取平均值作為最終的下控制限曲線，將所有上控制限極限樣件的實(shí)際壓力-位移曲線取平均值作為最終的上控制限曲線。

在實(shí)際的應(yīng)用中，一般設(shè)置三個窗口對壓裝的壓力和位移進(jìn)行控制，如圖5所示，其中壓力控制窗口1和壓力控制窗口2是根據(jù)上控制限和下控制限繪制的，窗口寬度為0.5～1mm，位移控制窗口是根據(jù)壓裝相關(guān)的軸向尺寸公差計算得出。

如圖6是實(shí)際壓裝過程的壓力-位移曲線，只有當(dāng)實(shí)際的曲線從左端穿入壓力控制窗口、從右端穿出壓力控制窗口，并且從下端穿入位移控制窗口、從上端穿出位移控制窗口時，壓力-位移曲線才是合格，否則判定為壓裝不合格，這就實(shí)現(xiàn)了壓裝過程的防錯。

5 結(jié)束語

本文基于圓柱面過盈聯(lián)接方式壓入力的理論計算，對雙金屬卷制襯套壓裝過程的壓力變化規(guī)律進(jìn)行了研究，提出了一種通過監(jiān)控壓力-位移曲線來實(shí)現(xiàn)壓裝防錯的方法，確保了大規(guī)模生產(chǎn)時雙金屬卷制襯套壓裝的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]王文斌，等.機(jī)械設(shè)計手冊/第2卷[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]王賢剛，孫美麗，夏成勇.徑向滑動軸承過盈裝配變形的研究[J].潤滑與密封，2008（4）.