[发明专利]一种大型工件过盈配合的冷却装置及其装配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工件过盈配合装配领域，具体是一种大型工件过盈配合的冷却装置及其装配方法，特别适用于风机大型主轴系统，其轴承与轴承座是过盈配合的冷却装置及其装配方法。 

背景技术

在机械加工和制造过程中，二个或二个以上零件的配合状态为过盈配合时，相配合的被包容件的安装尺寸要大于包容件的配合尺寸，两者装配时，一般采用特殊工具挤压进去，或者利用热涨冷缩的特性，将包容件加热，使得配合尺寸扩大，再迅速装入被包容件，待包容件冷却收缩后、两者就紧密配合成一体了。但是，由于大型工件的体积较大，比如大型轴承与轴承座、大型转子与联轴器等等，加热包容件时、加热效果都不甚理想，过盈配合时存在很多问题。 

其中，最典型的是：大型风机主轴系统所采用的单列圆锥滚子轴承与一体式轴承座的装配，其轴承内圈与主轴、轴承外圈与轴承座，都是过盈配合。要实现该设备的轴承与轴承座的装配，需要加热轴承座，但是，由于轴承座外形尺寸较大、结构复杂、外形不均匀，无论是采用哪种热装方法，加热效果都不够理想，而且加热产生的费用较高、耗能较大，操作起来风险较高，具有较为严重的安全隐患。 

下面以我厂出产的FD100F型风机来举例说明，该主轴系统所采用的轴承座的高度一般超过1600mm，轴承座内部十分结构复杂，热装时对其进行加热的过程十分困难。如果使用磁感应加热系统加热，需要制造超过1600mm的磁感应棒，成本高昂；加热到温度后，需要吊出磁感应棒、再吊下轴承座进行装配，这一过程耗时较长；且由于该过程耗时较长，致使轴承座温度降低、尺寸收缩，使其达不到装配尺寸，如果此时还进行装配，容易造成轴承卡死，风险较高。如果使用油加热系统加热，可以实现轴承座的整体加热，但是由于轴承座内部结构复杂，轴承座加热完毕后无法清理干净内部残余加热油，装配轴承时容易将加热油溅起、造成人员和设备的损伤；在风机的出厂工作后，残留在轴承座内部的热油还会影响主轴系统的最终运行、损伤主轴或其他组件，具有较为严重的安全隐患。如果使用中频加热器对轴承座装配部位进行局部加热，可以实现两者的热装，但是中频加热器费用很高、该大型工件使用此种方式加热耗费的成本过高，从而增加产品的附加值，大大增加产品成本。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型工件过盈配合的冷却装置及其装配方法，冷装过程可控、装配安全。 

本发明所采用的技术方案是： 

一种大型工件过盈配合的冷却装置，包括液氮罐和冷却箱，液氮罐内的液氮通过管道输送至冷却箱，其特征在于：所述管道上设置有液氮汽化装置，冷却箱内的冷却介质是液氮汽化后的低温气体，冷却箱的底部设置有放置被包容件的安装台，冷却箱内的液氮液面低于安装台的台面。

所述冷却装置还包括控制设备，由数据处理元件、温度传感器和液氮流量控制元件构成，温度传感器布置在冷却箱内、液氮流量控制元件设置在管道上，温度传感器测量冷却箱内的温度和被包容件的实时温度、将该温度信号输送至数据处理元件，数据处理元件通过内部运算、将控制信号输送至液氮流量控制元件。 

所述液氮流量控制元件是调节阀。 

一种大型工件过盈配合的装配方法，装配时先将被包容件用冷却剂冷却，使其尺寸收缩，再装入包容件内使两者过盈配合安装；所述冷却剂是液氮汽化产生的低温气体。 

所述被包容件的冷却采取分段冷却的方式，从初始温度逐步匀速降低，直至最终的冷却温度。 

所述被包容件的冷却温度为： 

，

其中，t为被包容件的冷却温度，

t₀为被包容件的初始温度，

为实际配合过盈量，

为最小装配间隙，

为线胀系数，

d为结合直径。

所述冷却装置包括冷却箱和控制设备；冷却箱顶部设置有密封盖、底部设置有放置被包容件的安装台，冷却箱内的液氮液面低于安装台的台面；控制设备包括数据处理元件、温度传感器和液氮流量控制元件，温度传感器布置在冷却箱内、液氮流量控制元件设置在液氮输送管道上，温度传感器测量冷却箱内的温度和被包容件的实时温度、将该温度信号输送至数据处理元件，数据处理元件通过内部运算、将控制信号输送至液氮流量控制元件，其装配方法的具体步骤是： 

1) 将被包容件通过专用吊具吊放在冷却箱内的安装台上，盖上冷却箱密封盖，在数据处理元件中设置好被包容件的冷却温度和冷却速率；

2) 数据处理元件控制液氮流量控制元件工作，在X时间内，使得被包容件的温度由初始温度下降到第一个温度值；