压力―位移曲线在压装工艺中的应用研究

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摘 要：基于圆柱面过盈联接的计算公式，对双金属卷制衬套压装过程的压力变化规律进行了研究，提出了一种通过监控压力-位移曲线来实现压装防错的方法。

关键词：压入力；位移；压力-位移曲线

1 概述

过盈连接是利用零件间的配合过盈来实现连接，这种连接结构简单，定心精度高，可承受转矩、轴向力或两者复合的载荷[1]，因此广泛应用于汽车零部件的装配设计中。

在自动变速器油泵中，大量使用了双金属卷制衬套作为滑动轴承，卷制衬套通过与底孔之间的过盈配合实现连接，卷制衬套与底孔结合面的连接能力直接影响到油泵的正常工作。本文对卷制衬套的压装过程进行研究，提出一种通过压力-位移曲线监控卷制衬套压装过程的方法，实现压装过程的防错。

2 压入力理论计算

卷制衬套压装是典型的圆柱面过盈联接方式，其压入力F可按式（1）进行计算[2]。

F=πdlμp （1）

其中：d-配合直径（mm）；l-压入后配合长度（mm）；μ-配合面的摩擦因数，与配合面的材质和表面粗糙度有关；p-配合面之间的压强（MPa），根据式（2）计算得出：

其中：δ-配合面的实际过盈量（mm）；Ra1-底孔内表面的轮廓算数平均偏差（μm）；Ra2-卷制衬套外表面的轮廓算数平均偏差（μm）；d1-底孔内径（mm）；d2-卷制衬套外径（mm）；ν1-底孔材料的泊松比；ν2-卷制衬套外表面材料的泊松比；E1-底孔材料的弹性模量（MPa）；E2-卷制衬套外表面材料的弹性模量（MPa）。

从式（1）和式（2）可以得出结论，卷制衬套压装到底孔的过程中，理论上其压入力F与压入后配合长度l成线性关系，随着配合长度l的增加，压入力F逐渐增大，如图1所示。

3 压力-位移曲线的生成

图1是卷制衬套压装到底孔的压装过程示意图：压力传感器、位移传感器和压头均固连在固定板上，在压装过程中，压力传感器将采集的实时压力信号通过通讯线路传输到工控机上，同时位移传感器将采集的实时位移信号通过通讯线路传输到工控机上，工控机将实时的压力和位移信号处理后就可以得到压力-位移曲线。

将图2中初始位置的位移量设置为原点，则得到的压力-位移曲线如图3所示。

3 压力-位移曲线的应用

3.1 压力-位移曲线的防错原理

由式（1）和式（2）可知，对于材质、外形尺寸已经确定的卷制衬套和底孔，其压装过程中的压入力与配合长度、过盈量以及配合面的表面粗糙度有关，根据实际的压装经验，相同条件下，过盈量越大、配合面越粗糙则压入力将越大。

基于上述原理，可以通过一定的途径分别得到过盈量最小、配合面粗糙度最好以及过盈量最大、配合面粗糙度最差情况下的压力-位移曲线，称为压力-位移曲线下控制限和上控制限，如图4，然后将下控制限和上控制限的曲线输入到压装系统的工控机中，实现对所有卷制衬套压装过程的监控。只有当实际压力-位移曲线处于上控制限和下控制限之间时，工控机才判定压装过程为合格，否则说明卷制衬套或底孔尺寸存在超差情况，工控机会判定压装过程为不合格，这就是应用压力-位移曲线实现防错的原理。

3.2 压力-位移曲线的窗口设置

压力-位移曲线下控制限和上控制限一般是根据极限样件的实际压装过程的压力-位移曲线设置而成，下控制限极限样件的过盈量和配合面粗糙度均按最小值为目标进行制造，上控制限极限样件的过盈量和配合面粗糙度均按最大值为目标进行制造，为了避免制造误差的影响，下控制限极限样件和上控制限极限样件的数量一般为各20～30套。将所有下控制限极限样件的实际压力-位移曲线取平均值作为最终的下控制限曲线，将所有上控制限极限样件的实际压力-位移曲线取平均值作为最终的上控制限曲线。

在实际的应用中，一般设置三个窗口对压装的压力和位移进行控制，如图5所示，其中压力控制窗口1和压力控制窗口2是根据上控制限和下控制限绘制的，窗口宽度为0.5～1mm，位移控制窗口是根据压装相关的轴向尺寸公差计算得出。

如图6是实际压装过程的压力-位移曲线，只有当实际的曲线从左端穿入毫控制窗口、从右端穿出压力控制窗口，并且从下端穿入位移控制窗口、从上端穿出位移控制窗口时，压力-位移曲线才是合格，否则判定为压装不合格，这就实现了压装过程的防错。

5 结束语

本文基于圆柱面过盈联接方式压入力的理论计算，对双金属卷制衬套压装过程的压力变化规律进行了研究，提出了一种通过监控压力-位移曲线来实现压装防错的方法，确保了大规模生产时双金属卷制衬套压装的可靠性。

参考文献

[1]王文斌，等.机械设计手册/第2卷[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]王贤刚，孙美丽，夏成勇.径向滑动轴承过盈装配变形的研究[J].与密封，2008（4）.