简单分析汽车飞轮齿圈过盈装配加热感应器设计及工艺调试

摘要：飞轮齿圈是往复式内燃发动机的重要部件，齿圈与配合轴径为过盈配合，利用热胀冷缩的原理，齿圈加热到一定温度，使其内径增大，与曲轴的装配由原有的过盈配合转变为间隙配合套装在曲轴上，通过特殊的机械装置保证装配精度，然后通过吹风、静置等方式使齿轮冷却内孔收缩与曲轴可靠连接。

关键词：飞轮齿圈；过盈装配；感应加热；热胀冷缩

1. 问题的提出

飞轮齿圈是往复式内燃发动机的重要部件，齿圈与曲轴配合轴径为过盈配合（见图1），利用热胀冷缩的原理，齿轮加热到一定温度，使其内径增大，与曲轴的装配由原有的过盈配合转变为间隙配合套装在曲轴上，通过特殊的机械装置保证装配精度，然后通过吹风、静置等方式使齿轮冷却内孔收缩与曲轴可靠连接。装配尺寸要求齿轮内孔尺寸φ39.995mm，曲轴轴径φ40mm，装配最大过盈量0.081mm，装配最小过盈量0.04mm。


       
图1 齿轮、曲轴装配关系示意

技术难点：加热温度的均匀性、内孔膨胀量、加热温度不能超过250℃（温度过高会严重影响被加热齿轮的硬度、平面度等）。内孔较小的加热感应器制作也是一个难点。

关键点：零件尺寸与感应器结构的配合选用，本文重点介绍感应器的设计，附带感应器调试过程中的参数，对于设计、调试、生产有一定的指导意义。

2.设备描述

设备组成部分：感应加热电源、感应器、测温系统、主机机械部分（含夹持机构、定位机构、压装机构、冷却水系统电气控制系统），如图2所示。


       
图2 加热压装设备

3.电源参数

电源参数：工作电压380V（三相），频率50Hz；工作电压342～430V；振荡频率10～40kHz（频率随感应器圈数变化）；最大输入电流48A；额定输出功率30kW。

4.压装过程设定

右侧尾座装夹齿轮→感应器到达加热位置→电源加热启动→感应器退回原位→右侧尾座携带齿轮左移缓慢到达装配位置→静置等待齿轮降温→右侧尾座后退→装配完成。

5. 感应器设计

（1）常规的螺旋式内孔加热式感应器，如图3所示。内孔加热式压装工艺见表1。


       
图3 螺旋式感应器（d1=d－6）



（2）蚊香式端面加热感应器 如图4所示（φ内=d+8，φ外=D-32，φ内、φ外需根据加热温度进行调整，数据仅供参考；线圈与齿轮的间隙a根据加热温度进行调整)。加热参数见表2。


       
图4 蚊香式端面加热



根据试验，得出齿轮加热感应器的设计参数见表3。



6. 注意事项

（1）感应器设计强度要足够，始终保持线圈与工件的间隙一致，且匝间距固定不变，否则加热效果会差别很大。
（2）齿轮热装必须缓慢加热，因此感应器与工件的间隙不能按常规淬火加热感应器设计，一般要求a＞3mm。
（3）加热功率不能太大，否则内孔温度升温很快，而涨大量不够，或涨大量不均匀。
（4）不同直径和厚度的齿轮，加热完成之后可能需要一定时间的均温，其涨大量才能达到装配需要。
（5）装配速度必须缓慢，过快容易造成刮伤或损坏工装。
（6）装配完成之后，必须对齿轮进行吹风、静置等冷却，否则内孔缩小量不够，尾座退出的时候，可能会使齿轮偏离一定的距离，从而使得装配精度达不到要求。
（7）对于热装过程中出现装配尺寸不到位或偏离的情况，厂家可以根据需要增加相应的齿轮加热拆卸设备。