双金属配油套与主轴的配合间隙受温差影响的变化规律研究

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摘要： 通过对锡青铜衬套和钢套过盈配合组成的双金属配油套，在不同的温度下测量铜套内径尺寸与理论计算值进行分析比较，从而找到了双金属配油套内径尺寸受温差影响的变化规律。这对于高精度偶合件间隙的取值，在设计时具有很大的参考价值。

Abstract： Through the analysis comparison on measuring inside diameter size and the theoretical calculated value of double metal oil distribution set which is combined with tin bronze bushing and steel set interference fit in different temperature， it finds change rules of temperature difference affecting inside diameter size of double metal oil distribution set， which has great reference value for the calculated value of high precision coupling clearance in the design.

关键词： 双金属过盈配合件；内孔尺寸；温差影响；变化规律

Key words： double metal oil distribution set；inside diameter size；temperature difference influence；change rules

中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：1006—4311（2012）27—0037—02

0 引言

配油套是一个由钢套和衬套过盈配合组成的双金属件（如图1所示）。钢套材质为45钢，衬套材质为锡青铜，主轴材质为40Cr。由于这三种材质的线膨胀系数大小不一样，在配合间隙小的情况下，温差对间隙变化的影响就不可忽视。下面就此问题加以分析：

1 温度变化时衬套内径尺寸的变化规律

当温度上升（下降）T°C时，各零件的膨胀量（收缩量）分别计算如下：

1.1 主轴外圆直径d1的膨胀量（收缩量）δ1为：

δ1=d1×α1×T（1）

α1——主轴的线膨胀系数，其值为11.2×10—6/C°

1.2 衬套内径d2的膨胀量（收缩量）δ2为：

δ2=d2×α2×T（2）

α2——衬套的线膨胀系数，其值为17.6×10—6/C°

1.3 钢套内径d3的膨胀量（收缩量）δ3为：

δ3=d3×α3×T（3）

α3——钢套的线膨胀系数，其值为11×10—6/C°（此值在9°C—55°C的升温过程中，实测钢套外径变化量而得）。

我们在对LD4000ZYW、LD2000ZYW、3000ZYW三种钻机配油套（编号依次分别为135#、140#、170#）做9°C—55°C升温试验的测试中发现，衬套内孔膨胀量的实测平均值δ与用（2）式计算的δ2的理论值相差较大，而恰好与（3）式计算的δ3的理论值高度吻合。

衬套内径膨胀量的实测平均值δ，根据表1给出的数据为δ=156.107—156.020=0.087，与钢套内径膨胀量δ3的理论计算值的差值仅ㄧδ—δ3ㄧ=ㄧ0.087—0.089ㄧ=0.002；而与衬套内径膨胀量δ2的理论计算值的差值则达到ㄧδ—δ2ㄧ=ㄧ0.087—0.126ㄧ=0.039，相对误差前者仅有2.3%，而后者相对误差高达44.8%。按表2和表3给出的数据计算，得到的结果也相似。按理论推断，本应δ=δ2，但事实证明δ≠δ2，δ却与δ3近似，缘由何在？下面进一步探讨：

若要衬套内径的膨胀量与钢套内径膨胀量相等，即δ=δ2=δ3，根据式（2）和式（3）则有下式成立：

d2×α2×T=d3×α3×T

即d3=α2/α3×d2=17.6×10—6/（11×10—6）×d2=1.6d2

计算说明，要使衬套内孔的膨胀量δ2与钢套内径的膨胀量δ3相等，只有在钢套内径是衬套内径的1.6倍时才会出现。但是根据表中给出的数据可知，d3

2 温差对配合间隙的影响

2.1 升温时的影响 本文前面已经阐明，当温度上升时，主轴和衬套同时膨胀，但是衬套内径的膨胀量由钢套内径的膨胀量决定，由式（3）—（1）得配合间隙变化量δ：

δ=d3×α3×T—d1×α1×T

即δ=T（d3×α3—d1×α1）（4）

假设δ≥0，由式（4）得：

d3/d1≥α1/α3=11.2×10—6/（11×10—6）=56/55

由于结构的需要，钢套内径与主轴外径之比d3/d1>>α1/α3=56/55，所以δ>0，说明升温时衬套内径的膨胀量大于主轴的膨胀量。换言之，配合间隙是增大的，其增大量按式（4）计算。

2.2 降温时的影响

2.2.1 衬套和钢套为过盈配合 当温度下降时，由于铜的线膨胀系数大于钢的线膨胀系数，所以衬套比钢套收缩量大，过盈量不断减小，直至为零甚至出现间隙。在过盈量存在期间，随着温度的下降，钢套内径和衬套外径一方面在逐渐缩小，另一方面随着过盈量的减小，衬套外径和钢套内径又在弹性恢复胀大。但是从前述升温试验过程中得知，钢套内径尺寸的变化主因是温度，因过盈量增减所引起的弹性变形量甚微，故忽略不计。