簡單分析汽車飛輪齒圈過盈裝配加熱感應(yīng)器設(shè)計(jì)及工藝調(diào)試

摘要：飛輪齒圈是往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的重要部件，齒圈與配合軸徑為過盈配合，利用熱脹冷縮的原理，齒圈加熱到一定溫度，使其內(nèi)徑增大，與曲軸的裝配由原有的過盈配合轉(zhuǎn)變?yōu)殚g隙配合套裝在曲軸上，通過特殊的機(jī)械裝置保證裝配精度，然后通過吹風(fēng)、靜置等方式使齒輪冷卻內(nèi)孔收縮與曲軸可靠連接。

關(guān)鍵詞：飛輪齒圈；過盈裝配；感應(yīng)加熱；熱脹冷縮

1. 問題的提出

飛輪齒圈是往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的重要部件，齒圈與曲軸配合軸徑為過盈配合（見圖1），利用熱脹冷縮的原理，齒輪加熱到一定溫度，使其內(nèi)徑增大，與曲軸的裝配由原有的過盈配合轉(zhuǎn)變?yōu)殚g隙配合套裝在曲軸上，通過特殊的機(jī)械裝置保證裝配精度，然后通過吹風(fēng)、靜置等方式使齒輪冷卻內(nèi)孔收縮與曲軸可靠連接。裝配尺寸要求齒輪內(nèi)孔尺寸φ39.995mm，曲軸軸徑φ40mm，裝配最大過盈量0.081mm，裝配最小過盈量0.04mm。


       
圖1 齒輪、曲軸裝配關(guān)系示意

技術(shù)難點(diǎn)：加熱溫度的均勻性、內(nèi)孔膨脹量、加熱溫度不能超過250℃（溫度過高會嚴(yán)重影響被加熱齒輪的硬度、平面度等）。內(nèi)孔較小的加熱感應(yīng)器制作也是一個(gè)難點(diǎn)。

關(guān)鍵點(diǎn)：零件尺寸與感應(yīng)器結(jié)構(gòu)的配合選用，本文重點(diǎn)介紹感應(yīng)器的設(shè)計(jì)，附帶感應(yīng)器調(diào)試過程中的參數(shù)，對于設(shè)計(jì)、調(diào)試、生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)意義。

2.設(shè)備描述

設(shè)備組成部分：感應(yīng)加熱電源、感應(yīng)器、測溫系統(tǒng)、主機(jī)機(jī)械部分（含夾持機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、壓裝機(jī)構(gòu)、冷卻水系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)），如圖2所示。


       
圖2 加熱壓裝設(shè)備

3.電源參數(shù)

電源參數(shù)：工作電壓380V（三相），頻率50Hz；工作電壓342～430V；振蕩頻率10～40kHz（頻率隨感應(yīng)器圈數(shù)變化）；最大輸入電流48A；額定輸出功率30kW。

4.壓裝過程設(shè)定

右側(cè)尾座裝夾齒輪→感應(yīng)器到達(dá)加熱位置→電源加熱啟動→感應(yīng)器退回原位→右側(cè)尾座攜帶齒輪左移緩慢到達(dá)裝配位置→靜置等待齒輪降溫→右側(cè)尾座后退→裝配完成。

5. 感應(yīng)器設(shè)計(jì)

（1）常規(guī)的螺旋式內(nèi)孔加熱式感應(yīng)器，如圖3所示。內(nèi)孔加熱式壓裝工藝見表1。


       
圖3 螺旋式感應(yīng)器（d1=d－6）



（2）蚊香式端面加熱感應(yīng)器 如圖4所示（φ內(nèi)=d+8，φ外=D-32，φ內(nèi)、φ外需根據(jù)加熱溫度進(jìn)行調(diào)整，數(shù)據(jù)僅供參考；線圈與齒輪的間隙a根據(jù)加熱溫度進(jìn)行調(diào)整)。加熱參數(shù)見表2。


       
圖4 蚊香式端面加熱



根據(jù)試驗(yàn)，得出齒輪加熱感應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。



6. 注意事項(xiàng)

（1）感應(yīng)器設(shè)計(jì)強(qiáng)度要足夠，始終保持線圈與工件的間隙一致，且匝間距固定不變，否則加熱效果會差別很大。
（2）齒輪熱裝必須緩慢加熱，因此感應(yīng)器與工件的間隙不能按常規(guī)淬火加熱感應(yīng)器設(shè)計(jì)，一般要求a＞3mm。
（3）加熱功率不能太大，否則內(nèi)孔溫度升溫很快，而漲大量不夠，或漲大量不均勻。
（4）不同直徑和厚度的齒輪，加熱完成之后可能需要一定時(shí)間的均溫，其漲大量才能達(dá)到裝配需要。
（5）裝配速度必須緩慢，過快容易造成刮傷或損壞工裝。
（6）裝配完成之后，必須對齒輪進(jìn)行吹風(fēng)、靜置等冷卻，否則內(nèi)孔縮小量不夠，尾座退出的時(shí)候，可能會使齒輪偏離一定的距離，從而使得裝配精度達(dá)不到要求。
（7）對于熱裝過程中出現(xiàn)裝配尺寸不到位或偏離的情況，廠家可以根據(jù)需要增加相應(yīng)的齒輪加熱拆卸設(shè)備。