大尺寸轴毂的过盈连接与电磁感应热套法.pdfVIP

第 4 期 总第 173 期 2012 年 8 月 机 械 工 程 与自 动 化 M EC H A N IC A L E N G IN E E R IN G A U T M A T I N N O 4 A ug 文章编号 1672 6413 2012 04 0102 03 大尺寸轴毂的过盈连接与电磁感应热套法 刊 培 明 揭 阳职业技术学院 机 电系 广 东 揭 阳 522000 摘要 介绍 了大尺 寸轴毂过盈连接 的过盈量确定方法和 电磁感应热套法 的热套装置结构 热套 温度及功 率的 计算方法 该热套法具有热套质 量高 热效 率高 温度易于控制 环境 清洁等优点 关键词 轴毂 过 盈 电磁感 应热套法 热套温度 中图分 类号 T H 131 7 文献标识码 A 0 引言 在食品 机械制造 金属加工等工业 中 常采用大 尺寸轴毂过盈连接 如配合尺寸 25O 以上 传递较大 的功率 如压榨机 水轮发电机 铝热轧机等设备 这些 设备的转速低 载荷大 轴毂受到大力偶矩的作用 其 配合面必经具有足够的摩擦力 这就要求轴毂的配合 面有足够的过盈量 工程上的过盈连接方法有机械压 入法 油压法 热胀法等 针对上述设备轴毂尺寸大 过 盈量大 传递功率大的特点 可采用电磁感应热套法进 行过盈连接 与压人法或加热法相比 电磁感应热套法 具有投资少 加热时间短 参数易调节 热效率高 不擦 伤配合表面 易于操作等优点 本文以压榨机轴毂过盈 连接为例 介绍大尺寸轴毂过盈量的确定方法和过盈连 接的电磁感应热套法 1 过盈量的确定与轴毂尺寸公差 1 1过 盈量 的计 算方 法 确定合适的过盈量是轴毂过盈连接 的关键 过盈 量太小会产生 滑毂 现象 工作 时轴与毂相对 滑动 太 大则会 产 生 爆 毂 现 象 毂 爆 裂 按 照 参 考 文 献 1 可根据传递功率 轴毂的几何 尺寸和轴毂材料 的 弹性模量 泊松比等参数计算 出最小过盈量 n 根据 轴毂材料的屈 服强度或抗拉强度计算 出最大过盈量 选取过盈量为 2 由于 与 相差较大 且 的计算没有考虑表面粗糙度 轴毂工 作温度差等因素的影响 因此这只是一种估算 准确性 较 低 在 实际 工作 中 考 虑下面 因素 进行过 盈量 的补 偿 1 考虑配合的可靠性 取安全系数为 2 1 2 3 过盈量补偿值应为 2 1 2 3 i 1 2 考虑配合面 的粗糙度引起 的测量误差 过盈 补偿 量 为 2 1 2 R z R Z2 2 其中 R 和 R 分别为轴和毂的表面粗糙度值 m 3 当轴毂工作有温度差时 过盈量补偿值为 m a2 2 to 一a1 1一t0 x 1O 3 其中 t t 分别为工作时轴温度 毂温度 装配时的 环境温度 a a 分别为轴 毂的线膨胀系数 一 于是 过盈 量 m 为 一 瓯 赴 4 图 1 为某型号压榨机的压榨辊轴毂过盈连接 传递 功率为 118 3 kw 直流电机功率 355 kW 带动 3 个压 榨辊 轴转速为 6 76 r m i n 按文献El i 的方法计算 出 i 41 6 m 取 安 全 系 数 为 2 3 R z 一 6 3 m R z2 25 m l 40 t2 65 to一25 轴 钢 al 一1l 10 毂 铸铁 一10 10 将 数值代人式 1 式 4 计算得过盈量 3 226 btm 1 2 轴 毂公 差的确 定方 法 以计算得到的过盈量 作为尺寸极限偏差的最小 收稿 日期 2012 0 4 05 修 回日期 2012 04 17 作者简介 孙培 明 1963一 男 广东揭 阳人 高级工程师 本科 研究方 向 低速重载荷机械及起重技术 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2012 年第 4 期 孙培 明 大尺寸轴毂的过盈连接 与电磁感应 热套 法 10 3 过盈量 的参照值 必须使 3 时 取 d 800 d 9oo 当 L 3 时 取 d 9OO d 1 000 考虑毂材料几何形状 测量误差等因素的影响 为 确保有足够的热套间隙 实际热套温度取 一1 1 t 1 2 t 如 图 1 所 示 的 轴 毂 热 套 其 参 数 为 383 m t0 25 口 2 10 x 10 396 800 0 47 m 将数值代人式 5 算得 t 一248 实际热 套 温度 为 一1 15t 一285 2 3确 定 热套装 置 的功 率 线圈接通 电源后 毂的温度逐渐上升 假设热套装 置没有保温功能 即毂是裸露于空气中 当毂的温度升到热套温度时 温度处于稳定状态 若忽略磁滞损耗及线圈导线发热损耗 则线圈的功率 损耗 P kW 等于对流热损失和辐射热损失之和 根 据传热学及化工原理理论 对这种对 流和辐射的 复合热损失 可把对流换热和辐射换热用同种形式的 公式表示 因为毂的热套温度与环境温度相差较大 属 于紊流传 热 毂对 周 围空 气 的辐 射角 系 数 为 1 P kw 的计算公式为 P 口 A t to 6 其中 a 为辐射换热系数 口 一 笠 w 口 为对流换热系数 a 一I 35 一t 10 kW m A 为毂换热面积 m 为毂的黑度 铸铁为 0 7 Co 为 毂 的 黑 体 发 射 系 数 铸 铁 为 5 669 W m K 压榨机的毂为圆筒形 材料为特种铸铁 其换热面 积为 A 手 2 7r 2L 7 其中 第 3 项为毂 内孔的等效换热面积 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 10 4 机 械 工 程 与 自 动 化 20 12 年 第 4 期 图 3 为压榨机毂结构简图 将图 3 中几何尺寸代 入式 7 计算算得到换热表面积 A 5 28 m z 再将 其他参数 t 285 t0 25 e 0 7 代入式 6 算得 P 3O 5 kW 根据计算得出的功率 P 用 电工手册的 公式计算出线圈匝数 电流强度 功率密度 选取裸导 线 本例 中毂 热 套 装 置 线 圈 匝数 为 120 匝 选 用 50 m m 的铜芯裸绞线 图 3 压 榨 机 毂 结 构 简 图 实际上 在热套过程 中 毂是有保温的 热套消耗 的功率用于毂升温吸收的热量 Q 和热损失 q 热套过 程消耗的功率是变化 的 用式 6 计算 的功率 能保证 当毂温度升高到热套温度 时 线 圈功率满足 P Q 口 使毂达到热套温度 并能按工艺要求控制热套温度的 上升速度 采用这个方法计算的线圈功率 所制成的热 套装置已成功热套压榨机的轴毂 100 多个 能承受超过 轴毂设计传递功率 即电机额定功率 25 以内的功率 传递 不出现 滑毂 或 爆毂 现象 设备运行安全可靠 对按上述方法装配的两座压榨机进行传递功率测 试 直流电机功率 355 kW 以 10 ra i n 平均功率为功率 数据 每隔 30 m i n 测量一次 具体数据见表 1 表 1压榨 机 10 m i n 平均功率 3 结束 语 从表 1 可知 压榨机轴毂连接传递 最大功率超过 额定功率 11 8 采用 电磁感应热套法进行大尺寸轴毂过盈连接 与液压压人法或电加热法相比 具有 以下优点 1 设备简单 投资低 如一台液压压入机投入在 l 0 万元 以上 而一个热套装置仅 2 万元左右 2 生产成本低 如图 l 所示的轴毂热套 耗电仅 300 度 左右 不需 要辅 助材料 3 热套可靠性高 环境清洁 对配合面没有造成 损伤 过盈连接的质量好 4 加热均匀 辅助工作少 这是电加热法无法 比 拟 的 5 参数易于控制 操作方便 可增加 自动控制系 统 达到 自动控制操作 因此 电磁感应 热套法是一种 节能环保 可靠性高 投资少 可实现 自动化操作 的装 配方 法 参考 文献 13成 大先 机械设计手册 M 第 5 版 北京 化学 工业 出版 社 20 10 23濮 良贵 纪名 刚 机 械设 计 M 第 7 版 北京 高 等 教育 出版社 2001 3 周勤芳 公差与技术测量 M I 第 2 版 上海 上海交通大 学 出版社 2005 4 史 文 卿 水 轮发 电机 转 子支 架 电磁 感 应 热 套 工艺 研 究 J 上海大 中型 电机 2007 1 29 31 53 俞 佐 平 传 热学 M 第 3 版 北 京 高 等 教 育 出版 社 199 5 6 谭天恩 窦梅 周明华 化工原理 M 第 2 版 北京 化学 工业 出版社 1990 In terferen c e C on n ec ti on fo r L a rg e si zed H u b an d E l ec trom agn eti c In d uc ti on S h ri n age F i t SU N P ei m i n g D epartm ent of M ec han i c al and E l ec tri c al E ngi neeri ng Ji eyang V oc atio nal and T ec hni c al C ol l eg e Ji eyang 522000 C hi na A bstrac t T hi s p ape r i ntrod uc es th e d eterm i n ati o n m eth od fo r i n terfere nc e am o u nt of l arge si zed h ub p uts em p hasi s on th e d evi c e struc ture and the c a l c u l ati o n m eth od s o f h eati n g tem peratu re an d p ow er for el ec tro m ag neti c i n d uc ti o n sh ri n age fi t T he el ec tro m ag n eti c i nd uc ti on sh ri na ge fi t m etho d has the ad van tages o f h i gh q ua l i ty h i g h h ea t effi c i en c y te