本實用新型涉及一種薄壁軸套拆解裝置，屬于再制造拆解領域。

背景技術：

目前我國工程機械產(chǎn)品已進入退役高峰期，據(jù)估計到2020年退役工程機械將達到120萬輛左右。薄壁軸套是工程機械鉸接副中的關鍵元件之一，其周向局部受載，載荷變化頻率高，易受損，需經(jīng)常拆解以替換或再制造。

目前對這種薄壁軸套基本上采用機械拆解，依靠外加較大機械力來克服軸套和包容面之間由接觸壓力而產(chǎn)生的摩擦力，這種拆解方式對過盈配合的軸套和包容件損傷較大，尤其是在軸套受損變形的情形下。因此拆解后軸套一般廢棄，包容件鏜孔擴大直徑，再根據(jù)鏜孔尺寸，配套生產(chǎn)一個新品軸套 (過盈配合與原設計等級一致)和新品銷軸(間隙配合與原設計等級一致) 以達到生產(chǎn)要求；這實質(zhì)上對軸套和包容件實施的是準破壞性拆解，不節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟成本高，社會效益不好。

因此，只有進一步開展薄壁軸套拆解技術的研究，發(fā)現(xiàn)新的工藝方法，實現(xiàn)無損拆解才能有效節(jié)省工程機械的整機再制造時間和修復成本，提高效益。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在提供一種薄壁軸套拆解裝置，利用液氮冷卻拆解薄壁軸套，實現(xiàn)薄壁軸套的少損或無損拆解，提高拆解效率和質(zhì)量，降低再制造成本。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術方案是：

一種薄壁軸套拆解裝置，包括底座，該底座上用于放置包容件和過盈配合在包容件內(nèi)的薄壁軸套；其結(jié)構(gòu)特點是還包括冷卻裝置和分離裝置，所述冷卻裝置用于對薄壁軸套進行冷卻使薄壁軸套徑向收縮，所述分離裝置用于將徑向收縮后的薄壁軸套相對包容件拆解出。

本實用新型針對軸套與包容件過盈連接難拆解問題，基于材料的熱脹冷縮原理，創(chuàng)造性地通過往薄壁軸套內(nèi)部通入制冷劑(優(yōu)選為液氮)對零件冷卻降溫，由于零件的尺寸差別和對傳熱及變形的敏感性不同，使得薄壁軸套產(chǎn)生明顯的徑向冷縮變形，而包容件徑向冷縮不明顯，導致過盈量變小，過盈配合效果被削弱或變?yōu)殚g隙配合。

根據(jù)本實用新型的實施例，還可以對本實用新型作進一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術方案：

優(yōu)選地，所述冷卻裝置為液氮冷卻裝置，該液氮冷卻裝置用于對薄壁軸套進行液氮浸沒冷卻。

所述液氮冷卻裝置包括用于儲存液氮的罐和與罐連通的管道，所述管道的出液口設置在薄壁軸套處。

所述分離裝置為絲杠螺母機構(gòu)，該絲杠螺母機構(gòu)的絲桿一端裝有壓頭。

所述絲杠螺母機構(gòu)包括具有內(nèi)螺紋孔的支撐架，與該內(nèi)螺紋孔配合且具有外螺紋的壓力桿，該壓力桿的底端裝有所述壓頭，該壓力桿的頂端裝有把手。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型利用軸套和包容件傳熱和變形的差異，通過液氮低溫冷卻削弱實際過盈量，減小拆解力，能實現(xiàn)薄壁軸套的少損或無損拆解；本實用新型液氮冷卻拆解方法及其輔助裝置操作簡單，靈活方便，能降低再制造零件拆解二次損傷和拆解后的修復成本并提高拆解效率，拆解成本較低。

本實用新型實現(xiàn)了薄壁軸套與試件之間的無損拆解，具有效率高，操作方便、成本低等優(yōu)點；

本實用新型完善和發(fā)展了目前過盈連接零件無損拆解的新技術新工藝，進一步推動溫差拆解方法在無損拆解的實際應用。

附圖說明

圖1是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2是圖1中拆解裝置的主體正視圖；

圖3是圖2的A向視圖；

圖4是圖3的B-B剖視圖；

圖5是通過仿真計算得到的包容件和薄壁軸套之間不同過盈量配合的拆解力變化圖。

在圖中

1-底座，2-擋板，3-螺母，4-螺栓，5-包容件，6-薄壁軸套，7-壓頭，8- 壓力桿，9-把手，10-管道，11-罐。

具體實施方式

以下將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本實用新型。需要說明的是，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。為敘述方便，下文中如出現(xiàn)“上”、“下”、“左”、“右”字樣，僅表示與附圖本身的上、下、左、右方向一致，并不對結(jié)構(gòu)起限定作用。

一種利用液氮冷卻拆解薄壁軸套的裝置，如圖1-4所示，包括底座1，該底座1上用于放置包容件5和過盈配合在包容件5內(nèi)的薄壁軸套6；其特征在于還包括液氮冷卻裝置和分離裝置，該液氮冷卻裝置用于對薄壁軸套6進行液氮浸沒冷卻使薄壁軸套6徑向收縮，所述分離裝置用于將徑向收縮后的薄壁軸套6相對包容件5拆解出。所述液氮冷卻裝置包括用于儲存液氮的罐11和與罐11連通的管道10，所述管道10的出液口設置在薄壁軸套6處。所述分離裝置為絲杠螺母機構(gòu)，所述絲杠螺母機構(gòu)包括具有內(nèi)螺紋孔的支撐架，與該內(nèi)螺紋孔配合且具有外螺紋的壓力桿8，該壓力桿8的底端裝有所述壓頭7，該壓力桿8的頂端裝有把手9。

一種利用液氮冷卻拆解薄壁軸套的方法，首先根據(jù)零件具體尺寸通過仿真計算獲得液氮冷卻條件下軸套與包容件的溫度場隨時間的變化規(guī)律，并計算不同溫度場下零件的收縮變形及冷卻后的實際拆解力大小，得到拆解力隨冷卻時間的變化規(guī)律，依據(jù)拆解力衰減效果和時間成本確定最佳的冷卻時間。然后將液氮罐里面的液氮由管道注入薄壁軸套，同時通過調(diào)節(jié)液氮罐閥門保持軸套內(nèi)部液氮量基本穩(wěn)定，冷卻至最佳拆解時刻，加載動力源，該螺旋壓力裝置的壓頭將軸套輕松壓出，從而實現(xiàn)低損傷或無損快速拆解。

利用液氮在金屬表面沸騰傳熱對軸套進行冷卻，通過仿真計算獲得軸套與包容件的溫度場隨時間的變化規(guī)律，獲得拆解力與冷卻時間關系。綜合考慮拆解力減小效果和時間因素確立最佳拆解時刻。

通過管道和調(diào)節(jié)液氮罐罐閥門往軸套內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定注入液氮，始終保持軸套內(nèi)壁被液氮浸沒；到達最佳拆解時刻，迅速移除冷卻輔助裝置，由把手加載力源，該螺旋壓力裝置的壓頭向下位移將軸套壓出。

本實用新型的主要原理是：利用液氮對軸套內(nèi)壁冷卻，由于零件的尺寸差別和對傳熱及變形的敏感性不同，使得薄壁軸套產(chǎn)生明顯的徑向冷縮變形，而包容件徑向冷縮不明顯，導致過盈量變小，過盈配合效果被削弱或變?yōu)殚g隙配合，從而實現(xiàn)快速低損傷或無損拆解。

具體而言，本實用新型通過如下步驟實現(xiàn)薄壁軸套在液氮冷卻條件下無損拆解的工藝方法；

步驟1通過仿真計算獲得液氮冷卻條件下軸套與包容件的溫度場隨時間的變化規(guī)律；

步驟2根據(jù)仿真溫度場隨時間的變化規(guī)律，計算不同時間不同溫度場下零件收縮變形及對應的實際拆解力大小，得到拆解力隨冷卻時間變化關系，并確定最合適的冷卻時間為最佳拆解時刻；

步驟3將液氮罐里面的液氮由管道注入薄壁軸套，同時通過調(diào)節(jié)液氮罐閥門保持軸套內(nèi)部液氮量基本穩(wěn)定，冷卻至最佳拆解時刻；

步驟4移除冷卻輔助裝置，加載動力源，通過螺旋壓力裝置的壓頭將軸套輕松壓出。

步驟1至步驟4所述液氮冷卻拆解薄壁軸套的關鍵工藝參數(shù)如下；

1、冷卻方式：液氮完全浸沒，沸騰傳熱冷卻；

2、最佳冷卻時間：依據(jù)拆解對象尺寸及材料參數(shù)而定；

3、螺旋壓力裝置壓頭位移速度：2mm/s。

本實用新型的拆解對象為過盈配合的軸套，外面包容件包括但不僅限于套筒；該螺旋壓力裝置可根據(jù)被拆對象不同尺寸更換壓頭。

本實用新型涉及過盈配合圓筒形狀零件的瞬態(tài)傳熱與溫差變形相關理論知識，下述以過盈配合的復合圓筒(內(nèi)圓筒代表軸套，外圓筒代表包容件) 為例，闡明本實用新型的理論依據(jù)。

設軸套的內(nèi)徑為2a，包容件外徑為2c，兩者配合直徑為2b，配合長度為 l；摩擦系數(shù)為μ；E₁、E₂分別為軸套與包容件彈性模量；v₁、v₂分別為軸套和包容件泊松比；λ₁、λ₂分別為軸套和包容件的熱導率；tf₁、tf₂分別為軸套內(nèi)部流體溫度與包容件外面流體溫度；t₀為軸套和包容件的初始溫度；h₁、 h₂分別為軸套與液氮接觸傳熱系數(shù)和包容件與空氣接觸傳熱系數(shù)；ρ₁、ρ₂分別為軸套和包容件密度；c₁、c₂分別為軸套和包容件的比熱容；η₁、η₂分別為薄壁軸套和包容件的線膨脹系數(shù)。

瞬態(tài)溫度場分析，設軸套溫度場為t₁(r,τ)，包容件溫度場為t₂(r,τ)，r為徑向位置，τ為冷卻時間，則瞬態(tài)傳熱的基本方程組為：

邊界條件為：

t₁(b,τ)＝t₂(b,τ)

初值條件為：

t₁(r,0)＝t₂(r,0)＝t₀

可計算出軸套與包容件任意時刻對應的徑向溫度場分布函數(shù)t₁(r,τ)和 t₂(r,τ)。

冷縮變形及拆解力分析，由上述瞬態(tài)溫度場分析可得任意冷卻時間τ₀對應的溫度場t₁(r,τ₀)和t₂(r,τ₀)，則則薄壁軸套的瞬態(tài)溫度與其初始溫度相比的溫差函數(shù)為Δt₁＝|t₁(r,τ₀)-t₀|，包容件的瞬態(tài)溫度與其初始溫度相比的溫差函數(shù)為Δt₂＝|t₂(r,τ₀)-t₀|；

則軸套外徑處徑向收縮位移量為

包容件內(nèi)徑處收縮位移量為

冷卻變形后薄壁軸套與包容件之間的過盈量削弱值為2(u₁-u₂),實際過盈量δ'＝δ₀-2(u₁-u₂)，其中δ₀為薄壁軸套與包容件之間的初始過盈量。

綜上，利用液氮冷卻τ₀時間，過盈量削弱后的拆解力為

下面通過具體的實施方式，對本實用新型的技術方案作進一步的詳細說明。

以過盈配合的黃銅軸套與作為包容件的45#鋼基座為例。黃銅軸套公稱內(nèi)徑20mm、外徑28mm，45#鋼基座公稱內(nèi)徑28mm、外徑68mm，配合長度 25mm。首先以過盈配合模型進行仿真計算，得到軸套與45#鋼基座的溫度場隨時間變化規(guī)律及拆解力的變化趨勢。圖5展示了不同過盈量配合模型在不同冷卻時間下拆解力的變化規(guī)律。若某批次零件配合的過盈量在0.008mm至 0.02mm的范圍內(nèi)，由于該批次零件過盈量在0.014mm附近概率最大，由圖5 可知，若將過盈量0.014mm模型拆解力衰減為零的時間200s確定為最佳冷卻時間，能獲得較好綜合效果。以200s作為冷卻時間，過盈量小于0.014mm的配合(占比0.5)零件拆解力都能衰減為零，最大過盈量0.02mm對應的拆解力也衰減了77％。

計算確定零件對應的最佳冷卻時間后，按照圖1所示，將黃銅軸套-45#鋼基座至于拆解平臺上，打開液氮罐閥門，往軸套內(nèi)注入液氮至內(nèi)壁全部浸沒，并通過調(diào)節(jié)閥門保持軸套內(nèi)液氮量基本穩(wěn)定，冷卻到最佳時間200s后，關閉閥門，移除冷卻輔助裝置。

加載動力，旋轉(zhuǎn)把手，通過螺旋壓力裝置的壓頭以2mm/s的位移速度將軸套壓出。

上述實施例闡明的內(nèi)容應當理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本實用新型，而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落入本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。