薄璧件过盈配合松动机理研讨

薄璧件过盈配合松动机理研讨

覃红

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摘要： 某型变速器输出端传感器转接头，采用常规较大过盈量的过盈配合，但转接头为薄璧件，发生转接头松动。针对该现象，对该过盈配合传感器转接头工作过程进行分析、仿真计算，试验验证。结果表明传感器转接头的过盈配合连接设计强度不够，从而导至传感器转接头松动。

关键词： 过盈配合 薄璧件 转接头

引言：

过盈配合在机械产品设计中用得较多，薄璧件采用常规机械设计的过盈配合，易发生连接设计强度不够配合件松动现象，对其连接设计强度计算、仿真、研究。

1 现象描述：

用户反馈发现某型变速器输出端传感器转接头松动，无法安装，后更换后输出端轴承座和输出端传感器转接头后故障消除。

2 机理分析

2.1 工作原理

变速器输出端传感器转接头的工作原理如图1所示，转接头与后轴承座之间采用了常规机械设计较大过盈量的H6/s6过盈配合，转接头依靠与后轴承座之间的过盈配合来防止旋转、松动。

        图1、变速器输出端传感器转接头工作原理

2.2 原因分析建立故障树

对故障件进行了分析，针对变速器输出端传感器转接头松动故障，将变速器输出端传感器转接头松动作为顶事件，建立故障树如表1所示。

表1 故障树事件描述

3 仿真分析

仿真分析计算过盈配合连接设计强度；转接头螺纹孔为M16×1,转接头外圆尺寸为Ф20s6（20.035～20.048），薄璧件转接头璧厚仅2；后轴承座内孔尺寸为Ф20H6（20.000～20.013）。计算出该过盈配合直径方向最小过盈量为0.022，单边为0.011。后轴承座材料为QT500-7;转接头材料为45#钢。查手册，钢-铸铁配合摩擦系数为0.12～0.15（无润滑）。

按摩擦系数为0.12进行有限元分析；

计算出转接头与后轴承座在最小过盈量0.022（单边为0.011）时，最大传递力矩约为70N•m。见图2。

计算出转接头与后轴承座在在最大过盈量0.048（单边为0.024）时，最大传递力矩约为150 N•m左右。见图3。

图2最小过盈量0.022(单边过盈0.011)，产生滑动时力矩约为70N•m

图3、最大过盈量0.048(单边过盈0.024)，产生滑动时力矩约为150 N•m

该处螺纹是安装转速传感器，按标准JB/T6404-2011的要求4.8级M16螺栓拧紧力矩为111～132 N·m。根据有限元计算结果，当转接头与后轴承座之间的过盈连接处于下限时，所能承受的扭矩达不到使用要求，所以连接设计强度不够导致变速器输出端传感器转接头松动不能排除。

4 故障其它可能原因排查

4.1 后轴承座内孔尺寸不合格

测量返厂的后轴承座。实测后轴承座孔的尺寸为Φ20.025，超差0.012，超过公差幅值近1倍，后轴承座孔尺寸增大，将大幅降低该处过盈配合承受力矩的能力。所以，后轴承座内孔尺寸不合格导致变速器输出端传感器转接头松动不能排除。

4.2 转接头外圆尺寸不合格

测量返厂的转接头，发现转接头有敲击的伤痕，据了解，是服务站的维修人员在处理松动问题时敲击打毛、使零件外圆变形，以此来增大摩擦力所致（后来在用户的要求下更换了相关零件）。实测损伤较小处外圆尺寸为Φ20.055。考虑到零件有损伤，零件损伤前实际尺寸可能比测量值小，所以无法确定零件是否超差。转接头外圆尺寸不合格导致变速器输出端传感器转接头松动不能排除。

4.3 装配时未清洗干净，过盈配合面有油污

装配时如未清洗干净，过盈配合面有油污，将降低过盈配合的摩擦力，使过盈配合连接强度降低，经了解，装配工艺明确集件后要求清洗干净才能装配，现场零件装配前要在清洗池里清洗、去油封。所以，装配时未清洗干净，过盈配合面有油污导致变速器输出端传感器转接头松动可以排除。

4.4 用户安装传感器时扭矩过大

经了解，用户是按正常操作规范进行安装，我厂服务站维修人员到现场，也证实了变速器输出端传感器转接头松动，不是安装传感器时扭矩过大而引起的。所以，用户安装传感器时扭矩过大导致变速器输出端传感器转接头松动可以排除。

5  机理分析

转接头与后轴承座之间为薄璧件过盈配合，依靠过盈配合面之间的摩擦力来承受扭矩，其允许承受扭矩大小为过盈配合摩擦力×过盈配合面半径，由于过盈配合面半径只有10，且转接头为薄璧件。使该处过盈配合承受扭矩的能力较低，经计算，当转接头与后轴承座在最小过盈量0.022（单边为0.011）时，最大传递力矩只有70N•m，安装传感器时，如扭矩超过70N•m，转接头将会松动旋转。过盈配合连接设计强度不够，是导致变速器输出端传感器转接头松动的主要原因；后轴承座内孔尺寸超差，内孔尺寸增大，使过盈量减小，降低了该处过盈配合承受力矩的能力，是

导致变速器输出端传感器转接头松动的次要原因。

6  试验验证

通过仿真计算，转接头与后轴承座在最小过盈量0.022（单边为0.011）时，最大传递力矩约为70N•m；在最大过盈量0.048（单边为0.024）时，最大传递力矩约为150 N•m左右。为了验证计算结果，对故障件传扭能力进行检测，现场用100 N·m的力矩拧螺栓时，薄璧件转接头出现松动旋转现象。如图4所示。证实了该处过盈配合承受拧紧力矩小于100 N·m。

图4、故障复现

7 结论

通过分析,输出端传感器转接头处采用常规机械设计较大过盈量的H6/s6过盈配合，但转接头为薄璧件，变速器转接头松动的主要原因为薄璧件过盈配合连接设计强度不够，次要原因为后轴承座内孔尺寸超差，导致转接头与后轴承座之间的过盈配合量小，连接承受扭矩的能力不够。用户在安装传感器时，拧紧力矩超过过盈配合连接的最大扭矩，使传感器转接头松动旋转。

过盈配合转接头设计，在机械产品设计中应用较多，但薄璧件过盈配合连接设计可能会出现连接设计强度不够问题。通过分析计算，设计合理的最佳过盈量非常关键，针对薄璧件过盈配合设计时应特别注意。

参考文献

［1］秦大同 谢里阳主编  机械设计手册 第6版 第1卷 北京：化学工业出版社 2016

［2］秦大同 谢里阳主编  机械设计手册 第6版 第2卷 北京：化学工业出版社 2016